Avaliação do potencial eólico considerando o efeito da esteira aerodinâmica de turbinas através do modelo do disco atuador

• Autor(a) principal: Pezzi, Luiz Fernando
• Data de Publicação: 2017
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/165209
• topic: Engenharia mecânica; Wind Energy; Wind Energy Assessment; STAR-CCM+; CFD; Actuator Disk; Wind Turbine Wake

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, de modo que se verifica uma considerável redução na energia gerada por estas máquinas. Diante disso, compreender a influência da esteira aerodinâmica no campo de velocidades e, consequentemente, no potencial eólico e energia gerada por um conjunto de turbinas, é etapa fundamental em projetos de viabilidade econômica de parques eólicos. Este estudo tem como objetivo avaliar a influência da esteira aerodinâmica no campo de velocidades e na 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 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. As turbinas eólicas são modeladas através de discos atuadores que atuam no escoamento como um sumidouro de quantidade de movimento. 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. Verifica-se que a utilização do modelo do disco atuador para representação das turbinas eólicas produz resultados que vão ao encontro dos resultados existentes na literatura no que diz respeito ao déficit de velocidade presente na região de esteira. Adicionalmente, observou-se que, de fato, a energia gerada por turbinas operando na região de esteira é significativamente menor se comparado à energia gerada caso estas turbinas operassem livre dos efeitos de esteira. Os valores encontrados para a redução na energia anual gerada por cada turbina e energia anual gerada por todas as turbinas vão ao encontro de resultados encontrados em diversos estudos numéricos e experimentais realizados por outros autores.