Diseño óptimo de parques eólicos de gran dimensión incluyendo análisis de riesgos

• Autores: Javier Serrano González
• Directores de la Tesis: Jesús Manuel Riquelme Santos (dir. tes.), Manuel Burgos Payán (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2012
• Idioma: español
• Número de páginas: 264
• Tribunal Calificador de la Tesis: José Luis Martínez Ramos (presid.), Angel Gaspar González Rodríguez (secret.), Péter Kádár (voc.), Francisco Manuel González Longatt (voc.), Esther Romero Ramos (voc.)
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Idus
• Resumen

  • La planificación de una planta eólica supone un auténtico desafío tanto desde un punto de vista matemático como tecnológico. El grado de rentabilidad económica del proyecto depende de las decisiones adoptadas sobre el tipo de turbinas a instalar, su ubicación individual dentro del parque, diseño de la infraestructura eléctrica (tanto la red interior de distribución como la línea de evacuación de energía), entre otras. En el presente trabajo se aborda el problema de planificación óptima de parques eólicos con el objetivo de maximizar los beneficios económicos derivados de la explotación de la planta eólica incluyendo métodos de toma de decisiones ante la presencia de riesgos en la estimación del recurso eólico. Para alcanzar este fin es preciso determinar, por un lado, los costes asociados a la implantación y posterior operación del proyecto y, por otro lado, los ingresos obtenidos como fruto de la explotación de la planta durante su periodo de vida útil. Dichos ingresos dependen de la producción de energía que ha de ser evaluada teniendo en cuenta el comportamiento del viento, el efecto de las estelas (pérdida de generación por la presencia de aerogeneradores próximos) y las características técnicas de los aerogeneradores considerados en el estudio.

    Las herramientas desarrolladas en este trabajo permiten un tratamiento flexible y realista del problema. Para ello, se ha desarrollado un modelo de comportamiento económico tanto para parques eólicos en tierra firme como para el caso de parques marinos. El cálculo de la energía producida por el parque eólico se realiza de forma fidedigna teniendo en cuenta el comportamiento estadístico del viento y el efecto de las estelas. Todo ello, permite proceder a la evaluación del comportamiento económico del parque eólico por medio de uno de los indicadores más extensamente empleados para la valoración de proyectos de inversión, el valor actual neto.

    Un proyecto de esta magnitud, en el que las inversiones son elevadas y que debe operar satisfactoriamente durante 20 o 30 años, está sometido a un elevado nivel de incertidumbre en cuanto al rendimiento económico final del proyecto debido, principalmente, a la incertidumbre de la información utilizada durante el diseño de la planta. En este trabajo se ha desarrollado una nueva metodología que permite abordar el diseño óptimo de parques eólicos teniendo en cuenta el riesgo asociado a la propia naturaleza aleatoria del viento, que es el principal factor de riesgo. De esta forma, es posible obtener diseños del parque con un comportamiento económico más robusto ante la aparición de posibles eventos no previstos durante la fase de explotación del proyecto.

    La complejidad computacional del problema tratado en este trabajo aumenta drásticamente conforme mayor es el tamaño del parque eólico. Por ello, se han introducido modificaciones y mejoras —sobre los algoritmos de optimización empleados en trabajos anteriores— orientadas al problema de emplazamiento óptimo de los aerogeneradores en grandes parques eólicos. De esta forma, es posible afrontar el problema asumiendo un coste computacional abordable. Finalmente, también se ha abordado el diseño óptimo del sistema de transmisión de energía eléctrica de parques eólicos marinos de gran dimensión, tanto en CA como en CC. La tendencia natural en parques eólicos marinos es la implantación de cada vez más mayor potencia nominal y al mismo tiempo aumentar la distancia a la costa. Esta doble tendencia hace que tanto la inversión inicial como los costes de las pérdidas eléctricas en dicho sistema a lo largo de la explotación del proyecto adquieran un valor relevante dentro del conjunto total del parque eólico. Para dar respuesta a este problema se ha desarrollado una metodología para el diseño óptimo del sistema de transmisión que permite tener en cuenta el riesgo asociado a la incertidumbre involucrada en las diferentes variables de diseño del problema.