Estimativa do potencial eólico através da dinâmica de fluidos computacional e comparação com a energia efetivamente convertida pelo complexo eólico de Cidreira - RS

Abstract

Impulsionado pela necessidade da utilização de fontes renováveis alternativas para conversão de energia elétrica, o crescimento da energia eólica nos últimos anos criou um mercado intenso com inúmeros empreendimentos surgindo a cada ano. Isto resultou na busca por estudos qualificados de estimativa de energia e de performance dos parques eólicos. Neste âmbito, apresenta-se neste trabalho uma estimativa de energia anual gerada através de CFD (Computational Fluid Dynamics) e se compara com a produção real do complexo eólico de Cidreira com o objetivo de mostrar a validade do modelo e encontrar fatores que causam uma possível discrepância entre os resultados tanto na metodologia empregada quanto na operação do parque eólico. Para inicializar a análise CFD, utilizou-se dados de topografia do SRTM (Shuttle Radar Topography Mission), rugosidade por imagens de satélite com auxílio do Google Earth e dados de velocidade do vento da estação meteorológica do INMET (Instituto Nacional de Meteorologia) de Tramandaí. Além disso, os dados da estação INMET foram sintetizados utilizando correlação com referência MERRA (Modern Era Reanalysis for Research and Applications). A simulação CFD, através do software STAR-CCM+, foi realizada utilizando a formulação RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) e modelo de turbulência k-ω SST. Através desta análise e aplicando-se perdas operacionais, chegou-se a uma energia anual gerada estimada de 242 GWh por ano, 14% a mais da produção real do parque.

Driven by the need to use alternative renewable sources for electricity conversion, the growth of wind energy in recent years has created an intense market with innumerable developments arising each year. This has resulted in the pursue for qualified studies of energy efficiency and wind farm performance. In this context, this work presents an estimate of energy production by CFD (Computational Fluid Dynamics) and is compared with the actual production of the Cidreira wind farm with the objective of showing the validity of the model and find possible factors that could explain the discrepancy between the results both in the methodology or in the operational issues of the wind farm. The input data to initiate the CFD analysis were SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) topographic data, satellite image roughness from Google Earth and wind speed data from the INMET (National Meteorological Institute) meteorological station of Tramandaí. In addition, data from the INMET station were synthesized using correlation with reference MERRA (Modern Era Reanalysis for Research and Applications). The CFD simulation using the STAR-CCM+ software was performed using the RANS formulation (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) and turbulence model k-ω SST. With this analysis and by applying operational losses, an estimated annual energy of 242 GWh per year was achieved, 14 % more than actual production of the wind farm.