Otimização da configuração de parques hidrocinéticos: um estudo de caso com o Canal do Boqueirão
| Ano de defesa: | 2024 |
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Universidade Federal do Maranhão
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE/CCET
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| Departamento: |
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DA ELETRICIDADE/CCET
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Resumo: | This study focuses on the energy characterization of the Boqueirão Channel through the measurement and analysis of its tidal currents. The data obtained were used to model the area in the DELFT3D-FLOW® software, adjusting the boundary conditions to ensure an accurate representation of the tidal currents. The theoretical energy potential, considering an area of 1.5 km2 within the channel, contemplates the installation of a hydrokinetic park with horizontal-axis turbines equipped with diffusers, where the interaction effects between wakes are evaluated using simplified models. In this analysis, the Levelized Cost of Energy for the hydrokinetic farm was studied, highlighting the feasibility and economic competitiveness of this renewable energy source. The results showed that the turbine model used for the simulation was based on a new methodology for designing diffused rotor blades, combining preliminary analyses in Computational Fluid Dynamics using the actuator disk and the geometric design of the rotor. This process considered the influence of blades on the flow, demonstrating consistency in 3D simulations, where the power coefficient peaks at the design condition (a peak power coefficient of 0.415 normalized by the largest cross-sectional area of the diffuser or 0.905 when normalized by the throat area). The analyzed arrangements indicated that lateral spacings of 1.5D and longitudinal spacings of 55D minimize interference between turbines and maximize the power coefficient of the downstream device. |
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The data obtained were used to model the area in the DELFT3D-FLOW® software, adjusting the boundary conditions to ensure an accurate representation of the tidal currents. The theoretical energy potential, considering an area of 1.5 km2 within the channel, contemplates the installation of a hydrokinetic park with horizontal-axis turbines equipped with diffusers, where the interaction effects between wakes are evaluated using simplified models. In this analysis, the Levelized Cost of Energy for the hydrokinetic farm was studied, highlighting the feasibility and economic competitiveness of this renewable energy source. The results showed that the turbine model used for the simulation was based on a new methodology for designing diffused rotor blades, combining preliminary analyses in Computational Fluid Dynamics using the actuator disk and the geometric design of the rotor. This process considered the influence of blades on the flow, demonstrating consistency in 3D simulations, where the power coefficient peaks at the design condition (a peak power coefficient of 0.415 normalized by the largest cross-sectional area of the diffuser or 0.905 when normalized by the throat area). The analyzed arrangements indicated that lateral spacings of 1.5D and longitudinal spacings of 55D minimize interference between turbines and maximize the power coefficient of the downstream device.Este estudo concentra-se na caracterização energética do Canal do Boqueirão por meio da medição e análise de suas correntes de maré. Os dados obtidos foram utilizados para modelar a área no software DELFT3D-FLOW®, ajustando as condições de contorno para garantir uma representação precisa das correntes de maré. O potencial energético teórico, considerando uma área de 1,5 km2 dentro do canal, contempla a instalação de um parque hidrocinético com turbinas de eixo horizontal com difusor, onde são avaliados os efeitos de interação entre as esteiras por meio de modelos simplificados. Nesta análise, foi realizado o estudo do Custo Nivelado de Energia para a fazenda hidrocinética, destacando a viabilidade e a competitividade econômica dessa fonte renovável de energia. Os resultados mostraram que o modelo de turbina utilizado para a simulação baseou-se em uma nova metodologia de projeto de rotores com difusor, combinando análises preliminares no Computational Fluid Dynamics utilizando o disco atuador e o design geométrico do rotor. Este processo considerou a influência das pás no escoamento, demonstrando consistência nas simulações 3D, onde o coeficiente de potência atinge o pico na condição de projeto (coeficiente de potência de pico de 0,415 normalizado pela maior área da seção transversal do difusor ou 0,905 quando normalizado pela área da garganta). Os arranjos analisados indicaram que espaçamentos laterais de 1,5D e longitudinais de 55D minimizam a interferência entre turbinas e maximizam o coeficiente de potência do dispositivo que se localiza à jusante.Submitted by Jonathan Sousa de Almeida (jonathan.sousa@ufma.br) on 2025-02-05T18:36:13Z No. of bitstreams: 1 DiegoLeonardoSantosCosme.pdf: 33504074 bytes, checksum: 4f6f129ec0eab651fe14aa1c232d666f (MD5)Made available in DSpace on 2025-02-05T18:36:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DiegoLeonardoSantosCosme.pdf: 33504074 bytes, checksum: 4f6f129ec0eab651fe14aa1c232d666f (MD5) Previous issue date: 2024-12-16FAPEMAINEOFapplication/pdfporUniversidade Federal do MaranhãoPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE/CCETUFMABrasilDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DA ELETRICIDADE/CCETcusto nivelado de energia;energia de maré;energias oceânicas;turbinas hidrocinéticas;esteiras.Levelized cost of energy;tidal energy;ocean energy;hydrokinetic turbines;wakes.Geração da Energia ElétricaOtimização da configuração de parques hidrocinéticos: um estudo de caso com o Canal do BoqueirãoOptimization of the configuration of hydrokinetic parks: a case study with the Boqueirão Canalinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFMAinstname:Universidade Federal do Maranhão (UFMA)instacron:UFMAORIGINALDiegoLeonardoSantosCosme.pdfDiegoLeonardoSantosCosme.pdfapplication/pdf33504074http://tedebc.ufma.br:8080/bitstream/tede/5869/2/DiegoLeonardoSantosCosme.pdf4f6f129ec0eab651fe14aa1c232d666fMD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82255http://tedebc.ufma.br:8080/bitstream/tede/5869/1/license.txt97eeade1fce43278e63fe063657f8083MD51tede/58692025-02-05 15:36:13.546oai:tede2: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Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://tedebc.ufma.br/jspui/PUBhttp://tedebc.ufma.br:8080/oai/requestrepositorio@ufma.br||repositorio@ufma.bropendoar:21312025-02-05T18:36:13Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFMA - Universidade Federal do Maranhão (UFMA)false |
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