Simulación del efecto de la interacción de turbinas eólicas con su entorno.

• Autores: Navarro Diaz, Gonzalo Pablo
• Año de publicación: 2019
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Saulo, Andrea Celeste; Otero, Alejandro Daniel
• Materia: ENERGIA EOLICA; ESTELA; MODELO DE ACTUADOR DISCAL; PARQUE EOLICO; CFD; WIND ENERGY; WAKE; ACTUATOR DISC MODEL; WIND FARM; CFD
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

En la actualidad la energía eólica se ha convertido en una fuente de energía madura y en constante crecimiento, tanto a nivel global como a nivel nacional, donde experimenta un momento de auge. Este aumento hace que la industria eólica precise de herramientas para la estimación de la producción y el diseño de parques eólicos. Los mismos se diseñan cada vez más complejos, abarcando áreas extensas y emplazandose sobre terrenos irregulares. Los aerogeneradores que los componen alcanzan alturas de hasta 200 metros. Esto hace que el funcionamiento de los parques eólicos sea influenciado fuertemente por la meteorología presente en la capa límite atmosférica. En este trabajo de tesis se propone llevar a cabo una análisis detallado de los parques eólicos mediante la simulación de la dinámica de fluidos computacional, que permite resolver el flujo atmosférico sobre terreno complejo y en particular el fenómeno de estela, el cual se produce detrás de los aerogeneradores y genera un impacto negativo en la producción. Como aportes novedosos se lleva a cabo, en una primera parte, un análisis de sensibilidad de la estela de los aerogeneradores para distintas estabilidades atmosféricas. Posteriormente se realiza un estudio del modelo simplificado de aerogenerador denominado actuador discal, analizado sus distintas variantes e incorporando mejoras en su formulación con el fin de adaptar su respuesta para flujos complejos dentro de parques eólicos. Finalmente se validan los modelos y se comparan sus resultados con mediciones de túneles de viento y de parques eólicos, encontrando también su utilidad para la creación de una metodología de estimación de producción anual de energía eólica.
Nowadays, wind energy has become a mature and constantly growing energy resource, both in the global and national perpective. Considering this situation, the wind industry needs tools for wind farm design and production estimation. These plants are becoming increasingly complex, covering large areas of many kilometers and located on not uniform terrains, involving wind turbines with total height that can reach 200 meters. Due to theses characteristics, the operation of wind farms is strongly influenced by the meteorology in the atmospheric boundary layer. In this thesis a detailed analysis of wind farms is carried out using computational fluid dynamics simulation. It allows to solve the atmospheric flow over complex terrain and in particular the wake phenomenon, which is generated downstream the wind turbines and generates a negative impact on production. As novel contributions, in the first part, a sensitivity analysis of the wind turbine wakes for different atmospheric stability is carried out. Then, a study of the simplified wind turbine model called actuator disc is performed, analyzing its different variants and incorporating improvements in its formulation which allow to adapt the response to complex flows within wind farms. Finally, these models are validated and their outcomings are compared against wind tunnel and wind farms measurements, developing also a new methodology for the annual wind energy production estimation.
Fil: Navarro Diaz, Gonzalo Pablo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.