Análise dinâmica da viabilidade da instalação da turbina eólica de eixo horizontal no ambiente offshore brasileiro / Dynamic analysis of the feasibility of installing a horizontal axis wind turbine in the Brazilian offshore environment

Authors

  • Mateus Alves Ferreira Brazilian Journals Publicações de Periódicos, São José dos Pinhais, Paraná
  • Luiz Antônio de Oliveira Chaves

DOI:

https://doi.org/10.34117/bjdv7n9-142

Keywords:

Energia eólica offshore, Turbina eólica horizontal, aerodinâmica de aerofólios, Simulação computacional.

Abstract

O direcionamento desse trabalho é a fonte renovável de energia eólica utilizada para reduzir o crescimento dos desequilíbrios ecológicos oriundos dos impactos ambientais causados pelo homem. Essa fonte é considerada uma das energias mais limpas do mercado e gera grandes fomentos econômicos com a viabilização no meio onshore ou offshore. No caso do ambiente marítimo, apresenta vantagens proporcionada pela maior velocidade dos ventos e menor incidência de turbulência, o que constitui uma opção proeminente para estudo e desenvolvimento. Nesse contexto, a presente pesquisa busca determinar a potência gerada pela turbina offshore em uma região na costa brasileira para um cenário específico. O método de pesquisa bibliográfica foi adotado para definição de parâmetros e modelos matemáticos, seguida da análise dos fenômenos em um estudo de caso. A investigação avaliou a região oceânica do estado do Rio de Janeiro mediante o documento Global Wind Atlas para a implementação da turbina eólica de eixo horizontal (TEEH) que apresenta vantagens ao setor residencial e industrial.  Na metodologia foi adotado o software Qblade para calcular a eficiência energética da turbina de “linha de base NREL de 5 MW” definida como modelo para a simulação em dois processos distintos. O primeiro investigou os parâmetros aerodinâmicos através do XFOIL/XFOIL5 e no segundo as formulações matemáticas selecionadas baseadas no método do momento do elemento da lâmina (BEM) foram usadas para avaliar o coeficiente de potência (), torque (T) e potência gerada pelo vento (P) em função do Tip Speed Radio (TSR). A disponibilidade de energia para a locação marítima é apresentada com os parâmetros de projeto demonstrando viabilidade complementar de produção de energia. A validação dos resultados também demonstrou potencial uso para suprimento energético nesse ambiente com posterior exploração da fonte eólica em outras configurações para potencial uso em empreendimentos marítimos.

References

ABEEólica; Associação Brasileira de Energia Eólica. Os bons ventos do Brasil, infovento 19. Disponível em: < http://abeeolica.org.br/2021/?post_type=docs&tax=dados-abeeolica>; fevereiro 2021.

ANDERSON JR, J. D.; Fundamentals of aerodynamics. 5. Ed. McGraw Hill, 2010.

ANEEL, Agência Nacional de Energia Elétrica.; Matriz energética cresce 383,66 MW em março e 682,61 MW no primeiro trimestre de 2021; abril 2021.

AMARANTE, O . A.; BROWER, M.; ZACK, J. Atlas do Potencial Eólico Brasileiro. Rio de Janeiro, 2001.

AKIMOTO, Hiromichi; TANAKA, Kenji; UZAWA, Kiyoshi. Floating axis wind turbines for offshore power generationa conceptual study. environmental research letters, Environ. Res. Lett. 6 (2011) 044017, 4 nov. 2011. doi:10.1088/1748-9326/6/4/044017, p. 7.

CASTRO, Nivalde de; LIMA, Antônio; HIDD, Gabriel; VARDIERO, Pedro. Perspectivas da Energia Eólica offshore. Agência Canal Energia. Rio de Janeiro, 06 de agosto de 2018.

CORKE, Thomas; NELSON, Robert. Wind Energy Design. 1. ed. CRC Press, 2018. 352 p. ISBN-10: 1138096024. April 12, 2018.

COUTINHO, Felipe Rodrigues. Metodologia híbrida CFD/BEM para a estimativa do desempenho de turbinas eólicas de eixo horizontal, Rio de Janeiro Dezembro de 2017.

DRUMM, Fernanda Caroline; GERHARDT, Ademir Eloi; FERNANDES, Gabriel D’avila; CHAGAS, Patricia; SUCOLOTT, Mariana Scheffer; KEMERICH, Pedro Daniel da Cunha. Poluição atmosférica proveniente da queima de combustíveis derivados do petróleo em veículos automotores, Revista do Centro do Ciências Naturais e Exatas - UFSM. Revista Eletronica em Gestão, Educação e Tecnologia Ambiental – REGET, e-ISSN 2236 1170, Abr, 2014.

DUTRA, Ricardo. energia eólica princípios e tecnologias. 1°. ed. CRESESB: Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito, 2008.

EPE, Empresa de pesquisa energetica. Roadmap Eólica Offshore Brasil: ,4 jan.2020. Disponível em: <https://storymaps.arcgis.com/stories/85011a3a5b5e4208abccf546cdd0de2f.>

FILHO, Oyama Douglas Queiroz de Oliveira. Uma metodologia simplificada para estimativa do aproveitamento eólico offshore no litoral Brasileiro estudo de caso: a ilha de itamaracá/PE. RECIFE, agosto, 2011.

FEDRIGO, Natália Sens; GONÇALVES, Guilherme; LUCAS, Paulo Figueiredo; GHISI, Enedir. Usos Finais de Energia Elétrica no Setor Residencial Brasileiro. Florianópolis, janeiro de 2009

GWEC -A , Global Wind Energy Council. Wind Power a cornerstone of the Global Economic Recovery: ES-Green-Recovery-Statement. Disponível em: <https://gwec.net/wind-industry-statement-on-economic-recovery-from-covid-19/>. Acesso em: 24 maio 2020.

GWEC , Global Wind Energy Council, Global Wind Report 2021, 25 março,2021. Dísponível em: < https://gwec.net/global-wind-report-2021/ >. Acesso em: 29 abril 2021.

HANSEN, M. O. Aerodynamics of wind turbines. Londres: Earthscan. (2008).

HERNÁNDEZ, Willmari Dayana Suárez. Análise do desempenho de uma turbina de eixo vertical de pás dobráveis, através de estudos analítico, numérico e experimental. Itajubá, MG - Brasil, 2016.

IEA, International Energy Agency. Offshore Wind Outlook 2019. Disponível em : https://www.iea.org/reports/offshore-wind-outlook-2019. Acesso em: 05/08/2020.

IRENA, International Renewable Energy Agency, Future of wind: Deployment, investment, technology, grid integration and socio-economic aspects (A Global Energy Transformation paper), Abu Dhabi, 2019.

JAMIESON, Peter. Innovation in Wind Turbine. Design. 2°. ed. Strathclyde University, UK: John Wiley & Sons Ltd, 2018. 482 p. ISBN 9781119137900.

JONKMAN, J., J.; BUTTERFIELD, S.; MUSIAL, W.; SCOTT, G. Definition of a 5-MW Reference Wind Turbine for Offshore System Development: Technical Report NREL/TP-500-38060. National Renewable Energy Laboratory, p. 1-75, 21 fev. 2009.

MAIOLINO, Priscilla; Análise Dinâmica de Turbina Eólica Offshore do Tipo Monocoluna. Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, 2014.

MANWELL, James, Jon McGowan, Anthony Rogers. Wind energy explained: theory, design, and application, 2nd ed; Wiley.; 2009; ISBN 978-0-470-01500-1.

MARGOTTO, Bruno Henrique Marques; Oliveira, Sara Martins de. Comparação entre o método de projeto de turbinas eólicas e CFD para o experimento NREL phase vi. vitória, 2017

MARTEN, David; WENDLER, Juliane. QBlade Guidelines v0.6. January 18, 2013. Dísponivel em: http://q-blade.org/project_images/files/guidelines_v06.pdf.

MELO, Martins de, Gilberto; ALEX, Mauricio Araujo. Um estudo da viabilidade de pequenos aerogeradores na produção de energia elétrica. Recife, 2009.

MME, Ministério de Minas e Energia. Número de usinas eólicas se aproxima de 500 instalações no país. 19/maio/2017. Disponível em: . acesso em: 12 out. 2019.

MORAIS, Adriano Átima de. Análise Numérico-Experimental da pá eólica do aerogerador modelo verne 555. Distrito Federal, 2017.

NGHIEM, Aloys; PINEDA, Iván. Wind energy in Europe: Scenarios for 2030. Wind Europe, p. 32, 1 set. 2017

OHLENFORST, Karin, SAWYER,Steve, DUTTON,Alastair, BACKWELL, Ben, FIESTAS, Ramon, LEE, Joyce, QIAO, Liming, ZHAO, Feng, BALACHANDRA, Naveen. Global wind report 2018. GWEC - Global Wind Energy, p. 61, 17 abr. 2019.

OLIVEIRA, Maurício Figuieredo de; Metodologia de aplicação de fontes renováveis para plataformas marítimas de produção de petróleo e Gás natural. São Paulo, 2013.

PAVINATTO, Eduardo Fiorini; Ferramenta para Auxílio à análise de viabilidade da conexão de Parques Eólicos à Rede Elétrica, Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, 2005.

PEREIRA , José Antônio Maciel; JESUS, João Damasceno de; CARVALHO, Eduardo Atem de; caracterização dos sistemas de geração elétrica dos fpsos em operação no brasil. ENGEVISTA, V. 17, n. 3, p. 433-443, setembro 2015

PINTO, M. O. Fundamentos de Energia Eólica. Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda., 2013.

QASIM, A.Y., R. Usubamato, Z. M. Zain, Ghulam Abdul Quadir. Design of flat vanes vertical axis wind turbine, Elixir Mech. Eng. 45 (2012) 7704-7708.

RAGHEB,M.;Optimal rotor tip speed radio, 2014. Disponível em:http://m ragheb. Com /NPR E%20 475%20Wind%20Power%20Systems/Optimal%20Roto r%20Tip%20Speed%20Rati o.pdf.

SANTOS, Rafael Macedo da Rocha. Desenvolvimento Econômico e Preservação do Meio Ambiente: uma Relação Possível ?: III Prêmio Serviço Florestal Brasileiro em Estudos de Economia e Mercado Florestal, 2015.

SOUZA, Sthefany Fernandes de. Análise e Simulação de Turbinas Eólicas de Eixo Vertical (Darrieus e Lenz2) e horizontal para o Dimensionamento de Geradores Elétricos. Campo Grande, 2018.

SILVA, Amanda Jorge Vinhoza de Carvalho; Potencial Eólico Offshore no Brasil: Localização de Áreas Nobres através de Análise Multicritério. Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, 2019.

SILVA, R. F., emulação de uma turbina eólica e controle vetorial do gerador deindução rotor gaiola de esquilo para um sistema eólico, Rio de Janeiro, RJ, 2012

UCZAI, Energias renováveis: riqueza sustentável ao alcance da sociedade, Série cadernos de altos estudos; n. 10, Conselho de Altos Estudos e Avaliação Tecnológica, 2012. ISBN 978-85-736-5974-0.

VITERBO, Jean Carlo, Geração de energia elétrica a partir da fonte eólica offshore, Escola politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2008.

WANG, Z., Tian, W., & Hu, H. A Comparative study on the aeromechanic performances of upwind and downwind horizontal-axis wind turbines. Energy Conversion and Management, 163, pg 100–110, 2018.

WENZEL, Guilherme München, Projeto aerodinâmico de pás de turbinas eólicas de eixo horizontal. Porto Alegre, novembro de 2007.

WU, Xiaoni; HU, Yu Hu; LIA, Ye; YANG, Jian; DUANA, Lei; WANG, Tongguang; ADCOCKG, Thomas; JIANGH, Zhiyu; GAO, Zhen; LIN, Zhiliang; BORTHWICK, Alistair; LIAO, Shijun. Foundations of offshore wind turbines: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Elsevier Ltd., n. 364-0321, 3 jan. 2019. https ://d oi.org/1 0.101 6/j.rser.20 19.01.012, p. 379-393.

Published

2021-09-09

How to Cite

Ferreira, M. A., & Chaves, L. A. de O. (2021). Análise dinâmica da viabilidade da instalação da turbina eólica de eixo horizontal no ambiente offshore brasileiro / Dynamic analysis of the feasibility of installing a horizontal axis wind turbine in the Brazilian offshore environment. Brazilian Journal of Development, 7(9), 88375–88397. https://doi.org/10.34117/bjdv7n9-142

Issue

Section

Original Papers