Otimização do layout de parque eólico com o método do enxame de partículas e o software WASP

Abstract

As fontes renováveis de energia vêm apresentando um crescimento exponencial, impulsionadas por políticas de transição energética e pelo aprimoramento de tecnologias. Entre elas encontra-se a geração eólica, cuja consolidação envolve a construção de parque eólicos eficientes e rentáveis para garantir sua competitividade frente aos demais recursos energéticos. Nesse contexto, o presente trabalho visa a implementação do método de otimização de enxame de partículas (em inglês Particle Swarm Optimization) ao problema do layout de parques eólicos, visando a máxima produção de eletricidade considerando-se o efeito de esteira. Inicialmente, uma área de potencial de geração eólica é selecionada e dados de vento e relevo são coletados. Em seguida, o pacote do software comercial WAsP (Wind Atlas Analysis and Application Program) é empregado na obtenção do perfil de vento da região. Seguindo metodologias encontradas na literatura, o posicionamento dos aerogeradores é otimizado com o software MATLAB. Em seguida, um parque eólico prévio, posicionando-se turbinas eólicas nas áreas de maior densidade de potência, é implementado no WAsP. Por fim, o layout otimizado é também modelado no software, sendo comparado com o layout prévio. Como resultados, percebe-se que a energia anual líquida produzida pelo layout otimizado é cerca de 10% maior no WAsP que no MATLAB, o que pode ser explicado por simplificações de modelagem e diferenças metodológicas. Além disso, no layout ótimo reduz-se pela metade a proporção de perdas por efeito de esteira, segundo resultados apresentados pelo WAsP, representando um aumento de 8 GWh na energia anual líquida produzida em comparação ao layout prévio.

Renewable energy sources have shown exponential growth, driven by energy transition policies and technological improvement. Among those is wind power, whose consolidation involves the implementation of profitable and efficient wind farms to ensure its competitiveness with other energy resources. In this context, this paper aims to implement the Particle Swarm Optimization method to the wind farm layout problem, aiming for maximum electricity generation considering the wake effect. Initially, a potential wind farm area is selected and the wind and topographic data are collected. Next, the package of the commercial software WAsP (Wind Atlas Analysis and Application Program) is used to obtain the region’s wind profile. Following methodologies found in the literature, the placement of wind turbines is optimized with MATLAB software. Then, a preliminary wind farm, placing wind turbines in the areas of highest power density, is implemented in WAsP. Finally, the optimized layout is also modeled in the software, and compared with the preliminary layout. As results, it can be seen that the net annual generated power of the optimized layout is about 10% higher in WAsP than in MATLAB, which can be explained by modeling simplifications and methodological differences. Furthermore, in the optimal layout wake effect losses proportion is reduced by a half according to WAsP results, representing an increase of 8 GWh in net annual generated energy compared to the preliminary layout.