Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo

GRADO EN INGENIERÍA MECÁNICA Trabajo Fin de Estudio “Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo.” Autor: Álvaro Ruiz Vargas Tutora: Dra. María del Carmen Morón Romero Dpto. Física Aplicada I Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Sevilla, 2024 Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. i AGRADECIMIENTOS En primer lugar, me gustaría expresar mi agradecimiento a todas las personas que han hecho posible la elaboración de este Trabajo de fin de Grado, haciendo una mención especial a mi tutora María del Carmen Morón Romero, por su orientación, apoyo y los valiosos consejos aportados a lo largo de este proceso. Agradezco también a mis amigos, compañeros y familia por su apoyo y compresión a lo largo de estos largos meses, ya que sin sus consejos y ánimos no hubiese sido posible la entrega de este trabajo y la oportunidad de poner punto final a esta etapa de mi vida. Finalmente he de agradecer a todas las fuentes de información, programas y recursos que me han servido de guía y han contribuido a la elaboración de este proyecto, así como a todos mis compañeros de trabajo expertos en diferentes materias, que siempre se han brindado a resolver cualquier cuestión o duda que se ha podido plantear durante la elaboración de este proyecto. Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. ii RESUMEN Mediante este trabajo se han pretendido explorar las potencialidades de la energía minieólica, mediante el estudio de caso aplicado a una región de alto interés en la península ibérica, como lo es la Provincia de Toledo. Para realizar ese estudio se realizó una extensa revisión bibliográfica, relacionada con los fundamentos técnicos que caracterizan el proceso de conversión de energía eólica a energía eléctrica, se han utilizado herramientas como el software Global Wind (GWA), evaluado aspectos como la velocidad del viento, la viabilidad económica, el impacto ambiental de la tecnología propuesta, y la aplicación de dichos fundamentos a sectores selectos de la región a estudiar. El desarrollo de este potencial se encuentra relativamente rezagado con respecto a otras regiones de la comunidad autónoma de Castilla – La Mancha, a la cual Toledo pertenece. Se pretende por tanto que este trabajo permita el desarrollo de iniciativas colectivas como alternativa al desarrollo de este potencial por parte del sector privado, que complemente y apoye el cumplimiento de las metas de generación de energía sostenible previstas por la Comunidad Autónoma. Adicionalmente, el desarrollo autogestionado de energías alternativas en la región de Toledo puede tener efectos positivos en el control del proceso de despoblación de la provincia, al propiciar la consolidación del arraigo en la población autóctona. Por lo tanto, el estudio y redacción de este trabajo se centra en evaluar la viabilidad técnica, económica y ambiental de implementar sistemas de energía minieolica en sectores rurales de la provincia de Toledo, con el objeto de contribuir al desarrollo sostenible y la mejora de la calidad de vida en áreas rurales de la misma provincia. Palabras clave: Energía minieólica, desarrollo sostenible, autogestión energética. Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. iii ABSTRACT This work aims to explore the potential of mini-wind energy, through a case study applied to a region of high interest in the Iberian Peninsula, such as the Province of Toledo. To carry out this study, an extensive bibliographic review was carried out, related to the technical foundations that characterize the process of converting wind energy to electric energy, tools such as the Global Wind (GWA) software have been used, evaluating aspects such as wind speed, economic viability, the environmental impact of the proposed technology, and the application of these foundations to select sectors of the region to be studied. The development of this potential is relatively behind with respect to other regions of the autonomous community of Castilla – La Mancha, to which Toledo belongs. It is therefore intended that this work allows the development of collective initiatives as an alternative to the development of this potential by the private sector, which complements and supports the fulfillment of the sustainable energy generation goals set by the Autonomous Community. Additionally, the self-managed development of alternative energies in the Toledo region can have positive effects on controlling the depopulation process in the province, by promoting the consolidation of the roots of the native population. Therefore, the study and writing of this work focuses on evaluating the technical, economic and environmental viability of implementing mini-wind energy systems in rural areas of the province of Toledo, with the aim of contributing to sustainable development and improving the quality of life in rural areas of the same province. Keywords: Mini wind energy, sustainable development, energy self-management. Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 1 ÍNDICE DE CONTENIDO Agradecimientos .......................................................................................................... i Resumen ...................................................................................................................... ii Abstract ....................................................................................................................... iii Índice de contenido ..................................................................................................... 1 Índice de figuras .......................................................................................................... 3 Índice de tablas ........................................................................................................... 4 1. Introducción y Justificación. ............................................................................. 5 2. Objetivos, Alcance y Limitaciones.................................................................... 8 2.1 Objetivo general …………..…………………………………………………………...8 2.2 Objetivos específicos ……………………….………………………………………...8 2.3 Alcance del proyecto …………………….………………………………………….10 2.4 Limitaciones del proyecto …………………….……………………………...……..11 3. Normativa aplicable.......................................................................................... 12 3.1 Normativa española sobre energía renovable…………………………….………12 3.2 Normativa regional y local en Castilla - La Mancha………………..……………..12 4. Desarrollo .......................................................................................................... 13 4.1 Antecedentes .................................................................................................. 13 4.1.1 Definición de energía eólica …………...…..……………………………………..13 4.1.2 Ejemplo de mayor aerogenerador del mundo ……………….…………………13 4.1.3 Características de energía minieólica en ámbito rural…………..……………..14 4.1.4 Evolución de energía eólica a través de los años ………………..…………….15 4.1.5 Situación de la energía eólica en España ………………..……..………………16 4.2 Fundamento Teórico ..................................................................................... 17 4.2.1 Componentes de un aerogenerador .......................................................... 17 Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 2 4.2.2 Aerogeneradores de Eje Horizontal (HAWT) ............................................. 19 4.2.3 Aerogeneradores de Eje Vertical (VAWT) ................................................. 21 4.2.4 Viabilidad de la inversión ........................................................................... 23 4.2.5 Aspectos socioeconómicos y medioambientales....................................... 26 4.3 Parámetros de Cálculo en Energía Eólica ....................................................... 27 4.3.1 Potencia útil. .............................................................................................. 27 4.3.2 Potencia eléctrica. ..................................................................................... 28 4.3.3 Distribución de velocidades ....................................................................... 29 4.3.4 Determinación del potencial eólico y de la potencia generada. ................. 32 4.3.5 Variación del viento con la altura ............................................................... 34 5. Caracterización eólica de España ................................................................... 36 5.1 Potencial eólico en Castilla – La Mancha ........................................................ 36 5.2 Potencial eólico en la provincia de Toledo ...................................................... 38 5.3 Condiciones meteorológicas y características del viento en Toledo …….……..40 5.4 Resultados y discusión .................................................................................... 41 5.4.1 Selección y análisis de las regiones más aptas para la instalación ........... 41 5.4.2 Potencia requerida para autoconsumo residencial .................................... 48 5.4.3 Selección de equipos y tecnología ............................................................ 49 5.4.4 Análisis técnico y económico del proyecto ................................................ 54 5.4.5 Viabilidad técnica y económica de la minieólica en Toledo ……………….59 6. Conclusiones generales y futuras lineas de investigación .......................... 61 6.1 Conclusiones generales……………………………………….……………….61 6.2 Futuras líneas de investigación ……………………………...………………63 7. Bibliografía ........................................................................................................ 65 Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 3 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1: El mayor aerogenerador del mundo actualmente......................................... 14 Figura 2: Componentes de un generador típico…………...………………..……...…….19 Figura 3: Aerogeneradores tipo Savonius y Darrieus .................................................. 22 Figura 4: Aerogenerador Gorlov ................................................................................. 23 Figura 5: Distribución Weibull de velocidades típica .................................................. 30 Figura 6: Rosas de los vientos de dirección y potencia ............................................... 31 Figura 7: Datos geográficos y eólicos típicos usando GWA ........................................ 33 Figura 8: Curva de potencia de un aerogenerador ...................................................... 34 Figura 9: Generación eléctrica por provincias en Castilla – La Mancha, año 2016 ..... 38 Figura 10: Región de los montes de Toledo ............................................................... 39 Figura 11: Historial de rachas de viento máximas provincia de Toledo……..…………40 Figura 12: Áreas eólicas en Castilla – La Mancha ...................................................... 43 Figura 13: Velocidades medias del viento en los Montes de Toledo (0-10 m de altura sobre el terreno) .......................................................................................................... 44 Figura 14: Áreas de análisis seleccionadas ............................................................... 45 Figura 15: Rosa de los vientos de energía en el área A .............................................. 46 Figura 16: Rosa de los vientos de energía en el área B .............................................. 46 Figura 17: Rosa de los vientos de energía en el área C ............................................. 47 Figura 18: Rosa de los vientos de energía en el área D ............................................. 47 Figura 19: Curvas de potencia y Puntos de trabajo del aerogenerador Bornay modelo 13 +, en las localizaciones A y B ................................................................................. 50 Figura 20: Hoja técnica del aerogenerador Bornay 13+ .............................................. 51 Figura 21: Curvas de potencia y Puntos de trabajo del aerogenerador Enair 30PRO en las localizaciones A y B. ............................................................................................. 52 Figura 22: Características técnicas del aerogenerador Enair E30Pro…………..……..53 Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 4 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1: Datos geográficos y eólicos de los puntos seleccionados ............................ 45 Tabla 2: Consumo estimado de una vivienda aislada ................................................. 48 Tabla 3: Proporción de costos asociados a la instalación de un aerogenerador ......... 54 Tabla 4: Costos del proyecto de instalación del sistema de generación minieólica (Sin IVA incluido) .…..………………………...…………………………………………………..54 Tabla 5: Costos del proyecto de instalación del sistema de generación minieólica (IVA incluido) ...……………………………………………………………………...……………..55 Tabla 6: Análisis del VAN conforme al consumo estimado, para un período de 25 años .................................................................................................................................... 57 Tabla 7: Análisis del VAN (Localización A) de acuerdo a la potencia disponible, para un período de 16 años (3200 kWh anuales). .............................................................. 58 Tabla 8: Análisis del VAN (Localización B) de acuerdo a la potencia disponible, para un período de 16 años (3500 kWh anuales). .............................................................. 59 Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 11 2.4 Limitaciones del Proyecto Este estudio presenta algunas limitaciones inherentes que se deben tener en cuenta: - Datos meteorológicos: La precisión de los resultados dependerá de la calidad y disponibilidad de los datos eólicos. En caso de limitaciones en los datos disponibles, se realizarán estimaciones basadas en fuentes secundarias. - Escalabilidad: Este estudio se centrará en el análisis para una instalación a pequeña escala (minieólica), lo que significa que las conclusiones pueden no ser directamente aplicables a instalaciones de mayor capacidad. - Participación comunitaria: El estudio evaluará posibles formas de involucrar a la comunidad en el proyecto, pero no llevará a cabo una implementación real de estrategias de participación. Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 12 3. NORMATIVA APLICABLE Para este proyecto fueron consideradas varias normativas y regulaciones: 3.1. Normativa española sobre energía renovable • Real Decreto 960/2020, que regula el marco retributivo para la generación de energía eléctrica a partir de fuentes renovables. • Real Decreto 1699/2011, de 18 de noviembre, por el que se regula la conexión a red de instalaciones de producción de energía eléctrica de pequeña potencia. • Real Decreto 842/2002, de 2 de agosto, por el que se aprueba el Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT). • Real Decreto 1110/2007, de 24 de agosto, por el que se aprueba el Reglamento unificado de puntos de medida del sistema eléctrico. 3.2. Normativa regional y local en Castilla-La Mancha • Plan estratégico para el desarrollo energético de Castilla – La Mancha, Horizonte 2030. Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 13 4. DESARROLLO DEL PROYECTO 4.1 Antecedentes La energía eólica, ha sido aprovechada por la humanidad desde tiempos ancestrales, en base a su conversión a energía mecánica para mover molinos, o como energía hidráulica para aplicaciones de bombeo. Sin embargo, el potencial para su conversión a energía eléctrica ha tenido un desarrollo relativamente tardío, impulsado por la creciente demanda energética mundial y la necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. 4.1.1 Definición de energía eólica La energía eólica, es la energía que se obtiene del aprovechamiento de la energía cinética de las masas de aire. El termino eólico proviene del latín a “elicus”, o relativo a Eolo, dios del viento de la mitología griega. 4.1.2 Ejemplo de mayor aerogenerador del mundo La conversión de energía eléctrica a partir de la eólica puede producirse en un amplio rango de potencias, y puede ser requerida la utilización de torres de grandes dimensiones para posicionar los elementos generadores en la mejor posición posible desde el punto de vista eólico. Actualmente, la unidad eólica generadora de mayor capacidad instalada es la GWH252-16MW de la empresa china Goldwind, la cual puede apreciarse en la Figura 1. Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 14 Figura 1. El mayor aerogenerador del mundo actualmente. Goldwind (2023) De acuerdo con Kardoudi (2023), esta turbina tiene una capacidad de 16 MW y un diámetro de aspas de 252 m, lo que le permite generar una gran cantidad de energía eléctrica de manera eficiente. Desde el punto de vista económico, la eficiencia de la inversión puede apreciarse, sobre todo en este tipo de aplicaciones en mar abierto, al concentrar la generación en equipos de gran magnitud, ya que con ello se reduce la cantidad de estructuras de soporte a ser instaladas en el lecho marino, reduciéndose por consiguiente los costos requeridos. 4.1.3 Características de energía minieólica en ámbito rural En contraste, los dispositivos de generación eólica también pueden asociarse con potencias reducidas, apropiadas para pequeñas comunidades, comercios e industrias. En este sentido, cuando los sistemas de generación son de muy pequeña escala (100 kW o menos), se clasifican como energía minieólica (Rivera, s.f.). Esta tecnología resulta especialmente atractiva para zonas rurales aisladas o con dificultades de acceso a la red eléctrica convencional. La energía minieólica presenta una serie de potencialidades que hacen atractiva su uso: Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 15 • Sostenibilidad: Al ser una fuente de energía renovable y limpia, contribuye a la lucha contra el cambio climático. • Autonomía energética: Permite a las comunidades rurales reducir su dependencia de la red eléctrica y garantizar el suministro de energía en caso de cortes. • Generación distribuida: Fomenta la producción de energía a nivel local, fortaleciendo la economía rural. • Bajo impacto ambiental: Los aerogeneradores minieólicos tienen un menor impacto visual y ambiental en comparación con los parques eólicos a gran escala. En contrapartida, el relativamente alto costo inicial para la instalación de un sistema minieólico puede representar una inversión considerable, cuya justificación debe estar sustentada adecuadamente. 4.1.4 Evolución de energía eólica a través de los años Con relación a la evolución del uso de la energía eléctrica a partir de la energía eólica, puede establecerse la línea de tiempo siguiente (EnergyKids, s.f.): • 1888: Charles F. Brush utiliza el primer gran molino de viento para generar electricidad en la ciudad de Cleveland, Estados Unidos Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 16 • 1941: Se instala una turbina eólica para generación de electricidad en Vermont, Estados Unidos. • Décadas de 1970 y 1980: La crisis energética de los años 70 reavivó el interés por las energías renovables, y la energía eólica comenzó a experimentar un crecimiento gradual. Durante ese período, la NASA desarrolló varios modelos de generadores experimentales, con potencias entre 200 kW y 3,2 MW. • Siglo XXI: La energía eólica provee en el año 2007 el 5 % del suministro de electricidad en Estados Unidos. A nivel europeo, en el año 2022 la generación de energía eólica alcanzo los 254 GW en Europa, cubriendo el 17 % de la demanda energética total (Iberdrola, s.f.a). En cuanto al desarrollo de la energía minieólica, pueden citarse varios ejemplos destacados de sistemas minieólicos instalados que demuestran el potencial y la eficacia de esta tecnología. A nivel europeo, Dinamarca ha sido pionera en la implementación de sistemas minieólicos. Hace pocos años que el país introdujo un sistema de primas para pequeños aerogeneradores, incentivando su uso para el autoconsumo (Roca, 2015). 4.1.5 Situación actual de la energía eólica en España En España, el Plan de Energías Renovables 2011-2020 (PER 2011-20), estipulaba un ambicioso objetivo de 300 MW para esta tecnología, el cual ha sido cumplido con creces (Energías Renovables, 2024). En este sentido, desde un punto de vista de impacto ambiental, los esfuerzos realizados por España desde el punto de vista de los objetivos de generación eléctrica por medios eólicos van por buen camino. De acuerdo con las consideraciones anteriores, estos proyectos muestran cómo la energía minieólica puede ser una solución efectiva para mejorar el acceso a la Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 17 electricidad en áreas remotas y promover el uso de energías renovables en variadas regiones del orbe; en particular, aquellos ámbitos geográficos favorecidos por unas condiciones eólicas privilegiadas pueden ser objetivos prioritarios para el aprovechamiento de esta tecnología. 4.2 Fundamento Teórico Para aprovechar la energía del viento y convertirla en energía eléctrica aprovechable, se utilizan los dispositivos denominados aerogeneradores. Mediante dichos dispositivos, se transforma primeramente la energía eólica en energía mecánica rotacional. A su vez, dicha rotación se utiliza para mover un generador eléctrico, que debe ser adecuadamente gestionado en su funcionamiento debido a las condiciones cambiantes del viento. 4.2.1 Componentes de un aerogenerador Los componentes básicos de un aerogenerador típico son los siguientes (Machado, 2017): • Palas: La primera fase de conversión de la energía eólica a energía mecánica, se produce mediante la interacción entre el viento y el aerogenerador a través de unos dispositivos denominados palas de turbina, o menos frecuente en este sector, hélices. • Rotor: Es el eje de rotación del sistema. Las palas hacen rotar mecánicamente a dicho eje, y la energía mecánica producida será convertida posteriormente en Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 18 energía eléctrica mediante el generador, que, a su vez, interactúa en forma electromagnética con un generador eléctrico. • Generador Eléctrico: Es el componente que convierte la energía mecánica del rotor en energía eléctrica. Dicha conversión ocurre mediante interacción electromagnética entre el rotor y otro componente del generador, denominado estator. Está ubicado en la góndola, en la parte superior de la torre. • Góndola: La góndola es la carcasa que alberga el generador, la caja de cambios y otros componentes mecánicos y eléctricos. Está situada en la parte superior de la torre y protege estos componentes de las condiciones ambientales. • Torre: es la estructura que sostiene el rotor y el generador a una altura considerable para captar vientos más fuertes y constantes. Las torres suelen estar hechas de acero tubular, aunque también pueden ser de celosía o de hormigón. La altura de la torre es crucial para maximizar la eficiencia de la generación eléctrica. • Sistema de control y frenado: Su finalidad es mantener el régimen de rotación del aerogenerador dentro de los parámetros de diseño (lo que puede implicar el uso de caja reductora de mecánica), además de proteger al sistema de ráfagas de viento excesivas (sistema de frenado). • Sistema de Almacenamiento: Se utiliza para almacenar la energía generada por el aerogenerador para su uso posterior. Esto es especialmente útil en situaciones donde la generación de energía eólica no coincide con la demanda. Los sistemas de almacenamiento más comunes son las baterías de iones de litio, aunque también se utilizan otras tecnologías como el almacenamiento en volantes de inercia y el almacenamiento en aire comprimido. Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 19 • Inversor: El inversor es el dispositivo que convierte la corriente continua (CC) generada por el aerogenerador en corriente alterna (CA), que es la forma de electricidad utilizada en la mayoría de las redes eléctricas. Los inversores también regulan la tensión y la frecuencia de la electricidad generada para que sea compatible por la red. Figura 2. Componentes de un generador típico. Aprende (s.f.) 4.2.2 Aerogeneradores de Eje Horizontal (HAWT) En este tipo de generadores, el eje de rotación es paralelo al suelo, tal como se muestra en la Figura 2. A nivel de aprovechamiento del viento, este tipo de disposición ha sido históricamente la más común, pudiendo citarse como ejemplos precursores los molinos de viento, ampliamente utilizados en Europa durante la Edad Media y el Renacimiento. Las principales ventajas de este tipo de generadores son las siguientes (Aerogeneradores.net, s.f.): Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 20 • Alta Eficiencia: Los aerogeneradores de eje horizontal son más eficientes en la conversión de la energía cinética del viento en energía eléctrica debido a su diseño aerodinámico. • Mayor Capacidad de Generación: Pueden alcanzar capacidades de generación más altas, lo que los hace ideales para parques eólicos comerciales y grandes proyectos de energía. • Adaptabilidad a Diferentes Vientos: Los HAWT pueden ajustarse para enfrentar el viento de manera óptima, lo que maximiza la captura de energía incluso en condiciones de viento variable. • Menor Costo de Mantenimiento: Aunque el mantenimiento puede ser complejo debido a la altura de las torres, la tecnología y los procedimientos están bien desarrollados, lo que reduce los costos a largo plazo. • Versatilidad en la Ubicación: Pueden instalarse tanto en tierra como en el mar, lo que permite aprovechar diferentes recursos eólicos y reducir la dependencia de ubicaciones específicas. Las desventajas que presentan este tipo de generadores son las siguientes (Aerogeneradores.net, s.f.): • Dependencia del Viento: Requieren de un viento constante y de cierta velocidad para producir energía de manera eficiente. • Impacto ambiental: Pueden ser considerados una desventaja en términos de impacto visual, especialmente en áreas naturales o paisajes protegidos. Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 27 En este sentido, en 2019 se estima que en la Comunidad Autónoma existían unos 67 MW de instalaciones de autoconsumo para todas las modalidades energéticas, de los cuales 60 MW instalados tienen capacidad excedentaria (Junta de Comunidades de Castilla – La Mancha, 2020). 4.3 Parámetros de Cálculo en Energía Eólica Para el diseño y evaluación de sistemas eólicos, existen varios parámetros fundamentales: - Potencia útil - Potencia eléctrica 4.3.1 Potencia útil En un aerogenerador ocurre inicialmente una conversión de la energía cinética del viento a la energía mecánica que acciona el rotor del sistema. En el análisis aerodinámico del flujo en un aerogenerador, puede definirse un parámetro denominado potencia útil (Manchado, 2017), de acuerdo con la siguiente ecuación: 𝑃𝑢𝑡𝑖𝑙 = 1 2𝜌𝑆𝑣3 (2) Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 28 Donde: - Putil es la potencia teórica generada por el viento en el dispositivo. - 𝜌 es la densidad del aire: Depende de la altitud y la temperatura, pero al nivel del mar y 20 ºC (Condiciones estándar), la densidad del aire es de 1,225 kg / m3. - v es la velocidad del viento. - S es la superficie barrida por las palas del aerogenerador. 4.3.2 Potencia eléctrica La Ecuación (2) es válida para condiciones ideales, suponiendo que toda la energía cinética del viento que atraviesa el dispositivo se transforma en energía eléctrica. Para ajustar la ecuación a condiciones reales, deben establecerse una serie de factores de corrección que tomen en cuenta dichas condiciones: • Ley de Betz: Esta ley fija que la potencia máxima recuperable en un aerogenerador es de un 59,3 % de la potencia útil. Sin embargo, para pequeñas turbinas el rendimiento real oscila entre un 10 % y un 20 % de dicha potencia (Forget, 2011). Este factor de corrección es denominado Cp (coeficiente de potencia). Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 29 • Correcciones en la densidad del aire: La densidad del aire en condiciones estándar (nivel del mar, 20 ºC de temperatura) es de 1,2 kg/m3. Sin embargo, este valor varía con la altitud y con la temperatura, por lo que podría requerirse ajustar el valor de la densidad conforme al lugar de emplazamiento del aerogenerador. • Eficiencias mecánicas y eléctricas: En el proceso de conversión de energía se generan pérdidas energéticas que se engloban en un factor de eficiencia denominado . Una vez establecidos los factores de corrección correspondientes, la potencia producida por el aerogenerador, P, viene dada por la siguiente expresión (Forget, 2011): 𝑃 = 𝜂𝐶𝑃 𝜌 2𝑆𝑣3 (3) 4.3.3 Distribución de velocidades Para una estimación más precisa de la potencia producida por el generador en el lugar de emplazamiento, sería pertinente conocer, al ser posible, un régimen probabilístico de velocidades del viento en la zona donde se proyecta realizar el emplazamiento del aerogenerador. Debido a que la potencia resulta proporcional al cubo de la velocidad, una velocidad pico puede resultar estadísticamente significativa, aunque su probabilidad de ocurrencia sea baja. Por tal motivo, la velocidad media puede resultar un parámetro insuficiente para un adecuado cálculo de la potencia del dispositivo. Conforme a las consideraciones anteriores, resulta recomendable establecer, al ser posible, mediciones anemométricas sobre el terreno en períodos de un año o más, y Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 30 establecer una distribución de Weibull (Manchado, 2017). De esta forma, puede determinarse la probabilidad de ocurrencia de una velocidad de viento determinada; la curva característica relacionada permite visualizar la velocidad más probable como un pico en dicha curva, tal como puede observarse en la Figura 5, correspondiente a una distribución de velocidades típica. Figura 5. Distribución Weibull de velocidades típica. Manchado (2017) En la gráfica representada en la Figura 5, en el eje de las ordenadas se refleja la frecuencia de ocurrencia de una velocidad determinada en el sitio analizado, quedando representadas las velocidades en el eje de las abscisas. Además, se observa que el pico de la gráfica ocurre para una velocidad de 3 m/s (10,8 km/h), correspondiente para una frecuencia de un 16,41 %. El análisis estadístico de los vientos también incluye otros parámetros interrelacionados, como las direcciones predominantes y la potencia asociada a cada dirección del viento. En una forma práctica, esta información se condensa en forma gráfica, en representaciones basadas en la tradicional rosa de los vientos. Este instrumento gráfico proporciona información fundamental sobre el pronóstico de dirección de los vientos, velocidades y potencia eólica a ser obtenida en un área Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 31 determinada, además de que permite determinar la dirección en que debe orientarse el dispositivo minieólico. Por tal motivo, representa una herramienta fundamental para el análisis de escenarios aprovechables en términos de generación de energía eólica. Como ejemplo de uso de la rosa de los vientos para representar estos parámetros se muestra la Figura 6. Figura 6. Rosas de los vientos de dirección y potencia. Agencia Andaluza de Energía (2017) La rosa de la izquierda representa las direcciones de viento dominantes, y la de la derecha las direcciones que concentran la mayor potencia por unidad de área. En dicha figura se encuentran dos rosas de los vientos que reflejan la dirección y potencia (esta última proporcional al cubo de la velocidad). Obsérvese que, aunque existen 2 orientaciones de viento con mayor probabilidad de ocurrencia (NNE y SE), es la dirección SE la que permite generar más potencia eólica, dado que es en dicha dirección donde se generan las mayores velocidades (y, por ende, más potencia). Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 32 4.3.4 Determinación del potencial eólico y de la potencia generada. Una vez determinada la distribución de Weibull, puede calcularse la potencia asociada a cada velocidad utilizando la Ecuación (3), obteniéndose en consecuencia una distribución de Weibull asociada a la potencia generada por el equipo eólico. Adicionalmente, otra estrategia de gran pertinencia y simplicidad es el aprovechamiento de las rosas de los vientos adaptadas para determinar la potencia, referenciadas en la Figura 6. En esta configuración de rosa de los vientos, se obtiene un valor de potencia por unidad de área, de la cual debe considerarse la correspondiente a la dirección de viento más favorable. El software Global Wind (GWA), desarrollado originalmente por Badger et al., (2015), en su versión 3.4 (2024) permite la obtención de datos geográficos y eólicos (incluidos las rosas de los vientos) para una región determinada en el entorno de un punto seleccionado, proporcionando datos de velocidad, frecuencia y potencia correspondientes al 10 % superior. En la Figura 7 puede observarse un resultado típico obtenido mediante GWA: Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 33 Figura 7. Datos geográficos y eólicos típicos usando GWA. Badger et al. (2024) Una vez determinada la potencia de uso disponible en el sitio a utilizar, debe determinarse la potencia de uso, de acuerdo con los consumos estimados, para finalmente proceder a la selección de los equipos adecuados para funcionar en el área a analizar y que permitan satisfacer los consumos estimados. Dado que dichos equipos son de catálogo, es posible que su capacidad exceda los requerimientos de uso, o que su potencia resulte menor a la requerida; en este último caso, puede ser necesaria la instalación de varios equipos. Para determinar los equipos a ser instalados, puede utilizarse la curva de potencia típica de los equipos aerogeneradores (Power.org, 2000). Dicha curva es proporcionada por el fabricante, y debe ser corregida si las condiciones de obtención de dicha curva difieren ostensiblemente de las condiciones previstas para la instalación del equipo. Dicha curva por lo general relaciona la velocidad del viento con la potencia del equipo, medida en kW. Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 34 En la Figura 8 puede observarse una curva de potencia típica, determinada experimentalmente: Figura 8. Curva de potencia de un aerogenerador. Power.org (2000) 4.3.5 Variación del viento con la altura De acuerdo con la Ley Exponencial de Hellmann (Manchado, 2017), existe una correlación entre la velocidad del viento y la altura h a la cual fluye. Dicha Ley puede expresarse mediante la Ecuación 4: 𝑉ℎ= 𝑉10(ℎ 10 ⁄)𝛼 (4) Donde: - Vh es la velocidad del viento a una altura h - h es la altura donde se realiza la medición Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 35 - V10 es la velocidad del viento a una altura de referencia de 10 m −  es el exponente de Hellmann, que se determina experimentalmente. El valor de  se encuentra estrechamente relacionado a la rugosidad del terreno, por lo que este concepto se encuentra vinculado a las características orográficas de la zona. Dicho valor oscila entre 0,08 para topografía llana, y 0,40 para terrenos escarpados (Manchado, 2017). En este caso, se utilizarán para los cálculos una velocidad del viento de referencia a 10 m de altura, por lo que Vh=V10 para cualquier valor de  Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 36 5 CARACTERIZACION EÓLICA DE ESPAÑA Y LA PROVINCIA DE TOLEDO España se destaca significativamente en el ámbito de la energía eólica a nivel europeo. Actualmente, es el segundo país en Europa en términos de potencia eólica instalada, solo por detrás de Alemania. A nivel mundial, España ocupa el quinto lugar, superada únicamente por China, Estados Unidos, Alemania e India (Asociación Empresarial Eólica, s.f.). En 2023, la energía eólica fue la principal fuente de generación eléctrica en España, cubriendo más del 24 % de la demanda eléctrica del país. Con más de 30.000 MW de potencia instalada y más de 22.000 aerogeneradores en funcionamiento, España ha logrado generar más de 61.000 GWh de energía eólica. En cuanto a su plan de desarrollo sostenible, España ha establecido objetivos ambiciosos en su Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC). Este plan contempla alcanzar los 62 GW de potencia eólica instalada para 2030. No obstante, desde 2023 se ha registrado un descenso comparativo en el ritmo de generación eólica. Para cumplir con el PENIEC, por consiguiente, deben activarse la generación de unos 5.500 MW/año hasta el fin de la década (Page, 2023). 5.1 Potencial eólico en Castilla – La Mancha Castilla-La Mancha es una de las comunidades autónomas con mayor potencia eólica instalada en España. Actualmente, ocupa la tercera posición en capacidad eólica instalada (Gobierno de Castilla-La Mancha, 2022), generando de esta forma casi el Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 43 Figura 12. Áreas eólicas en Castilla – La Mancha. Aymamí et al. (2011) Se resalta el área de los Montes de Toledo perteneciente a la provincia de Cuenca. Más detalladamente, en la Figura 13 se muestran las zonas de los Montes de Toledo que presentan mayores velocidades (determinadas a 10 m de altitud): Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 44 Figura 13. Velocidades medias del viento en los Montes de Toledo (0-10 m de altura sobre el terreno). Elaboración propia (GWA) Para obtener la Figura 13, que permite obtener un panorama general del comportamiento eólico en la zona de los Montes de Toledo, se consultó en el software referido (GWA) la localidad de Robledo de Mazo, desplegándose posteriormente el mapa eólico de la región de Montes de Toledo a una escala ampliada. Para la altura de diseño escogida (10 m) pueden observarse en tonalidades de naranja a rojo las regiones con mayor velocidad de viento. El punto referenciado (a unos 12 km al norte de la población de Anchuras) representa la localización con mayor velocidad media de la región (9,04 m/s). Las tonalidades de naranja a rojo representan las regiones con mayor velocidad media. Adicionalmente, puede apreciarse que las regiones de mayor interés eólico entre 0 y 10 m de altura sobre el terreno se concentran en la región centro occidental de los Montes de Toledo. El modelo utilizado por GWA considera los efectos de la rugosidad del terreno para calcular la potencia eólica en un punto determinado. Utiliza un modelo de microescala que refleja cómo las velocidades y direcciones del viento se modifican por características del terreno, como colinas y montañas, y diferentes tipos de vegetación (Global Wind Atlas, s.f.). GWA adicionalmente proporciona información sobre las líneas de alta tensión presentes en la zona. Esto puede ser referencia de una dificultad potencial en el suministro eléctrico convencional, que podría dificultarse por consideraciones de alejamiento geográfico. Puede observarse que la región puede considerarse limitada de Este a Oeste por sendas líneas de alta tensión (entre 110 kV y 500 kV), por lo que la región central de los Montes de Toledo resulta técnicamente la más complicada de ser servida por líneas de suministro foráneas. Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 45 Realizando una exploración más detallada, se definen para este trabajo las siguientes regiones de interés, las cuales se muestran en la Figura 14: Figura 14. Áreas de análisis seleccionadas. Elaboración propia (GWA) Las áreas seleccionadas se encuentran en una región de 3 x 3 km de ancho, cuyos centros presentan las velocidades topes encontradas en la región de estudio, referenciándose en la Tabla 1 los datos referenciales más resaltantes de los puntos de interés: AREA DE INTERÉS ELEVACIÓN ESTIMADA PUNTO DE REFERENCIA COORDENADAS DEL CENTRO (o) VELOCIDAD MEDIA DEL VIENTO (msnm) N E (m/s) A 1.318 Robledo del Mazo 39,549853 -4,818192 9,04 B 1.176 Los Navalucillos 39,541858 -4,650513 8,49 C 1.224 Hontanar 39,597223 -4,517441 8,61 D 1.173 San Pablo de los Montes 39,525230 -4,297028 8,19 Tabla 1. Datos geográficos y eólicos de los puntos seleccionados. Elaboración propia (GWA) Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 46 A continuación, se presentan los parámetros eólicos más significativos en las regiones definidas, y la rosa de los vientos de la energía en cada zona (Figuras 15, 16, 17 y 18): ÁREA A: Potencia eólica - Velocidad: 1084 W/m2 - 7,49 m/s Figura 15. Rosa de los vientos de energías en el área A. Elaboración propia (GWA) De acuerdo con la gráfica anterior, el aerogenerador debe colocarse en una dirección entre NNE y NE. La probabilidad de que existan parámetros de vientos en esa dirección para un aprovechamiento óptimo de la potencia eólica en el área es de un 44 %. ÁREA B: Potencia eólica - Velocidad: 1300 W/m2- 7,82 m/s Figura 16. Rosa de los vientos de energía en el área B. Elaboración propia (GWA) Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 47 En este caso, el aerogenerador también debe colocarse en una dirección entre NNE y NE, lo que garantiza que puede obtenerse una potencia óptima el 31 % del tiempo de operación del equipo. ÁREA C: Potencia eólica – Velocidad: 997 W/m2- 7,46 m/s Figura 17. Rosa de los vientos de energía en el área C. Elaboración propia (GWA). En este escenario, la dirección preferente debe ser SO-SSO, con una probabilidad del 25 %. ÁREA D: Potencia eólica - Velocidad: 465 W/m2 - 5,96 m/s Figura 18. Rosa de los vientos de energía en el área D. Elaboración propia (GWA) En este caso, no existe una dominancia marcada de la dirección del viento, en términos energéticos, resultando las direcciones SO-SSO con un potencial ligeramente superior (19 % de probabilidad). Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 48 En virtud de que los escenarios A y B corresponden a un mayor potencial eólico, y que las direcciones más favorables presentan una mayor frecuencia que en los casos C y D, los cálculos tecno-económicos sucesivos se orientarán a ambos escenarios. 5.4.2 Potencia requerida para autoconsumo residencial De acuerdo con Bornay (s.f.), se presenta en la Tabla 2 una estimación del consumo eléctrico de una vivienda aislada, que vendría a ser representativa de un entorno rural. kWh Consumos Potencia (W) Cantidad Tiempo de uso (horas/día) Diario Mensual Anual Iluminación 13 8 2 0,208 6,24 74,88 Iluminación 10 5 5 0,250 7,50 90,00 Frigorífico 180 1 24 4,320 129,60 1555,20 Lavadora 750 1 1 0,750 22,50 270,00 Televisión 250 2 4 2,000 60,00 720,00 Ordenador 180 2 8 2,880 86,40 1036,80 Otros 500 1 2 1,000 30,00 360,00 TOTAL 6,24 187,14 2245,68 Tabla 2. Consumo estimado de una vivienda aislada. Bornay (s.f.) En esta última tabla, se supone una vivienda con producción de agua caliente abastecida mediante gas natural, y calefacción mediante chimenea de leña, lo cual no genera un consumo eléctrico a tener en cuenta. En el apartado “otros” se incluyen equipos de bajo consumo y de uso ocasional, como podrían ser elementos como el microondas, horno, ventiladores para épocas de altas temperaturas etc. Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 49 5.4.3 Selección de equipos y tecnología. Dentro del universo de proveedores de sistemas de aerogeneración se escogerán los fabricantes españoles, en virtud de que se estima que el criterio de cercanía geográfica permitiría una mejora en la atención al cliente, lo que impactaría positivamente en la asistencia a planes de mantenimiento, disponibilidad de repuestos y asesoría técnica en general. Adicionalmente, otro criterio de selección ha sido la disponibilidad de información técnica suficiente en línea, que permita seleccionar el equipo apropiado y definir sus características técnicas. Finalmente, se considerarán en la selección de los equipos, sólo aerogeneradores de eje horizontal, en función de las limitaciones expuestas anteriormente. De acuerdo a todo lo anterior, y utilizando los criterios de selección anteriormente mencionados, se ha encontrado en la red información técnica suficiente relacionada con los proyectistas que se mencionan a continuación: • Bornay Aerogeneradores S.L.U. • Enair Seguidamente, se realizará la selección de los equipos de las marcas descritas, en función de la velocidad del viento ya definida anteriormente para cada área. Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 50 - Bornay aerogeneradores SLU. En función del consumo requerido, se presenta el equipo seleccionado de acuerdo con la curva del fabricante y la velocidad en los sitios de análisis, como se muestra en la Figura 19: Figura 19. Curvas de potencia y Puntos de trabajo del aerogenerador Bornay modelo 13 +, en las localizaciones A y B. Bornay (s.f.). Como puede apreciarse, el modelo seleccionado cumple con suficiencia con los requerimientos de kWh para los sitios de análisis (2245,68 kWh anuales), para las velocidades de diseño correspondientes, ya que para la velocidad existente en el sitio tiene una capacidad de generación de 3200 kWh anuales (Localización A) y 3400 kWh anuales (Localización B). En cuanto al costo del aerogenerador escogido, de acuerdo con Bornay (2024), el coste correspondiente al equipo Bornay 13 + es de 4.150,00 ϵ (IVA incluido). A B Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 51 Las características técnicas del aerogenerador Bornay 13 + se muestran en la Figura 20: Figura 20. Hoja técnica del aerogenerador Bornay 13+. Bornay (s.f.). - Enair. El modelo escogido (Enair 30PRO) también cumple con suficiencia los niveles de potencia requeridos para las velocidades de diseño que existen en ambas localizaciones, como puede deducirse de la Figura 21: Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 52 Figura 21. Curvas de potencia y Puntos de trabajo del aerogenerador Enair 30PRO en las localizaciones A y B. RyseEnergy (s.f.) En la Figura 22 pueden apreciarse las características técnicas principales del equipo Enair E30Pro: A B Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 59 AÑO INVERSIÓN MANTENIMIENTO COSTOS EVITADOS RESULTADO FLUJO DE CAJA 0 4797,69 42,50 502,08 459,58 437,69 1 42,50 502,08 459,58 416,85 2 42,50 502,08 459,58 397,00 3 42,50 502,08 459,58 378,10 4 42,50 502,08 459,58 360,09 5 42,50 502,08 459,58 342,94 6 42,50 502,08 459,58 326,61 7 42,50 502,08 459,58 311,06 8 42,50 502,08 459,58 296,25 9 42,50 502,08 459,58 282,14 10 42,50 502,08 459,58 268,71 11 42,50 502,08 459,58 255,91 12 42,50 502,08 459,58 243,72 13 42,50 502,08 459,58 232,12 14 42,50 502,08 459,58 221,06 15 42,50 502,08 459,58 210,54 16 42,50 502,08 459,58 200,51 TOTALϵ 5181,31 VAN ϵ 383,62 Tabla 8. Análisis del VAN en ϵ (Localización B) de acuerdo con la potencia disponible, para un período de 16 años (3500 kWh anuales). Elaboración propia. 5.4.5 Viabilidad técnica y económica de la minieólica en Toledo. Conforme los resultados anteriores, se deduce que al aprovechar la capacidad instalada excedente la inversión puede considerarse rentable a partir del año 16. Cabe destacar que de acuerdo con GTE (2023), la vida útil de un equipo aerogenerador doméstico oscila entre 20 y 25 años, lo que garantiza que el equipo puede estar en funcionamiento para el período de tiempo considerado en el análisis. Otra alternativa de alto interés puede representar la posibilidad de vender al proveedor de energía eléctrica la capacidad excedente. Esta posibilidad se encuentra Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 60 contemplada en el Plan de desarrollo de la Comunidad de Castilla – La Mancha. En este escenario, el período de retorno de la inversión se reducirá en forma proporcional al precio de venta. Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 61 6 CONCLUSIONES GENERALES Y FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN En relación con el trabajo realizado, pueden establecerse las siguientes conclusiones generales: 6.1 Conclusiones generales Los resultados obtenidos permiten extraer varias conclusiones relevantes que destacan el potencial de la energía minieólica para contribuir al desarrollo sostenible y la autosuficiencia energética en la región. - Viabilidad Técnica y Potencial Eólico: El análisis del recurso eólico en la provincia de Toledo ha identificado zonas con condiciones favorables para el aprovechamiento de la energía minieólica. Los datos recopilados sobre la velocidad del viento y su variabilidad indican que, en los sitios seleccionados, la implementación de aerogeneradores de pequeña escala puede ser técnica y económicamente viable, siempre y cuando se utilicen tecnologías adaptadas a las condiciones locales. - Impacto Económico y Beneficios Ambientales: La inversión en un sistema minieólico en las áreas estudiadas presenta una oportunidad para reducir los costos energéticos en el largo plazo, mejorando la sostenibilidad económica de las comunidades rurales. Además, la sustitución de fuentes de energía convencionales por energías renovables disminuye las emisiones de gases de efecto invernadero, contribuyendo positivamente al cumplimiento de los objetivos ambientales y las políticas de cambio climático. Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 62 - Limitaciones y Desafíos: Aunque el potencial eólico es adecuado, se identificaron algunos desafíos que deben abordarse para asegurar el éxito del proyecto. Estos incluyen la necesidad de superar barreras regulatorias, la adecuación de la infraestructura de red para gestionar la generación distribuida, y la importancia de involucrar activamente a las comunidades locales para garantizar su aceptación y participación en el proyecto. - Factores Socioeconómicos: La adopción de energía minieólica puede generar un impacto positivo en el desarrollo socioeconómico de la provincia de Toledo, creando empleos locales y promoviendo la participación de la comunidad en proyectos de energías renovables. Esto destaca la importancia de integrar estrategias que incluyan a la población local en la planificación y ejecución de los proyectos energéticos. En resumen, la implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo es una solución viable y sostenible que puede ayudar a reducir la dependencia de fuentes de energía no renovables y fomentar un desarrollo económico local más sostenible. Sin embargo, para maximizar los beneficios, será necesario abordar los desafíos identificados y garantizar que el proyecto esté alineado con las políticas y normativas energéticas actuales. Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 63 6.2 Futuras líneas de investigación Para fortalecer la implementación de sistemas de energía minieólica y abordar las limitaciones encontradas, se proponen las siguientes líneas de investigación futura: - Optimización de la Integración con la Red Eléctrica: Investigar estrategias de integración de la energía minieólica con la red eléctrica existente en áreas rurales, incluyendo el uso de sistemas híbridos (por ejemplo, combinando minieólica con solar fotovoltaica). Se recomienda estudiar el impacto en la estabilidad de la red y las mejores prácticas para optimizar la gestión de la generación distribuida. - Desarrollo de Tecnologías Adaptadas a Condiciones Locales: Evaluar y desarrollar aerogeneradores específicamente diseñados para operar de manera eficiente bajo las condiciones climáticas particulares de la provincia de Toledo, donde los vientos pueden ser de intensidad moderada. La investigación podría centrarse en mejorar la eficiencia de las turbinas en vientos bajos o variables. - Análisis de Políticas de Incentivo y Modelos de Negocio: Investigar políticas de incentivo y modelos de negocio que favorezcan la adopción de la energía minieólica en zonas rurales. Esto incluye estudiar esquemas de tarifas reguladas, incentivos fiscales y programas de subsidios que puedan hacer más atractiva la inversión para pequeños productores y comunidades. Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 64 - Impacto Social y Participación Comunitaria en Proyectos Energéticos: Realizar estudios sobre los beneficios sociales y las mejores prácticas para la inclusión de las comunidades locales en el diseño, implementación y operación de proyectos de energía minieólica. Esto ayudaría a identificar estrategias para aumentar la aceptación social y el compromiso con el uso de energías renovables. - Monitoreo y Mejora Continua del Desempeño de Sistemas Minieólicos: Desarrollar métodos de monitoreo avanzado para optimizar el rendimiento de los sistemas de minieólica, utilizando tecnologías como el Internet de las Cosas (IoT) y la inteligencia artificial (IA) para la predicción de fallos y el mantenimiento preventivo. - Estudios de Impacto Ambiental en Profundidad: Ampliar la investigación sobre el impacto ambiental de la instalación de sistemas minieólicos, considerando no solo las emisiones de carbono evitadas, sino también el impacto sobre la fauna local, el uso del suelo y el paisaje. La identificación de mejores prácticas para mitigar cualquier posible impacto negativo será clave para el desarrollo sostenible. Al abordar estas áreas de investigación, se espera mejorar la eficiencia, sostenibilidad y aceptación de los sistemas de energía minieólica, y contribuir al desarrollo de soluciones energéticas más avanzadas y adaptadas a las necesidades de las comunidades rurales en la provincia de Toledo y en otras zonas. Escuela Politécnica Superior. Grado en Ingeniería Mecánica. Álvaro Ruiz Vargas. Implementación de un sistema de energía minieólica en la provincia de Toledo. 65 7 BIBLIOGRAFÍA - Asociación Empresarial Eólica (AEE) (s.f.). La eólica en España. Aeeolica.org. La eólica en España - Asociación Empresarial Eólica (aeeolica.org) - Aerogeneradores.net (s.f.). Aerogeneradores de eje horizontal: la energía renovable y ecológica del futuro. Aerogeneradores de eje horizontal: la energía renovable y ecológica del futuro : AEROGENERADORES.NET - Agencia Andaluza de la Energía (2011). 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