Aerogeneradores y televisión digital terrestre

2014/06/01 Itziar Angulo Pita - UPV/EHUko Bilboko Ingeniaritza Eskolako irakaslea Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Teknologia

¿Tienen algo que ver los parques eólicos y la televisión?

Hace diez años, tras la instalación de treinta aerogeneradores en el monte Oiz, comenzaron a tener problemas para ver la televisión en la zona de Markina. En ese momento, la señal analógica se transmitía por dos emisores situados en la cima. Los efectos en esta señal eran evidentes: la imagen estaba doblada, llena de interferencias y las fluctuaciones del brillo eran molestas para la vista.

¿Qué pasaba entonces? Los parques eólicos producen una serie de efectos sobre las señales electromagnéticas y, en algunos casos, los servicios de telecomunicaciones que se ofrecen en el entorno pueden sufrir una degradación de la calidad. Es decir, los aerogeneradores dispersan la señal electromagnética que les llega en todas las direcciones. Además, al moverse para generar energía, la señal que se dispersa es variable. Por ello, las características de las señales difusas dependen de múltiples factores, algunos fijos, como la distancia entre el transmisor y el receptor, el tamaño y los materiales de los aerogeneradores, y otros variables en relación al tiempo, como la velocidad de rotación de los brazos o la orientación del rotor. Cuando se combina la señal principal con la señal dispersa, puede producirse una interferencia.

Afortunadamente, el problema de Oiz se solucionó con nuevas antenas. Sin embargo, desde entonces se abrió un largo camino de investigación. Es decir, por un lado estaba pendiente determinar la posible incidencia de los parques eólicos en la televisión digital. Por otro lado, para poder prever posibles degradaciones en casos similares a los actuales, se necesitaba un modelo matemático que describiera las características de la propagación de la señal.

La influencia de los parques eólicos en la televisión digital terrestre

La televisión digital nos aportó muchos beneficios frente a la televisión analógica: más canales, imágenes más limpias, sonido de mayor calidad y menos interferencias, por ejemplo. Además, la televisión digital necesita menos potencia que una transmisión analógica para recibir una buena señal. Sin embargo, no puede soportar nada. Por eso, mediante una evaluación empírica, analizamos si en la TDT había una degradación de la recepción causada por un parque eólico y, en su caso, su cuantía.

En primer lugar, hay que tener en cuenta las características del canal de difusión. Dependiendo de la posición relativa entre el transmisor-turbina-receptor, se distinguen dos zonas de influencia. En uno de ellos, denominado forward scattering, el transmisor, el aerogenerador y el receptor se sitúan prácticamente en la misma línea. En consecuencia, al igual que ocurre con la luz, el receptor se sitúa en la sombra electromagnética, en una zona de baja intensidad. En el backscattering, el despliegue sigue un modelo multirecorrido. Dicho de otro modo: además de la señal principal, un receptor recibe señales de eco de cada aerogenerador, cuyo comportamiento será variable con respecto al tiempo debido al movimiento de rotación de los brazos.

Concretamente, se analizó el sistema DVB-T, utilizado actualmente para la transmisión. Para ello, realizamos mediciones unos días en la zona de Oiz. Mediante equipos especializados y tratamiento de señal de laboratorio, medimos los umbrales de recepción del sistema en diferentes situaciones. El portal de recepción es la relación más baja entre la señal a transmitir y las amplitudes de las señales de ruido necesarias para la generación de imágenes y sonidos en la televisión. Se concluyó que, en comparación con los portales de acogida que se reciben en situaciones sin parque eólico, las condiciones más difíciles de acogida se dan en la zona de backsckattering. Además, tuvimos la oportunidad de demostrar que las incorporaciones de los portales de recepción que preceden a un parque eólico dependen de la intensidad y de la variabilidad temporal de las señales dispersas. En la zona de forward scattering no se detectaron efectos significativos.

Estos resultados ponen de manifiesto que un parque eólico puede afectar a la recepción del sistema DVB-T. Sin embargo, esta situación no será la habitual y sólo se producirá en determinadas condiciones.

Descripción de la propagación de la señal

Aunque los casos de interferencia son escasos, si surgen problemas, las soluciones suelen ser caras y complejas. Por tanto, es preferible prever posibles degradaciones en los servicios enviados. Por lo tanto, se ha propuesto un nuevo modelo de canal que describe el despliegue habitual en torno a un parque eólico.

El modelo de canal consta de cuatro componentes:

- Número de señales con recorridos múltiples, es decir, número de aerogeneradores que componen el parque eólico.

- Retraso en cada señal multicanal. Para conocer el retraso se calcula la diferencia entre las distancias del recorrido directo (transmisor-receptor) y el indirecto (transmisor-turbina-receptor).

- Amplitud de cada señal multirecorrido, es decir, la potencia media de la señal dispersa medida en el receptor. La descripción del proceso de dispersión de la señal se realiza mediante modelos de dispersión. Estos modelos explican la dispersión en todas las direcciones de la señal que ataca al aerogenerador.

Los modelos clásicos de dispersión sólo indican la señal dispersa por las palas, por lo que no tendrán en cuenta la señal dispersa por la torre ni la variabilidad temporal debida al movimiento de rotación de los brazos. Además, gracias a las mediciones realizadas en la zona de Oiz, comprobamos que estos modelos clásicos de dispersión no se adaptan bien a las señales reales. Por ello, se propuso un nuevo modelo de dispersión basado en la señal dispersa por la torre del aerogenerador. De hecho, según simulaciones realizadas a través del ordenador, al ser la torre metálica (a diferencia de los brazos), es la propia torre la que dispersa la mayor parte de la señal.

- Espectro Doppler de cada señal multirecorrido. El espectro Doppler permite conocer la naturaleza de un comportamiento variable respecto al tiempo de la señal.

Una vez procesadas las señales medidas, planteamos unos espectros Doppler para el modelo de canal. Concretamente elegimos tres espectros Doppler, cada uno de los cuales representaba una situación diferente en cuanto a la variabilidad temporal: alta, media y baja.

En resumen, este modelo de canal se adapta a las condiciones propias de todos los casos objeto de estudio, considerando, entre otros, la posición relativa entre transmisor-turbina-receptor, el tamaño del aerogenerador, la velocidad máxima de rotación de las palas, las características del transmisor y de la antena del receptor, así como la frecuencia.

Intentando evitar problemas entre los aerogeneradores y la televisión digital

Los resultados obtenidos en este trabajo han permitido dar respuesta a las demandas de investigación planteadas por la Unión Internacional de Telecomunicaciones desde la detección de los primeros casos. La Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT en inglés) es una organización especializada dependiente de la Organización de las Naciones Unidas que coordina redes y servicios de telecomunicaciones. Para ello, publica recomendaciones internacionales que no son de obligado cumplimiento.

Antes del inicio de este estudio estaba vigente la recomendación ITU-R BT.805 sobre televisión y aerogeneradores. En esta recomendación sólo se analiza la televisión analógica y para prever el posible impacto sólo se tiene en cuenta una turbina, es decir, no se puede calcular el efecto conjunto de un parque compuesto por varios aerogeneradores.

En 2011 se abrió una nueva recomendación denominada ITU-R BT.1893. Esta nueva recomendación se centra en la televisión digital. La recomendación toma como referencia las conclusiones de este estudio sobre la calidad de la televisión digital.

Sin embargo, la nueva recomendación también tiene ciertas limitaciones. Por ejemplo, el modelo de dispersión que describe no se corresponde con las señales medidas y, al igual que ocurre con la ITU-R bt.805, representa la señal dispersa por un solo aerogenerador. Por lo tanto, teniendo en cuenta que el modelo de canal propuesto corrige estas deficiencias, seguiremos esforzándonos por mejorar la regulación internacional y evitar así los problemas que puedan surgir entre los aerogeneradores y las telecomunicaciones.

Bibliografía

Agradecimiento

Este trabajo de investigación ha contado con la financiación parcial del Ministerio de Economía y Competitividad (TEC2012-32370), del Gobierno Vasco (programa de ayudas Saiotek) y de la Universidad del País Vasco (convocatoria para la contratación de la especialización de investigadores doctores).