Atlas Eólico de Minas Gerais - Cresesb - Cepel

MODELOS DIGITAIS: RELEVO E RUGOSIDADEMODELOS DE INTERFERÊNCIA AERODINÂMICAFigura 2.13DADOS ANEMOMÉTRICOSMODELOS NUMÉRICOSDE CAMADA-LIMITEMODELOS NUMÉRICOSDE CAMADA-LIMITE2.5EmpreendimentosEólicosOTIMIZAÇÃO ENERGÉTICAMICROSITINGESTIMATIVA DE GERAÇÃOANÁLISE DE VIABILIDADEProCEsso dE otiMiZAção E MICROSITING dE UsiNAs EóliCAsUma usina eolioelétrica (UEE) é um conjunto de turbinaseólicas dispostas adequadamente em uma mesma área.Essa proximidade geográfica tem a vantagem econômicada diluição de custos: arrendamento de área, fundações,aluguel de guindastes e custos de montagem, linhas detransmissão, equipes de operação e manutenção e estoquesde reposição. Usinas eólicas com turbinas de projetoconsolidado e equipes de manutenção adequadamentecapacitadas apresentam fatores de disponibilidade próximosde 98%.Usualmente, a geração elétrica inicia-se com velocidadesde vento da ordem de 2,5 a 3,0 m/s; abaixo destes valoreso conteúdo energético do vento não justifica aproveitamento.Velocidades superiores a aproximadamente 12,0a 15,0 m/s ativam o sistema automático de limitação depotência da máquina, que pode ser por controle de ângulode passo das pás ou por estol aerodinâmico, dependendodo modelo de turbina. Em ventos muito fortes, superioresa 25 m/s, por exemplo, atua o sistema automático de proteção.Ventos muito fortes têm ocorrência rara e negligenciávelem termos de aproveitamento, e a turbulência associadaé indesejável para a estrutura da máquina; nessecaso, a rotação das pás é reduzida – por passo ou estol– e a unidade geradora é desconectada da rede elétrica.Turbinas eólicas de grande porte têm controle inteiramenteautomático, através de atuadores rápidos, softwares emicroprocessadores alimentados por sensores duplos emtodos os parâmetros relevantes. É comum o uso da telemetriade dados para monitoramento de operação e auxílioa diagnósticos e manutenção.O aproveitamento da energia eólica requer extensõesde áreas adequadas, com velocidades médias anuais devento que viabilizem a instalação de usinas. Em funçãodisso, a avaliação da viabilidade técnica e econômica deempreendimentos eólicos requer uma predição confiávelda energia gerada na usina. Para tanto, a determinação dorecurso eólico requer uma rede anemométrica qualificada(equipamentos de alta confiabilidade e durabilidade dispostosadequadamente em torres de medições altas, de50 a 100 m, com anemômetros previamente calibrados emtúnel de vento e um sistema eficiente de coleta de dados everificação de falhas) [34],[35] , operando por um período mínimode um ano. Para a extrapolação dos dados para todaa extensão da área, são necessários modelos numéricosespecíficos, representativos da topografia e da rugosidade.Complementarmente, deve-se realizar, sempre quepossível, estudos de representatividade climatológica dosdados medidos, através de estudos de correlação e deajustes a partir de dados de medições de longo prazo próximasao local, avaliando-se as variações interanuais dovento e o seu impacto na geração energética ao longo detoda a vida útil da usina (tipicamente 20 anos). É recomendávelque as medições anemométricas sejam mantidaspor todo o período de operação da usina, possibilitandoum acompanhamento contínuo do desempenho das turbinase melhorando as estimativas de longo prazo.Usualmente, o cálculo da produção energética e a localizaçãodas turbinas (micrositing) dentro de uma usinaeólica levam em consideração a curva de potência dasmáquinas certificada por órgãos homologadores independentes(DEWI, WINDTEST KWK GmbH, Risoe ou outros), ainfluência da altitude e da temperatura na densidade localdo ar, o fator de disponibilidade esperado e a avaliaçãodas perdas energéticas por interferência aerodinâmica entrerotores [36],[37] . Durante esta fase de projeto são tambémnecessários estudos da adequabilidade dos modelos dosaerogeradores às condições climáticas (turbulência e rajadas)específicas dos sítios, de modo a otimizar a produçãoenergética e garantir a segurança estrutural dos equipamentos.O cálculo do campo de velocidades em toda a área dausina é realizado por modelos numéricos de simulação de camada-limite[38] a [42] que extrapolam os dados anemométricosefetivamente medidos, utilizando-se modelos detalhados derelevo e de rugosidade e avaliando-se ainda a influência daestabilidade térmica vertical da atmosfera. O processo deotimização envolve o compromisso entre a maximização daenergia gerada, o aproveitamento dos fatores condicionantesdo terreno e da infraestrutura e o atendimento aos critériosde segurança.A Figura 2.13 ilustra o processo de otimização e micrositingde usinas eólicas.