Estudo sobre o impacto do avanço tecnológico no potencial eólico do Estado do Rio Grande do Sul

Abstract

Este trabalho apresenta uma avaliação do impacto do avanço tecnológico no potencial eólico do Rio Grande do Sul, a partir da evolução verificada nos aerogeradores desde o ano de 2002, data da publicação do atual Atlas Eólico do estado. Para tal, é exposto um panorama da energia eólica no Brasil e no mundo, assim como as características das circulações globais de massas de ar e os fenômenos que dão origem aos principais deslocamentos sobre o estado, bem como o comportamento do vento dentro da camada limite atmosférica. Para embasar o desenvolvimento desse trabalho são apresentadas as principais evoluções tecnológicas verificadas no período e como elas contribuíram para o aumento da competitividade da fonte, bem como as tendências para as futuras gerações de aerogeradores. Para realizar a estimativa do novo potencial eólico do estado desenvolveu-se uma ferramenta que converte a imagem dos mapas publicados no Atlas Eólico em uma matriz de valores, o que é realizado comparando a cor de cada pixel dos mapas às respectivas legendas. Tratando-se matematicamente os dados obtidos dos mapas de velocidade média de vento, fator de forma k e densidade do ar é possível calcular o potencial energético de cada um dos pontos dessa matriz de dados. Este potencial é obtido a partir da integração das curvas de potência, corrigidas para cada densidade do ar, com as distribuições de probabilidade de Weibull, calculadas a partir da velocidade média de vento e fator de forma de cada local do estado. De modo a validar o procedimento de cálculo utilizado, os resultados da integração, com o emprego da mesma curva de potência utilizada no Atlas Eólico, são comparados com os dados energéticos publicados no documento. Ao considerar aerogeradores mais modernos, com base na mesma metodologia de cálculo, o potencial eólico estimado para o Rio Grande do Sul, para localidades com ventos a partir de 7 m/s de média anual, aumentou em 65% sua capacidade de geração na altura de 75 m, alcançando um total de 219,26 TWh/ano. Nas mesmas condições, na altura de 100 m, o aumento foi de 61%, obtendo-se um potencial energético de 398,53 TWh/ano. Para ambas alturas citadas não há alteração significativa na potência instalável, estimada em 54,33 MW e 119,00 MW, respectivamente. A partir do banco de dados criado foi possível projetar, com base na lei logarítmica, a distribuição de vento nas alturas de 125 m e 150 m, anteriormente não apresentados no Atlas do estado. Nessas alturas o potencial teórico estimado foi de 761,94 TWh/ano e 872,30 TWh/ano, a partir de uma potência instalável de 211,31 MW e 270,25 MW, respectivamente.

This paper intends to evaluate the impact of the technological advances on the wind power potential of the state of Rio Grande do Sul, based on the developments in wind turbines since 2002, year of publication of the current Wind Atlas. It is exposed an overview of the wind energy in Brazil and in the World , as well as the characteristics of the wind global circulation and the phenomena that give rise to the main wind displacements on the state area and the behavior of the wind within the atmospheric boundary layer. To support the development of this work, the main technological developments in the period and how they contributed to improve the competitiveness of this source are presented, as well as the trends for future wind turbines generations. In order to estimate a new wind potential for the state of Rio Grande do Sul, a program that compares the colors of each pixel on the maps published in the Wind Atlas with their captions, generating a matrix of data was developed. With the data obtained from the maps of the average wind speed, factor k and air density, it is possible to calculate the energy potential at each point of the matrix. This potential is obtained from the integration of power curves, corrected for each air density, using the Weibull probability distributions, calculated from the mean wind speed and form factor at each local of the state area. In order to validate the procedure, the results of the integration, applying the same power curve used in the Wind Atlas, are compared with the amount of energy published on the document. Making use of the modern wind turbines, based on the same calculation methodology, the wind energy potential of the Rio Grande do Sul, considering only sites with annual wind average speed higher than 7 m/s, increased its generation capacity at the height of 75 m by 65 %, reaching a total of 219.26 TWh/year. Under the same conditions, at the height of 100 m, the increase was 61 %, yielding an energy potential of 398.53 TWh/year. For both heights, there are not significant changes in the installable potential, estimated at 54.33 MW and 119.00 MW, respectively. From the database created it was possible to estimate, based on the logarithmic law, the distribution of the wind at heights of 125 m and 150 m, not previously presented in the Atlas of the state. At such heights, the estimated theorical potential is 761.94 TWh/year and 872.30 TWh/year, with an installed capacity of 211.31 MW and 270.25 MW, respectively.