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Metodología utilizada Metodología utilizada
Descripción de la metodología utilizada para la realización de los mapas eólicos.
1. Modelos
En el corazón del sistema MesoMap está el MASS (Mesoscale Atmospheric Simulation System), un modelo numérico de predicción del estado de la atmósfera que ha sido desarrollado en los últimos 20 años por Meso Inc. (socio de Meteosim Truewind) como herramienta de investigación, así como plataforma de generación de productos meteorológicos comerciales. El MASS simula los fenómenos físicos fundamentales que gobiernan la atmósfera, incluyendo la conservación de la masa, la cantidad de movimiento y la energía (los principios básicos de la dinámica y termodinámica clásicas). También dispone de un módulo de energía cinética turbulenta que tiene en consideración la viscosidad y la estabilidad térmica de la cortadura del viento. Como modelo dinámico, el MASS simula la evolución de las condiciones atmosféricas en pasos de tiempo del orden de pocos segundos. Esto genera una fuerte demanda de recursos computacionales, especialmente cuando se trabaja con resoluciones muy elevadas.
Finalmente, el MASS se acopla a un modelo más simple y rápido, WindMap, que se trata de un modelo de conservación de la masa que simula el flujo de viento. Dependiendo de la extensión y la complejidad de la región. WindMap se utiliza para mejorar la resolución espacial de las simulaciones del MASS, y así tener en consideración con mas precisión los efectos topográficos locales.
2. Bases de datos
El modelo MASS se alimenta de diferentes tipos de bases de datos globales, geofísicas y meteorológicas. Las principales fuentes de datos proceden de reanálisis, radiosondeo, estaciones de superficie y características del suelo.
La más importante base está constituida por los datos meteorológicos históricos referidos a una red tridimensional generados por el US National Center for Environmental Prediction (NCEP) y el National Center for Atmospheric Research (NCAR). Estos datos permiten obtener una instantánea de las condiciones meteorológicas en todo el globo a distintas alturas y a intervalos de 6 horas. Combinando los datos de radiosondeo, superficie y de reanálisis, se establecen las condiciones iniciales, así como las condiciones de contorno actualizadas para las simulaciones del modelo MASS que por sí mismo, determina la evolución de las condiciones atmosféricas. Como los datos de reanálisis tienen poco detalle, el MASS se ejecuta para toda una serie de simulaciones sucesivas, cada una de las cuales utiliza como entrada los datos de salida de la simulación precedente, hasta llegar al nivel de detalle deseado.
Los radiosondeos y las estaciones de superficie suministran las observaciones de la red sinóptica internacional. Las estaciones de superficie son numerosas aunque no suelen estar situadas en los emplazamientos con mayor relevancia eólica desde un punto de vista energético; muchas de ellas están ubicadas en el propio edificio de la torre de control de los aeropuertos o en entornos urbanos para facilitar su mantenimiento. Mucho más escasos son los radiosondeos, que no son más que estaciones meteorológicas en miniatura que se acoplan a un globo hinchado con un gas más ligero que el aire y que por consiguiente se eleva en la atmósfera registrando diferentes variables meteorológicas en su ascensión.
Las bases de datos geofísicas de entrada que se utilizan son, principalmente topográficas, usos del suelo, índice de vegetación y valores climatológicos de la temperatura del agua del mar. Los datos topográficos utilizados en MesoMap han sido generados y compilados en un modelo de elevación digital del terreno (DEM) con una resolución nominal de 90 m en el marco del proyecto SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) por el National Geospatial-Intelligence Agency (NGA) y la National Aeronautics and Space Administration (NASA).Los usos del suelo proceden de la base elaborada dentro del programa CORINE (Coordination of Information of the Environment), el cual se inicia el 27 de junio de 1985 por decisión del Consejo de ministros de la Unión Europea (CE/338/85), a partir de la clasificación de imágenes Landsat Thematic Mapper, con una resolución de 100 m.
3. Sistemas de cálculo y de almacenamiento de datos
El sistema MesoMap requiere una gran potencia de cálculo y de almacenamiento para poder generar los mapas de recurso eólico con una resolución espacial elevada y en un tiempo razonable. Para alcanzar este objetivo se han utilizado 56 procesadores y más de 3 Terabytes de datos.
Como cada día simulado por un procesador es completamente independiente del resto de días, el proyecto se puede realizar en paralelo en este sistema 56 veces más deprisa que utilizando un solo procesador. Dicho de otro modo, un proyecto típico de MesoMap que tardaría más de dos años en completarse con un solo procesador, puede ser completado en dos semanas.
4. Proceso de generación de los mapas de potencial eólico
El sistema MesoMap genera los mapas de potencial eólico en tres pasos. En primer lugar, el MASS simula las condiciones atmosféricas representativas de un periodo de 15 años. Cada simulación genera las características del viento y otras variables meteorológicas (como pueden ser la temperatura, la presión, la humedad, la energía cinética turbulenta o el flujo de calor) en tres dimensiones en el dominio de integración, y la información se guarda en salidas horarias. Una vez realizadas las simulaciones, los resultados se compilan en archivos resumen, que constituyen la entrada al modelo WindMap en la segunda etapa de elaboración de los mapas. La etapa final es la transformación de estos resultados numéricos en mapas, lo que se hace con la ayuda de las herramientas que proporcionan los Sistemas de Información Geográfica.
Tanto las caracterísitcas medias anuales del vector viento como la densidad de potencia eólica media anual son productos finales del modelo de microescala, al ser estos mismos parámetros los que conforman las variables del modelo de mesoescala. Esto quiere decir que son justamente las variables que se calculan por el MASS en toda la malla tridimensional en cada paso de integración. A partir de la velocidad de viento y la densidad del aire, se obtiene la densidad de potencia eólica disponible en cada punto.
Los dos productos principales de todo este proceso son:
1. Mapas de la velocidad media del viento y de la densidad de potencia eólica a distintas alturas sobre el nivel del suelo (30, 60, 80 y 100 m).
2. Archivos de datos que contienen los parámetros de las distribuciones de frecuencias de velocidad y dirección del viento.
Los mapas y los datos de velocidades se comparan con los procedentes de observaciones realizadas en torres meteorológicas sobre la superficie terrestre o sobre el mar y, en caso de observarse discrepancias significativas, se realizan ajustes a posteriori.
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