ELETROSUL Centrais Elétricas SA RELATÓRIO. Relatorio Características do Potencial Eólico Coxilha Negra ELETROSUL 2012

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1 0A 99/99/99 Emissão inicial deste documento Sigla Sigla Sigla Rev. Data Descrição da Revisão Elaboração Verificação Aprovação RELATÓRIO ELETROSUL Centrais Elétricas SA CONTRATO/LICITAÇÃO: xxxxxx PECN-P-ELRL-ESM-W ELABORAÇÃO: WV 28/02/12 VERIFICAÇÃO: CRP 28/02/12 APROVAÇÃO: AES 28/02/12 Relatorio Características do Potencial Eólico Coxilha Negra Coxilha Negra DEG/DIVISÃO/SETOR Rev 0A No. Fls. 11 1

2 ÍNDICE PÁG. 1 INTRODUÇÃO POTENCIAL EÓLICO E CONDIÇÕES CLIMÁTICAS LOCALIZAÇÃO DAS ESTAÇÕES ANEMOMÉTRICAS AS CARACTERÍSTICAS DO VENTO EM COXILHA NEGRA CONCLUSÃO Relatório Características do Potencial Eólico 2

3 1 INTRODUÇÃO No objetivo de identificar as características de longo prazo e correlacionar o comportamento do vento com a campanha de medição de vento obtida das estações anemométricas, os dados oriundos de estações meteorológicas são fundamentais no processo. Em geral, as estações meteorológicas são dotadas de estrutura semi-automática e agregam um grau de incertezas computadas pelos órgão certificadores pelo afastamento dos locais em que um projeto de energia eólica está prospectado. Assim sendo, os dados de vento obtidos no local de instalação das estações anemométricas são muito mais confiáveis por estarem localizadas no local de prospecção de um projeto e pelo grau de acuracidade dos sensores nela instalados. Como premissa básica, os anemômetros devem ser calibrados em túnel de vento, seguindo os procedimentos MEASNET. Em virtude desta acuracidade e no atendimento à solicitação do IBAMA, informamos no presente documento que os dados de vento atualizados das estações anemométricas refletem as características climáticas em loco do potencial. Geralmente, pelo afastamento substancial de uma estação meteorológica e pelas possíveis lacunas de dados destas estações, os dados obtidos de estações meteorológicas nem sempre refletem dados da atualidade. Outro fator a comentar é que em muitas situações, a altura dos anemômetros das estações meteorológicas não supera aos 20 metros e pela baixa altura de instalação, estão sujeitos aos fatores de relevo e rugosidade (vegetação) com mais intensidade se comparados aos dados de uma estação anemométrica. Geralmente, no período em que as panes nos sensores das estações meteorológicas se tornam repetitivas, os dados são comercializados para os períodos em que a consistência dos dados são representativas para um determinado período, o que faz com que se tenha dados de períodos mais antigos. Na verdade, pane em estações meteorológocas e sobretudo em estações anemométricas, podem fazer com que um projeto seja desabilitado para um Leilão, conforme Guia de Habilitação da Empresa de Pesquisa Energética. Perante a estes fatos nos sentimos mais seguros em passar ao IBAMA as características de vento oriunda das estações anemométricas e que foram certificadas por órgão independente na área de Energia Eólica. Ilustramos no decorrer deste documento as características do potencial eólico no Rio Grande do Sul e em especial às características do vento na Região de Coxilha Negra. 1.1 POTENCIAL EÓLICO E CONDIÇÕES CLIMÁTICAS A dinâmica dos fenômenos climáticos no Rio Grande do Sul pode ser visualizada pelos vetores de velocidade do vento durante o deslocamento das massas polares, representados em cor azul, na Fig.1 Relatório Características do Potencial Eólico 3

4 Uma amostra dessa dinâmica de ventos provocada por gradientes de pressão atmosférica, associada à baixa rugosidade, comum das campanhas gaúchas podem resultar em potencial de ventos de 6,0 m/s até 8 m/s, com ocorrências de massas polares atuantes nestas regiões, assegurando concomitantemente características sazonais próprias da região. O ar frio possui maior densidade e é uma característica da alta pressão barométrica na área ocupada por estas parcelas de atmosfera resfriada que tem dimensão horizontal da ordem de 1000 km e são geradas no Pólo Sul, dentro do processo de circulação atmosférica. Por ser mais densa, a massa fria avança levando as massas de ar mais quentes à sua frente, o que causa as chuvas na sua parte frontal. A chegada da frente é precedida por ventos de norte-noroeste, que trazem os ventos mais intensos, porém de pequena duração. A passagem da frente é seguida pelo Minuano, sopro de ar polar, da direção sudoeste, com velocidades que podem exceder 10 m/s por alguns dias. No período apresentado na Fig.1 Amostragem dos ventos de julho a agosto na Coxilha de Santana, pode-se observar a passagem de pelo menos 5 frentes frias, marcadas por variações de 360º na direção dos ventos; em uma ocorrência de evento, o vento médio de dez minutos (a 40 m de altura) atingiu 27 m/s (97,2 Km/h) durante a chegada de uma frontal. Apesar de não ser predominante, o Minuano agrega uma contribuição importante ao potencial eólico do Rio Grande do Sul. Fig. 1 - Amostragem dos ventos de Julho a Agosto na Coxilha de Santana No interior do Estado do Rio Grande do Sul, na baixa rugosidade e aceleração orográfica das coxilhas de campanha, muitos ventos se unem ao Minuano para compor um dos potenciais eólicos mais promissores do Brasil. As características da sazonalidade são marcantes no Rio Grande do Sul, onde as estações climáticas e os fenômenos atmosféricos identificam maiores níveis de velocidade média de vento entre maio e novembro. Os dados obtidos pela ELETROSUL, durante a campanha de medição do vento, possuem um comportamento muito semelhante aos dados de longo prazo. O Rio Grande do Sul, por situar-se na parte meridional do Brasil apresenta as maiores amplitudes térmicas anuais, atingindo temperaturas no entorno ou abaixo de 0ºC durante o inverno, e dias quentes com temperaturas acima do patamar de 30ºC com características climáticas úmidas durante o verão. A região mais fria naturalmente, está situada nas maiores altitudes dos campos do alto da Serra do Mar (1000 metros), enquanto a região mais quente está situada no extremo oeste do Estado. A magnitude de flutuações de temperatura ao longo do ano pode implicar em variações superiores a 10% na densidade do ar, com conseqüente influência na geração de energia proveniente dos ventos. Relatório Características do Potencial Eólico 4

5 O gradiente de pressão atmosférica entre a depressão do nordeste da Argentina e o anticiclone subtropical Atlântico induz um escoamento persistente de leste-nordeste ao longo de toda a região sul do Brasil. Desse escoamento resultam velocidades médias anuais de 5,5 m/s a 6,5 m/s sobre grandes áreas da região. Entretanto, esse perfil geral de circulação atmosférica encontra variações significativas na mesoescala e na microescala, por diferenças em propriedades de superfícies, tais como geometria e altitude de terreno, vegetação e distribuição de superfícies de terra e água. Desses fatores podem resultar condições e ventos locais que se afastam significativamente do perfil geral da larga escala da circulação atmosférica. Assim, ventos superiores a 7,0 m/s poderão ser encontrados nas elevações mais favoráveis do continente, sempre associados à baixa rugosidade da campanha. Outra grande área com velocidades superiores a 7,0 m/s está ao longo do extenso litoral até o extremo sul do Estado do Rio Grande do Sul, onde os ventos predominantes de leste e nordeste são acentuados pela ação diurna das brisas marinhas, ao longo dos meses de primavera, verão e início de outono. Até o momento, ressaltou-se os regimes predominantes do vento. Porém, é muito importante ressaltar a dinâmica das circulações do vento no Rio Grande do Sul, em especial o caráter intermitente das frentes frias especialmente no outono, inverno e em parte da primavera. O vento Minuano possui velocidades consideráveis caracterizado por baixas temperaturas, que sopra de sudoeste sobre a campanha gaúcha e tem duração de três dias a cada passagem de ar polar. Esta dinâmica se faz presente durante o deslocamento de uma massa de ar polar. Por este fato tem-se um acréscimo na densidade do ar, resultando em uma região de alta pressão barométrica na área ocupada por estas parcelas que estão em domínio destes efeitos climáticos. Pelo fato da densidade do ar ser superior na região afetada, a massa fria avança sobre o continente e paulatinamente empurrará as massas de ar mais quentes que estão à sua frente, causando as chuvas na sua parte frontal. Ventos de norte e nordeste precedem a chegada da frente fria, trazendo os ventos mais intensos e de pequena duração, prevalecendo em seguida o vento Minuano de sudoeste, podendo exceder em sua velocidade a 10 m/s por alguns dias. A sazonalidade no Rio Grande do Sul é marcante, o período compreendido entre outono e primavera denuncia a sazonalidade de ventos cujo potencial eólico é expressivo. A Figura 2 ilustra estas características abaixo. Figura 2 Características sazonais do clima no Rio Grande do Sul Relatório Características do Potencial Eólico 5

6 Os mapas abaixo ( Figura 3) apresentam a sazonalidade das chuvas no Estado do Rio Grande do Sul. As séries climatológicas mostram uma das principais características do clima temperado subtropical do sul brasileiro, com chuvas bem distribuídas ao longo do ano. As flutuações inter-regionais dentro do Estado são de pequena magnitude, podendo-se notar uma tendência a índices de precipitação anuais crescentes no sentido Sul-Norte, variando entre 1200mm e 2500mm anuais. Figura 3 Índice de precipitação trimestral no Rio Grande do Sul Por outro lado, por situar-se na extremidade meridional do Brasil, o Rio Grande do Sul apresenta as maiores amplitudes térmicas anuais, atingindo temperaturas no entorno ou abaixo de 0 C durante o inverno, e dias quentes (>30 C) e úmidos durante o verão. A região mais fria naturalmente está situada nas maiores altitudes dos campos do alto da serra, enquanto a região mais quente está no extremo oeste do Estado. Os mapas abaixo (Figura 4) apresentam, respectivamente, as temperaturas médias sazonais e a temperatura média anual no Rio Grande do Sul, elaborados a partir de dados climatológicos, corrigidos para altitude a partir do modelo digital de relevo Figura 4 Temperatura média sazonal no Rio Grande do Sul Relatório Características do Potencial Eólico 6

7 Esta magnitude das flutuações da temperatura ao longo do ano pode implicar em variações superiores a 10% na densidade do ar, com conseqüente influência na geração eólica. A densidade do ar [kg/m3] varia com a altitude e a temperatura. Flutuações adicionais na densidade, porém menos acentuadas, ocorrem devido às variações no índice de umidade do ar. Os mapas abaixo (Figura 5) apresentam as densidades médias do ar - sazonais e anual no Estado do Rio Grande do Sul. Figura 5 Características sazonais da densidade do ar O Modelo Digital de Relevo do Estado do Rio Grande do Sul foi desenvolvido na resolução horizontal de 1km x 1km, a partir das seguintes bases de dados: - GTOPO30, base de dados globais de relevo da United States Geological Survey (USGS), na forma de malha digital de cotas, com resolução nominal da ordem de 1km x 1km; - GLOBE DEM, base de dados de relevo da National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), em resolução nominal da ordem de 1km x 1km; Na elaboração do Modelo de Escoamento Atmosférico, foi necessária uma análise dos efeitos do relevo local nos dados medidos em cada estação anemométrica, o que requeria uma resolução melhor que 1km x 1km. Por isso foram elaborados modelos digitais de alta resolução (100m x 100m) para uma extensão de 10km x 10 km no entorno das principais estações anemométricas do projeto, a partir de curvas de nível e pontos cotados de cartas topográficas 1:50000 (DSG - Diretoria de Serviço Geográfico, Exército Brasileiro); Na realização dos modelos descritos acima, o Modelo de Relevo de todo o Rio Grande do Sul foi automaticamente aferido por amostragem, nas áreas das torres anemométricas, onde foram digitalizados/vetorizados os modelos de alta resolução a partir de cartas topográficas 1: (DSG). Pelo menos 4 aferições adicionais também foram realizadas, por comparações com cartas topográficas (DSG) de áreas identificadas como de especial interesse quanto ao potencial eólico. Assim sendo, Relatório Características do Potencial Eólico 7

8 ilustramos abaixo (Figura 8), o modelo de relevo para o Estado do Rio Grande do Sul. O mapa abaixo apresenta o Modelo de Relevo do Estado do Rio Grande do Sul, elaborado na resolução horizontal de 1km x 1km, principalmente a partir da base de dados GLOBE (NOAA), aferido por amostragens nas áreas explicitadas. 2 LOCALIZAÇÃO DAS ESTAÇÕES ANEMOMÉTRICAS A Tabela 1 ilustra a localização das Estações Anemométricas. Os dados e gráficos aqui expostos são referentes ao período certificado de dados de vento em 24 meses, informação de suma importância para o cadastramento e habilitação técnica pela Empresa de Pesquisa Energética para os Leilões de Energia patrocinados pela ANEEL. Tabela 1 Localização das estações anemométricas Sítio Livramento-02 Livramento-03 Local Fazenda Paraíso Faz. N. S. Aparecida Município Santana do Livramento, RS Santana do Livramento, RS Alturas de Medição 25 e 52 m 25 e 52 m Longitude (W) 55º 49' 10,7'' 55º 51' 31,9'' Latitude (S) 30º 58' 16,8'' 31º 01' 52,0'' XUTM (Zona 21S) YUTM (Zona 21S) Altitude 348 m 348 m Período de Operação 27/07/2005 em diante 01/08/2005 em diante 3 AS CARACTERÍSTICAS DO VENTO EM COXILHA NEGRA A Figura 6 ilustra a imagem de satélite com o posicionamento das Estações Anemométricas Livramento 2 e Livramento 3. Relatório Características do Potencial Eólico 8

9 Figura 6 Localização das estações anemométricas Temos abaixo as características e gráficos do período em que ocorreu a certificação de dados anemométricos ( 01/06/2008 e 31/05/2010). A Figura 6 ilustra a freqüência de ocorrência de direção do vento por setores e intensidade de ocorrência por setores para a região de Coxilha Negra. As medições foram elaboradas para 52 e 25 metros do solo com anemômetros calibrados. A medição de direção do vento foi obtida por windvane situado a 48 metros do solo. Figura 6 Gráfico de freqüência e intensidade de ocorrência por setores para o vento. A Figura 7 ilustra as características de intensidade de turbulência por setores e expoente de camada limite por setores da Região de Coxilha Negra. Relatório Características do Potencial Eólico 9

10 Figura 7 Intensidade de turbulência por setores e expoente de camada limite por setores Na Figura 8 ilustramos o histograma de freqüência de ocorrência com a distribuição de Weibull como característica importante dos ventos da região de Coxilha Negra. Figura 8 Histograma de freqüência de ocorrência das velocidades do vento Cabe salientar que estas características evidenciadas pelas Figuras 6 e 7 são análogas para ambas as estações anemométricas ( Livramento 2 e Livramento 3 ). Expomos abaixo as características médias do período de 2 anos medidos no sítio Coxilha Negra. Tabela 2 Características das medições no Sítio Coxilha Negra, correlacionadas com dados de reanálises do NCAR/NCEP para dez anos. Relatório Características do Potencial Eólico 10

11 Os dados de velocidade foram correlacionados, numa base temporal diária, com uma série virtual de dados com 10 anos, sintetizada através de modelação de mesoscala para o local onde se encontra instalada a estação SL3. Desta correlação foi estimado o valor de ajuste a efetuar nas velocidades médias da estação, durante o período de medição, para o tornar representativo do longo-prazo. O fator de correlação encontrado para o procedimento de ajuste foi considerado aceitável (r= 0,87). Finalizando, dispomos na Tabela abaixo a correlação dos dados de longo prazo correlacionados com os dados obtidos de estação anemométrica em Coxilha Negra. Tabela 3 Correlação com dados de longo prazo Relatório Características do Potencial Eólico 11

12 3.1 CONCLUSÃO O potencial eólico oriundo de estação anemométrica em um sítio reflete as reais condições do potencial eólico, da direção predominante dos ventos, rajadas e outras características intrínsecas a um Projeto de Energia Eólica. As condições de relevo e rugosidade (vegetação) interferem sensivelmente nos estudos do potencial eólico de um sítio, que geralmente não são detectados por estações meteorológicas mais afastadas dos locais de prospecção. Pela necessidade de acuracidade em um sítio, vários equipamentos são instalados a alturas cada vez mais elevadas para que se possa determinar as características da camada limite atmosférica. Neste sentido a representatividade dos dados oriundos de estações anemométricas são utilizados para fins de correlação dos dados obtidos nas estações meteorológicas para o longo prazo. Buscando atender ao IBAMA, dispomos dados de maior consistência, oriundos de dados de vento obtidos em loco, que oferece uma credibilidade no atendimento aos quesitos solicitados.á Relatório Características do Potencial Eólico 12