Avaliação preliminar do potencial eólico com recurso a um modelo de Mesoescala

• Author(s): Soares, Ana Elisabete Correia
• Date: 2009
• Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.22/2332
• Origin: Repositório Científico do Instituto Politécnico do Porto
• Subject(s): WRF; WASP; Parque Eólico
• Document Type: Master thesis
• Language: Portuguese
• Advisor(s): Pilão, Rosa Maria; Pinto, Paulo Ferreira
• Contributor(s): Repositório Científico do Instituto Politécnico do Porto

Description

Mestrado em Engenharia Química. Ramo optimização energética na indústria química.

O objectivo deste trabalho consistiu no estudo de avaliação preliminar do potencial eólico de um local na Bulgária, com orografia complexa, recorrendo a dados virtuais de vento provenientes da mesoescala. Foi estimada a produção anual de energia para a configuração definida do parque eólico a implementar no local em estudo. O modelo de mesoescala utilizado foi o Weather Research and Forecasting, WRF, e o acoplamento meso-micro escala foi efectuado aplicando a série de dados virtual às coordenadas de uma estação de medição local, que existiu perto da zona de implementação do parque. Utilizando esta informação foi feita a caracterização do vento para o local em estudo. O modelo de microescala Wind Atlas Analysis and Application Program, WASP, foi utilizado para elaborar o mapeamento do recurso eólico e no cálculo da estimativa de recurso eólico e produção anual de energia, tendo em conta a configuração do parque eólico definida e o modelo de aerogerador escolhido. A série virtual obtida com a mesoescala foi comparada com os dados registados na estação local de medição através das características do vento obtidas. A série virtual de dados proveniente da mesoescala aponta para uma velocidade média anual a 60 m do solo no local onde esteve instalada a torre de medição de 5,6 m/s. A estimativa feita para a mesma altura a partir dos dados de medição a 20 m da estação de medição foi de 6,4 m/s. A direcção predominante do vento é oriundo de Sudoeste e o sector com velocidades de vento maiores situam-se entre Nordeste e o Sul. O sector indicado como o mais energético foi o Nordeste, enquanto que as medições locais de vento indicam o sector de Sudoeste como o mais energético. Através do mapeamento do recurso verificou-se que as velocidades maiores se obtiveram na zona de cumeada, com valores de 6 m/s a 7 m/s. A estimativa de produção de energia, não tendo em conta perdas por efeito de esteira, varia na zona de cumeada entre as 2 200 e as 3 000 horas. O parque eólico proposto é constituído por 10 aerogeradores MM92 da Repower, com uma potência total instalada de 20 MW. A produção anual de energia estimada para este projecto foi de 50 320 MWh/ano ou 2 516 horas a plena carga. Com as medições locais de vento a produção anual de energia estimada foi de 64 887 MWh/ano ou 3 244 horas a plena carga. As diferenças encontradas quer em termos da magnitude do recurso estimado quer da sua própria orientação dominante, indicam que a aplicação de modelos de mesoescala em terrenos de orografia muito complexa deve ser feita com extremo cuidado.

The objective of this work was the preliminary wind resource assessment of a site, with complex terrain, located in Bulgaria, using a virtual wind data series taken from mesoscale simulation results. A layout for a wind farm project was defined and its annual energy production estimated. The mesoscale model used was the Weather Research and Forecasting system (WRF), and the meso-micro scale coupling was carried out applying the virtual wind data series to a point where a local wind measurement was once conducted. This way, the comparison between the two data sets, virtual and local measurement, could be done. Using the mesoscale virtual information the characterization of the wind was done for the place of study. The microscale model Wind Atlas Analysis and Application Program (WASP) was used to make the wind resource mapping and the calculation of the estimated wind resource and annual production of energy, taking into account the defined configuration for the wind farm and the turbine model chosen. The virtual wind data series has an annual average speed, at 60 m above the ground, of 5.6 m/s. The estimate made for the same high from the measurement data at 20 m was 6.4 m/s. The prevailing wind direction is Southwest and the higher wind speeds come from Northeast to South. The most energetic sector is Northeast. The local wind measurements indicate that Southwest is the most energetic sector. Through the mapping feature, it was found that the highest velocities were obtained in the area of the ridge, with values of 6.0 m/s to 7.0 m/s. The estimation of the gross energy production, without taking into account wake losses, for the same area, ranges between 2 200 and 3 000 full load equivalente hours (flh). The proposed wind farm is composed by 10 REpower MM92 turbines, with a total installed capacity of 20 MW. The estimated annual energy production for the project was 50 320 MWh/year or 2 516 flh. With local wind measurements the estimations were quite higher: 64 887 MWh / year which correspond to 3 244 flh. The obtained differences, in terms of the magnitude of the estimated resource and its own dominant orientation indicates that the application of mesoscale models in very complex topography terrains should be done with extreme care.