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Centre for Renewable Energy Sources 19th km Marathon Avenue GR-190 09 Pikermi, Greece Τel: +30 210 66 033 00 e-mail: [email protected] http://www.cres.gr/windrose

Herramienta para análisis de datos eólicos

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WindRose .

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Manual del Usuario

N NNW

NNE

NW

NE

WNW

ENE

W

E

WSW

ESE

SW

SE SSW

SSE S

Versión de documento: 8.1 Versión Excel COM+ Add-In: 3.88 Versión Analysis DLL: 5.89

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Contenido Introducción ............................................................................. 1 Instalación ................................................................................ 3 Ejecutando el programa

Ejecutando WindRose por primera vez............................... 4 Registro / Versión Demo .................................................... 5 Hojas de Ingreso de Datos

Input (Datos de entrada) ..................................................... 6 Múltiples anemómetros - veletas (en el mismo mástil) ........... 9 Curva de Potencia .............................................................. 13 Verificación rápida de datos ............................................ 15 Hojas de Resultados

Resultados .......................................................................... 16 Windrose ............................................................................ 20 Cizallamiento...................................................................... 21 Anexo K ............................................................................. 25 Gráficos de Tiempo ............................................................ 26 Tablas ................................................................................. 27 3D ....................................................................................... 28 Gráficos de pastel, diarios................................................... 29 Gráficos de barras, Weibull ................................................ 30 UhourT, UhourG, DIRhourT, DIRhourG ........................... 32 WTprodT, WTprodG.......................................................... 33 TempT, TempG, SRadT, SRadG........................................ 34 TempData ........................................................................... 35 Correlación – Predicción de datos – método MCP

Hoja WindCorr ................................................................... 36 Metodología ....................................................................... 38 Apéndices

Opciones Avanzadas .......................................................... 45 Variación de la densidad del aire con altura....................... 47 Métodos para la Distribución de Weibull .......................... 49 Corrección de la Curva de Potencia ................................... 52 Problemas de instalación

Advertencias de Seguridad WindRose.XLS ...................... 53 Bibliografía ............................................................................. 55

WINDROSE : software de análisis eólico

INTRODUCCIÓN WindRose es una herramienta de software especializada en el análisis de las características del viento (velocidad, dirección, turbulencia, temperatura). No es un programa autónomo sino un complemento o Add-In para Microsoft Excel® 2000/XP/2003/2007, y los sistemas operativos Windows 9x/ME/NT4/2000/XP/Vista/7. Los resultados son almacenados gráficamente y numéricamente en hojas de cálculo, las cuales luego pueden ser usadas como cualquier archivo Excel. El programa está diseñado para proveer todos los resultados en un formato adaptable a cualquier necesidad en particular. De esta manera, el usuario puede modificar gráficos, cambiar su tamaño, colores, copiarlos o enlazarlos a otras hojas o programas (ej.: enlaces a documentos de Microsoft Word®), crear nuevas tablas con los resultados, etc. Los análisis cumplen con los requisitos impuestos por los estándares IEC y MEASNET. Características principales

•

Se realiza un análisis estadístico completo de los datos de viento, incluyendo las constantes de la distribución de Weibull (por sector de dirección y globalmete), una evaluación de la intensidad de turbulencia y gráficos de rosas polares de la distribución en tiempo y energía.

•

Se correlaciona datos de dos sitios calculando globalmente los coeficientes de correlación, por rangos de velocidad de viento y dirección. Como resultado, se provee de las series temporales pronosticadas de los datos ausentes de un sitio, basadas en los datos de otro sitio con datos completos (método MCP).

•

Cuando hay varios anemómetros y/o veletas, se calcula el coeficiente de cizallamiento vertical (por sector de velocidad de viento y dirección). De esta forma, la extrapolación de la velocidad del viento a alturas más altas (por ej. a la altura del buje de una turbina) es más precisa.

•

Se incluyen casi una docena de curvas de potencia de varios aerogeneradores, proveyendo una buena estimación de la producción esperada de energía.

PÁGINA 1

WINDROSE : software de análisis eólico

•

Tiene la capacidad de configurar el lapso de tiempo (10 min, 1 hora, etc) y es capaz de analizar grandes conjuntos de datos (limitado sólo a la memoria de la computadora).

•

En caso de mediciones con errores sistemáticos, se puede aplicar una corrección lineal a todas las cantidades medidas en forma separada para cada archivo.

•

Se incluye 3 métodos para la corrección de la densidad del aire (de acuerdo a la altitud y temperatura del sitio), algo crítico para el cálculo correcto la energía del viento.

• Se generan tablas y gráficos mensuales con variación horaria de la velocidad de viento, dirección, potencia esperada del aerogenerador, temperatura y radiación solar. Cómo funciona

WindRose lee archivos ASCII que tengan columnas of datos, un formato utilizado por la mayoría de registradores de datos (data-loggers). Se requieren al menos cinco1 columnas de datos para que el programa trabaje: velocidad de viento, dirección de viento, desviación estándar de la velocidad de viento, hora y fecha. Se puede trabajar con varios formatos respecto de la fecha y hora. Cuando hayan datos de temperatura, presión atmosférica, humedad, radiación solar, inclinación de flujo se ejecutará el respectivo análisis.

1 Si la desviación estándar de la velocidad de viento no existe, el programa puede funcionar, usando el siguiente truco: proveer los mismos números de columnans para U (velocidad de viento) y Usdv, y luego ingnorar los resultados de Intensidad de Turbulencia (que resultarán ser una constante de 100%).

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WINDROSE : software de análisis eólico

INSTALACIÓN Asumiendo que Microsoft Excel está correctamente instalado, WindRose puede ser instalado usando el programa SETUP.EXE. Se requieren privilegios de Administrador en Windows NT4/2000/XP. Al final de la instalación la opción WindRose se añada en el menú principal de Excel (gráfico 1). Al abrir el archivo WindRose.XLS (la ubicación por omisión es: c:\Program Files\WindRose), ud. está listo para ejecutar el programa por primera vez (ver a continuación EJECUNTANDO EL PROGRAMA).

Ejecutando WindRose dentro de Excel. Firma Digital

Microsoft Excel tiene diferentes niveles de seguridad que permiten a los usuarios ejecutar macros basadas o no en firmas digitales creadas por desarrolladores confiables. El archivo WindRose.XLS incluye algunas macros y tiene una firma digital llamada WindRose. La primera vez que se abre el archivo WindRose.XLS, el usuario es consultado si desea o no que las macros sean activadas. Una respuesta sí hace que WindRose se ejecute apropiadamente y no se vuelve a preguntar lo mismo. Si no puede abrir el archivo WindRose.XLS con las macros activadas (podría suceder que el Nivel de Seguridad de Excel está fijado en: Alto), entonces consulte el Apéndice: PROBLEMAS DE INSTALACIÓN.

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WINDROSE : software de análisis eólico

EJECUTANDO EL PROGRAMA Ejecutando el programa por primera vez

Tres archivos de ejemplo (ST-FLASH.TXT, NOMAD.TXT y GenASCII.TXT) con datos de viento vienen incluidos en el paquete a fin de facilitar la ejecución del programa. Por otra parte, la hoja Input ya contiene toda la información requerida para ejcutar el análisis de datos de viento para archivos específicos. Todo lo que el usuario debe hacer, es seleccionar del Menú Principal de Excel, “WindRose” y luego, “Run” 2 . La barra de estatus de Excel entonces mostrará las diferentes etapas durante la ejecución3 . Finalmente, los resultados del análisis se almacenan en forma de gráficos y/o tablas en las distintas hojas. Antes de calcular correlaciones/predicciones entre 2 lugares, se debe ejecutar WindRose dos veces, una por cada sitio. El libro de trabajo de Excel WindRose está compuesto por las siguientes 24 hojas de cálculo: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Input PowerCurve Results WindCorr Tables Weibull Upolar UhourG

9. UhourT 10. TimeCharts 11. 3D 12. 12diurnal 13. 12pie 14. BarCharts 15. WtprodG 16. WtprodT

17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24.

DIRhourG DIRhourT TempG TempT SradG SradT TempData Air-Density

Dos hojas (Input y PowerCurve) se utilizan para definir los parámetros necesarios para ejecutar el programa. Las hojas restantes se utilizan para presentar los resultados gráficamente y numéricamente. En las siguientes páginas se explica el contenido de cada una de estas hojas.

Nota

•

Cuando trabaje con la hoja original WindRose.XLS, manténgala sin cambios para usos posteriores, grabándola al final del análisis (usando la opción Save As…) con otro nombre.

2 Si la ruta por omisión del programa: c:\Program Files\WindRose se cambia durante la instalación, entonces modifique la ruta de los 3 archivos de ejemplo en forma correspondiente en la hoja Input.

Durante la ejecución del programa y bajo algunas circunstancias, la computadora puede quedarse sin respuesta durante algunos segundos.

3

PÁGINA 4

WINDROSE : software de análisis eólico

Registro en Versión Demo

La versión demostrativa de WindRose (para usuarios sin registro) tiene todas las características dela versión completa, pero está limitada el uso con datos que no excedan los 31 días. Los usuarios registrados reciben un código. Éste se ingresa en el menú WindRose dentro de Excel.

Si el SO de la PC es Windows Vista, entonces antes de ingresar el código, desactive User Account Control (Panel de Control, Centro de Seguridad) y luego de ingresarlo, reactívelo. Importación de archivos WindRose.XLS

Los archivos Excel creados con antiguas versiones de WindRose, pueden importarse usando la opción “Import…” del menú WindRose (vea la siguiente imagen). Respecto de archivos antiguos, la presente versión de WINDROSE.XLS tiene algunos nuevos parámetros de entrada y gráficos, por lo tanto algunas tablas y gráficos puede que no se muestren correctamente.

PÁGINA 5

WINDROSE : software de análisis eólico

LAS HOJAS DE INGRESO DE DATOS hoja Input

Cuatro tablas componen esta hoja, y sirven para el ingreso de datos y los parámetros requeridos por el programa. La primera tabla contiene los nombres de los archivos ASCII a ser leídos junto con los números de columna de los datos solicitados (velocidad de viento, dirección, etc). El número de filas que hay que saltar al principio de cada archivo, que contengan espacios en blanco o comentarios. Los archivos con múltiples datos pueden indicarse con lo signos (*, ?) en sus nombres. Si el orden de estos archivos no es cronológico (del dato más antiguo al más nuevo) entonces se ejecuta un ordenamiento automático sin intervención del usuario. No obstante, se requerirá de memoria adicional. Algunas de las columnas con datos ASCII pueden ser asignadas como señales de control, activando así el filtrado de datos dependiendo por ej.: del nivel de la batería del registrador de datos, lluvia, la calidad de la señal de Lidars (CNR en Windcube, puntos en el ajuste de ZephIR), etc. El rango aceptable para cada señal de control puede asignarse en el menú de Opciones Avanzadas de WindRose.

Observe que los signos * y ? son aceptados para indicar múltiples archivos.

Nombres de archivo y números de columna (hoja Input). Caracteres de separación (dentro de los archivos de datos ASCII)

Se espera que los archivos ASCII contegan algunas líneas de comentarios al inicio, y luego al menos 5 columnas de datos. Los caracteres aceptados para separación entre columnas son los siguientes: • el espacio • la coma (,) • el punto y coma (;) • los dos paréntesis • el tabulador • las comillas dobles (“)

PÁGINA 6

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Formato de tiempo

WindRose acepta como formatos de tiempo, al leer archivos ASCII, los siguientes formatos: hh:mm:ss , hh.mm.ss , hhmmss , hh:mm , hh.mm , hhmm

Observe que si no hay los caracteres de delimitación: : . y existen 5-6 dígitos, entonces los dos últimos representarán segundos, los 2 intermedios a los minutos y el(los) final(es) a la hora. Si hay 3-4 dígitos, entonces los dos últimos representarán a los minutos y el(los) primero(s) a la hora del día. Finalmente, si sólo hay 1-2 dígitos entonces, dependiendo del intervalo de tiempo, se considerarán como minutos si este es < 1h (por ej. 5 se vuelve 00:00:05), o como horas, si el intervalo es ≥ 1h (por ej. 5 se vuelve 05:00:00). Otros formatos personalizados, por ej.: el formato de 12 horas que usa am y pm (por ej.: 1:50 pm) y el estilo francés con h (por ej.: 13h50) pueden ser aceptados bajo petición. Finalmente, existen casos en los que el tiempo viene en formato de pasos incrementales desde el inicio de cada día. Así por ejemplo, la columna de tiempo puede estar compuesta por números enteros que se incrementen desde el 1 hasta el 144 (intervalo de 10 min) o desde 1 al 1440 (intervalo de 1 min), etcétera. En este caso añadiremos la letra s justo después del número de la columna. Por ej. si la columna de tiempo es la novena escribiremos 9s. Formato de fecha

WindRose usa por defecto el formato de fecha europeo, pero también permite el uso de otros formatos. Si la fecha tiene uno de los siguientes formatos europeos, entonces ésta se leerá directamente. ddmmyy , ddmmyyyy , d/m/yy , dd/mm/yyyy dd.mm.yyyy , d-m-yy , dd-mm-yyyy

, d.m.yy ,

Los signos aceptados para delimitación en el formato de fecha son: / . - . Si se utilizara el formato de EE.UU. (mm/dd/yy, mddyyyy, etc) entonces justo después del número de la columna de fecha se deberá poner la letra u por ejemplo: para la décima columna escribiremos 10u. Si se usara el formato internacional de fecha (yymmdd, yyyy.mm.dd, etcétera) entonces habrá que colocar a la derecha del número de la columna de fecha la letrar i por ejemplo para la décima columna se pondrá 10i. Los datos que provengan del registrador de datos NOMAD utilizan otro formato de fecha, por ej. para el 26 de Septiembre de 1998 se escribe: PÁGINA 7

WINDROSE : software de análisis eólico

Sep 26, 1998

Cuando se lee este tipo de archivos, la secuencia anterior debería considerarse como una sola columna (en lugar de 3). Además, a la derecha del nombre de la columna pondremos la letra n por ej. para la décima columna escribiremos 10n. Algunos modelos registradosres de datos CAMPBELL usan su formato particular de fecha: un número entero indica el número de días transcurridos desde el inicio del año. Así por ej., para el 26 de Septiembre de 1998 se escribe: 1998, 269

En este caso se añade la letra c a la derecha del número de columna, por ej. para la décima columna se escribirá 10c. No obstante, la columna de día: i) debe estar cerca a la columna año (por ej. la úndécima en el ejemplo previo); ii) no debe ser la última del archivo; y, iii) se cuenta según la numeración de columnas del archivo ASCII.

PÁGINA 8

Date

Lines to skip Lines to skip

2

4

5 6i

Lines to skip

Time

3

Date

2

Gust of Wind Speed [m/s]

1

5 6u

4

Date

Intencionalmente (para una mejor visualización), las primeras líneas de las columnas de fecha y hora contienen distintos formatos.

4

2

Time

Date -------00/12/01 00/12/1 0/12/1

6

Time

Time -----0:7 0:17:00 0:27:00

Solar Radiation (W/m2)

Gust ----22.7 21.9 21.1

5

Gust of Wind Speed [m/s]

Usdv ---2.9 2.8 2.9

3

4

Gust of Wind Speed [m/s]

Dir ----137.6 144.6 146.5

2

Temperature (°C)

WindSpeed --------14.3 14.3 13.9

1

Solar Radiation (W/m2)

Date -------12/01/00 12/1/00 12/1/0 12-1-2000 12.1.2000 12.1.00 12-1-2000 12/1/2000 12012000 12012000 12012000 12012000 12012000

Solar Radiation (W/m2)

Time -----0:7 0:17:00 0:27:00 00:37:00 00:47:0 0057 0107 0117 1.27.00 1.37.00 1.47.00 015700 020700

Wind Speed SDV

Gust ----22.7 21.9 21.1 22.7 21.1 20.4 20.4 19.6 21.9 21.1 20.4 20.4 21.1

3

Temperature (°C)

Usdv ---2.9 2.8 2.9 2.9 2.7 2.6 2.8 2.5 3.2 3.0 3.0 3.0 2.5

2

Temperature (°C)

Dir ----137.6 144.6 146.5 144.0 146.6 144.3 142.1 140.6 146.5 144.1 147.8 150.3 148.3

Wind Direction (°)

WindSpeed --------14.3 14.3 13.9 14.1 13.4 13.1 12.4 12.6 12.8 12.4 13.2 13.3 12.8

1

Wind Speed SDV

Date -------01/12/00 1/12/00 1/12/0 1-12-2000 1.12.2000 1.12.00 1-12-2000 1/12/2000 01122000 01122000 01122000 01122000 01122000

Wind Speed SDV

Time -----0:7 0:17:00 0:27:00 00:37:00 00:47:0 0057 0107 0117 01.27.00 01.37.00 1.47.00 015700 020700

Wind Direction (°)

Gust ----22.7 21.9 21.1 22.7 21.1 20.4 20.4 19.6 21.9 21.1 20.4 20.4 21.1

Wind Speed (m/s)

Usdv ---2.9 2.8 2.9 2.9 2.7 2.6 2.8 2.5 3.2 3.0 3.0 3.0 2.5

Wind Direction (°)

Dir ----137.6 144.6 146.5 144.0 146.6 144.3 142.1 140.6 146.5 144.1 147.8 150.3 148.3

Wind Speed (m/s)

WindSpeed --------14.3 14.3 13.9 14.1 13.4 13.1 12.4 12.6 12.8 12.4 13.2 13.3 12.8

Wind Speed (m/s)

Enseguida algunos ejemplos que muestran cómo debería llenarse la hoja Input4 .

2

WINDROSE : software de análisis eólico

14.1 13.4 13.1 12.4 12.6 12.8 12.4 13.2 13.3 12.8

22.7 21.1 20.4 20.4 19.6 21.9 21.1 20.4 20.4 21.1

00:37:00 00:47:0 0057 0107 0117 1.27.00 1.37.00 1.47.00 015700 020700

2000-12-1 2000.12.1 00.12.1 2000-12-01 2000/12/01 20001201 20001201 20001201 20001201 20001201

SOMEWHERE 1

8

Varios anemómetros - veletas (en el mismo mástil)

c:\data\site1\st010604.000

21;17;13;9;5 33;29;25 22;18;14;10;6

37

Lines to skip

Date

20;16;12;8;4 2 1 33

Varios anemómetros y veletas: Ejemplo de hoja Input. En este caso hay 5 anemómetros y 3 veletas.

PÁGINA 9

Time

Solar Radiation (W/m2)

Temperature (°C)

File Names

Wind Speed SDV

Column Numbers

Gust of Wind Speed [m/

Cuando hay varios anemómetros y veletas, WindRose provee algunos resultados adicionales (por ej: cizalladura del viento, distribuciones de Weibull por alturas, etc). En ese caso, los números de columna de cada dispositivo deben estar separados con un punto y coma (;). Además, las alturas de los anemómetros deben ordenarse en forma ascendente en la segunda tabla de la hoja Input.

Lines to skip

Date

Time

Gust of Wind Speed [m/s]

Vane A Wind Van Average 10 minut ° -------222.2 222.2 222.2 226.4 227.8 226.4 236.2 250.3 253.1 251.7 3 11 4

Solar Radiation (W/m2)

----18:57 19:00 19:10 19:20 19:30 19:40 19:50 20:00 20:10 20:20

Anem A Anem A Anem A Other An Other An Other An Avg Dev Minimum Maximum 10 minut 10 minut 10 minut m/s m/s dir time m/s dir time -------- ---------------- ---------------1.2 7.9 236 18:59 11.6 211 18:59 0.8 9.4 221 19:05 13.2 219 19:04 0.7 10.6 226 19:17 13.4 224 19:19 0.7 10.0 225 19:22 13.1 228 19:25 0.7 9.6 228 19:31 12.4 219 19:30 0.6 9.1 225 19:44 12.0 233 19:49 0.8 9.1 243 19:54 12.7 245 19:59 1.0 8.4 277 20:04 13.0 250 20:06 1.2 8.2 246 20:15 15.8 245 20:18 1.2 9.8 250 20:21 14.3 246 20:25

Temperature (°C)

----------Mar 1,2000 Mar 1,2000 Mar 1,2000 Mar 1,2000 Mar 1,2000 Mar 1,2000 Mar 1,2000 Mar 1,2000 Mar 1,2000 Mar 1,2000

Anem A Other An Average 10 minut m/s -------10.1 11.5 12.2 12.1 11.2 10.9 10.8 10.4 11.4 12.3

Wind Speed SDV

TIME

minute(s)

Wind Direction (°)

DATE

3

Wind Speed (m/s)

18:57 03/01/2000 15:00 03/27/2000 25 day(s) 20 hour(s)

Wind Direction (°)

Start Time: Finish Time: Total Time:

2.9 2.7 2.6 2.8 2.5 3.2 3.0 3.0 3.0 2.5

Wind Speed (m/s)

Site Name: Site Number:

144.0 146.6 144.3 142.1 140.6 146.5 144.1 147.8 150.3 148.3

2 1n 13

WINDROSE : software de análisis eólico

Measurements Height : above Ground level (m)

10;20;30;40;50

Colocación de las alturas correspondientes en la hoja Input. En este ejemplo la columna 21 contiene la velocidad de viente a una altura de 10m.

La segunda tabla de la hoja Input contiene todos los datos de ingreso necesarios para ejecutar el análisis. Estos parámetros son: • El período de medición (fechas de inicio y finalización) • El intervalo de tiempo entre mediciones (10 minutos, 1 hora, etc) • El límite para considerar una calma, es decir el valor de velocidad de viento a la cual la respuesta en la veleta ya no es confiable (valor recomendado: 2 m/s) • La cantidad de sectores de dirección (16, 12 u 8) que debe usar el programa usar (valor recomendado: 16) Title1 Title2

( nombre del sitio ) ( comentario )

Start from End at

18/12/1999 29/5/2000

Minutes between data Limit for calms (m/s) Number of Direction Sectors

10 2 16

Measurements Height : above Ground level (m) above Sea level (m)

10 300

Calcul. of mean turbulence at wind speed (m/s) ± bin width (m/s)

10 1

Wind Turbine selected Exponent coefficient (α)

NEG Micon Tacke 600 750/48 0.08

Weibull method low limit (m/s) high limit (m/s)

4 16

"paper" method

Wind Speed Uncertainty Calibr. error at Umean (m/s) 0.06 Anemometer's max speed m/s 40 Data Logger's precision (bits) 8 Site Correlation file name Export processed data file name

Los parámetros requeridos para ejecutar un análisis (hoja Input)

PÁGINA 10

WINDROSE : software de análisis eólico

• El aerogenerador con el que se harán los cálculos. • El coeficiente en el exponente de la Ley de Potencia que se usará para extrapolar la velocidad de viento en el mismo mástil a la altura del buje. Este coeficiente se usa solamente cuando hay un anemómetro presente en el mástil. Si hay dos o más anemómetros, entonces este coeficiente se calcula analíticamente (por grupo de velocidades y de sectores de dirección, para más detalles revisar § SHEAR). El valor dado se refiere a 5 m/s. Ya que no es realista considerar un valor constante en el rango completo de velocidades, se utiliza un modelo simple para “expandirlo”: cada 5 m/s este valor se divide para dos. Así, si se pone 0.08, entonces a 10 m/s es 0.04, a 15 m/s es 0.02, etc. Se usa una regresión lineal para los valores intemerdios y el doble para la que se considera a 0 m/s (0.16 en el ejemplo anterior). • El método de cálculo de distribución Weibull. En síntesis, se proponen 2 métodos de cálculo de los coeficientes (k, C): a) usando sólo la media y la desviación estándar de la velocidad y b) usando distribucio nes de datos, restringidos o no a un rango específico ( por ej.: 4 a 16 m/s).5 El segundo método es el recomendado. Más detalles pueden hallarse en el Apéndice § DISTRIBUCIÓN DE WEIBULL. • La incertidumbre de la velocidad en caso de anemómetros analógicos (ej. cuando la señal de salida de un anemómetro es voltaje analógico). Estos parámetros no se usan en el caso de anemómetros que producen pulsos/revolución.6 • El nombre del archivo (intermedio) que debe crearse cuando se hace correlación (más detalles en el capítulo CORRELACIONES). • El nombre de un archivo ASCII al que se exportarán los datos por fila. Esto es particularmente útil cuando se usa gran cantidades de datos (ej anuales) que se almacenan en inicio en varios archivos y/o a los que se aplicó los coeficientes de corrección7 .

Los 2 valores del método escogido de Weibull se toman en cuenta solamente si el segundo método es seleccionado.

5

El cálculo de incertidumbre para anemómetros con “salidas de pulso” se añadirá en próximas ediciones del programa.

6

El archivo de exportación que se crea incluye todas las correcciones, así que no se debe hacer ninguna corrección durante el procesado.

7

PÁGINA 11

Time OFFSET (sec)

Time MULT

Solar Radiation MULT

Temprature OFFSET (°C)

Temperature MULT

Wind Direction OFFSET (°)

Wind Direction MULT

Wind Speed OFFESET (m/s)

Wind Speed MULT

Correction Coefficients

Solar Radiation OFFSET (W/m2

WINDROSE : software de análisis eólico

-38

600

Ejemplo de uso de coeficientes para corrección (hoja Input).

La tercera tabla en la hoja Input tiene los coeficientes de corrección por cada archivo. La corrección aplicada es de la forma: α·x+β y está pensada para el procesamiento de los valores medidos cuando: 1. Existe un error sistemático durante la campaña de medición (ej factores de calibración erróneos, compensaciones adicionales para el “cero” de la veleta, etc) 2. Los datos medidos provienen de diferentes equipos (temperatura en grados Fahrenheit, velocidad en millas/h, dirección en radianes, etc). Si no se coloca ningún valor entonces los valores de α y β son 1.0 y 0.0 respectivamente. Se deben tomar en cuenta las siguientes cuestiones importantes a la hora de aplicar los coeficientes de corrección: • Si la velocidad tiene que ajustarse por medio de coeficientes de corrección (y=α·x+β), entonces su desviación estándar se multiplica automáticamente por el coeficiente (α). • Cuando se hace un ajuste de direcciones, y el ángulo resultante está fuera del intervalo [0° - 360°] entonces hay un ajuste automático. • Al usar los coeficientes de corrección para fechas/horas debe tenerse cuidado. Aunque no hay problema en usar la compensación β ( en segundos), al simular a una hora o día equivocados, el multiplicador α (si ≠ 1.0), puede afectar seriamente la confiabilidad de las mediciones, ya que se modifica la tasa de muestreo (intervalos de tiempo) de la campaña de medición. La cuarta tabla de la hoja Input se usa para el método de cálculo de la densidad del aire, la cual afecta seriamente a los cálculos de energía. Si los datos tienen series temporales de presión atmosférica y tempePÁGINA 12

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ratura, esta tabla no se usa, ya que la densidad se calcula de los datos reales de acuerdo a IEC-61400-12. De no ser así, hay tres opciones posibles: • El“primer método” usa una fórmula empírica que relaciona sólo la densidad a la altitud del anemómetro (altitud sitio + altura anemómetro). • El “segundo método” calcula la densidad tanto con la altura como con la temperatura. Se requieren dos valores adicionales: el gradiente de temperatura vertical Γ (el valor recomendado: 6.5 ºC/km) y la temperatura media calculada a nivel de suelo (para el periodo de medición). Si ya existiesen datos de temperatura en los archivos de datos, en su lugar se usa el valor medio. • El“tercer método” usa 12 valores predefinidos, uno por cada mes del año. Estos valores se pueden recuperar de una estación meteorológica cercana o también ponerse intuitivamente. El valor medio de la densidad utilizado durante los cálculos se coloca en la hoja Results. Más detalles sobre los métodos de cálculo de densidad y sobre la corrección de la curva de potencia se pueden hallar Selección del método para corrección en el Apéndice. de la densidad de aire.

Curva de Potencia

Esta hoja de cálculo la componen pares de columnas que contienen las curvas de potencia de varios aerogeneradores. Algunas de las curvas más representativas se ponen por defecto, pero el usuario puede añadir otras o borrar las existentes. Hay una restricción: el usuario debe respetar el formato de las curvas existentes (por ej. poner en la Fila 1 el nombre del modelo de aerogenerador, en la Fila 2 de la siguiente columna la altura de la torre, escoger el tipo de control de potencia, etc.). Nota

•

Para calcular la potencia eléctrica exacta del aerogenerador se realiza una interpolación lineal con los valores dados de la curva.

•

Siempre que la velocidad medida sea más baja que el valor mínimo o más alta que el valor máximo de velocidad en la curva de potencia, la potencia se considera cero y el aerogenerador está fuera de servicio.

PÁGINA 13

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NEG Micon 750/48 tow er=45m, control:stall 800

700

600

Ref . Power Curv e Correction applied

500

Power (kW)

NEG Micon 750/48 tower (m): 45 diameter(m): 48 control: stall U (m/s) Power (kW) 3 0 4 19.5 5 53.1 6 97.4 7 155.3 8 244.6 9 349.2 10 462.2 11 564.5 12 640.5 13 696.3 14 729.8 15 745.5 16 750 17 744.6 18 734.8 19 723 20 711.9 21 701.4 22 694.3 23 692.8 24 695.2 25 700.6

400

300

200

100

0 0

5

10

15

U (m /s)

20

25

30

Izquierda: Ejemplo de una tabla de curva de potencia (hoja PowerCurve). Derecha: Su representación gráfica incluyendo la corrección debida a la altitud del sitio (hoja Input)

PÁGINA 14

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REVISIÓN RÁPIDA DE DATOS Una vez que las hojas de entrada de datos se han llenado correctamente, el usuario puede ejecutar WindRose seleccionando Run in English o Run in Greek dependiendo del idioma en que se desee los resultados. El tiempo de cálculo depende de la cantidad de datos, normalmente una PC Pentium 4 demorará ½ minuto para un año de datos. Cuando se acaban los cálculos el siguiente gráfico se despliega mostrando todos los datos válidos que se han procesado. Esta es una importante característica del programa ya que los gráficos de Excel no pueden tener cantidades ilimitadas de datos y las capacidades del usuario (enfoque, desplazamiento) también son limitadas. Seleccione una parte par ver datos detallados.

Vista detallada de todos los datos procesados. Observe que: a) es posible enfocar seleccionando una zona con el ratón, b) el desplazamiento (paneo) se puede hacer clickeando el ratón y arrastránlo hacia la posición deseada.

Un usuario experimentado encontrará esta pantalla particularmente útil, ya que él podrá rápidamente deducir la calidad de los datos (picos, fallas en los instrumentos, etc.). También es posible ver una “ventana” de datos más pequeña cuando se pone View Mode en: Zoom X & Y (o Zoom X si el enfoque se hace sólo en el eje de tiempo). Cuando el usuario usa una "ventana" más pequeña debe moverse suavemente hacia delante o atrás, seleccionando Pan X & Y (o Pan X sólo para el eje de tiempo) y clickeando el ratón mientras se arrastra a la posición deseada.

PÁGINA 15

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HOJAS DE RESULTADOS Resultados

Esta hoja única presenta el resumen de todo el análisis que se ha ejecutado. Las cifras que se muestran son las siguientes: Measurements Period : from 4/2/2002 to 3/2/2003 Mean Annual Wind Speed (at 40m height)

6.2 9.2 27.2 34.1 0.2 307.8 2477.1

Mean Turbulence Intensity (at 10m/s) Max. 10min Average Wind Speed Maximum Gust Uncertainty of Wind Speed measurement Mean Wind Power Total Wind Energy Weibull Distribution constants shape factor (k) scale factor (C)

(general mean= 6.0 m/s)

m/s % m/s m/s m/s Watt/m² kWh/m²

(6/1/2003 07:50) (6/1/2003 07:40)

1.62 6.7 m/s

Total number of valid data Included number of calms (15m/s

% %

10-15m/s

%

5-10m/s

%

2-5m/s

% % N

NNW

NW

WNW

W

WSW

SW

SSW

S

SSE

SE

ESE

E

ENE

NE

Los resultados del programa WindRose (hoja de cálculo: Results). PÁGINA 16

NNE

WINDROSE : software de análisis eólico

• La velocidad media. Observe que si hay más de 1 año de datos entonces a más del valor medio de todos los datos de velocidad, también se calcula la “media anual”. El método de cálculo de este valor (ver más adelante) asegura que ningún efecto temporal, como la estacionalidad, no sea contabilizado. • La turbulencia (en el rango indicado de velocidad de viento). • La velocidad máxima y su fecha de suceso. • La máxima ráfaga (valor de 1 seg) y la fecha de su suceso (si hay una columna de ráfaga colocada en la hoja Input). • La potencia media del viento por área (expresada en kW/m2). • La energía total de viento por área (kWh/ m2). • Los coeficientes de la distribución de Weibull de acuerdo a los datos. • La cantidad total de datos válidos dentro del período de tiempo indicado (en los datos inicio/fin de la hoja Input). • El porcentaje de datos perdidos. • La cantidad de calmas (velocidades bajo un valor umbral). • La producción de energía esperada (kWh) del aerogenerador escogido durante el periodo de mediciones con todos los datos válidos. • El factor de planta del aerogenerador (porcentaje de potencia nominal del aerogenerador a la cual la máquina debería o perar continuamente para producir la energía esperada). • La velocidad media estimada a l a altura del buje del aerogenerador. Al igual que con la velocidad medida media, si hay más de 1 año de datos, entonces el valor calculado es el promedio de los 12 valores mensuales. Cada valor mensual promedio se podnera con la totalidad del mes indicado para todos los años. • La Producción Anual de Energía (AEP) en kWh y el correspondiente factor de planta. Ambos se calculan mediante dos métodos: a) de la distribución de datos, y b) de la distribución de Weibull. Si hay datos de 12 meses, la AEP se calcula de las 12 distribuciones. En caso contrario (menos de 1 año de datos), la AEP se calcula a partir de la distribución promedio general. • Los 2 mejores sectores de dirección en contenido energético. • Los 2 mejores sectores de dirección en términos de tiempo.

PÁGINA 17

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Observe que el cálculo de velocidad “media anual” considera la totalidad de los diferentes datos de cada mes, durante todos los años de mediciones. Al promediar los 12 meses, se asegura que el resultado a) represente al período de referencia de 1 año, y b) no haya sesgo por datos que fallaron en cubrir exactamente 12, 24, 36,... meses. A continuación se proporciona un ejemplo aritmético de este procedimiento. STEP 1 Month --------Jan. 2003 Feb. 2003 Mar. 2003 Apr. 2003 May 2003 Jun .2003 Jul. 2003 Aug. 2003 Sep. 2003 Oct. 2003 Nov. 2003 Dec. 2003 Jan. 2004 Feb. 2004 Mar. 2004 Apr. 2004 May 2004 Jun. 2004

STEP 2 Mean Data Wind Speed Complet. -------- ---------9.3 100 % 7.0 100 % 6.9 100 % 6.3 60 % 5.3 100 % 6.9 100 % 7.7 99 % 8.5 90 % 6.0 100 % 6.4 100 % 8.1 100 % 7.9 75 % 10.9 54 % 8.3 98 % 6.3 100 % 8.0 100 % 7.3 100 % 5.9 82 %

Month ----Jan. Feb. Mar. Apr. May Jun. Jul. Aug. Sep. Oct. Nov. Dec.

Mean Data Wind Speed Completeness ----------------------9.86(*) 77 % 7.64 99 % 6.6 100 % 7.36 80 % 6.3 100 % 6.45 91 % 7.7 99 % 8.5 100 % 6.0 100 % 6.4 100 % 8.1 100 % 7.9 75 %

STEP 3 Mean Annual Wind Speed = 7.4

= ( 9.86+7.64+6.6+7.36+6.3+6.45+ +7.7 +8.5 +6.0+6.4 +8.1+7.9 )/12 (*)9.86 = (9.3*1.0+10.9*0.54)/1.54

¿Por qué 3 valores para la producción de energía de un aero?

•

El primer valor se refiere a la producción de energía en el aero en el período de tiempo indicado, mientras que los otros dos se refieren a la producción anual.

•

El primer valor depende de los datos perdidos, ya que se calcula solamente con los datos válidos dentro del período indicado. Los otros 2 valores son el resultado de la proyección de las 2 distribuciones (de datos y de Weibull) a 1 año. Por lo tanto, la noción de datos perdidos no es aplicable a ellos.

•

Si el periodo indicado es de un año (definido por las fechas de Inicio/Fin), entonces las 3 cifras deben converger. De hecho, si no existen datos faltantes, entonces el primer valor y el segundo valor deberían ser casi prácticamente los mismos. Si el tercer valor es suficientemente cercano a los otros 2, esto significa que los coeficientes de la distribución Weibull (k, C) se ajustan PÁGINO 18

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bien a los datos y pueden usarse con seguridad para caracterizar el sitio. •

Por las mismas razones hay 3 factores de planta para los aerogeneradores.

¿Cómo se calcula la producción energética?

•

La producción de energía de un aerogenerador se basa en la estimación de la velocidad a la altura del buje. Si no hay mediciones a la altura del buje, entonces se extrapola la velocidad a esa altura. Para ello se utiliza la “ley de potencia” en el cálculo del cizallamiento.

•

Cuando la velocidad se mide a diferentes alturas, se calcula un cizallamiento detallado (por dirección y por velocidad de viento). Si la velocidad de viento se mide a una única altura, entonces se asume un cizallamiento uniforme, basado en el coeficiente del exponente α de la ley de potencia.

•

Teniendo calculado las series temporales de velocidad a la altura del buje, la producción de energía se evalúa usando la curva de potencia “corregida”.

•

Usualmente las curvas de potencia dadas por los fabricantes de aerogeneradores están referenciadas al nivel del mar, donde ρ = 1,225 kg/m3. Por lo tanto, la densidad a la altura de un sitio en especial requiere calcularse (usando tres métodos diferentes, incluyendo o no series temporales de temperatura, etc). Finalmente, es la densidad de aire "local", y el tipo de control de potencia (por ej. stall o pitch), la que proveen la curva de potencia "corregida" de acuerdo a la recomendación IEC-61400-12.

A continuación se muestran los resultados en 2 gráficos: uno de tipo circular que representa esquemáticamente la direcciones prevalecientes del sitio y un gráfico polar para la variación de la velocidad media en función de la dirección. Finalmente se indica la distribución de datos en tiempo por sector de dirección. Cada una tiene cuatro partes dependiendo del porcentaje de

PÁGINA 19

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tiempo a la que la velocidad en un sector específico está en los 4 rangos8 preestablecidos [2 m/s - 5 m/s), [5 - 10 m/s), [10 - 15m/s), [>15 m/s). Esta hoja tiene las rosas de viento mensuales y totales (gráfico de distribución en coordenadas polar). Representan a la distribución de velocidad de viento (%) por dirección, en el dominio del tiempo y la energía.

WindRose

May % energy

N NNW NW WNW

W

7 6 5 4 3 2 1 0

% time N

NNE NNW

NE

NNE

25 NW

NE

20

ENE

15

WNW

ENE

10 5

E

0

W

WSW

30

E

ESE WSW

SW

ESE

SE SSW

SW

SSE

SE SSW

S

SSE S

Ejemplos de rosas de viento de un sitio (total y mensual)

Observe que para una máxima precisión, los gráficos polares se dividen en 64 sectores, cada uno de 5,625° (= 360° / 64) de ancho. Cada punto en la línea de dibujo representa el valor medio de todos los datos dentro de este sector, por ej. el valor de la distribución a 0° es el valor medio de todos los datos encontrados en el sector [-2,8125, +2,8125). Se recuerda que para poder calcular las distribuciones en tiempo y energía por sector de dirección, solamente los datos con velocidades mayores que el límite de calma (fijado en la hoja Input) se toman en cuenta. Si el usuario quiere cambiar esto y usar todos los datos, debe poner el límite de calma en 0 m/s y reiniciar el programa. Finalmente, observe que la energía se refiere a la energía del viento, no la energía eléctrica estimada del aerogenerador. Aunque en la mayoría de los casos las dos distribuciones son idénticas, pueden existir algunas diferencias en caso de muy altas velocidades de viento (mayores a la velocidad de corte) donde el aerogenerador se supone se apaga.

El límite inferior es en realidad el valor del umbral de calma (el mismo de la hoja Input), por debajo de la cual la respuesta del instrumento de medición de dirección de viento ya no es confiable. 8

PÁGINA 20

WINDROSE : software de análisis eólico

Esta hoja de Excel sólo se crea autoáticamente si hay múltiples anemótros. El primer gráfico muestra los valores de velocidad media (los medidos) de acuerdo con el cizallamiento vertical promedio. Los cálculos de cizallamiento de viento se basan en la “ley de potencia”: α

⎛ z ⎞ ⎟ u ( z ) = u ( z ref ) ⎜ ⎜z ⎟ ⎝ ref ⎠ donde zref denota la altura a la cual la velocidad de viento u(Zref) se mide y α es el exponente de cizallamiento. Mean vertical wind profile 60

Height [m]

Cizallamiento

50

6.7 m/s

40

6.6 m/s

30

6.4 m/s

20

6.2 m/s

10

5.7 m/s

0 0

2

4

6

8

Wind Speed [m/s]

Vel. media según la altura – mediciones & cizallamiento vertical medio (hoja Shear)

La siguiente tabla muestra las velocidades máxima y media medidas por dirección y por altura. Al final los valores calculados son a la altura del buje del aerogenerador seleccionado. La variación de los coeficientes Weibull por altura y por dirección se coloca en una tabla por separado. Ambas tablas proveen los resultados a la altura del buje, basados en las serie temporales de velocidad extrapoladas a esa altura (del anemómetro más alto) empleando los resultados de cizallamiento del viento. En la última tabla de esta hoja de cálculo se presenta en detalle el valor promedio del exponente α de la “ley de potencia” por velocidad y por dirección. Para cada intervalo de tiempo se calcula un valor de α. Los valores de α se consideran válidos solamente si el coef. de determinación R2 >0.95. Observe que: a) este valor el usuario lo puede seleccionar en“Advanced Options…” del menú WindRose, y b) se despliega al tope de esa tabla, junto con los datos de porcentaje que satisfacen aquePÁGINA 21

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lla condición, proveyendo de esta manera una indicación de la validez de la Ley de Potencia en ese sitio. R2 = 0.85

R2 = 0.975

Z

Z

U

U

Velocidad medida (puntos negros) y cizallamiento calculado: 2 Coeficiente de determinación - Izquierda: R20.95 aceptado Average and Max (10min) wind speed per direction Height 10 20 30

U

NNE

ENE

E

ESE

SSE

S

SSW

WSW

W

WNW

NNW

N

All Dirs

Ave

6.84

5.59

3.62

3.19

4.37

5.35

5.04

5.07

4.76

3.88

6.06

6.98

5.75

Max

16.85

13.52

8.18

8.79

16.57

13.06

12.34

11.84

10.91

10.88

16.03

19.03

19.03

Ave

7.29

6.07

3.78

3.35

4.57

5.61

5.39

5.66

5.57

4.27

6.42

7.32

6.17

Max

17.58

14.48

8.86

9.17

16.75

13.15

13.11

13.68

13.39

13.27

16.55

19.50

19.50

Ave

7.72

6.52

4.07

3.24

4.64

5.70

5.77

6.10

6.04

4.49

6.51

7.45

6.44

Max

18.03

15.50

9.73

9.20

16.65

13.52

13.85

14.83

15.06

14.37

16.46

19.60

19.60

Ave

7.98

6.65

3.86

3.47

4.63

5.70

6.00

6.37

6.29

4.62

6.65

7.64

6.62

Max

18.27

15.78

9.80

9.52

16.30

13.84

14.56

15.15

15.54

14.43

16.67

19.85

19.85

50

Ave Max

8.00 18.37

6.65 15.82

4.39 9.84

3.50 9.42

4.59 16.18

5.67 13.92

6.07 14.88

6.51 15.55

6.46 16.02

4.72 14.83

6.74 16.94

7.67 20.04

6.69 20.04

80

Ave Max

8.41 18.85

7.03 16.62

4.60 10.41

3.60 9.60

4.66 16.06

5.77 14.24

6.45 15.87

7.03 16.86

7.08 18.04

5.01 16.25

6.96 17.25

7.90 20.33

7.02 20.33

40

Velocidad media de viento por altura y dirección (hoja Shear) Weibull parameters per Height Height 10 20 30 40

Const

NNE

ENE

E

ESE

SSE

S

SSW

WSW

W

WNW

NNW

N

All Dirs

k

2.60

2.80

2.76

1.84

1.54

2.45

2.24

2.46

2.63

2.25

1.92

2.33

C

7.8

6.3

4.2

3.3

4.7

6.1

5.7

5.7

5.3

4.2

6.7

7.9

6.4

k

2.65

2.72

2.46

1.97

1.57

2.45

2.24

2.49

2.48

2.04

1.79

2.35

2.08

2.01

C

8.2

6.8

4.3

3.6

4.9

6.4

6.1

6.3

6.3

4.5

7.1

8.2

6.9

k

2.64

2.67

2.48

1.94

1.66

2.46

2.11

2.47

2.49

2.01

1.78

2.34

2.10

C

8.7

7.3

4.7

3.5

5.0

6.5

6.6

6.8

6.8

4.8

7.2

8.4

7.2

k

2.62

2.63

2.24

1.92

1.66

2.49

2.07

2.49

2.49

2.08

1.78

2.35

2.08

C

9.0

7.4

4.4

3.7

5.0

6.5

6.8

7.1

7.1

5.0

7.4

8.6

7.4

50

k C

2.59 9.0

2.62 7.4

2.63 5.1

1.96 3.8

1.66 5.0

2.48 6.4

2.05 6.9

2.45 7.2

2.51 7.3

2.10 5.2

1.76 7.5

2.33 8.7

2.09 7.5

80

k C

2.55 9.5

2.53 7.8

2.64 5.3

2.01 3.9

1.70 5.1

2.46 6.5

1.94 7.3

2.41 7.7

2.40 8.0

2.02 5.5

1.71 7.7

2.31 8.9

2.07 7.9

Variación de los parámetros de Weibull, por altura y por dirección (hoja Shear)

PÁGINA 22

(measured)

(calculated)

WINDROSE : software de análisis eólico

2

Wind Shear exp. coef. α m/s 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-24 24-25 25average

NNE 0.045 0.079 0.049 0.068 0.090 0.104 0.093 0.103 0.100 0.109 0.110 0.097 0.099 0.081

ENE 0.138 0.100 0.179

E 0.207 0.223 0.249

Data percentage with R >0.95 : 90.25% ESE 0.365 0.388 0.401 0.369 0.411 0.351 0.344 0.344 0.369

SSE 0.159 0.130 0.161 0.186 0.167 0.180 0.211 0.250

0.185

S 0.175 0.144 0.099 0.113 0.095 0.120 0.108 0.129 0.124 0.129 0.120 0.122 0.144 0.186 0.221

0.088

0.139

0.227

0.371

0.181

0.135

SSW 0.218 0.160 0.090 0.100 0.097 0.113 0.110 0.081 0.109 0.119 0.090 0.088 0.035 0.093 0.074 0.104 0.017

WSW 0.242 0.188 0.162 0.118 0.176 0.168 0.147 0.166 0.178 0.156

0.100

0.170

W WNW 0.310 0.165 0.357 0.278 0.374 0.398 0.355 0.424 0.396 0.525 0.404 0.475 0.482 0.474 0.465 0.363 0.404

NNW 0.166 0.164 0.175 0.152 0.172 0.134 0.102 0.083 0.050 0.092 0.126 0.066

0.391

0.391

0.124

N average 0.080 0.165 0.099 0.146 0.099 0.124 0.086 0.119 0.077 0.107 0.075 0.101 0.079 0.106 0.079 0.107 0.073 0.091 0.075 0.095 0.078 0.087 0.078 0.084 0.078 0.082 0.076 0.080 0.070 0.070 0.070 0.075 0.070 0.069 0.059 0.059 0.058 0.058 0.086 0.086 0.062 0.062 0.077 0.116

Resultados del exponente de cizallamiento por velocidad y dirección. (hoja Shear)

Se subraya que internamente la tabla anterior se calculó también para cada mes y para cada hora del día. La razón es la importante variabilidad del exponente α con estos dos parámetros. De esta manera, cuando se calcula la velocidad a alturas mayores (por ej.: a la altura del buje), si aquellos valores de α existen (por hora, por mes, por velocidad y por dirección), entonces son preferentmente utilizados en lugar de aquellos (resumidos) en la tabla anterior.

Un gráfico típico que muestra la variación diaria del exponente α con la hora del día. Resultado del sitio Lavrio (hoja: Shear).

Al final de la hoja Shear, un grupo de gráficos polares se crean mostrando la influencia de la “sombra” del mástil sobre los anemómetros (inferiores), asumiendo que el anemómetro de referencia está instalado al tope del mástil, donde el flujo de viento no molesta sin importar la dirección. Esto se logra mediante el trazado de las relaciones de velocidad por encima de un umbral (4 m/s).

PÁGINA 23

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Influencia de la “sombra” del mástil sobre los anemómetros (inferiores). Gráfico polar del ratio de velocidad de un anemómetro inferior vs el superior. (hoja: Shear).

En el ejemplo anterio note que a ~300° el ratio de los anemómetros desciende a alrededor de 0.5, proveyendo información valiosa sobre: a) la orientación exacta del brazo; y, b) la apropiada longitud del brazo de acuerdo a los estándares. Un descenso menos pronunciado del ratio también, como es de esperarse, diametralmente a ~120°.

Compación de anemómetros y veletas montados sobre el mismo mástil. (hoja: Shear).

Estos gráficos se crean automáticamente para todos los anemómetros inferiores con respecto al de referencia sin ningún orden del usuario. Sin PÁGINA 24

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embargo ya que Excel no puede manejar más de 32.000 datos por gráfico, se usa una biblioteca gráfica externa para crearlos en formato PNG. Consecuentemente, estos gráficos no pueden ser personalizados como otros gráficos de Excel en WindRose.XLS. Esta hoja se crea solamente si hay varios anemómetros y hay suficientes datos (o sea varios meses). Idealmente, los anemómetros de copas deberían calibrarse en un túnel de viento después del período de medición para asegurar la precisión de las medidas durante la campaña de medición completa. Otra posibilidad (inferior) es ejecutar una comparación in-situ entre el anemómetro superior y el de control (usualmente a 1.5 m más abajo del superior). Este procedimiento esta definido en el Anexo K del estándar IEC-61400-12-1. Brevemente el procedimiento puede resumirse así: los datos se filtran para un sector estrecho de dirección y se clasifica en pasos de 1 m/s. Entonces se ejecuta una regresión lineal entre los dos anemómetros usando los datos del(de los) 1-2 mes(es) inicial(es). Finalmente, los resultados de la regresión se aplican al(los) último(s) 1-2 mes(es) de medicion(es) y se comparan con los datos reales. In-Situ comparison of anemometers at 28.5m and at 30m ( wind direc tions : 3 4 8 .7 5 deg - 1 1 .2 5 deg ) E valuation period (regres s ion) from: 1 2 /1 /2 0 0 8 to: 8 /3 /2 0 0 8 A pplic ation period (deviation res ults ) from: 1 6 /1 1 /2 0 0 8 to: 1 1 /1 /2 0 0 9

Anemometer at 28.5m [m/s] 4

5

6

7

8

9

0 .3 0

10

11

12

13

14

15

16

y = 0.9618x + 0.3264 R 2 = 0.9992

0 .2 5

16 15 14 13

0 .2 0

12 11

0 .1 5

10 Squared Sum of Dev iations Comparison of anemometers

0 .1 0

9 8 7

0 .0 5

6 5

0 .0 0

4 4-5

5-6

6-7

7-8

8-9

9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16

Wind speed bin [m/s]

Resultado principal de la hoja Annex K

PÁGINA 25

Anemometer at 30m [m/s]

Squared sum of deviations [m/s]

Anexo K

WINDROSE : software de análisis eólico

El resultado principal de la hoja AnnexK es un gráfico (complejo) con 4 ejes. En el eje azul (x-encima, y-derecha) se presenta la regresión lineal entre los dos anemómetros. En el eje verde (x-abajo, y-izquierda) se dibuja la suma del cuadrado de las desviaciones sistemáticas y estadísticas por paso de velocidad. La comparación in-situ se considera exitosa (y por ello no se requiere una recalibración de anemómetros) si cada paso permanece más bajo que 0.1 m/s. Esta condición puede escribirse así: 2

⎛σ ⎞ ΔU + ⎜ ΔU ⎟ ≤ 0.1m / s ⎝ N⎠ 2

donde: ΔU = Utop – (α*Ucontrol+β) con (α, β) los coeficientes de regresión del período inicial y Ν el número de datos por cada paso de velocidad (Ν ≥ 3 datos de 10 min). El valor por defecto y los parámetros recomendados para este método son: i) seleccionar datos de 6 m/s a 12 m/s; ii) usar intervaloes de 8 semanas para la primera y la última parte de las mediciones y, iii) aplicar el método del sector de dirección principal. No obstante estos parámetros pueden modificarse dentro de “Advanced Options…” del menú. En esta hoja se presentan 3 gráficos importantes, mostrando los resultados del análisis de datos eólicos en un formato “global”. Las “vistas” más detalladas de estos resultados se presentan en las siguientes hojas. Mean Daily Wind speed variation 25 Mean 20 Wind speed (m/s)

Gráficos de Tiempo

Max

15

10

5

0

20/2/93

12/3/93

1/4/93

21/4/93

11/5/93

31/5/93

20/6/93

10/7/93

Date

Variación de la velocidad por día (valores medios & máximos)

• El primero muestra la evolución de la velocidad media diaria, tanto como la velocidad máxima ocurrida por día, para el intervalo de tiempo (por ej. si hay registros de series de 10 min, el máximo valor no es de seguro la ráfaga instantánea de 1 seg, sino la velocidad de 10 min máxima ocurrida durante este día). • El segundo gráfico presenta la distribución diaria. En realidad esta es la distribución de velocidad en función de la hora del día. Aquí se toman en cuenta todos los datos, independientemente de la dirección.

PÁGINA 26

WINDROSE : software de análisis eólico

La distribución diaria por mes se indica en la hoja 12diurnal.

Diurnal Distribution 8.2

Wind speed (m/s)

8.1 8 7.9 7.8 7.7 7.6 7.5 7.4 7.3 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Hour of the Day

Distribución de la velocidad según la hora del día.

• Finalmente el tercer gráfico muestra la velocidad media por mes. Si se analiza más de un año, cada media mensual de velocidad se calcula de todos los meses correspondientes. Mean Monthly Wind Speed Variation over a year 12

Wind Speed (m/s)

10 8 6 4 2

Nov

Dec

Oct

Sep

Aug

Jul

Jun

May

Apr

Mar

Feb

Jan

0 Month

Variación de la velocidad media por mes. Tablas

En esta hoja de cálculo se presentan dos tablas muy esenciales. La primera muestra la variación de la turbulencia % (σu/U*100) para la dirección y velocidad de viento. La segunda muestra la distribución de datos totales tanto para la velocidad como la dirección. Los siguientes puntos deberían remarcarse: El “espaciamiento” de la velocidad se hace en 25 pasos de 1 m/s, comenzando desde el [0 m/s, 1 m/s), con el 26mo que recopila todos los datos mayores a 25m/s. La tabla de turbulencias no muestra los primeros cinco pasos de velocidad (la opción de Excel “Hide cells” está activada), ya que no ningún significado ísco puede extraerse de turbulencias cuya velocidad media se aproxima a cero. En ese caso, el ratio σu/U toma valores muy altos, dominando a los demás en la representación gráfica de la tabla (vea la hoja:3D). PÁGINA 27

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Data distribution vs Wind Speed & Wind Direction m/s NNE 32 0-1 41 1-2 31 2-3 16 3-4 9 4-5 18 5-6 7 6-7 7-8 1 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-24 24-25 25totals 155

NE ENE 61 50 55 80 49 69 27 61 5 18 8 11 2 1

207

290

E 78 142 187 139 60 33 14 15 10 7 5 4 10 4 5 4 8 10 12 4 1

752

ESE 124 141 239 206 167 139 144 115 69 46 31 46 23 16 14 6 6 6 1 1

1540

SE 100 175 255 215 209 243 218 265 168 184 218 205 211 191 122 86 93 58 37 18 18 8 1

3298

SSE 92 134 140 127 158 220 218 204 122 78 77 71 81 37 34 27 26 12 7 11 8 6 4 2 3 1 1900

S SSW 154 110 158 158 141 139 153 161 189 142 148 105 130 91 54 91 31 93 28 52 26 42 19 23 26 26 23 20 13 15 4 2 6 3 2 1

SW WSW 104 141 224 315 304 483 361 720 284 899 236 609 208 430 177 246 138 151 135 122 83 76 71 72 61 30 33 22 51 6 63 3 22 8 2

1309

2565

1270

W WNW 189 229 436 493 782 784 1338 797 2165 862 2351 782 1988 1004 1463 1131 1272 1298 995 1413 1163 1439 1159 1338 1004 1245 938 1238 813 1100 430 933 162 684 29 524 6 470 1 308 189 89 25 5 3

4325 18684 18383

NW NNW 166 38 337 47 428 64 288 18 106 10 65 22 88 10 106 5 120 137 1 176 250 1 177 1 57 2 44 1 40 1 58 2 30 11 11 3

2698

223

totals

N 36 42 22 7 7 13 3 1 2

1704 2978 4117 4634 5290 5003 4556 3873 3475 3198 3336 3259 2895 2581 2218 1599 1067 680 548 354 220 103 30 7 6 1 133 57732

Tables: Distribución de datos por velocidad y dirección.

La cantidad de sectores de dirección se selecciona en la hoja de cálculo de entradas (8, 12 ó 16). Como se indicó anteriormente, cada dirección se relaciona con el ángulo medio del respectivo sector. Por ej.: supóngase que se selecciona 16 sectores (el valor por defecto y recomendado) en ese caso el ancho de cada sector será 22.5° (= 360°/16) y los vientos del Norte serán todos aquellos que estén el sector [348.75°, +11.25°). La turbulencia media, por rango de velocidad y dirección, se calcula usando los clásicos métodos de promediación; no se lleva a cabo corrección. Aunque no es preciso, este simple método da una aproximación satisfactoria a la “verdadera” turbulencia, la cual puede calcularse solamente si se dispone de series temporales de velocidad. En la segunda tabla se proporciona la cantidad de rotaciones sucesivas de la veleta (en sentido horario y antihorario). Estas cantidades de revoluciones indican cuántas veces un aerogenerador habría rotado sobre su eje, dando una buena estimación de la cantidad de veces que los cables eléctricos se retuercen. Para este cálculo todos los datos se toman en cuenta (incluyendo las calmas) considerándose que incluso durante bajas velocidades de viento, el aerogenerador rota usualmente para tener una orientación óptima. Obviamente la precisión de estos dos números depende de la integridad de los datos (bajo número de datos faltantes). 3D

Este hoja de cálculo contiene la representación gráfica en 3D de la hoja Tables, indicando la distribución de la turbulencia por velocidad y dirección, así como la distribución total de los datos nuevamente por velocidad y dirección.

PÁGINA 28

WINDROSE : software de análisis eólico

Turbulence Intensity (%) vs Wind Speed & Wind Direction

35 30 25 20 15 10

5- 6

5

9- 10

0

13- 14 17- 18 21- 22 NE

NNE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

N

Turbulencia por dirección y velocidad de viento (hoja 3D ). 12 pasteles

En esta hoja de cálculo de 2 páginas se grafican 12 gráficos de pastel, uno por mes del año, indicando las dos direcciones de viento dominantes. Al final de la segunda página se coloca una tabla con la representación numérica de los gráficos. En caso que un sector prevaleciente (referido al tiempo) no esté entre los dos mejores sectores (referidos a energía) entonces se usa un color azul (o un color verde si es al contrario). Al igual que en la hoja WindRose, aquí tampoco se incluyen las calmas. January

NNW

N

February

NNE

NNW NE

NW

NW

ENE

N

NNE NE

NW

NW

ENE

E W

E W

ESE

WSW

ESE

WSW

SW SSW

SE

S

SW

SSW

S

SSE

SE

SSE

Direcciones principales de viento (D]XO:basadas en el tiempo, YHUGH: basadas en el contenido energético). 12 diarios

Esta hoja de una página está compuesta por 12 gráficos de barras que representan la distribución diaria de datos por cada mes del año (incluidos todos los años). De hecho es la variación horaria de la velocidad por mes, y todas las direcciones son tomadas en cuenta. Note que si es necesaria la distribución diaria total esta puede hallarse en la hoja TimeChart.

PÁGINA 29

WINDROSE : software de análisis eólico

Observación Importante

Si los datos superan a 1 año, los gráficos mensuales amulan los datos de los distintos años. Cuando sea necesario ver la distribución diaria de sólo un mes específico, el programa debe ejecutarse una vez por cada año (de acuerdo a las fechas de inicio y final indicadas en la hoja Input).

•

March 10 8 6 4 2 0

Mean Wind Speed: 6.7m/s

12 Wind speed (m/s)

12 Wind speed (m/s)

April

Mean Wind Speed: 8.6m/s

10 8 6 4 2 0

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

0

2

Hour

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Hour

Ejemplo de la distribución diaria por mes (hoja 12diurnal). Gráficos de barras

En esta hoja de cálculo se grafican las 4 representaciones más comunes de la distribución de viento. Los primeros dos muestran la distribución de viento basada en la energía, (no es la producción esperada de energí a del aerogenerador) en función de la dirección (la primera) y la velocidad (la segunda). Las últimas dos muestran la distribución basada en tiempo del viento en f unción de la dirección (la tercera) y la velocidad (la cuarta). Energy Distribution vs Wind Speed 700 Energy (kWh/m²)

600 500 400 300 200 100 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Wind speed (m/s)

Distribución de la energía versus velocidad de viento. (hoja BarCharts). Weibull

El gráfico principal de esta hoja de cálculo muestra la distribución de Weibull que ajusta a los datos de viento. Todas las direcciones han sido tomadas en cuenta en este gráfico para el cálculo de los coeficientes de forma (k) y la escala (C) de la distribución Weibull. Si hay varios anemómetros el gráfico pertenece al de referencia (usualmente el más alto). PÁGINA 30

WINDROSE : software de análisis eólico

0.1

Data Distribution

0.09

Weibull Distribution (1.90, 9.0)

0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21 22 23 24 25

Wind speed (m/s)

Distribución de datos y distribución de Weibull que se ajusta a los datos.

En la tabla que sigue al gráfico se proporciona alguna información importante. Los coeficientes de Weibull se indican por sector de dirección junto con el porcentanje correspondiente de datos totales encontrados en dicho sector, la velocidad media, la turbulencia y los valores de inicio y final de cada sector de dirección. Algunos programas de terceros que se usan para buscar la disposición óptima de los aerogeneradores dentro de un parque eólico (por ej. WindFarm® de ReSoft), requieren como datos de entrada esta tabla así como la topografía del lugar. Direction

Angles (deg)

Weibull shape

Weibull scale

Data Distrib

Mean Wind Speed (m/s)

NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW N

11.25 - 33.75 33.75 - 56.25 56.25 - 78.75 78.75 - 101.25 101.25 - 123.75 123.75 - 146.25 146.25 - 168.75 168.75 - 191.25 191.25 - 213.75 213.75 - 236.25 236.25 - 258.75 258.75 - 281.25 281.25 - 303.75 303.75 - 326.25 326.25 - 348.75 348.75 - 11.25

1.65 1.79 1.65 1.42 1.70 1.87 1.72 1.58 1.71 1.85 2.16 2.36 2.11 1.74 1.53 1.55

3.27 2.73 2.97 5.69 6.28 9.37 8.40 5.88 6.11 7.23 6.07 8.98 11.32 7.25 4.37 3.02

0.27% 0.36% 0.50% 1.30% 2.67% 5.71% 3.29% 2.27% 2.20% 4.44% 7.49% 32.36% 31.84% 4.67% 0.39% 0.23%

2.5 1.9 2.2 4.0 5.0 8.3 6.9 4.7 5.1 5.9 4.9 7.8 10.2 6.7 3.0 2.3

T.I. (%) at 10m/s

11.0 9.5 9.3 10.3 14.2 15.4 15.2 14.0 11.7 8.8 8.6 12.1

Coeficientes de la distribución de Weibull, porcentaje de datos, velocidad media, turbulencia, por sector de dirección.

En esta versión de WindRose, los coeficientes calculados de Weibull para cada mes se colocan sólo como valores en TempData!M109:O122, sin embargo, en futuras versiones se incluirá un gráfico. El segundo gráfico de la hoja de cálculo es la probabilidad acumulada de los datos eólicos (basada en la distribución de datos no en la distride Weibull). Esta es una herramienta útil para estimar el porcentaje de tiempo en que la velocidad excede cierto valor, por ej. durante cuánto tiempo la velocidad supera la velocidad de arranque o la velocidad de parada del aerogenerador. PÁGINA 31

WINDROSE : software de análisis eólico

Cumulative Probability (%) 100

Cumulative Probability (%)

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

1 2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Wind speed (m/s)

Probabilidad acumulada de datos. (por ej. el 33% del tiempo, la velocidad supera los 10 m/s).

El tercer gráfico indica la variación de la turbulencia respecto de la dirección de viento. El cálculo se hace usando solamente las velocidades dentro del rango especificado en la hoja Input (usualmente 10 m/s ± 1 m/s). Lógicamente si un sector de dirección no tiene datos en ese rango de velocidad, aparece un cero. La explicación hecha en la descripción en la hoja Tables al respecto de la turbulencia aquí también vale. Sólo se pueden obtener conclusiones seguras cuando hay una cantidad importante de datos en cada sector de dirección. Estas dos hojas de cálculos contienes tablas mensuales (UhourT) y gráficos (UhourG), que representan la evolución de la velocidad horaria media por cada día.

UhourT - UhourG

February, 2000

Wind Speed [m/s]

24

Mean Wind Speed: 8.6m/s Data completeness:99.9%

21 18 15 12 9 6 3 0 1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

25

27

29

31

D ay

Variación de la velocidad media por hora, durante el mes de enero. (24 * 31=744 puntos graficados). DIRhourT - DIRhourG

Similarmente a las 2 hojas previas, DIRhourT y DIRhourG, indican la variación de la dirección por cada día (el valor medio por hora), para cada mes.

PÁGINA 32

WINDROSE : software de análisis eólico

Dir. [deg]

February, 2000 360 315 270 225 180 135 90 45 0

U