Impacto na otimização do layout de parques eólicos offshore através de diferentes modelagens de wake effect

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Mendonça, Adriana Oliveira de
• Orientador(a): Silva Júnior, Ivo Chaves da
• Banca de defesa: Oliveira, Clóvis Bôsco Mendonça , Oliveira, Leonardo Willer de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
• Departamento: Faculdade de Engenharia
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Wake effect; Energia eólica; Usina eólica offshore; Otimização layout; Bat algorithm; Wind power; Offshore wind farms; Turbine layout optimization
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/17662

Com o aumento da penetração da energia eólica na matriz elétrica global e brasileira, a análise de suas características se torna essencial. A otimização do layout das turbinas é crucial para maximizar a eficiência energética, minimizando o efeito de esteira (wake effect). Esse efeito reduz a velocidade do vento nas turbinas a jusante, resultando em menor potência extraída e aumento da carga estrutural devido à maior turbulência. Isso leva ao desgaste adicional e à redução da eficiência operacional das turbinas a jusante. Diversos modelos foram desenvolvidos para simular o efeito de esteira, cada um com características e aplicabilidades específicas. Cada modelo possui parâmetros distintos que devem ser calibrados adequadamente. A escolha do modelo depende das necessidades específicas de modelagem, complexidade do layout do parque, localização e disponibilidade de dados para calibração. Este trabalho propõe comparar esses modelos para usinas eólicas offshore no Brasil, visando determinar as diferenças de potência calculadas e os layouts identificados como ótimos para cada modelo. Este estudo analisa cinco modelos de efeito de esteira: Jensen, Larsen, Frandsen, 2D-k Jensen e Jensen Gaussiano, em um parque fictício e posteriormente em dois parques eólicos offshore em licenciamento no nordeste do Brasil. A análise possibilitou uma comparação detalhada da complexidade e da modelagem dos diferentes modelos, além de uma avaliação das variações nas estimativas de energia e nos layouts otimizados pelos algoritmos. O modelo de Jensen se destaca por sua simplicidade, enquanto o modelo de Frandsen e o de Larsen tendem a serem os mais otimistas. Em contraste, o modelo 2D-k Jensen e o Jensen Gaussiano apresentam uma perspectiva mais pessimista. Para resolver o problema de layout de parques eólicos, é necessário utilizar ferramentas computacionais e métodos apropriados devido à complexidade do problema como métodos heurísticos. Neste estudo, utilizou-se o Bat Algorithm (BA), uma técnica de otimização global inspirada na ecolocalização dos morcegos, que mapeia o ambiente e localiza presas e obstáculos usando ondas ultrassônicas. A análise comparativa dos modelos de efeito de esteira e a aplicação do BA para otimização de layout em parques eólicos offshore no Brasil destacam a importância de uma modelagem precisa e de métodos de soluções eficazes. A escolha adequada do modelo de efeito de esteira e a otimização eficiente do layout são essenciais para maximizar a geração de energia e assegurar a sustentabilidade e viabilidade econômica dos projetos eólicos offshore.