Experimental study of the interaction of natural and man-made exploitation systems with the environment in the atmospheric surface boundary layerApplication to olive fields and wind farms

Résumé

Cuando hablamos de sistemas de explotación, nos referimos a aquellos sistemas naturales o artificiales de los cuales obtenemos recursos, limitados o ilimitados, a través de la gestión y aprovechamiento de cada uno de ellos. La explotación de recursos en los países mediterráneos abarca desde la obtención de energía, hasta los aprovechamientos agrícolas o forestales. Sin embargo, los inadecuados métodos de gestión fomentan la degradación del entorno, agravados por el clima, la desertificación, y el cambio climático, entre otros. El cambio global supone un punto de inflexión a la hora de gestionar los ecosistemas, así como la forma en la que obtenemos energía. Por ello, en este trabajo se han seleccionado dos sistemas representativos del Mediterráneo (uno natural y otro artificial), para ser estudiados de forma integral: i) el olivar, y ii) los parques eólicos terrestres. Un nuevo modelo de gestión requiere entender el sistema de forma global e integrada, analizando los elementos que lo componen, cómo interactúan y cómo modifican el medio, que ha de incluir, a su vez, las afecciones sobre los fenómenos dinámicos en la superficie terrestre, especialmente en la capa límite superficial de la atmósfera. Esto cobra mayor importancia en áreas de alto valor ecológico y altamente sensibles, como es el caso del sur del Mediterráneo, y más concretamente, la región de Andalucía. Una de las mejores formas de estudiar estos sistemas, debido a su la escala de trabajo y la variabilidad espacio temporal, es a través de ensayos experimentales en túnel de viento. Por este motivo, en el Capítulo 2 se ha realizado un estudio de la calidad, homogeneidad y características turbulentas del flujo en el túnel de viento de capa límite del IISTA, con el objetivo de garantizar y optimizar su correcto funcionamiento. De este modo, se ha conseguido una visión global del comportamiento del flujo en su interior, y a su vez se ha comparado con un túnel de viento climático de circuito cerrado de similares características. Con toda la información obtenida, tenemos información suficiente para llevar a cabo estudios de carácter ambiental y realizar las adaptaciones y mejoras que sean necesarias para ello. En segundo lugar, se selecciona el olivar andaluz como explotación natural, por su importancia a nivel histórico, al ser un ecosistema emblemático de los países mediterráneos, pero también a nivel económico, sanitario y medioambiental. La gestión de ecosistemas de forma sostenible es uno de los mayores retos a los que se enfrentan los gestores. El cambio climático, unido al aumento de las alergias asociadas al polen del olivo y la necesidad de mejorar y conservar los ecosistemas a largo plazo, ha generado un problema a nivel social, económico y ambiental. Esta problemática ha de ser analizada en profundidad, a fin de obtener una solución intermedia y satisfactoria en todos los ámbitos: ambientales, sociales y económicos. Como una primera aproximación al problema, en el Capítulo 3 se han estudiado, a través de ensayos experimentales, tres configuraciones de olivar representativas de Andalucía, analizando su influencia sobre la dinámica de la atmósfera. Además, se ha obteniendo la relación entre el tipo aprovechamiento y las características de la plantación, como la altura del árbol y su disposición espacial, con variables aerodinámicas fundamentales, como el diámetro aerodinámico y el número de Reynolds. Como sistema de producción artificial se han seleccionado las explotaciones de energía eólica, por su relevancia, pero también por su rápida e imparable expansión a nivel mundial, donde juegan un papel fundamental en la sostenibilidad y las medidas contra el cambio climático. A pesar de ser una energía limpia, puede generar alteraciones asociadas al campo de vientos, traducidas en la generación de una estela turbulenta tras cada aerogenerador, que afectará de forma directa al potencial energético a extraer por parte de las turbinas cercanas. Con base en este comportamiento, se ha comprobado la importancia de seleccionar adecuadamente el emplazamiento de un parque eólico, por la influencia directa de la topografía, la cobertura vegetal y la posición espacial de otras turbinas instaladas previamente. Las diferentes configuraciones espaciales estudiadas en el Capítulo 4 muestran el alcance de dicha estela turbulenta, tanto en altura como en la dirección del flujo, y su impacto sobre la estructura de la capa límite de la atmósfera. El nuevo sistema de intercambios tras la instalación del aerogenerador, afecta directa e indirectamente a las componentes ambientales relacionadas con la dinámica de la atmósfera. Existen entorno a la energía eólica una serie de impactos ambientales que pueden relacionarse entre sí y que deben ser estudiados desde un punto de vista integral e integrado. Sin embargo, las actuales metodologías aplicadas al estudio del impacto ambiental carecen de especificidad y adaptabilidad a las particularidades de este tipo de sistemas. Por este motivo, en el Capítulo 5 se presentan unas directrices y recomendaciones para el estudio del impacto ambiental de parques eólicos en Andalucía. La metodología propuesta está fundamentada en los estudios experimentales recogidos en el Capítulo 4 y una revisión bibliográfica completa, culminando en un ejemplo de aplicación con base en el conocimiento científico. En definitiva, este trabajo analiza de forma experimental, la relación entre la capa límite de la atmósfera y dos de los sistemas de explotación más relevantes en el sur del Mediterráneo. Se concluye en el Capítulo 6 la relevancia del estudio la interacción descrita anteriormente, con el objetivo de comprender el funcionamiento de estos sistemas, prever posibles alteraciones ambientales, optimizar su explotación desde un punto de vista sostenible, y a su vez, optimizar su rentabilidad.