Simulación meteorológica en zona de alta montaña para estimar el potencial eólico

Abstract

Here we analyze the skill of the Weather Research & Forecasting (WRF) model for representing the wind field over high mountain areas in Colombia from December 2012 until December 2013. Using initial and boundary conditions with a spatial resolution of 0.5° from the Global Forecasting System (GFS) analysis, we run a total of 11 simulations at spatial resolutions of 3km X 3km and 9km X 9km, with different combinations of 7 planetary boundary layer (PBL) and 3 surface layer parameterizations. The wind field is best simulated at the 9km X 9km resolution, using the BouLac PBL parameterization and the MM5 surface layer scheme. This is consistent with the fact that the BouLac PBL scheme is able to forecast orography-induced turbulence events, and the MM5 surface layer scheme is efficient at simulating daytime turbulent fluxes. Finally, wind power estimates based on the scale and shape factors of the Weibull distribution suggest that certain high mountain areas in the regions of Nariño, Cauca, Valle del Cauca, Tolima and Quindío, have average wind speeds above 5 m/s, which implies a potential for electricity generation.

Este trabajo analiza la habilidad del modelo Weather Research & Forecasting (WRF) para representar el campo del viento en zonas de alta montaña de Colombia. Para este fin se utilizó, como condiciones iniciales y de frontera, la información del modelo Global Forecast System (GFS) con una resolución espacial de grilla 0.5 x 0.5 grados para el periodo comprendido entre diciembre de 2012 y diciembre de 2013. Además, el modelo WRF se ejecutó para las resoluciones de grilla de 3 km x 3 km y 9 km x 9 km combinando siete parametrizaciones de la capa límite planetaria y tres de superficie para un total de 11 simulaciones. El dominio que mejor simula el campo del viento es el de 9 km x 9 km, utilizando las parametrizaciones del esquema de BouLac para la PBL y MM5 para superficie. El esquema de BouLac tiene la ventaja de pronosticar eventos con turbulencia inducida por la orografía, y la parametrización de MM5 es más eficiente para simular flujos turbulentos durante el día, horas en las cuales los valores de la energía cinética turbulenta son más altos. Finalmente, la estimación del recurso eólico por medio del cálculo de los parámetros de forma y escala de la distribución de Weibull muestra que en zona de alta montaña, especialmente en los departamentos de Nariño, Cauca, Valle del Cauca, Tolima y Quindío, existen regiones en donde la velocidad promedio del viento es superior a 5 m/s, valor que se ajusta para producir energía eléctrica.