Modelagem e simulação numérica de turbinas eólicas de eixo horizontal offshore. - Oliveira, Marielle de (2023)
À medida que a demanda global de energia aumenta, resultando em preocupações com poluição ambiental e crises energéticas, o uso de fontes renováveis de energia tem sido incentivado para reduzir os impactos causados pelo uso de combustíveis fósseis. Entre as fontes renováveis, a energia eólica offshore é uma solução promissora para contribuir para o fornecimento de energia devido a vários benefícios, incluindo velocidades do vento mais altas e consistentes em comparação com locais em terra. Turbinas eólicas offshore são normalmente maiores do que turbinas onshore, e para melhorar a eficiência e confiabilidade destes grandes equipamentos, simulações numéricas se tornaram uma ferramenta essencial para prever o comportamento aerodinâmico da turbina eólica em escala real sob diferentes condições de vento, devido às limitações dos testes experimentais em representar as condições de operação do sistema. Desde a primeira simulação de alta resolução dos escoamento ao redor das pás de uma turbina eólica, diversas pesquisas considerando diferentes metodologias numéricas têm sido realizadas para compreender os efeitos aerodinâmicos tridimensionais transientes nas pás do rotor. A adequação de cada método numérico é determinada com base no objetivo específico de cada análise. Para investigar a geometria completa da turbina eólica, incluindo uma alta resolução da geometria das pás simulações que resolvem o escoamento ao redor das pás da turbina são cruciais para aprimorar a capacidade de prever a aerodinâmica da turbina eólica. Embora a metodologia de dinâmica dos fluidos computacional (CFD) tenha sido comprovada como eficaz para avaliar o comportamento aerodinâmico transiente do escoamento ao redor das pás da turbina eólica, bem como a geração de vórtices que formam a sua esteira, apenas algumas investigações usando tal método consideraram a geometria da turbina eólica em seu tamanho real de protótipo em escala de megawatts, devido à complexidade da simulação numérica e dos recursos computacionais necessários. Portanto, para maximizar a confiabilidade da metodologia de CFD como ferramenta no desenvolvimento de turbinas eólicas offshore, esta tese fornece uma base sólida sobre o impacto substancial dos métodos numéricos considerados no setup das simulações na precisão dos resultados obtidos e nos custos computacionais associados. As análises foram feitas para duas turbinas eólicas teóricas para aplicações offshore, a NREL 5 MW e a IEA 15 MW.