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Reporte técnico A manera de introducción
Desde siempre la sobrevivencia de la humanidad ha dependido de la habilidad
de los grupos humanos para aprovechar la energía en sus diferentes presentaciones, lo
cual ha sido por demás evidente en los últimos siglos, cuando el inicio de la Revolución
Industrial en Europa en el siglo XVIII propició una evolución sin precedentes que
demanda enormes cantidades de energía, sobre todo de energía fósil (carbón, petróleo
y gas natural).
Desde ese parteaguas de la humanidad, el crecimiento de la población se ha
disparado, seguido por la demanda de bienes industriales y servicios. En un planeta de
dimensiones y existencia de recursos naturales finitos, tal demanda ha tenido sus
consecuencias ambientales y climáticas.
La demanda de energía para satisfacer esos requerimientos de una sociedad en
crecimiento, está agotando las reservas probadas de hidrocarburos, la contaminación
está alcanzando niveles de alarma y por si fuera poco ahora existe plena certeza de
que el consumo de combustibles fósiles está incidiendo en el calentamiento del plantea
lo que a su vez está conduciendo al cambio de los patrones climáticos globales.
La investigación propuesta en el presente proyecto de investigación, se ubica en
la certeza de que el cambio climático global es una consecuencia de actividades
humanas, tales como la quema de combustibles fósiles, deforestación con diferentes
propósitos, cambio de uso del suelo, entre otras acciones que provocan impactos
antropogénicos. La mencionada investigación se centra en buscar sucedáneos
energéticos a los fósiles, como una forma de reemplazar al menos parcialmente el
consumo de energía basada en los mencionados combustibles fósiles que emanan
gases de efecto invernadero, fenómeno éste que al incrementarse en forma “artificial”
aumenta las temperaturas medias del planeta tierra ocasionando cambios en el balance
natural de la atmósfera y por tanto de los climas.
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En un país como el nuestro, donde cerca del 75% de la energía primaria para
producir electricidad depende de los combustibles fósiles, la apuesta por las formas
renovables de energía sería una solución marginal, pero importante, a la emisión de
gases de efectos invernadero (GEI) principalmente de dióxido de carbono (CO2) que es
el más abundante GEI en la concentración atmosférica. En el proyecto que ahora se
reporta se ha hecho énfasis en las energías limpias de carbono, como lo son la eólica,
solar y geotérmica.
El trabajo de investigación que aquí se reporta se ubica en un sólo año
académico, por lo que la brevedad del tiempo ha obligado a concentrar los esfuerzos en
una primera fase teórica indispensable y posteriormente a enfocar la atención en la
energía eólica en una región que es la que ofrece mayor potencialidad de desarrollo de
esta modalidad energética, derivado de las condiciones naturales de dicha región, que
es el Estado de Oaxaca.
El aspecto financiero, protocolizado como análisis técnico-financiero y factibilidad
económica, sólo fue posible plantearla a escala genérica, dado que el avance que se
pudo tener del proyecto y el alcance que se le programo en el limitado tiempo del año
académico 2007, el cual se distribuyó entre una estancia post doctoral en la Universidad
de Glasgow, Reino Unido (precisamente para iniciar la parte teórica del proyecto), las
visitas de campo y entrevistas con personal y funcionarios relacionados con los temas
de calentamiento global, cambio climático y energías renovables, visita a proyectos
reales tanto nacionales como internacionales, investigación documental, siete
congresos nacionales e internacionales, dos seminarios, dos talleres, la redacción de
este informe técnico además de las clases normales en la SEPI.-ESIA U.Z. (se anexan
comprobantes).
La amplitud e importancia actual de los temas recién mencionados, ha propiciado
la identificación de subtemas relacionados que proporcionan pautas para continuar con
la investigación y propuestas aplicativas sobre dichos temas. Empero, queda claro que
la línea general de investigación para el grupo de trabajo que participó en el presente
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trabajo, lo es el calentamiento global que está conduciendo al cambio climático de
nuestro planeta.
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1 CONSECUENCIAS DEL CALENTAMIENTO GLOBAL PROVOCADO POR LA QUEMA DE COMBUSTIBLES FÓSILES
El Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC, por sus siglas en
inglés) concluyó en su cuarto informe en 2007 (IPCC, 2007) que la temperatura
promedio en la superficie de la tierra se incrementó 0.74°C a lo largo del pasado siglo
XX (más exactamente de 1906 a 2005), y pronostica que a fines del presente siglo
podría subir de 1.4°C a 5.8°C. Los registros ubicaron la mayor temperatura en el año
2005 y en algunos años de la década de 1990.
Adicionalmente, se han estimado las temperaturas del planeta indirectamente a
través de muestras de hielo, anillos de troncos de árboles, bancos de corales y
sedimentos, (métodos Proxy), ratificando que la segunda mitad del siglo recién
concluido ha sido la de mayor temperatura promedio en los últimos nueve siglos.
Otra ratificación científica relevante es que la emisión antropogénica de gases,
principalmente el bióxido de carbono (CO2), es la causante del fenómeno llamado
efecto invernadero. Aproximadamente tres cuartas partes de la emisión de CO2 a la
atmósfera en los últimos 20 años proviene de la combustión de petróleo, carbón y en
menor medida de gas natural; el resto se debe predominantemente a la deforestación y
remoción de vegetación para ubicar asentamientos urbanos, cultivar la tierra y criar
ganado (se denomina a estas actividades cambio de uso del suelo y silvicultura).
Este calentamiento global provocado por actividades humanas se equipara a las
fuerzas geológicas (erupciones volcánicas por ejemplo) que han cambiado el clima en
épocas pasadas.
Cuando nos referimos al calentamiento global o al cambio climático, lo primero
que pensamos es en la temperatura del ambiente donde habitamos, lo cual es lógico,
sin embargo el impacto de esos conceptos traducidos a lluvias torrenciales y a vientos
huracanados es más importante en muchos lugares y para mucha gente y es paradójico
porque mucha agua en poco tiempo causa inundaciones que pueden ser desastrosas,
como el caso de Tabasco en 2007, pero nada o poca agua puede hacer improductiva o
inhabitable una región.
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Aunque el aumento de la temperatura promedio de 0.74°C pudiera parecer de
poca consideración, las manifestaciones de las consecuencias de ese aumento son a
menudo catastróficas, como podrá advertirse en las explicaciones de eventos extremos
e impactos en algunos sectores productivos referidos a continuación.
1.1. Ciclones y huracanes
Los estudios de los científicos del IPCC pronostican que la intensidad y
frecuencia de los huracanes pueden incrementarse, lo cual traería aparejados mayores
desastres propiciados por vientos y lluvias torrenciales a los que hemos presenciado en
años recientes tanto en otras partes del mundo como en México.
Tal vez muchos de nosotros recordamos la intensidad con que el huracán Mitch
arrasó el sureste mexicano y los países vecinos de Centroamérica en 1998, matando a
11 mil personas y dejando a cerca de 2 millones sin hogar.
Isidore y Kenna atacaron nuestro país en 2002, y tres años más tarde el ciclón
Wilma se transformó en huracán y destruyó parcialmente Cancún ocasionando 5 mil
millones de dólares en pérdidas. También en 2005 Stan incidió sobre Chiapas,
Quintana Roo, Oaxaca, Veracruz, Puebla, Hidalgo y Tabasco matando a 36 personas.
Extrañamente, por esas fechas, España tuvo la primera tormenta tropical de su
historia que se llamó Vince, causando destrozos y tomando desprevenidos a los
habitantes del sur de esa península.
Uno de los ciclones más devastadores en muchas décadas lo fue Katrina, que
azotó con especial fuerza al sureste de los Estados Unidos, matando a 1 800 personas
y dejando daños materiales por decenas de miles de millones de dólares sin contar la
restauración de Nueva Orleáns. Un periodista norteamericano se refirió a Katrina
diciendo que ese era su apodo pero que su nombre real era “calentamiento global”.
Considerando únicamente a nuestro país, el pronóstico científico arriba anotado
parece estar comprobándose, con el incremento de la intensidad de los huracanes.
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1.2. Ecosistemas
El calentamiento global posiblemente incide en la capacidad del medio ambiente
natural para adecuarse al incremento de la temperatura, al menos a la velocidad que
ahora se le impone, por lo que algunos ecosistemas tropicales, polares, alpinos,
coralíferos y manglares cambiarán irreversiblemente.
El calentamiento está fundiendo los glaciares y los hielos de los polos,
especialmente en el polo norte donde el hielo tiene un espesor promedio de menos de 3
metros. Se dice que a fines del presente siglo la mitad de los glaciares de los Alpes
europeos habrán desaparecido, y ya está ocurriendo el derretimiento de los glaciares
del Kaliminjaro africano y de los Andes sudamericanos.
En las zonas tropicales, el incremento de las temperaturas acelerará la erosión
de las costas, reducirá los humedales e incrementará la salinidad de los cuerpos de
agua costeros y subterráneos. La calidad del agua de los estuarios variará su condición
para albergar a los pájaros y peces que los utilizan para iniciar la vida de sus crías.
Con este tipo de disturbios y cambios, la gente también preferirá los
asentamientos de tierra firme para vivir en vez de los sitios playeros y de costa.
1.3. Inundaciones
Los impactos más frecuentes que producirá el cambio climático parece ser que
será en la modalidad de inundaciones, deslizamientos de tierra, avalanchas inducidas
por el incremento de lluvias en algunas regiones, así como por el aumento del nivel de
los mares. En el hemisferio norte las frecuencias de lluvias torrenciales se han
incrementado entre 2-4% en el último medio siglo.
Las inundaciones veraniegas de 2002 y 2006 en Europa obligaron a decenas de
miles de personas a abandonar sus casas. El Río Danubio se puso tan furioso que no
permitió la navegación. En tanto que en la ex Alemania del este algunas poblaciones y
sitios turísticos fueron devastados. Los científicos alemanes atribuyeron al cambio
climático esas lluvias atípicas.
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En verano y otoño de 2007 se repitió el fenómeno, pero con mayor intensidad y
cobertura. Por esas fechas el Estado de Tabasco sufrió la mayor inundación de su
historia.
La gente que vive a lo largo de los cauces de ríos y cañadas es la más expuesta
a este tipo de avenidas. Pero quienes están en más alto riesgo son las personas que se
asientan materialmente en los cauces que en épocas de secas parecerían seguros. Año
tras año ocurren tragedias por inundaciones en estos sitios, siendo gente de escasos
recursos económicos los más damnificados.
1.4. Agricultura
En algunas zonas del planeta la agricultura podrá verse beneficiada con el
calentamiento global. Por ejemplo en zonas frías donde pocos cultivos pueden
prosperar. Recuerdo algunas áreas de los Andes Sudamericanos con terrenos de
buena calidad pero con temperaturas bajas para hacer prosperar cultivos que no sea el
frailejón (punta silvestre sin utilidad), ahora empiezan a experimentar con algunos
cultivos como la papa. Pero existen muchos sitios con temperaturas en transición de
templadas a frías; algunos de esos tipos de terrenos pueden ubicarse entre Estados
Unidos y Canadá; donde el trigo, por ejemplo, podría producirse más al norte al
incrementarse la temperatura. Sin embargo, no siempre será tan lineal ese
desplazamiento de zonas agrícolas, en este caso la calidad de las tierras para el cultivo
mencionado no es tan bueno hacia el norte (TENNESEN, 2004).
A nivel global, en agricultura no se esperan problemas de productividad
importantes derivados del cambio climático, pues la mengua de producción en algunas
regiones se compensará con otras que mejorarán o iniciarán su vocación agrícola.
Asimismo, los avances biotecnológicos podrán ayudar a buscar adecuaciones a los
impactos del fenómeno de referencia y cultivos sucedáneos resistentes a las
temperaturas más elevadas. En áreas donde no disminuyan las lluvias, el aumento de
temperatura resecará los suelos, estresando las plantas aún cuando tengan suficiente
humedad.
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1.5. Olas de calor
Este fenómeno meteorológico es producto de varios días de calor intenso
combinado con noches de alta humedad en la modalidad de vapor, lo cual suele ocurrir
en verano.
Una de estas olas de calor de especial severidad ocurrió en Europa en el año
2003. Las temperaturas de los primeros días de agosto de ese año alcanzaron y
superaron los registros previos: en Londres promedió 38°C; en Roth, Alemania 40.4°C;
en Grono, Suiza 41.5°C; y en Amareleja, Portugal 47.3°C.
En París la temperatura máxima fue de 40°C, siendo la más castigada al registrar
al menos 13 mil muertos por complicaciones por el calor. Casi todos fueron personas de
la tercera edad y niños. La onda de calor cobró alrededor de 50 mil víctimas mortales en
Europa, sin contar las muertes indirectas derivadas de esa onda de calor inusual.
A esa forma de fenómenos cíclicos de calor y humedad intensos hay que sumar
las llamadas islas de calor que agravan las ondas mencionadas y que ocurren en las
grandes ciudades como lo es nuestra ciudad capital y otras más de la República
Mexicana.
Las olas de calor en nuestro país, en las zonas costeras que registran altas
temperaturas año tras año, ocasionan los llamados “golpes de calor”, los cuales se
caracterizan por causar en la población signos de debilidad muscular, sed excesiva, piel
caliente y sudorosa, calambres, mareos, vómitos y hasta pérdida del conocimiento (EL
DEBATE, 2007).
Por supuesto que no todos los efectos del cambio del clima son negativos. En
algunas partes frías del mundo se ahorrará mucha energía por calefacción y habrá
menos problemas de salud y muertes ocasionados por las bajas temperaturas, la
agricultura será más productiva, al tiempo que algunas tierras se iniciarán en esta
actividad y habrá más flores y aves. En el sureste de Asia, donde escasea el agua,
podrá haber más disponibilidad del vital líquido. Sin embargo, el balance global podría
ser negativo.
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Ese efecto neto va a depender de la cantidad de grados que suba la temperatura
y este incremento estará en función de la concentración de GEIs en la atmósfera, es
decir, todo depende de lo que se haga ahora para mitigar la emanación de gases
producto de la quema de combustibles fósiles, los trabajos para adaptarse a las nuevas
condiciones climáticas y el apoyo a las áreas más vulnerables.
El sector que más reciente ya que más sufrirá las consecuencias del
calentamiento global, como casi siempre en estos casos, es el de los más vulnerables
por desprotegidos, es decir, los pobres del mundo.
1.6. Pesca y turismo
La pesca pudiera disminuir, sobre todo la de aguas frías como el bacalao, pero
también el resto de variedades de pesca puesto que las especies migrarán buscando
hábitats con temperaturas a las que están acostumbradas. La acuacultura marina
podría compensar esos cambios aunque también se vería afectada pues los bancos de
arenque, anchoas y otras especies utilizadas para el alimento de los peces en las
granjas también disminuirán o migrarán. El aumento de temperatura propiciará la
existencia de algas y algunas enfermedades en los peces.
Por otra parte, el aumento del nivel del mar y de la temperatura, así como la
intensidad de las lluvias incidirá en la disponibilidad de áreas de playa y algunas
variedades de vegetación de los destinos turísticos latinoamericanos. En tanto que el
turismo invernal contará con menos nieve y hielo naturales y menores periodos de
duración de éstos.
1.7. Bosque y vida silvestre
Los bosques sobreviven en espacios que tienen suelos, humedad y temperatura
adecuados; como respuesta al calentamiento, los árboles podrán poblar nuevas áreas
que cumplan con estos requerimientos para su sobrevivencia. Sin embargo, estudios
científicos muestran que esta mudanza puede tardarse siglos por la expansión natural,
a no ser que se hagan cultivos exprofesso en algunas áreas. Los bosques de zonas
semiáridas y áridas disminuirán su cuantía debido a la resequedad que producirá el
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aumento de la temperatura. Algunas áreas de este tipo de bosques del norte de África y
México, se volverán aún más secos, haciéndose más propensos también a los
incendios forestales.
Muchas especies que habitan estos bosques, que incluso están al borde de la
extinción, al cambiarles el clima también el hábitat se transformará haciéndolo
inhabitable para ellas y las que no peligraban pasarán a ser vulnerables o en peligro de
extinción.
Algunos ejemplares de fauna ya confrontan problemas para alimentarse al
escasear vegetales que disminuyen su disponibilidad al aumentar el calor. El cambio de
hábitat en otras áreas podría reducir la población o extinguirlas localmente, el IPCC
ubica en este riesgo al tigre de bengala, al gorila de montaña africano y al quetzal de
Centroamérica. En caso similar podría encontrarse la famosa mariposa Monarca, que
emigra desde el norte a bosques mexicanos en periodos invernales. Al calentarse los
bosques de Norteamérica estos hermosos insectos podrían ahorrarse el largo viaje a
nuestro país, aunque se desconoce qué impacto podría tener en sus hábitos y en su
existencia misma. Otra mariposa, la Apolo, cada vez busca su hábitat en terrenos altos
y frescos, afectada por el aumento diferencial de la temperatura. Seguramente otras
especies de animales también están haciendo esa mudanza.
1.8. Evidencias y manifestaciones recientes del cambio climático
Las evidencias de la influencia humana en la evolución del clima se han
acumulado persistentemente a lo largo de las últimas dos décadas. El primer reporte
del IPCC en 1990 contenía pocas evidencias de la influencia antropogénica en el clima.
El segundo reporte publicado en 1995 concluyó que “las evidencias muestran una
perceptible influencia humana en el clima global”.
Sin embargo, bastante más evidencias se acumularon en el tercer informe que
permitió una conclusión más firme, no únicamente en el convencimiento de la
participación humana en el clima, sino también en el cambio de clima del recién
concluido siglo. En efecto, el reporte de 2001 afirmó: “existen nuevas y más
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contundentes pruebas que las evidencias del calentamiento en los últimos 50 años son
atribuidas a actividades humanas”.
Las evidencias que ofreció este tercer reporte fueron considerables, pues se
usaron resultados de estudios que utilizaron modelos climáticos avanzados.
El cuarto reporte (AR4) dado a conocer en 2007, es aún más contundente al
puntualizar que “el calentamiento global del sistema climático es inequívoco… hay una
muy alta certidumbre de que el efecto promedio global de las actividades humanas
desde 1750 ha contribuido al calentamiento”. La expresión “muy alta certidumbre”
representa una afirmación que deja pocas dudas de la causa del calentamiento global,
lo que se puede ubicar en un 90% de probabilidad.
Desde el tercer reporte, los científicos han incrementado apreciablemente sus
posibilidades de predecir los cambios futuros del clima mediante el ajuste de los
modelos climáticos.
En el último reporte los científicos del IPCC, particularmente los integrados del
Grupo I (WG1, Work Group 1) “Aspectos científicos del sistema climático y del cambio
climático”, han clarificado varios asuntos no incluidos en el tercer reporte, como por
ejemplo los aerosoles provenientes de las erupciones volcánicas y de actividades
humanas han tenido solo un efecto relativo de enfriamiento del clima. También se dan
a conocer nuevas estimaciones de los impactos de los cambios de la actividad solar
desde 1750, lo cual resulta en una contribución mucho menor al cambio climático que la
que aporta la quema de combustibles fósiles (WG1, 2007).
Por otra parte, derivado del reporte, ahora hay nuevas incertidumbres
relacionadas con las retroalimentaciones (que pueden acelerar o disminuir el cambio
climático), pues los científicos dicen ahora que el incremento de las temperaturas
estancará el crecimiento de algunos vegetales en lugar de acelerarlo como se había
afirmado antes, lo cual representaba un mayor rendimiento de la agricultura en algunas
partes del mundo, así como una disminución de temperaturas derivado de un mayor
follaje de las plantas.
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Con relación al efecto denominado islas urbanas de calor, los impactos que
propician en las ciudades al parecer afectan menos a la temperatura global de lo que se
había afirmado.
En síntesis, algunas de las conclusiones sobresalientes del último reporte del
IPCC son las siguientes:
- Se ratifica con mayor certidumbre el calentamiento del sistema climático mundial, lo cual se apoya en observaciones de las temperaturas globales del aire y océanos, fusión de nieve y hielo, así como incremento del nivel de los mares.
- Se percibe una influencia humana que ahora se extiende a otros aspectos
climáticos como lo son el calentamiento del agua de los océanos, patrones eólicos, temperaturas medias continentales, temperaturas extremas, entre otros.
- Las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono, metano y óxido
nitroso se han incrementada ostensiblemente, como resultado de las actividades humanas realizadas a partir de 1750 en que se inició la Revolución Industrial.
- El incremento global de dióxido de carbono se debe principalmente a la quema
de combustibles fósiles y al cambio de uso del suelo. En tanto que el aumento de metano y óxido nitroso proviene de las actividades agrícolas.
- Esa concentración de gases de efecto invernadero han excedido con creces los
valores previos a la Revolución Industrial, lo que se ha determinado mediante el análisis de muestras de hielo que ha existido por mucho miles de años (hasta 800 mil) en las profundidades del permahielo.
- La concentración atmosférica global de CO2 ha aumentado de 280 ppm que
había en tiempos preindustriales, a 379 ppm en 2005, lo cual excede con mucho la concentración de 180 - 300 ppm que se tuvo a lo largo de 650 000 años, según se ha estimado mediante el análisis de las burbujas de aire atrapado en las muestras de hielo extraído de grandes profundidades.
- Es muy posible que la mayor parte del aumento en las temperaturas globales
promedio, observadas desde la mitad del siglo pasado, sean el resultado del incremento antropogénico de la concentración de gases de efecto invernadero.
En ese mismo cuarto y más reciente reporte, el grupo 2 (Work Group II) que
aglutina los temas de “Impactos del cambio climático, adaptación y vulnerabilidad”,
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plantea un conjunto de escenarios en función de diferentes incrementos de
temperatura.
Los efectos esperados del incremento de varios grados de temperatura, que
varían de 1ºC a 5ºC con respecto al promedio de temperaturas de 1980 a 1999, serían
como sigue;
El incremento de 1ºC propiciaría fuertes impactos, lo cual parece inevitable que
sucederá, debido a que las emisiones de gases de efecto invernadero en el pasado
tienen suficiente longevidad y cuantía para ese aumento de temperatura.
Incrementos de 1 – 2ºC en las temperaturas causarán mayores desafíos en la
salud pública como resultado de cambios en los patrones de padecimiento y morbilidad,
así como en el incremento de la mortalidad por fenómenos meteorológicos extremos en
todas las regiones. La productividad de la agricultura decrecerá en latitudes bajas,
aumentando la amenaza de hambrunas; empero, en otras áreas la productividad podría
aumentar temporalmente.
Con el aumento de temperaturas entre 1.5 – 2.5ºC, los cambios serán aún más
impactantes, pues más de 20 – 30% de las especies animales podrían propender a la
extinción.
Si la temperatura sube de 3 – 4ºC, alrededor de 30% de los humedales costeros
podrían desaparecer, en tanto que la extinción de especies se elevaría a 40% y los
cambios en los ecosistemas serían enormes.
En cualquiera de los escenarios, la disponibilidad de agua potable bajará, así
como el potencial hidroeléctrico global.
La elevación del nivel mar y el crecimiento en la intensidad de los ciclones puede
conducir a la migración paulatina de la población en varias partes del mundo, y la
infraestructura costera también se dañaría severamente.
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En algunas regiones del mundo la presión sobre la infraestructura urbana y rural
aumentará, derivado de las lluvias más frecuentes y copiosas, al tiempo que las
inundaciones interrumpirán el transporte y el comercio. Las empresas de seguros
retirarán (ya lo están haciendo) la cobertura a ciertos sectores de alto riesgo con
relación a la actividad ciclónica.
Según el reporte, la demanda de energía variará, pues en el invierno se requerirá
menos calefacción en las zonas frías, pero se incrementará en verano y en las regiones
calientes para combatir un calor más intenso.
El informe de referencia incluye nuevos hallazgos en cuanto a sumideros de
carbono. Uno de ellos, importante, se refiere a que los ecosistemas forestales
probablemente pasarán de ser sumideros absorbentes de CO2 a fungir como fuente de
emanación de este GEI. Este hallazgo científico es mala noticia para los países y
organismos que planean reducciones de emisiones de GEI mediante proyectos de
reforestación y aforestación (sembrar árboles donde no los ha habido).
En otro orden de cosas, el término mitigación tiene una connotación específica
muy importante en la terminología de cambio climático, pues significa la reducción de
las emisiones netas de gases de efecto invernadero, tanto por la disminución en la
emanación de dichos GEIs como por el incremento de los llamados sumideros
(absorbedores) de gases, principalmente de bióxido de carbono.
El uso de energías que no estén basadas en el carbono es una medida efectiva
de mitigación. Es por eso que la promoción y uso de energías renovables tienen una
participación importante en la matriz energética de cualquier país, pues a medida que
se desplace el uso de combustibles fósiles que liberan el carbono atrapado hace
millones de años, se estará apoyando la causa de la mitigación.
2 ENERGÍA RENOVABLE Y ENERGÍA ALTERNA
La diferencia entre los términos energía renovable y energía alterna se establece
en la lectura de los comentarios siguientes:
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Una fuente de energía renovable no causa daños al medio ambiente de magnitud
tal que propicie la restricción de su uso. Ningún sistema de energía basada en fuentes
minerales es renovable porque en algún momento los depósitos de mineral se agotarán.
Esto es válido para los combustibles fósiles y para el uranio.
Las fuentes de energía renovable se reponen continuamente, en el caso de las
fuentes energéticas finitas, como lo es el uranio en su papel primario para la energía
nuclear, aún cuando se le presenta como energía alterna a los hidrocarburos por
carecer de emanación de gases de efecto invernadero, no tiene la ventaja sustentable
de las energías renovables.
Las fuentes de energía renovable (solar, eólica, biomasa bajo ciertas condiciones
y las mareas) se basan directa o indirectamente en la energía solar. Por su parte la
energía hidroeléctrica no es renovable necesariamente porque los proyectos de larga
escala, como las grandes presas, pueden ocasionar daños ambientales y sociales de
consecuencias irreversibles (SANTAMARTA, 1997). La geotermia es renovable pero
debe usarse cuidadosamente para evitar efectos ecológicos irreversibles, además de
que emite porciones minoritarias de gases de efecto invernadero.
En ningún caso se puede argumentar que haya escasez de energía renovable
porque ésta puede ser tomada del sol, aire, agua, plantas y basura para producir
combustibles y electricidad.
Hoy día la industria de la energía atómica está tomando como objetivo de
mercado a los países en desarrollo, y el Protocolo de Kyoto le está facilitando la tarea,
pues proporciona el uso de “instrumentos flexibles”, lo cual fue introducido para que las
naciones ricas pudieran alcanzar sus metas de reducción de emisiones en otros países
mediante el pago de cuotas para compensar los niveles de contaminación. Un
instrumento de este tipo es el Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL), el cual facilita el
financiamiento de tecnologías limpias y la transferencia de dichas tecnologías del
hemisferio norte al sur. Las naciones ricas pueden utilizar la reducción de emisiones vía
el MDL para lograr sus compromisos con el Protocolo de Kyoto, pero esto no es posible
para los países en desarrollo, pues éstos ganan acceso a fuentes limpias, endémicas, y
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comprometen su futuro en el mismo sentido que lo hicieron los países del hemisferio
norte. La industria de la energía atómica asegura que la energía nuclear puede ser
utilizada como una solución efectiva en la lucha contra el cambio climático. Sin
embargo, esta modalidad de energía no ha resuelto aún la gestión sustentable de los
residuos del combustible que utiliza.
Desde los puntos de vista ambiental y socioeconómico, las energías renovables
incrementan la seguridad en el abastecimiento, en tanto que tienen bajos impactos
ambientales, al tiempo que ofrecen energía sustentable en todo el mundo. La energía
renovable también ofrece amplias oportunidades de inversión, evitando costos de
combustible, ahorrando emisiones de CO2 y produciendo nuevos empleos. En general,
las tecnologías de la energía renovable son importantes porque los ingresos que
proporcionan por su elaboración, desarrollo de proyectos, servicios y en el caso de la
biomasa, produce trabajos en el medio rural y diversificación de ingresos para los
campesinos.
La distribución de electricidad, que ocurre en las cercanías de la ubicación de los
consumidores, difiere fundamentalmente de la forma convencional de una gran estación
termoeléctrica que centraliza la generación de electricidad. La distribución local puede
reducir las pérdidas de transmisión y distribución, así como sus costos proporcionando
a los consumidores un abastecimiento continuo y confiable, estimula la competencia en
el abastecimiento y ajusta los precios a través de las fuerzas de mercado, puede ser
implementado en pequeños periodos de tiempo y mediante etapas escalonadas de
inversión de recursos, lo cual se deriva de su naturaleza modular.
2.1. Fuentes de energía renovable
La tierra recibe energía solar en forma de radiación en una cantidad tal que
excede las necesidades humanas. Al tiempo que el sol calienta el planeta, también
genera viento, lluvia y olas en el mar. Junto con la lluvia, la luz solar es necesaria para
el crecimiento de las plantas. La materia orgánica derivada de las plantas es conocida
como biomasa, que puede ser usada para producir electricidad y otras formas de
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energía. La fotosíntesis de las plantas crea una cantidad de biomasa que puede ser
utilizada para calefacción, electricidad y combustibles líquidos.
También el hidrógeno es un elemento prometedor como energético, el cual se
puede extraer de muchos componentes orgánicos. El hidrógeno es el elemento más
abundante en la tierra, pero no se presenta naturalmente como gas, sino siempre
combinado con otros elementos, tales como con el oxígeno para producir agua. Una
vez que se le separa de algún otro elemento, el hidrógeno puede ser quemado como
combustible o convertirse en electricidad.
El sol, que es la fuente primigenia de casi todo tipo de energía, también produce
el ciclo de evapotranspiración, el cual permite al agua generar energía en forma de
hidroesquemas (la fuente más grande de electricidad renovable hoy día). Las
interacciones de nuestro planeta con la luna producen las mareas, las cuales también
pueden producir electricidad. Aunque los humanos han estado utilizando las fuentes de
energía renovable durante miles de años (solar, aire, biomasa, geotérmica y agua), sólo
una fracción de su potencial técnico y económico ha sido explotada. Las energías
renovables ofrecen alternativas seguras, confiables, limpias y con una relación costo-
beneficio conveniente para todas las necesidades de energía.
El desarrollo de las fuentes renovables de energía puede proporcionar nuevas
oportunidades de trabajo y menos dependencia de los combustibles fósiles. Hay
algunas desventajas en el desarrollo de las energías renovables. Un ejemplo es la
energía térmica solar en la que los rayos solares son capturados mediante colectores
(grandes espejos). La generación de energía solar térmica requiere grandes cantidades
de terreno y esto afecta los hábitats naturales. El medio ambiente también es impactado
cuando los edificios, caminos y líneas de transmisión son instalados. Además, a
menudo el fluido utilizado para la generación de energía solar térmica es tóxico y existe
la posibilidad de accidentes. Las celdas solares o fotovoltaicas son producidas mediante
el uso de las mismas tecnologías usadas para la producción de chips de silicón para las
computadoras, y este proceso de manufactura también usa químicos tóxicos.
Adicionalmente, esta clase de tóxicos son usados en las baterías utilizadas para
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almacenar la electricidad solar que se utilizará durante las noches y en días poco
soleados. La elaboración de este equipo también tiene efectos ambientales. Así que
aún cuando las plantas de energía renovable no emanan gases contaminantes o de
efecto invernadero como los combustibles fósiles, de cualquier manera tienen efectos
ambientales.
La electricidad eólica también tiene sus inconvenientes, comenzando por el uso
de considerables extensiones de tierra. Por ejemplo, el promedio que requiere una
granja eólica es de 17 acres para producir 1MW de electricidad (suficiente para unas
800-1000 viviendas) (FARRET, 2006). Sin embargo, los propietarios de la tierra pueden
continuar usando sus terrenos bajo los aerogeneradores, lo cual disminuye la
desventaja de demanda de tierra. Las granjas eólicas pueden causar erosión en áreas
desérticas y también afectan el paisaje natural por las instalaciones y líneas de
transmisión. La muerte de pájaros por colisión contra las torres y los turbogeneradores,
también es digna de tomarse en cuenta. Además de la eficiencia energética, la energía
renovable puede proporcionar todo lo que ofrecen los combustibles fósiles en términos
de servicio de energía, desde calefacción y climatización hasta electricidad, transporte,
iluminación y secado de alimentos.
2.1.1. Integración de fuentes de energía renovable
La integración involucra la conjunción en un sistema de cualquier fuente de
energía que se genere naturalmente a través de un periodo corto de tiempo. Esta
escala de tiempo es derivada directamente del sol (tal como la térmica, fotoquímica y
fotoeléctrica), indirectamente del sol (eólica, hidráulica y la fotosintética encerrada en la
biomasa), o de otro movimiento natural y mecanismos del ambiente (tal como la
geotérmica y la de mareas). En el largo plazo, las energías renovables dominarán
necesariamente el abastecimiento de energía mundial, por la simple razón de que no
hay otra alternativa. La humanidad no puede sobrevivir indefinidamente mediante el uso
de fuentes de energía finita concentrando el abastecimiento en algunos puntos del
planeta o distribuyendo cuidadosamente a la población alrededor del mundo.
20
Hoy día, el abastecimiento de energía en el mundo se basa mayoritariamente en
los combustibles fósiles y la energía nuclear. Estas fuentes de energía basadas en
fuentes finitas no van a durar para siempre y han demostrado ser las generadoras de
grandes problemas ambientales y ahora atmosféricos. Este tipo de efectos no son
nuevos, pero se están incrementando simultáneamente a la deforestación y a la
contaminación global. En menos de tres centurias, desde la revolución industrial, la
humanidad ha quemado aproximadamente la mitad de los combustibles fósiles
acumulados bajo la superficie terrestre durante millones de años.
La energía nuclear también se basa en fuentes limitadas como el uranio, y el uso
de este tipo de energía propicia riesgos de tal magnitud que las compañías no aseguran
plantas nucleares. Las fuentes de energía renovable están en la misma línea
estratégica que el desarrollo sustentable (LÓPEZ, 2006). Este tipo de energías ayudan
a reducir la dependencia de la importación de energía, por consiguiente aseguran un
abastecimiento sustentable. Además, las fuentes de energía renovable pueden mejorar
la competitividad de las industrias, al menos en el largo plazo, y tienen un efecto
positivo en el desarrollo regional y el empleo. Las tecnologías de energía renovable son
propicias para los servicios fuera de las redes convencionales, al servir a áreas remotas
sin tener que construir complicadas y caras infraestructuras.
La anterior discusión ha tenido la finalidad de decantar el tipo de energía que se
abordará en el cuerpo de este reporte técnico, en función del tiempo disponible para la
realización del proyecto SIP 20071826 y la importancia práctica del tipo de energía para
nuestro país y para el clima global. Es en esa tesitura que se justifica el abordaje de la
energía eólica, de manera genérica primero y en forma específica o concreta una vez
establecidas ciertas consideraciones teóricas y generales relacionadas con este tipo de
energía sustentable por renovable.
2.2. Centrales de energía eólica
El desarrollo continuo de la sociedad moderna requiere la energía sustentable
pues la vulnerabilidad de la cadena energética actual se basa en las fuentes de energía
de combustibles fósiles, no renovables. Esto puede ocasionar un colapso en nuestra
21
sociedad al agotarse las reservas actuales y al aumentar las concentraciones de gases
de efecto invernadero en la atmósfera.
Además de estas importantes consideraciones estructurales, en contraposición
la energía eólica se basa en fuentes limpias y renovables, al tiempo que está
robustamente justificada en estudios y proyectos que consideran los siguientes
aspectos:
Altos costos de la generación de hidro y termoelectricidad,
Existencia de áreas con altos potenciales de velocidad del aire (más de 3
metros/segundo),
Posibilidades para atender zonas remotas donde la red de transmisión es
antieconómica,
Viable ante la inexistencia de ríos u otros hidrorecursos energéticos cercanos y
Necesidades de energía renovable limpia.
La energía eólica es derivada de la energía solar, la cual genera vientos
por la distribución desigual de temperaturas en las diversas áreas del planeta. El
movimiento que resulta de la masa de aire, es la fuente de energía mecánica que
moviliza las turbinas eólicas y sus respectivos generadores.
2.2.1. Localización de instalaciones eólicas
Para seleccionar el sitio ideal de ubicación de los generadores de las centrales
eólicas es necesario observar y estudiar la existencia del aire suficiente para hacer la
extracción de energía a un porcentaje adecuado. Aunque los terrenos planos pueden
tener aires fuertes, las instalaciones eólicas a pequeña escala pueden ser
seleccionadas en forma óptima en la división de los parteaguas como las crestas de
montañas y colinas. En esas localizaciones geográficas hay buenos flujos de aire
perpendiculares a las direcciones de cresta. Algunas características básicas que deben
ser observadas para definir la localización son:
o Intensidad del viento en el área,
o Topografía,
22
o Distancia de la red de transmisión y distribución,
o Propósito de la energía a generar y
o Medios de acceso.
2.2.2. Evaluación de la intensidad del viento
La energía capturada por el rotor de la aeroturbina es proporcional al cubo de la
energía derivada de la velocidad del aire. Por lo tanto, es muy importante evaluar la
intensidad histórica de la energía del viento (W/m2) para acceder a la factibilidad
económica del sitio, tomando en cuenta la variación estacional año a año en el clima
local. Para estimar la capacidad mecánica de la energía del aire, P, la ecuación de
Bernoulli se usa con respecto a la derivada del flujo de masa de su energía cinética, Ke:
(1)
La tasa de dm/dt flujo de masa por segundo está dada por la derivada de la
cantidad de masa, del aire en movimiento que pasa con la velocidad v a través de un
área circular A, barrida por las aspas del rotor, como se muestra en la figura 1.
(2)
23
Para cualquier promedio de flujo ( Q = Av ) de un fluido, el flujo de aguas arriba
de la masa puede ser dado en términos del volumen de aire V como:
(3)
Donde ρ = m/V, es la densidad del aire en kg/m3 (= 1.2929 kg/m3 a 0°C al nivel
del mar) y A es la superficie de barrido por las aspas del rotor (m2).
La energía efectiva extraída del aire es derivada de la velocidad del flujo que
alcanza la turbina, v1, y la velocidad v2.
Debe ser considerado el número de aspas del rotor. La ecuación (3) considera la
velocidad promedio (v1 + v2)/2 que pasa a través del área A de las aspas del rotor. Por
consiguiente la ecuación (3) se transforma en:
También existe una diferencia entre la energía cinética, usualmente expresada
en:
kg.m/s = 9.81 W) en la velocidad del viento al entrar y al salir de la turbina. El
potencial mecánico neto del viento en la turbina es impuesto por la diferencia de la
energía cinética, que puede ser estimada por la ecuación (4) representada a
continuación:
24
(4)
2 2
1 2
1
2
em
dK dmP v v
dt dt 2
Wm
Combinando las ecuaciones (3) y (4), se puede calcular el potencial de la
siguiente forma:
2 2
1 2 1 2
1
4
em
dKP A v v v v
dt
Donde la velocidad v1 aguas arriba sería
23 2 21 2
1 1
11 1
4m
v vP Av
v v, o bien:
3
1
1
2m pP C Av (5)
Donde,
2
2 22
11
1 1
2p
v vvv
C es el coeficiente potencial o la eficiencia del
rotor.
Si Cp es considerado una función de v2/v1, el máximo de esta función puede ser
obtenido por v2/v1=1/3, es decir, CP=16/27=0.5926, valor que es conocido como límite
de Betz.
2.2.3. Mapeo meteorológico
Existen mapas meteorológicos que muestran curvas que conectan valores
iguales de intensidad promedio de la velocidad del viento, aunque dichos mapas
pueden proporcionar información valiosa, a veces no es suficiente para un análisis
completo, porque la información meteorológica de las estaciones no determinan el
potencial del aire con el propósito de producir. Por consiguiente, podría tomarse una
25
decisión final en el sitio de interés después de que se haya hecho una selección local
apropiada.
La energía local del viento es directamente proporcional a la distribución de la
velocidad, así que los diferentes lugares que tienen la misma velocidad promedio anual
pueden presentar distintos valores de producción de energía eólica. La figura 1
ejemplifica una distribución de velocidad del aire típica, a través de la curva
correspondiente a un sitio específico. Esa distribución puede ser mensual o anual. Cada
rango de velocidad del aire a través para un periodo extenso de tiempo, se puede
determinar mediante la ocurrencia numérica o el percentil de ocurrencia.
Figura 1. Distribución de la velocidad del viento
Usualmente se observa variación del viento ligado a los cambios climáticos del
área. Es también usual que en las temperaturas de verano exista poco aire y lo
contrario, es decir, que haya vientos fuertes en invierno.
Cuando la velocidad del viento es muy baja, como 3 m/s o menos, la potencia se
hace muy limitada para la extracción de energía y por consiguiente el sistema debe ser
parado. Por lo tanto para las plantas generadoras, los períodos de tranquilidad
determinan el tiempo requerido para el almacenamiento de energía.
26
Tal como se trata a continuación, la distribución de potencia varía según la
intensidad del viento y con el coeficiente potencial de la turbina. Una curva de
distribución típica de potencia toma la forma mostrada en la figura 2. Los lugares con
altos promedios de velocidad de viento no tiene períodos tranquilos, y en consecuencia
no hay mucha necesidad del almacenamiento de energía. Por otra parte, las altas
velocidades del viento podrían causar problemas estructurales en el sistema o en una
turbina. (esto ocurrió en la central de La Venta, Oax.).
El modelo mundial del viento se determina por diferencias en la temperatura
alrededor del planeta así como por la rotación de la Tierra. Las diferencias de
temperatura causan un enorme efecto de convección en la superficie terrestre, el cual
hace que se mueva el flujo de aire hacia el norte del ecuador y hacia el sur, en
aproximada mente 30° de latitud.
Figura 2. Distribución de la potencia del viento
2.2.4. Cálculo de los costos de generación de electricidad
Cuando se calculan los costos, debe distinguirse entre plantas existentes y
plantas a construir. Para plantas existentes los costos corrientes (costos marginales de
27
corto plazo) son relevantes sólo para las decisiones económicas, en tanto que para las
plantas nuevas los costos marginales a largo plazo son importantes.
Con relación a las plantas o centrales eólicas a ser construidas, los costos de
generación de electricidad consisten en costos variables y costos fijos. La generación
de costos están dados por:
Los costos fijos ocurren aún cuando la central produzca o no produzca
electricidad. Estos costos son determinados por las inversiones (I) y el factor de
recuperación del capital.
2.2.5. Costo de inversión
Los costos de inversión difieren en función de la tecnología y las fuentes de
energía. En general, este tipo de costos por unidad de capacidad para los sistemas de
energía renovable son más altos que los de tecnología convencional, que utilizan los
28
sistemas para combustibles fósiles. También hay algunas diferencias entre las
tecnologías de energía renovable (los costos de inversión por unidad de capacitación
para pequeñas plantas hidroeléctricas, son al menos dos veces los costos de las
turbinas eólicas).
Los costos de inversión decrecen a través del tiempo y usualmente son
deducidos anualmente. Es usual considerar a las energías renovables como que tienen
cero costo de combustibles, por tanto los costos corrientes son determinados
únicamente a través de los costos de operación y mantenimiento. Por tanto, los costos
corrientes para los sistemas de energía renovable son normalmente bajos comparados
con los de los sistemas de energía fósil.
Se termina aquí la generalización de centrales eólicas, para exponer ahora
aspectos más concretos de este tipo de energía en la zona de estudio que hemos
seleccionado para desarrollar el tema del proyecto. Se trata del Estado de Oaxaca.
3 DE LA TEORÍA A LA PRÁCTICA
Una vez establecido el entorno teórico y conceptual tanto del tema estructural,
que es el cambio climático, como de la vía de remediación parcial a la emisión de gases
de efecto invernadero, pasamos ahora a la metodología operativa de integrar
conceptos, teorías y métodos referidos a aspectos reales, sobre todo de la energía
eólica, puesto que otras energías renovables como la solar o la mareomotriz tienen un
grado de desarrollo menor en ula República Mexicana y el objetivo central de este
proyecto de investigación es aprovechar la energías alternas a los combustibles fósiles
disponibles en nuestro país, para atender una de las urgencias globales de nuestro
tiempo representada por la emanación artificial o producto de las actividades humanas,
de gases que están incrementando el fenómeno denominado efecto invernadero.
Así pues, la energía renovable que nos ocupará a partir de este momento del
reporte es la energía eólica producida a partir de las fuerzas del viento natural, aunque
29
como complemento también se incluye información sintetizada de la energía que se
utiliza en México como una forma alícuota de incrementar la energía renovable que
desplaza marginalmente el uso de energía con base en el carbono.
3.1. Energía eólica
El inicio, en México, de la generación de energía eléctrica a partir del viento fue
en 1994, al entrar en operación la Central Eólica La Venta, Oax., con siete
aerogeneradores que acumulaban una capacidad generadora de 1.5 MW.
Fotogradía 1. Central Eólica la Venta II, Oaxaca
El viento del Istmo de Tehuantepec, que es la región oaxaqueña donde se ubica
esta central, tiene un comportamiento definido: entre los meses de octubre y febrero
ocurren los vientos más intensos y persistentes del año (20 m/s), en tanto que los más
débiles pueden ocurrir en el lapso comprendido de abril y junio.
El autor visito ese parque eólico en esa parte del año observando que la
velocidad era menor a 5 m/s, razón por la cual las aspas de los aerogeneradores
30
estaban inmóviles y por tanto en vez de generar electricidad, había un pequeño
consumo para mantener en operación el equipo auxiliar.
En este mismo lugar en el año 2007 inició la operación de una segunda etapa
denominada La Venta II, que elevó la capacidad a 83.3 MW, ocupando así México el
segundo lugar en América Latina, estando solamente por debajo de la capacidad
generadora de Brasil (256 MW instalados). Este parque eólico está compuesto por 98
aerogeneradores, dispuestos en cuatro filas que se separan 600 m entre cada una de
ellas, en tanto que la distancia entre un generador y otro es de 130 m, como el
aerogenerador mostrado en la fotografía 1 esta montado en una torre de acero de 44 m
de altura. Los principales datos de la Central Eólica la Venta II se muestran en la tabla 1
Capacidad 83.3 MW
Aerogenerado
res
Canti
dad
98
Capa
cidad
0.85 MW
Altura de la torre de soporte 44 m
Diámetro de rotor 52 m
Separación entre unidades 2.5 diámetros
Separación entre líneas 600 m
Superficie ocupada 960 ha
Trasformador por unidad Seco encapsulado
690/34 kV
Buses colectores Subterráneos 34.5
kV
Sub estación elevadora 34.5 kV/230kV
Línea de transmisión Doble circuito 20 km
230kV
Punto de interconexión SE Juchitán II
Monitoreo y control Local y remoto
Régimen de propiedad de los
predios
Ejidal
Tabla 1. Datos básicos de la Central Eólica la Venta II, Oaxaca
31
La electricidad anual generada por las turbinas eólicas evitará la emisión de
180 000 tons de CO2, lo cual dió pauta para que este proyecto fuera registrado en el
Mecanismo de Desarrollo Limpio del Protocolo de Kyoto, por contribuir a la mitigación
de gases de efecto invernadero (CADENAS, 2007).
Sólo en el Estado de Oaxaca se estima una capacidad instalada potencial eólica
de 33 000 MW, ubicándose 6 000 MW en las zonas más ventosas de la entidad. Estas
áreas con viento aprovechable están en el Istmo de Tehuantepec (ELLIOT, 2004) pero
también existe potencialidad en algunas zonas de los Estado de Zacatecas, Baja
California y litorales del Océano Pacífico y del Golfo de México, que podrían representar
unos 10 000 MW adicionales.
Las centrales eólicas programadas, o que de alguna manera han iniciado
gestiones para su construcción son las siguientes:
La Venta III: ha ubicarse en el Istmo de Tehuantepec, con capacidad proyectada
de 100 MW, actualmente (2007) está en proceso de licitación.
Oaxaca I: La capacidad de proyecto es de 100 MW
Oaxaca II, III y IV: con capacidades de 300 MW, están en proceso de licitación.
Recientemente se ha construido una central eólica en Guerrero Negro, BCS, la
cual está integrada por un sólo aerogenerador, que tiene un potencial nominal de 600
kW y se ha instalado en una torre tubular de 50 m de altura.
3.2. Geotermia
Lo yacimientos geotérmicos son fuentes de energía que resultan de aprovechar
el calor y el agua que existen naturalmente en algunos espacios del subsuelo llamados
cámara magmática, la energía contenida en esos yacimientos se extrae a través de
pozos profundos (más de 3 500 m, en el caso de México), por los que ascienden fluidos
a alta temperatura compuestos por agua y sales, de los que se separa el vapor de agua
a presión para ser utilizado como propulsor de turbinas generadoras de electricidad.
32
En nuestro país se inició la explotación de este tipo de energía limpia,
comparativamente con la de origen fósil, en 1959, en un campo del Estado de Hidalgo
localizado en las cercanías del balneario Pathé. En la actualidad la capacidad instalada
para la generación de energía de origen geotérmico es de 958 MW, ocupando el tercer
lugar mundial, sólo por debajo de Estados Unidos (2 544 MW) y Filipinas (1 931 MW).
La capacidad geotérmica mundial en operación es de alrededor de 9 000 MW.
La Comisión Federal de Electricidad (CFE) administra la operación de cuatro
campos geotérmicos comerciales: Cerro Prieto BC (720 MW); los Azufres Mich. (188
MW); los Humeros, Pue. (40 MW) y las Tres Vírgenes BCS (10 MW). Cerro Prieto no
sólo es el campo más grande del país, sino del mundo, y abastece más de la mitad de
la electricidad requerida por el Estado de Baja California.
El potencial de energía geotérmica que tiene el país es mucho mayor al
actualmente en explotación. La CFE trabaja en varios campos, tales como la Soledad y
Cerritos Colorados, Jal.; los Humeros II y Acoculco, Pue.; Domo San Pedro, Nay.;
Maguarichie, Chih.; Volcán Tacana, Chis., entre otros.
El costo de la electricidad de origen geotérmico es competitivo con el generado a
partir de la quema de combustibles fósiles pero con la ventaja de que se elimina la
quinta parte del dióxido de carbono que sub produce la combustión de fósiles como el
carbón y derivados del petróleo.
33
Fotografía 2. Central Eólica la Venta II, Oaxaca
4 ATLAS DE RECURSOS EÓLICOS DEL ESTADO DE OAXACA
Uno de los propósitos del proyecto de investigación SIP 20071826 fue la
obtención de series estadísticas de los recursos eólico y solar, con la finalidad de
proponer su aprovechamiento inmediato para contribuir a la mitigación de gases de
efecto invernadero, que es una prioridad global en la que México está comprometido
internacionalmente.
Derivado de la gran amplitud del tema y del horizonte anual del proyecto
protocolizado y del bajo recurso financiero que se le asignó al proyecto, la Dirección
General del Instituto Politécnico Nacional, tuvo a bien apoyar al Director de dicho
proyecto para llegar a cabo una estancia postdoctoral relacionada con el tema del
cambio climático, lo cual coadyuvó entre otras cosas positivas a tener acceso a fuentes
de información bien documentadas y a relacionarse con proyectos de energía renovable
en operación.
Como resultado, se tuvo acceso a datos e información que hubiera sido muy
difícil, caro y tardado conseguir. Además de obtener otros documentos y publicaciones,
como el caso del Atlas de Recursos Eólicos de Estado de Oaxaca, que fue elaborado
34
por expertos de varias dependencias y empresas nacionales y extranjeras de las que
destacan el Laboratorio de Energías Renovables del Departamento de Energía de
Estados Unidos (NREL, por sus siglas en inglés) quien encabezó el proyecto en
colaboración con la Agencia de Estados Unidos para el Desarrollo Internacional
(USAID), la Secretaría de Desarrollo Industrial y Comercial del Estado de Oaxaca
(SDIC), la Secretaría de Energía (SENER) el Instituto de Investigaciones Eléctricas
(IIE), la Comisión Federal de Electricidad (CFE), otras dependencias y empresas
consultoras.
Esta afortunada sinergia permitió abatir drásticamente el tiempo para ofrecer una
propuesta como la que aquí se hace, reducir el costo a sólo papelería y algunos viajes,
establecer contactos en el tema dual de cambio climático y energías renovables y
también posibilitó el acopio de información y publicaciones sobre los mencionados
conceptos.
Así pues a continuación se incluye el Atlas Eólico de Oaxaca que es uno de los
Estados del país con mayor potencialidad de aprovechamiento del aire para generar
electricidad. Se hace hincapié en que se ha tomado del documento en cuestión sólo la
información relevante para los propósito del proyecto de información y con la misma
finalidad se hicieron las adecuaciones que se estimaron pertinentes.
4.1 Datos básicos del Estado de Oaxaca
4.1.1. Localización
El Estado de Oaxaca se localiza en el sur de México. Su tamaño es de
aproximadamente 95,364 km2
, lo que lo convierte en el quinto Estado más grande de
México. Oaxaca colinda con los Estados de Puebla y Veracruz al norte, Guerrero al
oeste, Chiapas al este y con el Océano Pacífico al sur. Se extiende aproximadamente
340 km de norte a sur y 500 km de este a oeste, con una localización de
aproximadamente 96 grados de longitud oeste entre 16 y 18 grados de latitud norte.
La población de Oaxaca es de aproximadamente 3.4 millones (2003). La capital
35
de Oaxaca, que es además la ciudad más grande del Estado, es Oaxaca de Juárez,
con una población de aproximadamente 260,000 habitantes. (Figura 3)
4.1.2. Topografía
El terreno de Oaxaca, el cual se muestra en las Figuras 4 y 5 es variado e
incluye sierras, mesetas amplias, valles altos y planicies costeras. Una gran parte de
Oaxaca es montañosa, encontrándose la mitad del Estado a una altitud mayor a los
1000 metros (m) sobre el nivel del mar. La parte norte de Oaxaca es dominada por la
Sierra de Oaxaca, con cordilleras de más de 3,000 m, la cual se extiende de noroeste a
sureste hasta terminar en el Istmo de Tehuantepec. La Sierra Madre del Sur, la cual
también se extiende de noroeste a sureste, se encuentra al sur de los valles centrales
de Oaxaca e incluye el punto más alto del Estado, el Cerro El Nacimiento con una
altitud de 3749 metros. La elevación de Oaxaca de Juárez es aproximadamente de
1,540 m. La Sierra Madre de Chiapas ocupa el extremo este de Oaxaca. La parte sur
del Estado se caracteriza por una planicie costera. Existen varias lagunas grandes en el
sureste de Oaxaca: Laguna Superior, Laguna Inferior y Mar Muerto.
4.1.3. Clima
Oaxaca cuenta con una variedad de climas que van desde el tropical a lo largo
de la costa al templado en el interior. El Estado tiene temporadas seca y de lluvias
claramente definidas. La temporada de lluvias generalmente dura de abril a octubre,
aunque las variaciones en el clima local pueden abreviar o prolongar la temporada. La
precipitación pluvial promedio es de aproximadamente 700 mm a lo largo de la costa,
600 a 700 mm en los valles centrales y 2000 mm o más en la sierra. La temperatura
anual varía de 26 a 28 grados centígrados en la costa, 20 a 22 grados centígrados en
los valles centrales y 12 a 15 grados centígrados en la sierra.
4.2. Cálculos de los recursos eólicos del Estado de Oaxaca 4.2.1. Determinación de la velocidad y dirección del viento
La velocidad del viento se mide con anemómetros, o con otros instrumentos
calibrados, se calcula como un promedio y también se puede expresar como un valor
instantáneo. En los estudios de evaluación de recursos eólicos usualmente se utilizan
Fuente: Elliot, 2004
36
intervalos para expresar el promedio de la velocidad del viento, es decir, se expresa en
periodos de 1 ó 2 minutos, 10 minutos, cada hora, mes y año. Es importante considerar
la altura a la que se hace la medición de la velocidad del viento, también debe
conocerse la exposición del lugar a vientos dominantes debido a que los obstáculos
cercanos, tales como árboles y edificios pueden reducir la velocidad aparente del viento
y es importante conocer la velocidad prevaleciente del viento para evaluar el recurso
disponible.
La distribución de la dirección del viento usualmente se presenta mediante una
rosa de vientos (gráfica de frecuencia de ocurrencia de dirección). Las rosas de viento
también pueden representar velocidad promedio o porcentaje de potencia disponible
por dirección.
4.2.2. Distribución de frecuencia de velocidad del viento
La distribución de frecuencia caracteriza al viento de un lugar determinado, de
dos maneras: que tan a menudo se observa cierta velocidad del viento en ese lugar y,
también identifica el rango de velocidades del viento observado. Este análisis se obtiene
ordenando las observaciones de velocidad en cuadrículas o casillas de 1 m/s y se
calcula el porcentaje que representa cada uno de esos espacios. En esta mecánica es
importante considerar la distribución de la velocidad del viento porque algunos sitios con
velocidades promedio iguales, pero con diferentes distribuciones, pueden resultar en un
recurso eólico disponible sustancialmente diferente.
La distribución de frecuencia de velocidad del viento puede ser estimada por la
Función de Distribución Weibull, mediante la siguiente fórmula:
f (V ) =(k / c)(V / c) exp(−V / c)k
Donde:
f (V) = Función de densidad de probabilidad de Weibull, es decir, la probabilidad
de encontrar una velocidad del viento de V m/s,
37
c = Factor de escala de Weibull, el cual típicamente se relaciona con la velocidad
promedio del viento en m/s,
k = Factor de forma Weibull, que describe la distribución de las velocidades del
viento.
Existen explicaciones detalladas de la Función de Distribución Weibull y la
manera de aplicarla en muchos textos, entre los que se puede citar a (FARRET, 2006),
que es de publicación reciente.
4.2.3. Densidad de potencia disponible del viento
El recurso eólico de un lugar se puede describir grosso modo por la velocidad
media del viento, pero la densidad de potencia disponible del viento proporciona una
indicación más precisa del potencial de energía eólica del lugar. La densidad de
potencia disponible del viento expresa la energía eólica promedio de un metro cuadrado
(W/m2
). Esta densidad de potencia es proporcional a la suma del cubo de la velocidad
instantánea y la densidad del viento. Debido a este término cúbico, dos sitios con la
misma velocidad promedio del viento pero con diferentes distribuciones pueden tener
valores muy diferentes de densidad de potencia. La densidad de potencia disponible del
viento se calcula mediante la siguiente ecuación:
Donde:
WPD = Densidad de potencia del viento en W/m2
,
38
n = Número de registros en el intervalo utilizado,
ρ = Densidad del viento (kg/m3
) en una hora específica de observación,
vi3
= Cubo de la velocidad del viento (m/s), a la misma hora de
observación.
Esta ecuación sólo debe utilizarse para registros individuales de medición (por
hora, cada 10 minutos, etc.) y no para los registros promedio a largo plazo tales como el
valor mensual o anual. Si se utiliza esta ecuación con promedios a largo plazo, se
subestimará la densidad de potencia disponible del viento debido a que los promedios a
largo plazo no incluirán la mayoría de los registros de más alta velocidad.
La duración de la densidad del viento (kg/m3
) depende de la temperatura y de la
presión y puede variar de 10-15% por temporada. Si se conocen la presión y
temperatura del sitio, la densidad del viento puede ser calculada utilizando la siguiente
ecuación:
Donde
ρ = la densidad del viento en kg/m3
;
P = la presión del aire (Pa o N/m2
);
R = la constante específica de gas del aire (287 J/kg⋅K);
T = la temperatura del aire en grados Kelvin (°C+273).
Cambio de velocidad horizontal del viento debido a la altura
39
La magnitud de cambio de velocidad del viento es específica para cada sitio,
depende de la dirección y de la velocidad, así como de la estabilidad atmosférica. Al
determinarse el cambio de dirección se pueden extrapolar datos existentes de velocidad
o densidad de potencia del viento a otras alturas. Para hacer esos ajustes se puede
utilizar la siguiente ecuación:
U = U0 (z/z0)α
Velocidad del viento
WPD = WPD0 (z/z0)3α
Densidad de potencia disponible del viento:
Donde:
U = Incógnita de la velocidad del viento a la altura z sobre el suelo,
U0 = Velocidad conocida a una altura de referencia z0,
WPD = Densidad de potencia del viento desconocida a la altura z sobre el suelo
WPD0 = Densidad de potencia del viento conocida a una altura de referencia z0,
α = Exponente de la ley de potencia.
Para extrapolar datos a alturas mayores, con frecuencia se utiliza un exponente
de 1/7 (ó 0.143), el cual es representativo de áreas bien expuestas con baja rugosidad
superficial.
4.2.4. Observaciones superficiales de datos eólicos
Para un cálculo preciso del recurso eólico, se consideran la velocidad y la
dirección del viento, pero la temperatura y la presión también pueden ser de utilidad. La
exposición de un sitio, la altura de los anemómetros, la topografía local y el historial de
mantenimiento del sitio son también de utilidad.
Las velocidades del viento en algunos lugares, pueden presentarse reducidas de
manera estable a lo largo de cierto número de años. Esta tendencia puede ser
ocasionada por la construcción de edificios, crecimiento de árboles cerca del sitio o la
falta de mantenimiento de los anemómetros. Ante dicha tendencia, deben aplicarse
40
procedimientos de control de calidad adicionales para analizar los datos de los lugares
de estudio.
4.2.5. Observaciones en niveles superiores
Las propiedades meteorológicas de la atmósfera, en niveles superiores, se
miden lanzando globos usualmente de una a cuatro veces al día. Los globos sin
instrumentos que se rastrean por medio de teodolitos, son el instrumento más sencillo
para las observaciones del aire en niveles superiores.
Las observaciones por medio de estos globos piloto sólo pueden estimar la
velocidad y la dirección del viento. Para mediciones más complejas y precisas se
utilizan instrumentos por radiosonda que envían los datos a la estación base por radio
(temperatura, presión, humedad, y velocidad y dirección del viento).
Además de la obtención de información mediante observaciones superficiales,
también se obtienen datos eólicos a partir de mediciones de viento marino por medio de
satélites, y datos del clima mediante modelos de computadoras.
4.3. Metodología para la valoración del Recurso Eólico y Sistema Cartográfico
Esta sección describe la metodología utilizada para analizar y evaluar los datos
meteorológicos utilizados para la evaluación del recurso eólico y el sistema cartográfico
utilizado para generar los mapas de recursos. Ambos componentes son cruciales para
la producción de un atlas de recursos eólicos que sea suficientemente preciso para
estimular el desarrollo de la energía eólica en el área de estudio.
NREL utiliza una técnica cartográfica del recurso eólico basada en sistemas de
información geográfica (GIS, por sus siglas en inglés), para producir los mapas
presentados en este atlas. El desarrolló del sistema cartográfico se hizo con dos
objetivos principales:
1) Producir un análisis más consistente y detallado del recurso eólico,
particularmente en áreas de terreno complejo,
41
2) Generar mapas de alta calidad y fáciles de usar.
4.3.1. Evaluación y análisis de datos
De entrada, la calidad de los datos meteorológicos depende del entendimiento de
las características importantes del viento en la región de estudio, tales como la
variabilidad interanual, estacional y diurna del viento y de la dirección prevaleciente.
NREL utilizó innovadores métodos de evaluación sobre conjuntos de datos climáticos
existentes para desarrollar una comprensión conceptual de las características clave del
viento.
En función de la experiencia, archivos y empresas que trabajan para el
Laboratorio Nacional de Energía Renovable, se hicieron innovaciones en la evaluación
de datos superficiales y de datos de niveles atmosféricos superiores.
4.3.2. Objetivo de la evaluación de datos
El objetivo del análisis y evaluación críticos de la superficie y de los datos en
niveles superiores de la atmósfera, es desarrollar un modelo conceptual de los
mecanismos físicos a escala regional y local que afectan el flujo del viento. Cuando
existen datos de características del viento en conflicto en una región de análisis, la
preponderancia de la evidencia meteorológica de la región es la base del modelo
conceptual.
El análisis crítico de los datos y el modelo conceptual son de particular
importancia, debido a que un componente clave del sistema cartográfico del viento de
NREL, requiere que se hagan ajustes empíricos a los valores de la potencia del viento
antes de producir los mapas finales. La comprensión conceptual desarrollada por el
análisis crítico de los datos disponibles, dirige el desarrollo de relaciones empíricas que
son la base de los algoritmos utilizados para ajustar la potencia del viento. Este enfoque
empírico depende de un perfil eólico ambiental de cientos de metros más próximos a la
superficie y de tener la posibilidad de ajustarlo a la capa superficial.
4.3.3. Clasificación de la potencia del viento
42
Los valores que aparecen en los mapas eólicos del atlas se basan en la
densidad de potencia del viento, no en la velocidad del viento. La densidad de potencia
del viento es un mejor indicador del recurso disponible ya que incorpora los efectos
combinados de la distribución de la frecuencia de la velocidad del viento, la
dependencia de la potencia sobre la densidad del viento y el cubo de la velocidad del
viento. Para los mapas de Oaxaca se utilizaron siete clasificaciones de la potencia del
viento basadas en los rangos de la densidad de potencia disponible del viento. Cada
una de las clasificaciones fue definida cualitativamente para aplicaciones a escala
comercial. En general, los lugares con un recurso eólico anual promedio mayor de 400
W/m2
o aproximadamente 7 m/s a 50 m sobre el suelo son los mejores para
aplicaciones a escala comercial. Las aplicaciones para electrificación rural o para
poblaciones pequeñas, pueden ser viables en lugares con menores niveles de recurso
eólico. En Oaxaca tales aplicaciones pueden ser viables con un recurso eólico mayor a
200 W/m2
, o aproximadamente 5.5 m/s a 50 m sobre el nivel del terreno.
Descripción del Sistema Cartográfico
Tal como se comentó, el sistema cartográfico de NREL utiliza software
cartográfico basado en GIS.
Este sistema se divide en tres principales componentes: datos de entrada,
ajustes de potencia del viento y la sección de salida que produce el mapa eólico final. A
continuación se describen someramente dichos componentes.
4.3.4. Datos de entrada
Las dos principales entradas del modelo son los datos digitales del terreno y los
datos meteorológicos. La información de elevación consiste en datos digitales del
modelo de elevación del terreno (DEM, por sus siglas en inglés), que dividen la región
analizada en celdas individuales en una cuadrícula, cada una de las cuales tiene un
valor de elevación único.
La entrada de datos meteorológicos se presenta en dos fases. La primera
43
proporciona datos de la potencia del viento para cada celda de cuadrícula, obtenida por
medio de la salida de un modelo numérico de mesoescala. La segunda fase, después
del proceso de selección de datos, proporciona los perfiles verticales correspondientes
a la densidad de potencia disponible del viento y las rosas de potencia del viento, que
expresan el porcentaje de la energía total potencial, según la dirección del viento. Los
perfiles verticales se dividen en intervalos de 100 metros sobre el nivel del mar. Se usa
la rosa de potencia del viento para determinar el grado de exposición de una celda de
cuadrícula, en particular de los vientos que generan la energía.
4.3.5. Cálculos de potencia del viento
Se simularon las condiciones climáticas de Oaxaca y de las regiones
circundantes, para 366 días seleccionados aleatoriamente de un periodo de 15 años.
El muestreo aleatorio fue estratificado para lograr una representación equitativa de cada
mes y temporada. Cada simulación genera variables de viento y otros aspectos
meteorológicos en todo el dominio del modelo para un día en particular, y almacena la
información a intervalos de una hora. Las simulaciones utilizan una variedad de datos
meteorológicos y geofísicos. El modelo de mesoescala denominado MASS utiliza datos
climáticos para establecer las condiciones iniciales para cada simulación, así como para
las condiciones límite laterales para el modelo y determina la evolución de las
condiciones atmosféricas dentro de la región estudiada durante cada simulación.
Las principales entradas geofísicas para MASS son elevación, cobertura del
suelo y humedad del suelo. Se utilizaron en las simulaciones MASS los nuevos datos
de Espectroradiómetro de Resolución Moderada (MODIS) desarrollados por la NASA,
los cuales incluyen datos de cobertura del suelo y un conjunto de datos de porcentaje
de cobertura arbórea. Los datos MODIS presentan varias ventajas sobre el conjunto de
datos previamente utilizado para cobertura del suelo: Las imágenes utilizadas en la
clasificación son de años recientes (2000 y 2001), los datos tienen una resolución
horizontal de 500 m (en comparación con 1000 m) y el sistema sensor de MODIS
incluye siete bandas que fueron diseñadas específicamente para capturar información
de cobertura del suelo. Los datos de porcentaje de cobertura arbórea de MODIS se
correlacionaron con otro conjunto de datos de cobertura de suelo proporcionado por
44
Agencia de Estados Unidos para el Desarrollo Internacional, (USAID, por sus siglas en
inglés). Para el área del Istmo de Tehuantepec y basándose en dicha correlación se
utilizaron los datos de porcentaje de cobertura arbórea de todo Oaxaca. MASS tradujo
el porcentaje de cobertura arbórea en el parámetro de rugosidad superficial. (Figura 6)
Se ejecutó el MASS con una resolución horizontal de 2 km. Después de terminar
todas las simulaciones, los resultados fueron procesados en archivos de datos sumarios
que se utilizaron como entradas para el modelo Wind Map. Este modelo, a su vez,
calculó la densidad de potencia del viento hasta la última resolución de celda de
cuadrícula de 400 m por 400 m.
Los módulos de ajuste de la potencia del viento en el sistema cartográfico eólico
de NREL utilizan diferentes rutinas, dependiendo de los resultados de la evaluación de
datos. Los módulos de ajuste de potencia pueden activarse para tomar en cuenta el
bloqueo del flujo ambiental, la elevación relativa de ciertas regiones en particular, la
aceleración y áreas mejoradas de flujo eólico, proximidad a lagos, océanos y otros
cuerpos de agua extensos, o cualquier combinación de los anteriores. Las rutinas de
ajuste de potencia utilizan descripciones topográficas generales clasificadas como
terreno complejo (cerros y montañas), terreno complejo con grandes superficies planas,
o zonas catalogadas como planas. El ajuste a la densidad inicial de energía eólica
depende de las rutinas que se activen durante la ejecución cartográfica final.
El resultado principal del sistema cartográfico es un mapa eólico con códigos por
color en unidades de W/m2
y velocidad media del viento, equivalente para cada una de
las celdas de la cuadrícula. El esquema de clasificación de la potencia eólica para los
mapas de Oaxaca se presenta en la Tabla. 2. En el atlas se eligió una altura de 50 m
sobre el nivel del suelo, como la altura del buje promedio para aerogeneradores a
escala comercial, que pueden variar entre 30 m y 80 m.
La potencia del viento se indica sólo para aquellas celdas que cumplen con
ciertos requerimientos de pendiente. Una celda se excluye si la pendiente del terreno es
demasiado pronunciada, pues debe ser menor o igual a 20% para ser incluida en los
45
cálculos de potencia del viento. Los valores del recurso eólico son estimados basados
en la rugosidad de la superficie por cada celda derivada de la salida del modelo MASS.
Tabla 2. Clasificación de la potencia del viento
La velocidad media del viento se estima asumiendo una elevación sobre el nivel
del mar y una distribución Weibull de velocidades del viento con un factor de forma (k)
de 1.8. La velocidad media real del viento puede diferir de estos valores estimados
hasta 20%, dependiendo de la distribución real de la velocidad del viento (o valor k de
Weibull) y de la elevación sobre el nivel del mar. (SNS: Sobre el nivel del suelo).
La salida del sistema cartográfico utiliza software para producir la proyección de
mapa adecuada para la región estudiada y para colocar en el mapa información útil tal
como leyenda, líneas de latitud y longitud, ubicaciones de estaciones meteorológicas y
otras estaciones de medición del viento, ciudades importantes y una escala de
distancia. Los datos DEM también pueden utilizarse para crear un mapa de elevación
con código de color, un mapa a relieve con cerros sombreados y un mapa de los
contornos de elevación. Al combinarse con los mapas de potencia del viento, estos
productos proporcionan al usuario una imagen tridimensional de la distribución de la
potencia del viento en la región analizada.
4.3.6. Limitaciones de la técnica cartográfica
46
La técnica cartográfica tiene algunas limitaciones, siendo la primera la resolución
de los datos DEM. Pueden ocurrir variaciones significativas de terreno dentro del área
de 1 km2
de los DEMs, por lo que el estimado del recurso eólico para una celda
específica de la cuadrícula pudiera no corresponder a todas las áreas dentro de la
celda.
Un segundo problema potencial tiene que ver con la extrapolación del modelo
conceptual del flujo del viento a la región analizada. Muchas complejidades en el flujo
del viento la convierten en una metodología inexacta. Las complejidades incluyen la
estructura de chorros a bajo nivel y de su interacción con la capa límite, circulaciones
localizadas, tales como brisas entre tierra firme y mar y flujos montaña-valle, así como
los efectos de canalización en áreas de terreno con pendientes pronunciadas.
Finalmente, los estimados de potencia se basan en la rugosidad superficial de cada
celda de la cuadrícula basándose en la salida de MASS. Debido a que la entrada
geofísica a MASS no es 100% exacta, pueden ocurrir errores en el estimado de la
rugosidad superficial y, por lo tanto, en los estimados del recurso eólico para lugares
específicos.
4.4. El Recurso eólico de Oaxaca 4.4.1. Datos superficiales
En esta evaluación se utilizaron varios conjuntos de datos a nivel mundial,
incluyendo observaciones superficiales y de niveles superiores del aire que cubren
muchos años de registro y que son mantenidos en NREL. Debido a que la calidad de la
información en cualquier conjunto de datos en particular puede variar y a que la
información de alta calidad puede ser bastante escasa en muchas regiones del mundo,
cada conjunto de datos juega un papel integral en la evaluación global. En esta sección
se resumen los conjuntos de datos utilizados para preparar la actividad cartográfica del
recurso eólico para el Estado de Oaxaca.
Los datos eólicos superficiales de alta calidad de lugares con buena exposición
pueden brindar la mejor indicación de la magnitud y distribución del recurso eólico en
una región. Estudios realizados por NREL y algunos investigadores en diferentes
47
regiones del mundo, han determinado que la calidad de los datos eólicos superficiales
de estaciones meteorológicas varían, y con frecuencia son poco confiables para fines
de evaluación del recurso eólico.
Las siguientes secciones presentan un resumen de los conjuntos de datos
superficiales obtenidos y examinados en la evaluación.
4.4.2. Datos DATSAV2
La base de datos climáticos mundial DATSAV2 obtenida de NCDC contiene las
observaciones climáticas superficiales, transmitidas vía el Sistema Global de
Telecomunicaciones (GTS, por sus siglas en inglés), de estaciones meteorológicas de
primer orden en todo el mundo. Los parámetros meteorológicos tales como velocidad y
dirección del viento, temperatura, presión y configuración de altímetros, se utilizan para
crear resúmenes estadísticos de las características del viento. Un número único de seis
dígitos basado en el sistema de numeración de la Organización Meteorológica Mundial
(WMO, por sus siglas en inglés), identifica cada estación del conjunto de datos
DATSAV2.
Diez estaciones de Oaxaca se incluyen en el Conjunto de datos DATSAV2. De
éstas, ocho estaciones cuentan con suficientes datos meteorológicos para ser utilizados
en este análisis. Los datos de esas estaciones fueron complementados por datos
DATSAV2 de dos estaciones en otros Estados cercanos a Oaxaca: Arriaga, Chis. y
Tehuacán, Pue. (Figuras 7, 8, 9 y 10).
El número de observaciones en cada sitio, para cada año, y de un año a otro
presentan gran variación. Las estaciones de Oaxaca típicamente registraban datos
cada 3 horas, o en algunos casos 3 veces al día.
La calidad de estos datos del viento es en gran medida desconocida debido a la
falta de información sobre el mantenimiento del equipo y la exposición al viento.
Algunas de las estaciones tenían tendencias obvias o cambios abruptos en las
velocidades históricas del viento registradas interanualmente. La Figura 8 muestra un
ejemplo del “síndrome de los vientos que desaparecen”, según lo demuestra la
48
tendencia a la baja en las velocidades históricas del viento en la estación del aeropuerto
de Huatulco. Nuevas construcciones, el crecimiento de los árboles alrededor de la
estación meteorológica, o la degradación del equipo de medición, pueden haber
ocasionado estas velocidades menores de viento. Las grandes reducciones de
velocidad corresponden a disminuciones porcentuales aún mayores en la densidad de
potencia disponible del viento. Por estos motivos, el promedio histórico a largo plazo de
muchas estaciones no es un indicador confiable del recurso eólico, particularmente
donde existen tendencias obvias o cambios abruptos en las velocidades históricas.
4.4.3. Datos de la Comisión Nacional del Agua
Se obtuvieron los promedios anuales de las velocidades del viento de 121
estaciones meteorológicas de la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA). Las
estaciones de Oaxaca con sus ubicaciones y sus velocidades promedio del viento
aparecen en la Tabla 3. Las ubicaciones de algunas estaciones no fueron
proporcionadas o no pudieron ser determinadas con precisión.
Nombre Anual Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
Santa María del Mar 5 6 6 4 4 4 2 4 4 4 6 6 4
Tiltepec 5 2 4 4 4 4 6 6 6 6 6 6 6
Guevea de Humboldt 5 4 4 5 5 5.6 5 5 4.6 4 4.6 6 5
Ixtayutla 4.7 2 5 3 5.8 4.5 4 6 5.7 3.8 4 5.6 8
San Agustín Tlacotepec 4 4 2 4 4 4 4 4 4 4 4 2 2
San José del Pacífico 4 4 4 4 4 4 4 2 4 4 2 6 2
San Juan Lajarcia 4 5 5 4 6 5 4 4 4 4 4 4 4
San Juan Cieneguilla 4 4 4 6 2 6 2 2 2 6 2 2 4
San Juan Mixtepec 4 4 2 2 2 2 4 4 2 6 4 4 6
San Juan Bautista Cuicatlán 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
Zacatepec 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
Sarabia (Juchitán) 4 2 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
Silacayoapan 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
Suchixtlahuaca 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
Santiago Teotongo 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
Santa Catarina 4 3 2 2 2 2 4 7 6 3 4 4 2
Santiago Chazumba 4 4 4 2 4 4 4 4 4 4 4 4 4
49
Totolapan 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
Santiago Teotongo 4 4 4 4 4 4 2 6 4 6 2 2 2
Telixtlahuaca 4 4 4 4 4 2 4 4 4 4 4 4 4
Cuicatlan 4 4 4 4 4 4 4 4
Guigovelaga 4 1 1 4 4 1 2
El Limón (Tlacamama) 4 4.4 5 5.6 5.7 4 3 4 4.5 4.7 4 4 4
Río Grande 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
Yanhuitlán 4 4 3 4 3 4 4 3 4 3 2 5 5
La Ceiba (Santa María) 4 4 4 4.6 6.5 4 4 4 4 4 4 4 2
Tabla 3. Velocidades mensuales del viento (m/s) en estaciones selectas de la Comisión Nacional del Agua
La calidad de estos datos se desconoce en gran medida debido a la falta de
información acerca del equipo de medición, exposición al viento y métodos de
observación. Como ya se comentó, cualquier presencia de edificios y árboles alrededor
de la estación meteorológica, o la degradación del equipo de medición pueden tener un
efecto importante sobre las velocidades del viento registradas en estas estaciones. Por
estos motivos, las velocidades promedio del viento reportadas para estas estaciones no
son necesariamente un indicador confiable del recurso eólico del área.
4.4.4. Datos de validación de los desarrolladores eólicos
Los datos del viento para validar los mapas eólicos preliminares fueron
proporcionados por distintos desarrolladores y compañías eléctricas. Estos datos fueron
recolectados en 20 sitios en torres de medición de 30 m a 60 m de altura. Todos los
sitios se localizan en la región del Istmo. Algunos conjuntos de datos incluyeron series
(observaciones cada hora o cada 10 minutos) de velocidad y dirección del viento, los
cuales fueron procesados para examinar las características del recurso eólico,
incluyeron promedio mensual de velocidad y potencia del viento, promedio de velocidad
y potencia del viento por hora del día, frecuencia y velocidad por dirección del viento y
frecuencia de la velocidad del viento y porcentaje de potencia por velocidad del viento.
Algunos datos consistían en promedios mensuales de velocidades del viento, mientras
que otros representan promedios anuales y estacionales de velocidades y densidades
de potencia del viento. La Tabla 4 incluye una lista de los proveedores de datos y el
50
número de estaciones para las cuales se proporcionaron datos. Estos se utilizaron para
confirmar los estimados del recurso eólico de los mapas que representan las
características del recurso eólico de Oaxaca.
Proveedor de datos Número de sitios
Series de tiempo
Resúmenes
CFE 10 1 9
De Proe 3 3
Clipper Windpower/Fuerza Eólica 5 5
Gamesa 2 2
Tabla 4. Proveedores de datos de validación
4.5. Características del recurso eólico de Oaxaca 4.5.1. Clasificaciones de la potencia del viento
La Tabla 2 muestra las clasificaciones de la potencia del viento para aplicaciones
a escala comercial en Oaxaca. Las áreas de recurso eólico de clase 4 y mayores se
consideran adecuadas para el desarrollo de energía eólica a escala comercial. Las
aplicaciones rurales o fuera de la red requieren de un menor recurso eólico para que un
proyecto sea viable. Para este tipo de aplicaciones, los recursos de clase 2 y mayores
pueden ser suficientes para un desarrollo eoeléctrico viable.
4.5.2. Metodología
La metodología cartográfica utilizada en este proyecto se describió previamente.
Los datos del modelo de mesoescala de la empresa TrueWind Solutions se utilizaron
como el estimado inicial de la potencia del viento en Oaxaca. Se hicieron ajustes a los
estimados iniciales de potencia en ciertas regiones (después de la evaluación de NREL)
de los datos meteorológicos disponibles. Los datos de las torres de medición ya
existentes de la región del Istmo fueron de gran utilidad para evaluar los estimados
iniciales de esta región. Las principales regiones ajustadas fueron algunas localizadas
en regiones montañosas y áreas específicas del noroeste del Estado, partes de la
región del Istmo y áreas seleccionadas de la costa. Los ajustes en las regiones
51
montañosas incluyeron áreas de la Sierra Madre de Chiapas, Sierra de Oaxaca y Sierra
Madre del Sur. Debido a que no había estaciones evidentes de medición de alta calidad
disponibles en las áreas con más viento de las regiones montañosas según lo estimó el
modelo de mesoescala, los ajustes a los estimados de potencia iniciales de estas áreas
se basaron principalmente en el análisis de NREL y en la interpretación de datos
climáticos, particularmente del reanálisis de los datos de niveles superiores del aire. En
las regiones de la costa, los ajustes se basaron en un análisis de datos de estaciones
meteorológicas y datos oceánicos satelitales.
4.5.3 Distribución y características del recurso eólico Distribución estacional del recurso eólico
La distribución estacional exacta del recurso eólico para un sitio en particular del
Estado de Oaxaca depende de la elevación, ubicación y su exposición a los flujos de
viento dominantes y más fuertes. En la mayor parte del Estado, los lugares que están
bien expuestos a los vientos del norte y del noreste tendrán un recurso máximo de
octubre a marzo. Como se comentó con anterioridad, casi todos los lugares con un
recurso eólico bueno a excelente cuentan con una buena exposición a estos vientos y
tienen el máximo recurso eólico durante dicho periodo. Estos lugares incluyen las áreas
de viento del Istmo y cordilleras específicas así como otras zonas de Oaxaca donde los
vientos del noreste se canalizan o realzan.
El mejor conjunto de datos a largo plazo para caracterizar la distribución
estacional del flujo de vientos libres sobre Oaxaca son los datos de reanálisis, en los
que se estima que las mayores velocidades de vientos libres promedio en los 600 m
más bajos sobre el nivel del suelo se presentan de octubre a marzo, siendo los vientos
más fuertes y más dominantes los de noreste a norte, durante estos meses.
En la región con recurso eólico del Istmo, el mejor conjunto de datos a largo
plazo para caracterizar la distribución estacional de los vientos superficiales son los
datos satelitales del viento oceánico. La Figura 11 muestra la distribución estacional
media mensual de la velocidad y densidad de la potencia del viento, según los datos
medidos de 1988 a 2002, para un área costa afuera localizada aproximadamente 50 km
52
al sur de Santa María del Mar. Los meses de octubre a marzo cuentan con el promedio
más alto de potencia del viento, con valores mayores a 600 W/m2
a una altura de 10
metros. Los meses de potencia pico del viento son diciembre, enero y febrero, cuando
los valores exceden 1 200 W/m2
. La temporada baja de potencia del viento es de abril a
septiembre, ocurriendo los valores más bajos en mayo y junio. Sin embargo, incluso
durante los meses de bajos vientos, el recurso es razonablemente bueno.
Se seleccionaron cuatro sitios de medición tierra adentro que contaban con
varios años de datos, para evaluar cuán bien los datos costa afuera pudieran
representar los patrones estacionales en lugares con recurso eólico del Istmo. La
Figura 12 muestra una comparación de las relaciones costa afuera y costa adentro de
las velocidades normalizadas del viento (estacionales/anuales). No había valores
mensuales disponibles para los sitios terrestres, por lo que sólo se pudo presentar el
promedio estacional. Los resultados indican que la distribución estacional del recurso
eólico para sitios terrestres con viento en el Istmo puede caracterizarse bien por los
datos marinos.
La Figura 13 muestra por qué los meses individuales de un solo año pueden no
ser confiables para caracterizar la distribución mensual o estacional del recurso eólico.
Para cada mes los triángulos muestran los valores de la potencia del viento de cada
uno de los 15 meses. La potencia del viento para un mes individual puede desviarse
considerablemente del promedio de 15 años de la potencia del viento para dicho mes.
La potencia del viento para cada año puede también desviarse de manera significativa
de la potencia promedio del viento a largo plazo.
La Figura 14 indica que la potencia de años individuales puede desviarse hasta
20% del promedio a largo plazo. Creemos que para la región del Istmo, estos datos
costa afuera podrían utilizarse para identificar años anómalos de recurso eólico, y para
ayudar a ajustar o interpretar los datos de años individuales o periodos a corto plazo.
En áreas de la costa del centro sur de Oaxaca, el máximo recurso eólico se
presenta de marzo a mayo cuando los fuertes vientos con brisa marina soplan durante
53
la tarde. La dirección predominante del viento es del sur (todo el año), presentándose
los vientos más fuertes durante marzo, abril y mayo. Se estima que los lugares que
están expuestos a estos fuertes vientos del sur (tales como el aeropuerto de Bahías de
Huatulco de 1989 a 1991) cuentan con un recurso de clase 4 durante estos meses y
con un recurso de clase 2 como promedio anual. Los datos disponibles indican que los
vientos de brisa marina son significativamente más débiles a lo largo de las áreas del
suroeste de la costa y que la distribución estacional del recurso eólico es menos
pronunciada.
Distribución diurna de la velocidad del viento
La distribución diurna de la velocidad del viento es influenciada por la elevación
del sitio, la topografía y la exposición directa a los flujos de los vientos predominantes.
La distribución en los sitios de bajo recurso eólico en las zonas bajas del interior de
Oaxaca típicamente presenta una velocidad máxima del viento durante la tarde y una
velocidad mínima durante la noche. En la mayoría de los lugares, las más grandes
variaciones diurnas y las más altas velocidades del viento por la tarde ocurren durante
los meses de marzo y abril.
Ocurren variaciones diurnas bastante amplias en las áreas de la costa centro sur,
como lo indican los datos eólicos del aeropuerto de Bahías de Huatulco. Fuertes vientos
de brisa marina del sur ocasionan velocidades del viento, de un promedio de 6.0 a 7.5
m/s, entre el mediodía y las 5 de la tarde hora local. Estos vientos de brisa marina son
más fuertes de marzo a mayo, con un promedio de 7.5 a 8.5 m/s y más débiles de junio
a octubre, con un promedio de 5.0 a 6.5 m/s. Los vientos se hacen ligeros y con
frecuencia son calmados durante la gran mayoría de la noche y las primeras horas de la
mañana. Por consecuencia, incluso durante la tarde, el recurso eólico es de bueno a
excelente (promedio anual de clases 4-6), el recurso eólico global es sólo de clase 2
debido a las muy bajas velocidades del viento durante la noche y en las primeras horas
de la mañana. Más hacia el oeste a lo largo de la costa, la brisa marina parece ser
significativamente más débil, según se indica en los datos de Puerto Escondido, donde
se presenta una brisa terrestre durante las primeras horas de la mañana, pero parece
54
tener apenas un promedio de entre 4 y 5 m/s.
El patrón diurno en los sitios con mayor recurso eólico de la región del Istmo es
relativamente plana. La amplitud es sólo de aproximadamente 1 m/s en lugares con
clase 7, presentándose el recurso máximo generalmente de media mañana a la tarde.
Sin embargo, durante los meses con más viento (noviembre a febrero), el recurso eólico
en ocasiones es ligeramente mayor en la noche que durante el día. Durante los meses
de menor recurso eólico de abril a septiembre, es típico que se presenten amplitudes
diurnas ligeramente mayores y las máximas durante el día. En los lugares del Istmo
que cuentan con un menor recurso, tales como la estación meteorológica de Salina
Cruz, se presentan amplitudes diurnas mayores de 2 a 3 m/s debido a que los efectos
estabilizantes reducen las velocidades nocturnas del viento.
Desafortunadamente, no hubo datos de medición del viento de alta calidad para
cumbres expuestas de las cordilleras o de áreas de las regiones oeste y central de
Oaxaca, que se estima que cuentan con un recurso eólico bueno a excelente. En
general, los lugares expuestos en las cumbres de las cordilleras con frecuencia tienen
máximas nocturnas de velocidad del viento y una mínima cerca del mediodía.
Distribución de la frecuencia de la dirección del viento
Las direcciones dominantes del viento se ven fuertemente influenciadas por la
topografía, la elevación y la exposición directa a los flujos predominantes del viento. En
áreas con viento a bajas elevaciones de la región del Istmo, los vientos fuertes
dominantes provienen del norte durante todo el año. En lugares elevados que están
expuestos a vientos libres, tales como los sitios en las cumbres de las cordilleras de 500
a 1000 m sobre el nivel del mar, los vientos fuertes dominantes provienen del noreste.
De marzo a mayo, los vientos del oeste son tan frecuentes como los vientos del
noreste, pero no tan fuertes. Los estimados de la distribución de la frecuencia de la
dirección del viento para características de terreno elevado se basan en datos de
reanálisis de niveles superiores del aire, puesto que no había datos disponibles de sitios
de terreno elevado.
55
En las zonas de la costa de las partes central y oeste de Oaxaca, los flujos de
vientos terrestres y de brisa marina prevalecen en la mayoría de las áreas. Durante el
día, las direcciones dominantes de los vientos son generalmente del sur o suroeste
(vientos de brisa marina). Por la noche, las direcciones dominantes del viento son
desde el norte (noreste a noroeste). Las características topográficas y las orientación
del litoral influencian la fuerza y direcciones exactas de los flujos de brisa marina y
terrestre.
En las cuencas y valles de las regiones centro y oeste de Oaxaca, las
direcciones dominantes del viento se ven fuertemente influenciadas por la topografía
local y por las condiciones de estabilidad atmosférica. Las áreas generalmente cuentan
con un bajo recurso eólico y los vientos frecuentemente son ligeros y variables,
particularmente durante la noche cuando con frecuencia existen condiciones de calma
en muchas áreas. En las áreas expuestas con buen recurso eólico, tales como pasos y
cordilleras, los vientos dominantes por lo general son del noreste.
4.5.4. Confirmación de los estimados de recurso eólico
Comparamos los estimados del recurso eólico de los mapas con mediciones
reales en 10 lugares de la región del Istmo, donde la CFE y otras organizaciones habían
recolectado recientemente datos en torres dentro de un rango de 30 a 60 metros de
altura. Elegimos estos 10 lugares debido a que los datos recolectados en dichos sitios
parecieron ser de suficiente calidad para permitir una comparación razonable entre los
valores mapeados y medidos. Aunque hubo datos disponibles para 20 lugares, muchos
de los lugares que no fueron utilizados no tenían datos adecuados debido a que los
periodos de recolección fueron breves o a que había periodos considerables sin
información. Algunos de los sitios utilizados sólo tuvieron un año de datos de medición,
lo cual es insuficiente para resolver dudas sobre la variabilidad de un año a otro. Estos
factores ocasionaron que las conclusiones del estudio fueran hasta cierto punto vagas
pero útiles. Los resultados de este estudio se resumen en la tabla 5.
56
Tabla 5 Comparación del recurso eólico
La diferencia entre el recurso eólico estimado y la potencia anual del viento en
los 10 lugares, fue no mayor de una clase de potencia, o aproximadamente el 20%. La
Figura 15 muestra las tres áreas del Istmo donde se localizaron los sitios de medición.
El recurso eólico medido en estos lugares quedó dentro de un rango de una clase 6 alta
a una clase 7 alta. Como se aprecia en el mapa, se estima en gran medida que estas
áreas cuentan con clase 7, teniendo el área 1 (incluyendo Juchitán) algo de clase 6. El
recurso de clase 7+ en la región de la costa, incluyendo el área de Santa María del Mar,
es también confirmado por los datos satelitales sobre vientos oceánicos. Estos datos
indican que el recurso de clase 7+ se extiende costa afuera cuando menos hasta 50 km
al sur de Santa María del Mar.
Aunque CONAGUA proporcionó resúmenes de datos de la velocidad media del
viento de aproximadamente 120 estaciones, el análisis realizado por NREL a estos
datos indicó que por lo general dichos datos no eran confiables para su uso en la
evaluación del recurso eólico. Por ejemplo, ocho estaciones de CONAGUA se localizan
en la región del Istmo que se estima que cuenta con un recurso de clase 4 y mayor. Sin
embargo, las velocidades medidas del viento en las estaciones de CONAGUA son
bastante bajas, incluso en áreas que se estima que cuentan con un excelente recurso
eólico. Las obstrucciones locales (tales como edificios y árboles) alrededor de estas
57
estaciones son la causa probable de las bajas velocidades del viento. Sólo una de las
ocho estaciones reportaron una velocidad del viento media anual mayor de 4 m/s
(Santa María del Mar, la cual reportó una velocidad media de 5 m/s). Las velocidades
medias anuales del viento en las otras siete estaciones variaron de apenas 2.2 a 3.7
m/s. La estación de Juchitán tuvo la más baja velocidad media anual del viento, tan
solo 2.2 m/s. Estos datos de Juchitán indicarían un recurso de apenas clase 1 (pobre)
para un área que en el mapa eólico es estimada como clase 6 (excelente). La mayoría
de las alturas reportadas de anemómetros fueron de aproximadamente 7 m sobre el
nivel del suelo, pero no se proporcionó información sobre la exposición de los
anemómetros con respecto a las inmediaciones circundantes, tales como edificios,
árboles u otras obstrucciones del flujo del viento. A esta altura de anemómetros (7 m),
los sitios expuestos de áreas con buen recurso eólico generalmente tendrían una
velocidad media del viento de cuando menos 5 m/s.
Estudios previos hechos por NREL, particularmente para México, han
demostrado que las velocidades del viento medidas en anemómetros localizados en
pueblos y ciudades son sustancialmente menores que aquellas medidas en aeropuertos
cercanos. Las obstrucciones locales tales como edificios y árboles reducirán de manera
considerable las velocidades medidas del viento, especialmente a alturas bajas de
medición de tan solo 5 a 10 metros (lo cual es típico en estaciones meteorológicas).
En resumen creemos que los estimados anuales de potencia del viento
mostrados en el mapa están dentro de un 20% de los valores medidos en más del 80%
de los sitios utilizados en este estudio. Este grado de precisión es comparable con otros
proyectos cartográficos y atlas de NREL, por lo que creemos que los mapas de este
atlas reflejan la distribución del recurso en el Estado de Oaxaca.
4.6. Resúmenes regionales del recurso eólico
El atlas Oaxaca se divide en dos regiones, además de una ampliación de la zona
sureste del Istmo. La región oeste del Estado se extiende desde la frontera oeste hasta
una longitud aproximada de 96o
oeste. La región este de Oaxaca cubre el área que
58
abarca desde aproximadamente 96o
este hasta la frontera este del Estado. Ocurre
cierto empalme entre los dos mapas regionales. La ampliación del sureste se centra en
el área del Istmo.
4.6.1. Este de Oaxaca
El este de Oaxaca exhibe un amplio rango de características y elevaciones de
terreno. Existen planos de baja elevación a lo largo de la mayor parte de la frontera
norte, gran parte de la costa del sur y del Istmo de Tehuantepec. En otras áreas de
esta región el terreno es bastante accidentado y montañoso. Las elevaciones exceden
los 3 000 metros en algunas de las montañas más altas de la Sierra Madre del Sur y de
la Sierra de Oaxaca localizada en el oeste de esta región. En la parte este, más cerca
del área del Istmo, las montañas son más bajas, presentándose las mayores
elevaciones generalmente entre 1 500 y 2 200 metros. Las montañas incluyen la Sierra
de Chiapas al este del Istmo y los linderos este de la Sierra Madre del Sur y de la Sierra
de Oaxaca al oeste del Istmo. La característica más dominante del este de Oaxaca,
desde una perspectiva eólica, es la relativamente amplia área del Istmo que divide
estas cadenas montañosas. El Istmo es un canal para los poderosos vientos del norte
ocasionados por fuertes gradientes de presión superficial con mayor presión sobre el
Golfo de México y menor presión sobre el Océano Pacífico. Las Figuras 16 a 18
muestran las cabeceras políticas, elevación y recurso eólico potencial de esta región.
Las áreas más concentradas con recurso bueno a excelente en esta región se
localizan en la parte sur del Istmo de Tehuantepec. Las Figuras 19 y 20 son
ampliaciones de los mapas del recurso eólico, centradas sobre el área del Istmo. La
Figura 19 muestra las ubicaciones de las principales ciudades, caminos y líneas de
transmisión. La Figura 20 es un mapa del área a relieve con elevaciones sombreadas.
La región con recurso eólico del Istmo se extiende desde la costa hacia el norte
aproximadamente 60 km y aproximadamente de 60 a 80 km de este a oeste. Existe un
excelente recurso eólico (clase 5 y mayor) en toda esta región del Istmo. El recurso
más alto (clase 7) se presenta cerca de las colinas (incluyendo La Mata, La Venta y La
Ventosa), las cordilleras y la costa.
59
Se estima que también muchas de las cordilleras y zonas de terreno elevado
adyacentes a la región (hasta 100 km al este y oeste del Istmo) cuentan con excelentes
recursos eólicos, pero muchos de estos sitios presentarían dificultades de desarrollo
debido a su accidentado terreno y difícil acceso. Las áreas elevadas con mejor recurso
son generalmente las cordilleras más bajas y particularmente las crestas o espolones
que tienen 500 a 1 000 metros de elevación. Por ejemplo, se estima que las crestas
localizadas al norte y noreste de Santo Domingo tienen un recurso de clase 7. De
manera similar, se estima que las cordilleras localizadas al noroeste y suroeste de
Ixtapec y al oeste de Salina Cruz cuentan con un excelente recurso eólico.
4.6.2. Oeste de Oaxaca
El oeste de Oaxaca también consiste de un amplio rango de características y
elevaciones de terreno. La mayoría del oeste de Oaxaca consiste de terreno
accidentado o montañoso con algunas cuencas y valles de alta elevación. Las
elevaciones exceden los 3 000 metros en algunas de las montañas más altas de la
Sierra Madre del Sur y de la Sierra de Oaxaca. Muchas de las cuencas y valles tienen
una elevación de 1 200 a 2 000 m. Existen planicies y valles de poca elevación a lo
largo de gran parte del área sur de la costa y cerca de la frontera norte con el Estado de
Veracruz. Las Figuras 21, 22 y 23 muestran las cabeceras políticas, elevación y
potencial recurso eólico de esta región.
Las áreas específicas con un recurso eólico estimado como bueno a excelente
se localizan en las partes noroeste, este y sur de esta región. Se estima que las
mejores áreas son aquellas donde las características del terreno canalizan y/o aceleran
los vientos del noreste. En el noroeste de Oaxaca, se localizan áreas de recursos altos
notables al este y norte de Huajuapan de León. El área más concentrada de recursos
de clase 4 y clase 5 es un área de planicies y colinas en las inmediaciones de Santiago
Chazumba, aproximadamente 50 km al norte de Huajuapan de León. Esta área parece
ser parte de un amplio paso que canaliza y acelera los vientos del noreste. En el área
central de Oaxaca, las áreas más notables se localizan aproximadamente 40-70 km al
este de la ciudad de Oaxaca (cerca de Mitla). Aquí los vientos del noreste parecen
acelerarse sobre las relativamente bajas cordilleras al norte y este de Mitla a medida
60
que son desviados alrededor del extremo sur de las montañas altas de la Sierra de
Oaxaca. En el sur de Oaxaca, las áreas de altos recursos se localizan
aproximadamente de 80-110 km al sur de la ciudad de Oaxaca cerca de Miahuatlán.
Los vientos del noreste parecen acelerarse sobre las relativamente bajas cordilleras al
sur y oeste de Miahuatlán a medida que se desvían alrededor del extremo oeste de las
altas montañas de la Sierra Madre del Sur.
5. POTENCIAL ELÉCTRICO DEL VIENTO
Las clasificaciones del recurso eólico de la Tabla 6 corresponden a las que
aparecen en los mapas eólicos de Oaxaca. La tabla representa el potencial neto
eléctrico del viento, no reducido por factores tales como exclusiones del uso del suelo.
Los métodos para convertir el recurso eólico en potencial eoeléctrico son los utilizados
regularmente por NREL. Los supuestos utilizados para los cálculos del potencial del
viento se incluyen al final de la Tabla 6.
Recurso Eólico a Escala
Comercial
Clase de Viento
Potencia del Viento a 50 m
W/m2
Velocidad del Viento a 50 m
m/s*
Superficie Total en
km2
Porcentaje de Terreno con Viento
Capacidad Instalada Total
en MW
Bueno 4 400 – 500 6.7 – 7.3 2,263 2.5 11,300
Excelente 5 500 – 600 7.3 – 7.7 1,370 1.5 6,850
Excelente 6 600 – 700 7.7 – 8.5 1,756 1.9 8,800
Excelente 7 > 800 > 8.5 1,248 1.4 6,250
Total m e 6,637 7.3 33,200
Recurso Eólico a Escala Comercial
Clase de Viento
Potencia del Viento a 50 m
W/m2
Velocidad del Viento a 50 m
m/s*
Superficie Total en
km2
Porcentaje de Terreno con Viento
Capacidad Instalada Total
en MW
Moderado 3 300 – 400 6.1 – 6.7 2,234 2.4 11,150
Bueno 4 400 – 500 6.7 – 7.3 2,263 2.5 11,300
Excelente 5 500 – 600 7.3 – 7.7 1,370 1.5 6,850
Excelente 6 600 – 700 7.7 – 8.5 1,756 1.9 8,800
Excelente 7 > 800 > 8.5 1,248 1.4 6,250
Total 8,870 9.7 44,350
Tabla 6. Potencial eléctrico neto del viento. Recurso eólico de bueno a excelente, a 50metros. * Las velocidades del viento se basan en una elevación de 2 000 m y un valor Weibull k de 2.0. Supuestos capacidad instalada por km2 = 5 MW superficie total de Oaxaca = 91,500 km2
A cada kilómetro cuadrado con código de color del mapa se le asigna una
61
densidad de potencia del viento anual a 50 metros de altura, expresada en unidades de
W/m2
. NREL utiliza una fórmula sencilla para calcular la capacidad instalada potencial
para celdas de la cuadrícula con una densidad anual de potencia del viento de 300
W/m2
y mayor. Si la densidad de potencia del viento de una celda de cuadrícula es
menor a 300 W/m2
, entonces la capacidad potencial instalada se establece en cero.
Otro escenario presentado en esta sección incluye únicamente aquellas celdas con una
densidad de potencia anual promedio de 400 W/m2
y mayor.
5.1. Recurso eólico de moderado a excelente a 50 metros (escala comercial) Estimados del potencial eléctrico del viento
Estimamos que en Oaxaca existe una superficie aproximada de 6 600 km2
con
un potencial de recurso eólico bueno a excelente. Se considera que aproximadamente
4 400 de los 6 600 km2
de terreno con viento tienen un excelente potencial de recurso
eólico. La proporción de terreno con viento y capacidad de viento potencial en cada
categoría de potencia se indica en la Tabla 6. Este terreno con viento representa más
del 7% de la superficie total (no incluyendo las lagunas) de 91 500 km2
. Utilizando un
supuesto conservador de 5 MW por km2
, este terreno con viento podría alojar más de
33 000 MW de capacidad instalada potencial. Se requieren estudios adicionales para
evaluar con precisión el potencial eléctrico del viento, considerando factores tales como
la red de transmisión existente y la accesibilidad.
Asumiendo áreas adicionales con un potencial moderado de recurso eólico (o
bueno para aplicaciones de electrificación rural), la superficie total estimada con viento
(según se indica en la Tabla 6 aumenta a más de 8 800 km2
, o casi 10% de la superficie
terrestre total de Oaxaca. Esta cantidad de terreno con viento podría alojar más de 44
000 MW de capacidad instalada.
6 TEMAS RELACIONADOS CON ESTE PROYECTO POR INVESTIGAR Y
PROPONER
62
Tal como se ha comentado el tema del cambio climático es muy amplio y
necesariamente multidisciplinario, de lo cual se desprende la conveniencia y
oportunidad de abordar varios subtemas, como en realidad lo son las fuentes
renovables de energía aquí representadas por la energía eólica.
Algunos de esos subtemas para futuras investigaciones pueden ser:
Valoración del impacto de las centrales eólicas en términos ambientales, sociales, políticos y económicos.
Mejoramiento de la superficie de aerogeneradores para mejorar la estabilidad de
la estructura.
Nuevas aplicaciones para generadores de energía eólica como el transporte marítimo, por ejemplo.
Inventarios de gases de efecto invernadero (GEI) regionales, sectoriales e
incluso municipales.
Medidas de mitigación de GEIs a escala de las dependencias y sectores que se acaban de mencionar.
Estudiar la creación de un órgano institucional para atender la concerniente al
cambio climático.
Proponer campaña para orientar informar y educar grupos de estudiantes y ciudadanos en el tema del calentamiento global.
Proponer una campaña masiva y realista a nivel institucional para el ahorro de
electricidad que prevenga la quema de combustibles fósiles.
Plantear un programa de postgrado en cambio climático, aprovechando las alianzas nacionales e internacionales que tiene el Instituto Politécnico Nacional.
7 CONCLUSIONES Considerando la corta duración del proyecto y las limitaciones presupuestales,
los trabajos se orientaron a seleccionar entre las energías renovables a la energía
eólica que es conveniente por la factibilidad tecnológica para su explotación y
requerimiento mínimo de hidrocarburos para su generación, en consecuencia, mínima
emanación de gases de efecto invernadero, obteniendo las siguientes conclusiones:
63
7.1. La energía eólica es tecnológicamente factible, sustentable, renovable y limpia; y
de toda la extensión del territorio nacional se seleccionó al Istmo de Tehuantepec, en el
Estado de Oaxaca, por su gran potencial para la explotación del recurso eólico.
7.2. En el Atlas de Recursos Eólicos de Oaxaca se estima que de los 91 500 km2 de la
superficie de esta entidad federativa, la proporción con viento aprovechable para la
generación de electricidad es de 7%, es decir, unos 6 600 km2 que representa una
capacidad instalada de 33 000 MW. Pero si sólo se consideran las zonas con mayor
potencial, se obtiene un potencial de 6 000 MW, que es una cifra tres veces mayor a la
meta de instalación de energía renovable que se ha propuesto el gobierno del Estado
de Oaxaca para el año 2015.
7.3. La información eólica del Estado de Oaxaca, a través del Atlas, confirma el
excelente potencial del recurso para generar electricidad a escala comercial; empero,
se requiere mayor información para validar los datos estimados en áreas adicionales del
Istmo de Tehuantepec.
7.4. Muchas zonas elevadas cercanas al Istmo (Hasta 100 km al este y oeste del Istmo)
tienen excelentes recursos eólicos, pero la mayoría de esas zonas tendrían problemas
para desarrollarse eólicamente derivado de lo accidentado del terreno que dificulta el
acceso.
7.5. Otras zonas del Estado de Oaxaca que, se estima, poseen recursos eólicos que
fluctúan de bueno a excelente, se ubican en áreas del noreste, centro y sur del Estado.
7.6. El uso de los datos de las estaciones meteorológicas de algunas dependencias
oficiales (CONAGUA) por lo general no son confiables en la evaluación del record eólico
del Estado de Oaxaca, de acuerdo a la opinión del NREL.
8 RECOMENDACIONES
64
Aún cuando la Comisión Federal de Electricidad ha realizado una evaluación de
la red de transmisión y accesibilidad en el Estado de Oaxaca, se estima pertinente
efectuar estudios para precisar el potencial eléctrico del viento en función precisamente
de la red y del acceso a los sitios de potencialidad identificados.
El Atlas de referencia enfatiza la necesidad de llevar a cabo mediciones del
viento en las diferentes zonas de Estado de Oaxaca, para validar la estimación del
recurso eólico y refinar los mapas y métodos de evaluación utilizados en el estudio.
En el contexto nacional, el Estado de Oaxaca y particularmente el Istmo de
Tehuantepec, representa una de las regiones con mayor potencial eólico del país como
una zona de inversión pública (CFE) y privada. Se requiere de un proyecto de
planificación complementaria del crecimiento y desarrollo de actuales y nuevas
centrales eólicas, considerando además la planificación de los futuros requerimientos
de infraestructura y servicios en la región del Istmo.
Es importante mencionar el aspecto normativo de las energías renovables, entre
ellas, la éolica, que está reglamentada para su operación en dependencias como la
Secretaría de Energía, y Organismos como la Comisión Federal de Electricidad y en la
Comisión Reguladora de Energía y prevista en la Ley del Servicio Público de Energía
Eléctrica.
Sin embargo encontramos incertidumbre jurídica, toda vez que en la Constitución
Política de los Estados Unidos Mexicanos, en sus artículos 27 y 28 prohíbe la inversión
privada en contradicción con lo reglamentado y el Congreso no está facultado para
legislar sobre energías renovables, de acuerdo al artículo 73 del citado ordenamiento.
Por lo que concluimos que para la realización de la Reforma Energética que
actualmente se discute así como para la planeación de Políticas Públicas, es imperativo
que se apoyen de los aspectos técnicos de las energías renovables, como es el caso de
este estudio, para articular los procedimientos normativos.
65
BIBLIOGRAFÍA
CADENAS TOVAR, Roberto (2007): Educación y Nuevas Tecnologías Central Eólica la Venta II. Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos de la CFE. Morelia, Mich. EL DEBATE DE GUAMUCHIL (fecha de consulta: 11 de junio, 2007): “se pronostica una temporada de temperaturas muy elevadas, vienen riesgos por golpe de calor” Pza. Guamuchil, Sin. ELLIOT, D., SCHWARTZ, M., SCOTT, G., HAYMES, S., HEIMILLER, D., GEORGE, R. (2004): Atlas de Recursos Eólicos del Estado de Oaxaca. Nacional Renewable Energy Laboratory. USA. FARRET, Felix and GODOY, M. (2006): Integration of Alternative Sources of Energy. John Wiley and Sons, Inc, New Jersey. IPCC International Panel in Climate Change (2007): Fourth Assessment Report, 2007. URL: WWW.ipcc.ch LÓPEZ, Víctor Manuel (2006): Sustentabilidad y Desarrollo Sustentable. Origen, Precisiones Conceptuales y Metodología Operativa. I.P.N., México. SANTAMARTA, José (1997): Grandes Presas, Grandes Problemas. Revista Worldwatch, Edición en español, No 2, Enero 1997. Madrid
66
TENNENSEN, Michael (2004): The Complete Idiot’s Guide the Global Warming. Alpha Books. New Cork
COMPROBANTES DE SUBPRODUCTOS (2007)
Artículos de divulgación: 1
Congresos: 2 naciones, 2 Internaciones
Cursos: Medio Ambiente y Sustentabilidad
Planeación Ambiental
Libros: 1 (en preparación final)
Conferencias: 4
Seminarios: 1
Talleres: 2
Programa de Radio: 1 (Radio Chetumal, Q.R.)
Estancia postdoctoral en Cambio Climático (The University of Glasgow
