Atlas do Potencial Eólico em Portugal Continental. Resultados Preliminares

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Vítor Gabriel Medina Caldeira
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Avaliação do Recurso Eólico e Potencial Energético do Vento no INETI O Departamento de Energias Renováveis do INETI tem vindo a desenvolver esforços nos últimos anos no sentido de divulgar informação

2 Avaliação do Recurso Eólico e Potencial Energético do Vento no INETI O Departamento de Energias Renováveis do INETI tem vindo a desenvolver esforços nos últimos anos no sentido de divulgar informação sobre o regime de ventos em Portugal Continental. iniciados com a publicação da base de dados EOLOS em Uma base de dados pontual, muito embora tenha uma contribuição relevante nas zonas abrangidas pelas medidas do escoamento, não permite a cobertura da globalidade do território, pelo que, na sequência desta publicação se iniciou o desenvolvimento de uma metodologia de mapeamento do potencial eólico em Portugal. O INETI tem actualmente em fase final de desenvolvimento e validação o atlas do potencial energético do vento em Portugal Continental. Neste trabalho apresentam-se os resultados disponíveis, embora preliminares, em face do elevado interesse que este tipo de informação tem vindo a suscitar. Enquadramento A produção de um mapa de potencial eólico para Portugal Continental, permite ilustrar as características e a intensidade do vento e da estimativa de produção eólica nas diversas regiões do país, constituindo uma poderosa ferramenta, não só na avaliação prévia do potencial energético do vento, mas também como instrumento auxiliar de decisão de futuros investimentos em campanhas experimentais para caracterização do vento e de planeamento de redes eléctricas e demais infra-estruturas numa região. Fig.1 Fluxo de potência a 60 m [W/m2]. A geração de um mapa representativo do potencial eólico de uma região só se torna possível recorrendo a modelos numéricos de mesoscala, dado que se torna necessário simular a variabilidade espacial e temporal da evolução do escoamento na superfície terrestre, caracterizando estatisticamente a climatologia dos processos físicos de mesoscala associados à orografia da região, tais como os efeitos da estratificação e da turbulência atmosférica. 2

National Center for Atmospheric Research, EUA, por representar actualmente o padrão mais avançado do estado da arte da modelação de escoamentos atmosféricos.

3 Metodologia Fig.2 Velocidade média horizontal a 60 m [m/s]. Para desenvolver o mapa do potencial eólico de Portugal Continental, o INETI seleccionou o modelo MM5 - Fifth generation Mesoscale Model desenvolvido pelo PSU/NCAR Pennsylvania State University / National Center for Atmospheric Research, EUA, por representar actualmente o padrão mais avançado do estado da arte da modelação de escoamentos atmosféricos. Para facilitar a abordagem de simulação numérica, o INETI procedeu à selecção do conjunto dos campos das variáveis meteorológicas e de superfície assimiladas pelo NCAR - National Center for Atmospheric Research - (Projecto Reanalyis) para o ano completo de 1999, tendo optado posteriormente por corrigir os resultados simulados do factor médio de desvio da variabilidade interanual com base em duas estações de referência do INETI, contendo 10 anos de dados. Foram seleccionados os campos das 00h, 06h, 12h e 18h UTC de cada dia e de cada mês como condições fronteira, interpolando-os para os domínios de simulação do modelo MM5, sendo a média anual dos resultados calculada posteriormente. Fig.3 Velocidade média horizontal a 10 m [m/s]. Deste modo, é possível obter numericamente uma representação estatística da climatologia das grandezas meteorológicas para Portugal Continental. É de salientar que os campos processados pelo NCAR contêm informação horizontal numa malha de 2.5º x 2.5º e também informação nos níveis obrigatórios em altitudes padrão, os quais servem para a previsão numérica do tempo, especialmente para fins aeronáuticos. 3

O Atlas do Potencial Eólico de Portugal Continental Nesta fase do trabalho, e dado tratarse de uma versão preliminar - pelo que se devem tomar extremas precauções na interpretação dos diversos campos

Embora esta resolução não seja suficientemente fina para representar os detalhes do escoamento atmosférico sobre terreno complexo, é, contudo bastante eficiente na representação climatológica do

4 O Atlas do Potencial Eólico de Portugal Continental Nesta fase do trabalho, e dado tratarse de uma versão preliminar - pelo que se devem tomar extremas precauções na interpretação dos diversos campos a seguir apresentados - optou-se por simular a área territorial Portuguesa com uma resolução espacial de 9x9 km. Embora esta resolução não seja suficientemente fina para representar os detalhes do escoamento atmosférico sobre terreno complexo, é, contudo bastante eficiente na representação climatológica do escoamento sobre a orografia de escala média dominante em Portugal Continental. Fig.4 Campo vectorial médio da velocidade horizontal a 60 m. Para colmatar essa imprecisão espacial no escoamento de superfície, o INETI iniciou um conjunto de novas simulações com 3x3 km e de 1x1km de resolução espacial, as quais serão utilizadas na fase de validação deste Atlas. A validação do Atlas será efectuada com os dados provenientes de campanhas experimentais de medição dos parâmetros estatísticos do vento, em conjunto com o modelo numérico de microescala desenvolvido no âmbito do Atlas Europeu do Vento-WA S P, este capaz de caracterizar o escoamento atmosférico localizado, na presença de factores como rugosidade do solo e obstáculos numa região. Além da aplicação do domínio da energia eólica motor do desenvolvimento deste trabalho - configura-se a utilidade deste atlas em diversas vertentes, tais como: - na obtenção da velocidade do vento para aplicação no domínio do ambiente e ordenamento do território (e.g. dispersão de poluentes e desafectação de áreas REN para produção de energia eléctrica); - nas aplicações turísticas e de lazer (informação para prática de desportos como parapente, voo livre e naúticos); Fig.5 Velocidade média vertical a 40 m [m/s]. - nos estudos de ventilação natural, contribuição para regulamentação de segurança de estruturas; 4

Os resultados preliminares representados nestre trabalho foram seleccionados de forma a ilustrar os parâmetros usuais na avaliação do potencial energético do vento para as alturas dos 10m (referência

Nas figuras 2 e 3, apresentam-se as velocidades médias horizontais a 60m e 10m de altura respectivamente. Na figura 4, apresenta-se o campo vectorial médio da velocidade horizontal para a cota de 60m.

5 Os resultados preliminares representados nestre trabalho foram seleccionados de forma a ilustrar os parâmetros usuais na avaliação do potencial energético do vento para as alturas dos 10m (referência meteorológica) 40m e 60m (alturas de referência em energia eólica): Na figura 1, apresenta-se o campo do fluxo de potência para a altura de 60m. Nas figuras 2 e 3, apresentam-se as velocidades médias horizontais a 60m e 10m de altura respectivamente. Na figura 4, apresenta-se o campo vectorial médio da velocidade horizontal para a cota de 60m. Fig.6 Parâmetro de escala (A) da distribuição de Weibull a 60 m [m/s]. Na figura 5, apresenta-se o campo da velocidade média vertical a 40m de altitude. A distribuição de Weibull é usualmente seleccionada na avaliação do potencial eólico por caracterizar estatisticamente de forma eficiente a distribuição da ocorrência de classes de velocidades para uma região em estudo, sendo caracterizada por dois parâmetros [8]: - o factor de escala da distribuição (parâmetro A, [m/s]), e; - o factor adimensional de forma da distribuição (parâmetro k). Nas figuras 6 e 7, apresentam-se os campos referentes aos parâmetros de escala e de forma da distribuição de Weibull aos 60m. O índice NEP s, por vezes também utilizado de forma adimensional (factor de capacidade) ilustra o número de horas anuais equivalentes ao funcionamento do aerogerador à potência nominal (Dec.-Lei 339-C de 29 de Dezembro de 2001). Fig.7 Parâmetro unidimensional de forma (k) da distribuição de Weibull a 60 m. Nas figuras 8 e 9, apresentam-se os mapas referentes ao índice NEP s para dois modelos de aerogeradores comercialmente disponíveis e de tecnologia actual, respectivamente com 1300 kw e 2000 kw de potência nominal. 5

Biiblliiografiia: Bibliografia: Fig.8 Mapa do índice NEP Ss para um modelo de aerogerador de 1300 kw a 60 m. Fig.9 Mapa do índice NEP s para um modelo de aerogerador de 2000kW a 60 m. 1-Simões, T.

6 Biiblliiografiia: Bibliografia: Fig.8 Mapa do índice NEP Ss para um modelo de aerogerador de 1300 kw a 60 m. Fig.9 Mapa do índice NEP s para um modelo de aerogerador de 2000kW a 60 m. 1-Simões, T. e A. Estanqueiro, EOLOS Database on Wind Energy Potencial in Portugal. Proceedings of the EWEC 2001 P , Copenhagen, Denmark (2001). 2-Lizcano, G., A. Pereira : Projecto Atlas Eólico Brasileiro. Nota técnica, CBEE, 9 pp. 3-Grell, G.A., J. Dudhia, and D. R. Staueffer, 1995: A Description of the Fifth-Generation Penn State / NCAR mesoscale model (MM5). NCAR Technical Note, NCAR/TN-398+STR, 122 pp. 4-Hiester, T. R., W. T. Pennell, The Siting Handbook for Large Wind Energy Systems, Windbooks, Justus, C. G., Vent et performance des éoliennes, Editions SCM, Justus, C. G., W. R. Hargraves, A. Mikhail, D. Graber, Methods for estimating wind speed distributions, Journal of Applied Meteorology, Vol 17, Nº 3, March Meroney, Robert N., Fluid Dynamics of Flow over Hills/Mountains Insights Obtained through Physical Modeling. Seminário de Escoamentos em terrenos complexos, Universidade de Coimbra, Mortensen, N. G.; L. Landberg; I. Troen; E. L. Petersen, Wind Atlas Analysis and Application Program (WAsP), Vol. 1: Getting Started, Riso National Laboratory, January Stull, R. B., An Introduction to Boundary Layer Meteorology, Kluwer Academic Publishers, Troen, I. And Petersen, E.L. European Wind Atlas, RISØ National Laboratories, Denmark, Kalnay, E. et al., The NCEP/NCAR 40-year Reanalysis Project. Bull. Amer. Meteor. Soc., 77: (1996) 12-Landberg, L., Implementing Prediction of Power from Wind Farms at Utilities. Proceedings of the EWEC 1996 P , Götengerb, Sweden (1996). 13-Landberg, L., Mortensen, N. G., and Petersen, E. L., Wind Resource Assessment and Sitting, a Wider Perspective. Proceedings of the EWEC 1996 P , Götengerb, Sweden (1996). 14-C. A. Toomer, J. Sander & Kunz, A Study of Wind Potential in Complex Terrain. Proceedings of the EWEC 2001 P , Copenhagen, Denmark (2001). 15-E. Feitosa, & A. Pereira, D. Veleda, Brazilian Wind Atlas Project. Proceedings of the EWEC 2001 pp , Copenhagen, Denmark (2001). 6

7 Agradecimentos O INETI agradece ao Centro de Geofísica da Universidade de Lisboa (CGUL) a disponibilidade do uso dos seus meios computacionais. Este trabalho enquadra-se numa dissertação de Mestrado, supervisionada pelo Prof. Doutor Pedro Miranda (FCUL/CGUL) e pela Prof. Doutora Ana Estanqueiro (INETI) Contactos Ana Estanqueiro Unidade de Energia Eólica e dos Oceanos Departamento de Energias Renováveis Edifício G, Campus do Lumiar do INETI Estrada do Paço do Lumiar, LISBOA CODEX PORTUGAL Tel: , Fax: , ana.estanqueiro@ineti.pt 7

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