Avaliação comparativa do potencial eólico em um terreno complexo por CFD e WAsP

Abstract

A avaliação do potencial eólico em determinada região é uma etapa crucial do projeto para definição da viabilidade de instalação de um parque eólico no local. Apesar da existência de diversos métodos de avaliação, todos apresentam algum problema, como a necessidade de elevado recurso computacional para métodos mais precisos, ou a possibilidade de resultados não condizentes com a realidade devido às simplificações. O presente trabalho estuda a distribuição de velocidades do vento em um terreno complexo, situado próximo ao município de Panambi-RS, por dois métodos: através de simulações em CFD, utilizando o software comercial Ansys Fluent, método mais complexo e exige tempo e recursos computacionais elevados; e através do software WAsP (Wind Atlas Analysis and Application), um método mais simples, mas que pode divergir da realidade em certos casos. Foi avaliada a velocidade média do vento obtida por ambos os métodos em 4 pontos diferentes, a 60, 80 e 100 metros de altura, e comparadas entre si. As velocidades obtidas através da modelagem por WAsP foram menores que as obtidas por dinâmica dos fluidos computacional em todas as alturas avaliadas, sendo a maior variação de aproximadamente 1,3 m/s a 60 m de altura, mas foi observado que os resultados tendem a convergir com o aumento da altura. Através das velocidades médias calculadas, foi avaliado a densidade de potência eólica nos mesmo pontos, para cada altura, bem como a diferença percentual da densidade de potência em cada ponto. Finalmente, conclui-se que em casos que a altura de interesse é relativamente baixa, os métodos tendem a divergir, e a diferença do potencial é consideravelmente alta. Porém, para alturas mais altas, os resultados tendem a convergir, com variações menores entre os resultados.

The evaluation of wind potential in a given region is a crucial step in the project to define the viability of installing an on-site wind farm. Despite the existence of several methods of evaluation, there’s always a problem, such as the need for high computational resources for more precise methods, or the possibility that the results are not consistent with reality due to simplifications. The present work studies the distribution of wind speeds in a complex terrain, located near the city of Panambi-RS, by two methods: through CFD simulations, using the commercial software Ansys Fluent, a more complex and time-consuming method, which requires high computational resources; and through the WAsP (Wind Atlas Analysis and Application) software, a simpler method, but which may differ from reality in some cases. The average wind speed obtained by both methods was evaluated in 4 different spots, at 60, 80 and 100 meters in height, and compared to each other. The wind speeds obtained through WAsP modeling were lower than those obtained by computational fluid dynamics at all evaluated heights, with the greatest variation being approximately 1.3 m/s at 60 m, but it was observed that the results tend to converge as the height increases. Through the calculated wind speeds, the wind power density at the same points for each height were evaluated, as the percentage difference of the power density at each point. Finally, it is concluded that in cases where the height of interest is relatively low, the methods tend to diverge, and the potential difference is considerably high. However, as the height increases, the results tend to converge, with smaller variations between the results.