Energías Renovables

Artículo para Revista Qanat (Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos – Demarcación Asturias), por José Carlos Cortecero Cañadas, Ingeniero de software ISTRAM®BIM

Actualmente existe una tendencia creciente en las energías renovables a nivel mundial, en este artículo se exponen algunas de las problemáticas particulares con las que se encuentra la ingeniería civil en este tipo de proyectos y algunas soluciones aportadas por el software ISTRAM®.

Unión Europea: Energía y Clima

La Comisión Europea, en su hoja de ruta hacia la descarbonización de la economía, ha marcado el año 2050 como horizonte para convertir la Unión Europea en climáticamente neutra (cero emisiones netas de GEI, Gases de Efecto Invernadero). Los objetivos vinculantes para la UE en 2030 son:

40% de reducción de emisiones de GEI respecto a 1990.
32% de renovables sobre el consumo total de energía final bruta.
32,5% de mejora de la eficiencia energética.
15% interconexión eléctrica de los Estados miembros.

Situación en España.

En marzo de 2021, se publicó en el BOE el PNIEC (Plan Nacional Integrado de Energía y Clima) para el periodo 2021-2030. Las medidas contempladas buscan como objetivos alcanzar los siguientes resultados en 2030:

23% de reducción de emisiones de GEI respecto a 1990.
42% de renovables sobre el uso final de la energía.
39,5% de mejora de la eficiencia energética.
74% de energía renovable en la generación eléctrica.

A su vez, en diciembre 2020 se publicó en el BOE orden ministerial donde se establece calendario de subastas de EE.RR. (Energías Renovables) para el periodo 2021-2025, indicando incrementos de volúmenes mínimos de potencia acumulada:

Ilustración 1: Fuente BOE

De lo cual se desprende que tanto en Europa como en España se va a producir un incremento en los proyectos de parque eólicos y fotovoltaicos significativo. Por lo tanto, para la diciplina civil se abre un campo con nuevos retos a dar solución, y ahorrar tiempo y costes en la elaboración de este tipo de proyectos que tienen unas particularidades especiales. A continuación, se exponen algunas de ellas y las soluciones aportadas hasta la fecha por el software ISTRAM®.

Energía Eólica.

La disciplina civil puede llegar a suponer hasta un 30 % a nivel presupuestario de los proyectos de parques eólicos, y presenta unas peculiaridades que hacen especial el diseño de dichos proyectos.

Explanaciones de montaje del aerogenerador

Este apartado constituye una problemática de especial complejidad e importancia. Las plataformas de montaje tienen características diferentes según el modelo del fabricante de la turbina. Dichas plataformas podrían tener varias partes dedicadas a diversas funciones, como por ejemplo:

Plataforma del aerogenerador. En ella se ubicará el aerogenerador, requiriendo una cimentación especial.
Plataforma de acopio de las palas. Será la plataforma donde se acopiarán las palas del rotor.
Plataforma para la nacelle o góndola. En ella se ubicará la góndola durante el proceso de montaje del aerogenerador.
Plataforma para las torres. En ella se irán acopiando los tramos del fuste del aerogenerador.
Plataforma para la grúa. En ella se posiciona la grúa para el montaje del aerogenerador. Puede requerir un firme especial.
Plataforma auxiliar de celosía. Plataforma auxiliar de montaje de la celosía de la grúa.

Ilustración 2: Ejemplo Diseño Plataformas ISTRAM®

Cada plataforma tendrá unas dimensiones específicas y pendientes longitudinales y transversales admisibles, las cuales serán determinadas por el fabricante de la turbina.

Por otro lado, no es una entidad estática, sino que requiere la evaluación de diversas alternativas. Los ingenieros civiles no se limitan únicamente a evaluar un modelo de explanada único, sino que evalúan diferentes modelos para los diversos tipos de aerogeneradores, con la finalidad de ver los costes que suponen en el proyecto. Cada modelo aprovecha el recurso eólico de forma distinta, y por tanto, la generación de energía será

diferente, lo cual ha de ser cruzado con los costes de construcción y explotación de cada modelo de aerogenerador.

Además, en un parque eólico pude haber decenas o centenas de aerogeneradores. Con todo ello los softwares se plantean el reto de tratar de automatizar todos los procesos posibles en este trabajo que ha de ser desarrollado por los técnicos de la disciplina civil de estos proyectos.

Tomando como ejemplo las soluciones aportadas por el software ISTRAM®, la problemática aquí descrita puede ser enfocada desde 2 perspectivas. Por un lado, se podrían diseñar dichas plataformas como entidades explanadas, lo cual daría como resultado cubicaciones de tierras, rocas, firmes de forma rápida. Pudiendo definir los vectores terraplén, desmonte, bermas, cunetas, cunetas de guarda y agrupando y numerando las explanadas al requerimiento exigido. Por otro lado, se podría afrontar el diseño de las plataformas como un conjunto de ejes vinculados (planta y rasante), realizando grupos que pueden “sembrarse” de forma automática, ahorrando tiempo y costes.

Diseño de la red de viales. Trayectorias Trasporte de palas.

En el diseño de viales hay una serie de problemas que son compartidos con los diseños de carreteras/autovías, como pueden ser: vinculaciones automáticas entre ejes (cruces y entronques), consideraciones de distintos materiales (geotecnia, firme, suelo seleccionado, saneos, etc), drenaje, muros, etc. Más allá de esta problemática ya conocida, y resuelta por softwares de ingeniería civil, existe algunas peculiaridades como es el caso de transportar palas de gran longitud por la red de accesos de caminos. A este problema el software ISTRAM® aporta las siguientes soluciones:

Generación de envolventes en los trasportes planta y rasante (punto bajo del transporte).
Cálculos de sobreanchos de la calzada, contemplando cada vehículo tipo de transporte.
Cálculos de bermas de despeje para las geometrías de los vehículos que transportan palas y sus vuelos traseros.

Ilustración 3: Transporte Palas ISTRAM®

Metodología OpenBIM

La metodología OpenBIM en infraestructuras tiene una reciente historia de aplicación. El sector en la actualidad se encuentra en plena fase de definición del estándar de intercambio (archivos *.ifc) para infraestructuras. No obstante, las empresas promotoras de proyectos de parques eólicos están ya solicitando sus proyectos en metodología OpenBIM, aunque haya que hacer una adaptación en cuanto a clasificaciones y atributos particularizados para cada cliente.

La problemática en este sentido se puede encontrar, entre otros, con los siguientes aspectos a considerar:

Ser capaz de generar un modelo con el detalle requerido por el cliente.
Asignar a cada objeto su clasificación y atributos requeridos.

En este sentido, el software ISTRAM® ha desarrollado aspectos tales como:

Creación de modelos *.ifc de detalle constructivo: Viales, firmes, geotecnia, obras de fábrica, cimentaciones de aerogeneradores, sistemas colectores de ternas de media tensión, etc.
Asignación personalizada de clasificaciones y atributos a los objetos. Incluida la asignación de partidas presupuestarias para que el modelo sirva de justificación económica.

Ilustración 4: Archivos OpenBIM ISTRAM®

Energía Fotovoltaica.

En el ámbito de los parques fotovoltaicos se encuentra la siguiente problemática, relacionada con la disciplina civil. A la hora de diseñar un parque fotovoltaico, se genera una distribución de paneles solares que maximiza la producción energética, utilizando softwares específicos. Una vez se tiene una o varias alternativas de un posible emplazamiento, se hace cruzar esta información con los CAPEX y OPEX para cada alternativa, y así valorar la rentabilidad del proyecto. Y por tanto, un aspecto a considerar es valorar económicamente los movimientos de tierra asociados no únicamente a viales, sino también a las condicionantes específicas de montaje de los trackers (pendientes longitudinales, transversales y tolerancias de las hincas).

Es aquí, donde aparece una problemática nueva. El cálculo de viales por parte de softwares de diseño geométrico ya es conocido, mientras que la problemática que imponen los trackers es algo reciente, a lo que hay que dar respuesta por parte de softwares. Máxime cuando los softwares de diseño de layout de paneles para maximizar la producción, no contemplan los movimientos de tierra en toda su complejidad.

Ilustración 5: Pendiente Longitudinal Trackers ISTRAM®

En este sentido el software ISTRAM® aporta actualmente las siguientes soluciones:

Cálculo automático, para todos los trackers, de las pendientes longitudinales existentes, clasificándolas en rangos.
Cálculo automático, para todas las hincas, de las cotas rojas existentes, clasificándolas en rangos.
Cálculo de pendientes Norte-Sur, Este-Oeste del terreno.
Comparativa de superficies.

Ilustración 6: Tolerancia Z Hincas Trackers ISTRAM®