La energía eólica del viento no es solo ‘viento’, sino una disposición complicada de características turbulentas que están influenciadas por el entorno circundante. La turbulencia del aire es creada por el paisaje, pero también por edificios, carreteras y aerogeneradores. En el proyecto ESTABLIS-UAS, el Centro Aeroespacial Alemán (Deutsches Zentrum fuer Luft- und Raumfahrt; DLR) está investigando estos efectos de flujo. Para ello, un enjambre de drones asciende y mide estos fenómenos. Los resultados se pueden utilizar, por ejemplo, para mejorar la disposición de las turbinas en un parque eólico.
«Las turbinas eólicas se encuentran entre las tecnologías más importantes para el suministro de energía sostenible, tanto en Alemania como en todo el mundo. La mayor expansión de la energía eólica requiere un aumento significativo en el rendimiento de las turbinas eólicas. Por esta razón, la Junta Ejecutiva de DLR ha decidido aumentar la financiación anual para la investigación de la energía eólica en un millón de euros con efecto inmediato», explica Anke Kaysser-Pyzalla, presidenta de la Junta Ejecutiva de DLR. «DLR ha estado investigando en esta área durante muchos años. Sus actividades hacen uso de las muchas sinergias con la investigación aeroespacial. El trabajo abarca desde la investigación fundamental hasta el desarrollo adicional de componentes individuales en cooperación con la industria».
«Comprender estas condiciones tridimensionales turbulentas juega un papel importante en la transición energética. Esto nos permite comprender las cargas a las que estarán sujetas las turbinas eólicas durante su ciclo de vida y predecir cuánta energía alimentarán a la red de energía». dice el líder del proyecto Norman Wildmann del Instituto de Física Atmosférica de DLR. Hasta 100 drones despegan del suelo en formación fija para el proyecto ESTABLIS-UAS (Exposing spatio-temporal Structures of Turbulence in the Atmospheric Boundary Layer with In-Situ Measurements by a Fleet of Unmanned Aerial Systems). Los Sistemas Aéreos No Tripulados (UAS) miden las características del viento, la temperatura y la humedad con alta resolución. Se realizaron pruebas de antemano con hasta 20 de estos pequeños drones. Son particularmente robustos para que puedan mantener su posición y ofrecer resultados incluso a velocidades de viento más altas.
Ensayos en túnel de viento y en el Parque de Investigación de Energía Eólica
Los aerogeneradores generan sus propios efectos turbulentos además de los fenómenos de flujo que ya existen. Como tal, uno de los objetivos de la investigación de energía eólica en DLR es desarrollar un modelo que muestre claramente los efectos en las turbinas en la segunda o tercera fila de un parque eólico. «Todavía hay cierta necesidad de optimización aquí. Las respuestas a las preguntas sobre cómo se comporta el viento en estos puntos son muy complejas», explica Wildmann. «Y esto no solo depende de la turbina, sino también de las condiciones atmosféricas locales y las propiedades del terreno circundante. Se trata de una combinación de los dos».
Además de las mediciones en turbinas eólicas, se planean experimentos en el túnel de viento de la Universidad de Oldenburg, que es socio de Research Alliance Wind Energy (Forschungsverbund Windenergie; FVWE), y en DLR Wind Energy Research Farm en Krummendeich. Se llevarán a cabo dos campañas de medición más como parte de la iniciativa internacional TEAMx, que se dedica al estudio de flujos complejos en la capa límite sobre terreno montañoso. Todos los experimentos se complementarán con simulaciones numéricas. En última instancia, se creará un modelo integral para la representación de flujos turbulentos.
Los modelos de la capa límite atmosférica complementan el conocimiento de la teledetección
La capa más baja de la atmósfera, la ‘capa límite atmosférica’ (ABL), está directamente influenciada por la superficie de la Tierra. Los procesos de intercambio y transporte en la ABL son impulsados ??principalmente por la turbulencia, que se extiende sobre una amplia gama de escalas; algunos fenómenos turbulentos tienen unos pocos milímetros de ancho, otros tienen más de un kilómetro de tamaño. Los modelos físicos para el ABL, que se extiende desde el suelo hasta una altitud de aproximadamente 2000 metros, aún no son muy precisos. Las turbulencias de características interconectadas como ráfagas, vientos de valle y de pendiente, ciudades, turbinas eólicas o aeronaves son difíciles de capturar. «Las mediciones de ESTABLIS-UAS llenan un vacío de observación entre los procesos locales muy pequeños cerca del suelo y las observaciones a gran escala mediante sensores remotos, aeronaves de investigación y satélites», dice Markus Rapp, director del Instituto DLR de Física Atmosférica en Oberpfaffenhofen. «Combinar esto con sensores terrestres y sensores remotos permite una visión completamente nueva de la interacción de fenómenos de flujo complejos». Estos modelos también podrían explicar cómo los flujos turbulentos influyen en la mezcla de la atmósfera inferior. Esto es importante, por ejemplo, en la dispersión de polvo, contaminantes y aerosoles.
El proyecto ESTABLIS-UAS tendrá una duración de cinco años. Está financiado por el Consejo Europeo de Investigación (ERC) en el marco de una subvención inicial del ERC.
