Estudo comparativo do potencial eólico e da estimativa de geração de energia elétrica em um terreno utilizando o software WAsP

Abstract

No atual contexto de preocupação com a emissão de gases de efeito estufa e com o aumento da demanda energética, torna-se indispensável o estudo de fontes renováveis de energia. Entre elas, a eólica vem apresentando forte crescimento e terá um papel importante no futuro da matriz energética, tanto mundial como nacional. A partir disso, o presente trabalho apresenta o estudo do potencial eólico e da estimativa de geração de energia elétrica em um terreno próximo à cidade de Pinheiro Machado/RS, utilizando o programa comercial Wind Atlas Analysis and Application Program (WAsP). Para isso, foi proposto um layout com 40 aerogeradores modelo Enercon E-70 E4, com potência nominal de 2,3 MW. Ademais, outro estudo foi realizado com o objetivo de comparar os resultados obtidos por um trabalho desenvolvido anteriormente que utiliza a modelagem CFD com os resultados do WAsP. Além disso, com o intuito de avaliar a importância de um correto posicionamento dos aerogeradores, um estudo de micrositing e uma comparação entre a produção energética de dois layouts distintos foram realizados. A modelagem numérica do WAsP estima o mapa de velocidade do vento a partir da determinação da orografia e rugosidade superficial do terreno, informações obtidas com o auxílio de software de imagens de satélites; bem como na seleção da fonte de dados eólicos que melhor representa o regime de ventos na região do parque, neste caso, o Atlas Eólico do Rio Grande do Sul (RS) - 2014. No estudo comparativo entre as metodologias empregadas, o WAsP superestima a produção anual em torno de 10%, possivelmente ocasionada pela relação entre a complexidade do terreno e as limitações da metodologia do WAsP. Com a utilização dos dados de vento do Atlas Eólico do RS - 2014, a energia anual produzida é de aproximadamente 325,84 GWh, correspondente a um fator de capacidade de 0,44. Em vista disso, a região de estudo mostra-se bastante promissora para o aproveitamento do recurso eólico. A partir da otimização do layout do parque eólico, obteve-se um aumento de 12,50% no fator de capacidade do parque e uma redução de 11,11% nas perdas por esteira aerodinâmica.

In the current context of concerning about greenhouse gas emissions and about increasing of energy demand, it is essential to study different renewable energy sources. Among them, wind energy has been presenting a steady increase and it will have an important role in energy matrix future, as global as national. From this, this research aims to present the study of wind potential and estimation of electric power generation in a terrain near the town of Pinheiro Machado/RS, using the commercial program Wind Atlas Analysis and Application Program (WAsP). In this regard, a layout had been proposed containing forty Enercon E-70 E4 wind turbines, with rated power of 2.3 MW. In addition, another study had been executed in order to compare the results achieved by a previous paper that used CFD modeling, with the results of WAsP. Furthermore, aiming to evaluate the importance of correct positioning of the wind turbines, a micrositing study had been presented and a comparison between the energy productions of two different layouts had been performed. WAsP numerical modeling estimates the wind velocity map from the determination of orography and surface roughness of the terrain, information obtained with the assistance of satellite images softwares; as well as in selection of wind data source that best represents the wind regime in the wind farm region, in this case, Wind Energy Atlas of Rio Grande do Sul (RS) - 2014. In the comparative study between the methodologies used, WAsP overestimates the annual production at around 10%, possibly caused by the relation between the complexity of the terrain and limitations of WAsP methodology. Using the wind data from Wind Energy Atlas of RS - 2014, the annual energy production is approximately 325,84 GWh, corresponding to a capacity factor of 0.44. Therefore, the studied region is very promising for the use of wind resource. From the optimization of the layout of the wind farm, there is a 12.50% increase in the capacity factor of the wind farm and a reduction of 11.11% in aerodynamic wake losses.