AVALIAÇÃO DO POTENCIAL EÓLICO CONSIDERANDO O EFEITO DA ESTEIRA AERODINÂMICA DE TURBINAS ATRAVÉS DO MODELO DO DISCO ATUADOR

Resumo

Ao extrair energia cinética do vento, uma turbina eólica deixa à jusante uma região caracterizada por déficits de velocidade e elevados níveis de turbulência. Esta região é denominada região de esteira ou região de sombra. Em parques eólicos de grande escala, parte dos aerogeradores operam na região de esteira de máquinas vizinhas, resultando em considerável redução na energia gerada por estas máquinas. Diante disso, compreender a influência da esteira aerodinâmica de turbinas no potencial eólico é essencial para maximização da produção de energia. Este estudo tem como objetivo avaliar a influência do efeito de esteira no campo de velocidades e na EAG (Energia Anual Gerada) por um conjunto de turbinas localizadas em um terreno real, através da utilização do modelo do disco atuador e do código comercial de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) STAR-CCM+. O conjunto de equações utilizado para modelamento numérico do problema é formado pelas equações RANS combinadas ao modelo de turbulência k-ε de constantes modificadas para escoamentos atmosféricos. Para uma representação mais realista do escoamento atmosférico sobre a região de interesse, foram utilizadas condições de contorno baseadas no regime de ventos local, topografia e vegetação do terreno. A energia gerada pelo conjunto de aerogeradores quando consideradas as regiões de esteira é comparada com a energia gerada se cada aerogerador estivesse operando livre dos efeitos de esteira. Para a microrregião e layout dos aerogeradores analisados neste trabalho, a redução na EAG pelas turbinas que de fato operam na região de esteira de turbinas vizinhas é de 1,124 GWh e 1,559 GWh, representando perdas energéticas de 21,3% e 31,2% respectivamente. No que diz respeito à EAG pelo conjunto de turbinas, as perdas por esteiras equivalem a 3,190 GWh e representam uma variação de 14% quando comparado ao potencial eólico do escoamento livre.