CLIMATOLOGICA EÓLICA DE SANTA CATARINA

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1 1 CLIMATOLOGICA EÓLICA DE SANTA CATARINA Daniel Andrijic Malandrin Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina CEFET/SC. Av. Mauro Ramos, 950 centro, Florianópolis -SC CEP Fabrício Vidal Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina CEFET/SC. Av. Mauro Ramos, 950 centro, Florianópolis -SC CEP Gustavo Monteiro Franco Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina CEFET/SC. Av. Mauro Ramos, 950 centro, Florianópolis -SC CEP Marco Nocetti Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina CEFET/SC. Av. Mauro Ramos, 950 centro, Florianópolis -SC CEP Rafael Sizani Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina CEFET/SC. Av. Mauro Ramos, 950 centro, Florianópolis -SC CEP Professor orientador: Mário Francisco Leal de Quadro Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina CEFET/SC. Av. Mauro Ramos, 950 centro, Florianópolis -SC CEP RESUMO: O trabalho consiste no estudo da climatologia eólica do estado de Santa Catarina, efetivado a partir do levantamento bibliográfico do mapa preliminar do potencial eólico de Santa Catarina e da geração de produtos (mapas e gráficos), analisados no intuito de determinar a normal climatológica dos ventos na região com dados em pontos de grades de regiões significativas, como o planalto serrano e demais regiões do sul do Brasil. PALAVRAS CHAVE: Vento. Energia. Climatologia.

2 2 1 INTRODUÇÃO O Estado de Santa Catarina, localizado na região sul do Brasil, está vulnerável a uma série de sistemas meteorológicos, que certamente influenciam na circulação dos ventos e proporcionam características peculiares à climatologia eólica da região. O vento é caracterizado como uma fonte de energia secundária, pois distribui energia radiante do sol através do escoamento devido aos gradientes de temperatura. Somam-se ainda, os movimentos de rotação da terra, formas e tipos de relevo, além das tendências diurnas e sazonais. Devido à necessidade de um novo cenário energético no país e no mundo, com foco em fontes limpas de energia, faz-se pertinente todo e qualquer estudo relacionado às fontes renováveis de energia. Esse projeto tem por objetivo analisar a climatologia dos ventos no Estado de Santa Catarina, através de dados do reanalysis de superfície até altos níveis da atmosfera dos últimos trinta anos. Os mapas e gráficos extraídos do aplicativo computacional GrADS (Grid Analysis and Display System), referente às médias climatológicas da América do sul, (vento zonal e meridional nos níveis de superfície, 1000hPa, altos níveis e médias diárias), possibilitam a análise de padrões atmosféricos associados a influência do vento no estado, assim como o estudo da freqüência predominante na direção dos ventos nos quadrantes, os meses de maior e menor ocorrência, o estudo do comportamento do vento sul para a região e pontos estratégicos para o estudo do potencial eólico, com a pretensão de atender a demanda de um novo modelo de matriz energética. No caso específico da energia eólica, por ser uma fonte inesgotável que deve ser aproveitada de forma eficiente em futuros projetos. A representante da ONG Worldwide Fund for Nature no Brasil WWF-Brasil, o Conselho Empresarial Brasileiro para o Desenvolvimento Sustentável (CEBDS), a Petrobrás, a Votorantim e o Greenpeace assinam em 24 de abril de 2007, um Pacto de Ação em Defesa do Clima. As ações deverão contemplar aspectos como a valorização de uma matriz energética limpa, o estímulo a inovações tecnológicas, à introdução de hábitos de consumo mais sustentáveis e à criação de

3 3 mecanismos políticos, jurídicos e econômicos que, por meio de um processo participativo e transparente, permitam o estabelecimento de uma agenda pró-ativa e construtiva no País. O pacto busca estabelecer uma Política Nacional de Mudança Climática baseada em 10 itens, dentre eles, três estão relacionados com o estudo: 2) Fomento a iniciativas que pretendam incorporar à matriz energética brasileira, de forma sustentável, energia proveniente de fontes renováveis, aproveitando as imensas potencialidades do País nessa área; 9) Estimular a disseminação de exemplos positivos, tais como programas de eficiência energética e a ampliação do uso sustentável de combustíveis provenientes de fontes renováveis; 10) Fomentar o desenvolvimento de um mercado nacional para energias limpas, como solar, eólica, pequenas centrais hidroelétricas e outras. Segundo Lester Brown sobre Qual o papel do Brasil : Talvez a coisa mais importante que o Brasil possa fazer seja desenvolver suas fontes naturais de energia renovável. O país adquiriu bastante conhecimento em energia hidrelétrica e álcool, duas fontes de energia renovável, e é líder mundial na produção de etanol. Mas não desenvolveu a energia eólica e fez muito pouco em termos de energia solar. Veja bem, o Brasil tem muitos recursos, muita energia solar nas regiões Sul e Nordeste, ventos de sobra na linha costeira e, provavelmente, bastante vento nos cerrados. Bem, se está claro que o vento será a base das novas energias, o Brasil e o mundo só têm a ganhar com isso. 2 MATERIAIS E METODOS Para o desenvolvimento do trabalho foi importante conhecer a geografia e o programa de energia eólica do Estado de Santa Catarina, assim como o trabalho na geração de mapas e gráficos através do aplicativo GrADS, a partir dos dados do reanalysis para o estudo da climatologia eólica da região.

4 4 2.1 Características físicas de Santa Catarina Com uma área territorial de Km² (1,11% do território brasileiro), esta localizado no centro da região sul e tem como limites os Estados do Paraná (N) e Rio Grande do Sul (S) a Republica Argentina (O) e seu extremo oriental o Oceano Atlântico. O território catarinense encontra-se entre os paralelos 25º57 41 e 29º23 55 de latitude sul e entre os meridianos 48º19 37 e 53º50 00 de longitude oeste e está compreendida numa área de transição entre as regiões tropical e temperada, caracterizando-se pela subtropicalidade. O relevo (figura 1a) apresenta maior variação na direção longitudinal, sendo composto pela planície litorânea e pelos planaltos que se sucedem de leste para oeste, de maneira geral percebe-se que as áreas de maiores altitudes encontram-se no trecho meridional da Serra Geral onde os pontos culminantes ultrapassam a cota de metros. A maior parte do território possui altitudes que variam de 200 a metros correspondendo cerca de 83,9% do Estado. As terras baixas, entre 0 e 200 metros, ocupam 15,1% do território catarinense, destacando-se a planície litorânea e vales dos rios Uruguai, no sudoeste do estado. Com uma ampla faixa litorânea de 531Km, o extenso litoral muito influencia o seu clima, pois a grande superfície liquida do Atlântico Sul atua no sentido de amenizar as temperaturas principalmente na planície litorânea. Outro fator relacionado a maritimidade, e que influencia o clima de Santa Catarina, são as correntes marinhas, do Brasil (quente) e das Malvinas (fria). A corrente do Brasil atua, normalmente, no litoral catarinense, amenizando as temperaturas do período mais frio. A corrente das Malvinas só atua ocasionalmente, provocando a diminuição da temperatura quando penetra em águas catarinenses. O fator continentalidade atua principalmente no Centro-Oeste catarinense exercendo importante papel no aumento das amplitudes térmicas anuais, isto é, agindo no sentido de agravar as temperaturas que, no verão, se tornam mais elevadas e, no inverno, mais baixas.

5 5 A circulação do ar no Estado é comandada por dois centros de ação, do anticiclone tropical e do anticiclone polar, ambos situados sobre o Atlântico, nas regiões tropicais e subtropicais respectivamente. Nesses centros de alta pressão têm origem as massas de ar Polar Atlântica (mpa) e Tropical Atlântica (mta), que são responsáveis, com seus avanços e recuos, pela dinâmica da atmosfera da região. A massa de ar Tropical Atlântica (mta) possui temperaturas elevadas e forte umidade, oriunda da intensa evaporação marítima. Contudo, em virtude da subsidência superior anticiclônica, sua umidade limita às camadas inferiores. O domínio da mta é sentido através dos ventos denominados como nordeste. Do contato da mpa com mta surge uma região frontal de grande instabilidade, com presença de ventos, tempo instável e queda de temperatura. Esse fenômeno ocorre no Estado em todas as estações do ano. Figura 1a Relevo do Estado de Santa Catarina

6 6 2.2 Programa Energia Eólica A transformação de energia eólica em energia elétrica dá-se através da incidência do vento diretamente sobre as pás de um aérogerador que movimenta o gerador de energia elétrica, injetando essa energia diretamente no sistema interligado, sem uso de sistemas de acumulação. Teoricamente a energia produzida varia diretamente com o quadrado da velocidade média do vento e a potência varia com o cubo da velocidade. Na prática, a potência produzida por um aérogerador varia com a velocidade do vento segundo a curva de potência desse mesmo aérogerador e a energia produzida será o integral da potência produzida durante o tempo que estiver em funcionamento. Por seu lado o custo analisado da energia é inversamente proporcional à potência produzida. O levantamento do Potencial Eólico do Estado de Santa Catarina foi realizado através da investigação da existência de possíveis sítios eólicos, objetivando a instalação de usinas eólicas com viabilidade comercial. Na fase inicial, foram pré-selecionados locais com características de ventos adequadas. Em seguida, a CELESC (Centrais Elétricas de Santa Catarina SC) instalou uma rede de estações anemométricas em todo o território catarinense para medir a direção e a média anual da velocidade do vento. Com base nestas informações, foi elaborado o mapa eólico (versão preliminar) (figura 1b), indicando os melhores sítios para a instalação de parques eólicos para geração de eletricidade. Com potência nominal de 600 kw, o aérogerador localizado no município de Bom Jardim da Serra (planalto serrano) foi a primeira turbina de produção de energia elétrica a partir da força dos ventos instalada em Santa Catarina. Inaugurado em abril de Está em fase de construção, no município de Água Doce, a usina Parque Eólico do Horizonte composta por 8 (oito) turbinas eólicas, com capacidade nominal total de 4,8 MW. Também no município de Água Doce, está em fase de viabilização uma usina composta por 15 (quinze) aérogeradores, totalizando 9 MW. Além destas, outras usinas estão em fase de

7 7 planejamento nos municípios de Água Doce e Laguna, totalizando a instalação de 177 MW de energia eólica em território catarinense. O projeto de Previsão de Geração de Energia de Usinas Eólicas, da CELESC em parceria com o LABSOLAR/UFSC, permitirá antever o aproveitamento nos sítios eólicos, no estado de Santa Catarina, em níveis economicamente viáveis. Utilizando-se de sistemas de previsão já desenvolvidos e os dados do inventário de potencial eólico catarinense, pretende-se adaptar esses sistemas para a exploração confiável dos sítios eólicos do Estado. Os resultados do projeto serão indispensáveis para a integração das unidades de geração eólica com a rede CELESC. O sistema será baseado nas informações meteorológicas e no modelamento das condições de rugosidade, permitindo a correção do perfil de velocidades de forma a prever com boa precisão as velocidades de vento, na altura da turbina, com prazos de até 48 (quarenta e oito) horas de antecedência.

8 8 Figura 1b Mapa preliminar do potencial eólico de Santa Catarina. 2.3 Dados reanalysis e uso do GrADS. A partir da definição do período de trinta anos de dados, de 1976 a 2006 foram feitos os downloads dos dados de componentes, zonal e meridional do vento, nos níveis de superfície, 1000hPa e 200hPa, disponíveis no site do reanalysis. Com os dados, levando em consideração as características de relevo, foi escolhido como ponto de grade a região do planalto serrano, devido às condições favoráveis de altitude para o escoamento do vento. A partir deste foram elaborados, com o aplicativo GrADS os mapas de Magnitude do vento e linhas de corrente para a América do sul e Sul do Brasil. Além disso, foram feitos também gráficos de predominância de direção do vento para o estado de Santa Catarina na latitude: 28S longitude: 50W. Depois de feitas as figuras foram analisadas, o que possibilitou maior compreensão da climatologia do vento na região.

9 9 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1 Análise dos mapas em 200hPa Para os ventos de altos níveis em 200hPa, no verão (figura 2a.) observa-se que com a atuação da Alta da Bolívia, os ventos estão de Oeste-Sudoeste na região Sul do Brasil. Observa-se que no final do verão o jato começa a intensificar, porém ainda com fraca intensidade. Já no começo do outono observa-se que a Alta da Bolívia é menos intensa e o Jato já está mais intenso na região do Uruguai se aproximando do Sul do Brasil. Na metade do outono (figura 2b.) o Jato já atua no sul do Brasil se intensificando, e deixando o vento mais zonal na região. Do meio para o final do outono o Jato continua se intensificando e chega a atuar na região Sudeste do Brasil. No inverno (figura 2c.) o Jato começa a descer, porém continua se intensificando e continua bem zonal, no final do inverno e começo da Primavera é que o Jato fica mais intenso. Do meio pro final da primavera (figura 2d.) o jato diminui de intensidade, e no final do inverno a Alta da Bolívia começa a aparecer.

10 10 Figura 2a. Figura 2b. Figura 2a e 2b - climatologia da direção do vento em 200hPa para a América do sul nos meses de fevereiro e maio respectivamente (1976 a 2006). Figura 2c. Figura 2d. Figura 2c e 2d - climatologia da direção do vento em 200hPa para a América do sul nos meses de agosto e novembro respectivamente (1976 a 2006).

11 Análise dos mapas de superfície A circulação da massa de ar que atua em Santa Catarina sofre uma influência da Alta do Atlântico, dependendo da posição desta, os ventos mudam de direção na região. No período de verão (figura 3a.), os ventos ficam mais nos quadrantes leste-nordeste, a média de maior velocidade fica no litoral sul. Já no outono (figura 3b.) o vento vira para norte e noroeste, com média de velocidade maior no litoral norte e sul do estado. No Inverno (figura 3c.) a média permanece no quadrante norte-noroeste no início e passa para o quadrante nordeste no final da estação, com maior média de velocidade no centro-oeste e oeste do estado. Na primavera (figura 3d.), predomina o quadrante leste-nordeste e a maior velocidade novamente no litoral norte e sul do estado.

12 12 Figura 3a. Figura 3b. Figura 3a e 3b - climatologia da direção do vento em superfície nos meses de fevereiro e maio respectivamente (1976 a 2006). Figura 3c. Figura 3d. Figuras 3c e 3d climatologia da direção do vento em superfície nos meses de agosto e novembro respectivamente (1976 a 2006).

13 Análise dos gráficos A partir dos gráficos verificaram-se características sazonais, como por exemplo, no verão, no mês de janeiro os ventos tem maior freqüência no quadrante Sul, apenas alguns anos com ventos Nordeste, no mês de fevereiro (figura 4a.) os ventos são predominantes também no Quadrante sul, com variações de Sudeste a Sudoeste. Em março os ventos variam de Oeste a Leste com maior predomínio de Sudeste a Sudoeste. No outono, mês de abril, os ventos começaram a predominar mais de Leste, nos últimos quatro anos da série é possível observar que os ventos estão virando para Sul. Em maio (figura 4b.), predominam de Oeste à Noroeste, com alguns anos de Nordeste, em junho, os ventos permanecem mais no quadrante Oeste com alguns anos de Nordeste. No inverno, mês de julho, os ventos variam de Oeste a Noroeste-Nordeste. Em alguns anos com ventos de Sudoeste no meio da série, em agosto (figura 4c.), os ventos predominam de Nordeste, já em setembro o predomínio é de Leste nos últimos anos o vento passa a ser de Sudeste. Na primavera, no mês de outubro os ventos predominam de Sul, em novembro (figura 4d.) uma variação de sul a Sudoeste e em dezembro ventos de Sudeste a Sudoeste.

14 14 Figura 4a gráfico da climatologia da direção do vento em superfície no mês de fevereiro (1976 a 2006). Figura 4b gráfico da climatologia da direção do vento em superfície no mês de maio (1976 a 2006).

15 15 Figura 4c gráfico da climatologia da direção do vento em superfície no mês de agosto (1976 a 2006). Figura 4d gráfico da climatologia da direção do vento em superfície no mês de novembro (1976 a 2006).

16 16 4 CONCLUSÕES O estudo identificou o comportamento e as variações temporais dos ventos no estado de Santa Catarina, portanto a normal climatológica. Porém deve-se ressaltar que o aplicativo utilizado gerou produtos com base em pontos de grade, e não em pontos de estação cujo ganho na resolução é maior. No que se refere à energia eólica ou cálculo do potencial eólico, seria necessário um período mínimo de dois anos de dados de estações especiais para esses fins. No caso uma torre de 60m, anemógrafos computadorizados, como fora utilizados pela CBEE (Companhia Brasileira de Energia Eólica) para a efetiva viabilização das primeiras usinas aérogeradoras de energia no país, especificamente na região do nordeste. Fica então como sugestão para trabalhos futuros, no que se refere a aplicativos a geração de gráficos contendo informações de velocidade do vento, e saídas de campo com estações meteorológicas para registros de dados em pontos estratégicos. 5 AGRADECIMENTOS Agradecemos a atenção do Professor Paulo Roberto Weigmann, coordenador do projeto CICE (Comissão Interna de Conservação de Energia) do CEFETSC, a professora Márcia Vetromilla Fuentes pelo auxilio na interpretação dos produtos e ao professor Mário Francisco Leal de Quadro pela orientação no projeto.

17 17 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICA As fontes alternativas de energia no CEFET/SC. Profº Paulo Roberto Weigmann, M.Eng. Atlas eólico do Brasil. Disponível em: acesso em 03/07/2007 Atlas eólico SEMC. Disponível em: acesso em: 02/06/2007 Engenharia Eólica Camargo Shubert disponível em: acesso em 02/06/2007 Centro Brasileiro de Energia Eólica disponível em: acesso em 28/04/2007 Jesus, E. S., Caracterização do Vento em Macapá-AP no Período de 2003 a 2005 XIV congresso de meteorologia. Florianópolis. Brasil Jourdan, P., Caracterização do Regime de Vento Próximo à Superfície na Região Metropolitana do Rio de Janeiro no Período de XIV congresso de meteorologia. Florianópolis. Brasil Mapa preliminar de energia eólica de Santa Catarina. Disponível em: acesso em: 02/07/2007 Quadro, M.F.L., Climatologia do vento sul na grande Florianópolis. 1º Encontro Sul Brasileiro de Meteorologia. Pelotas. Brasil Reanalysis NCEP acesso em: 30/05/2007 WWF-Brasil assina Pacto de Ação em Defesa do Clima. Disponível em: acesso em: 25/04/ acesso em: 25/04/2007