draft)
5.17.1 Geral
A altura e o diâmetro do rotor das turbinas eólicas tem aumentado nas últimas décadas devido à procura incessante de extrair mais energia do vento. Esta tendência levou à necessidade de definir perfis verticais de vento e à aquisição de dados de velocidade e de direção de vento a diferentes alturas de medição (ao longo do perfil vertical do rotor da turbina eólica).
Por exemplo, a medição das caraterísticas do vento para obtenção da curva de potência é realizada atualmente por mastros de medição. No entanto, a utilização de dispositivos de teledeteção (SODARs e LIDARs) irá permite medir as caraterísticas do vento ao longo do
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diâmetro do rotor e traçar perfis verticais de vento que incluem outras variáveis, tais como o
shear de vento, o veer de vento e a intensidade da turbulência, entre outras. No cálculo da
curva de potência, o draft de revisão da norma atual sugere o uso de tecnologias de teledeteção de modo a incluir as caraterísticas do vento referidas (velocidade do vento equivalente do rotor).
5.17.2 O que são dispositivos de teledeteção?
Antes de mais, é importante perceber minimamente o funcionamento destes dispositivos. A teledeteção (remote sensing) refere-se tipicamente à utilização de um sodar (Sound
Detection and Ranging) e/ou de um lidar (Light Detection and Ranging). De seguida
apresentam-se alguns exemplos dos dispositivos mencionados.
Figura 5-17: Exemplos de SODAR [13]
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Estes dispositivos utilizam a interação de impulsos (impulsos laser no caso do lidar ou acústicos no caso do sodar) com a atmosfera de modo a realizar medições, aplicando técnicas para detetar o movimento do ar na atmosfera e, dessa forma, inferir sobre as diferentes caraterísticas do vento, tais como o shear do vento, o veer do vento e a intensidade da turbulência. No caso do LIDAR, a radiação eletromagnética é refletida nas partículas da atmosfera e no caso do sodar, os impulsos sonoros são refletidos de diferentes maneiras tendo em conta a estrutura da atmosfera.
5.17.3 Anexo L da 2nd edição da IEC 61400-12-1
Neste anexo são descritas em pormenor:
1. A Classificação do dispositivo: Os diversos modelos de dispositivos de teledeteção a operar em determinadas condições serão classificados de uma forma análoga à utilizada para os anemómetros. Esta classificação baseia-se em ensaios da sensibilidade da precisão dos dispositivos perante variações nas condições atmosféricas, tais como, por exemplo, precipitação, shear de vento e temperatura. Este tipo de classificação fornecerá um indicador da precisão do dispositivo.
2. A Verificação do desempenho do dispositivo: As unidades individuais serão submetidas a ensaios de verificação de desempenho, cujas medições serão comparadas com as medições realizadas por dispositivos de referência. Isto indicará se o dispositivo está conforme a classificação realiza no ponto 1.
3. A Confirmação do desempenho do dispositivo durante a aplicação: Quando instalado
no local, algumas confirmações são requeridas para confirmar se o dispositivo ainda tem um desempenho de acordo com o seu tipo de classificação e com os resultados da verificação do seu desempenho.
4. A Avaliação das incertezas associadas às medições realizadas pelo dispositivo:
Trata-se de uma avaliação dos diferentes tipos de incertezas associadas às medições realizadas pelos dispositivos de teledeteção. Como, por exemplo: incertezas devido à montagem do dispositivo, incerteza devido ao tipo de classificação do dispositivo e incertezas sistemáticas resultantes do ensaio de verificação de desempenho, entre outras.
Devido à elevada extensão e complexidade deste Anexo L, durante o trabalho a que se refere a presente dissertação não foi realizada uma análise pormenorizada de todos os procedimentos associados ao emprego dos dispositivos de teledeteção quando implantados no ensaio da curva de potência. Tal análise constitui, assim, um ponto a considerar em estudos futuros.
No entanto, julga-se conveniente realçar aqui o facto de a corrente versão do draft referir algumas restrições ao procedimento, tais como [13]:
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A utilização de dispositivos de teledeteção só será possível quando monitorizado por um anemómetro montado num mastro de medição a uma altura correspondente, no mínimo, à altura “lower-tip” do rotor da turbina ou a 40 metros de altura.
Estes dispositivos só deverão ser utilizados quando montados em terra firme.
O uso da teledeteção para a avaliação do desempenho de potênca será limitada a terrenos planos, isto é, nas situações em que, de acordo com o Anexo B, a calibração do local não é requerida, tal como o descrito na secção 5.9.
5.17.4 Exemplo de aplicação de um sodar e de um lidar, caso estudo.
A título de exemplificação, é aqui analisado um estudo realizado pela empresa BRN - Barlovento Recursos Naturales, S.L. [12], onde foram realizadas diferentes campanhas de medição com a utilização de dispositivos SODAR e LIDAR.
O objetivo da inclusão deste estudo visa ajudar o leitor a compreender a importância da utilização dos dispositivos de teledeteção na análise do desempenho da curva de potência. O estudo apresenta exemplos onde o efeito do shear de vento, do veer do vento e da intensidade da turbulência é calculado com a utilização de sodars e lidars e incluído na avaliação do desempenho da curva de potência da turbina eólica.
No estudo referido são analisados os dados do vento recolhidos em diferentes locais, por mastros de medição e dispositivos de teledeteção, e a energia produzida anualmente pela turbina eólica.
5.17.4.1 Métodos e objetivos
A produção anual de energia foi calculada para diferentes valores de shear de vento, de
veer de vento e de intensidade da turbulência. No seu cômputo geral, tal estudo seguiu a versão
atual da norma IEC 61400-12-1, sendo os equipamentos de medição instalados e os dados analisados de acordo com a mesma.
5.17.4.2 Resultados
As próximas figuras apresentam alguns resultados de diferentes comparações da AEP em relação a diferentes valores de intensidade de turbulência, de veer de vento e de shear de vento.
Assim, a Figura 5-19 mostra a AEP calculada a partir de medições em comparação com AEP teórica, para intensidades de turbulência respetivamente superiores e inferiores a 8%. O que mostra que os valores baixos de intensidade de turbulência implicam uma baixa produção de energia (AEP), sendo a diferença mais significativa para velocidades médias do vento inferiores a 7 m/s.
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Figura 5-19: Comparação entre AEP calculada e AEP teórica [12].
O próximo exemplo (ver Figura 5-20), demonstra o baixo desempenho da turbina eólica em situações em que ocorrem diferenças significativas da direção do vento com a altura (veer de vento): altos valores de veer de vento implicam uma produção de energia abaixo do esperado.
Figura 5-20: Desempenho da turbina eólica em diferentes situações de veer de vento [12]. O veer de vento está intimamente ligado ao ciclo diurno de estabilidade atmosférica (ver Figura 5-21), mais frequente em estados de estabilidade atmosférica com forte estratificação atmosférica e em situações em que a velocidade do vento é inferior a 6 m/s.
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Figura 5-21: Relação do veer de vento com a estabilidade atmosférica [12].
A figura 5-22 mostra os resultados da AEP para valores de shear respetivamente inferiores e superiores a 0,20, onde valores mais baixos de shear implicam, neste caso, um melhor desempenho da turbina eólica.
Figura 5-22: Resultados da AEP para valores de shear inferiores e superiores a 0,20 [12].
5.17.4.3 Conclusões
O uso de dispositivos de teledeteção é uma opção a considerar na avaliação de turbinas eólicas. Além das suas vantagens, tais como a sua fácil implementação, o uso destes dispositivos irá permitir medir as caraterísticas do vento ao longo de todo o diâmetro do rotor da turbina
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eólica, caracterizando assim um conjunto de condições do vento que não eram consideradas na versão atual da norma. Estas situações especiais (alto valor de shear de vento, de veer de vento, e de turbulência) tem especial incidência no desempenho da AEP. Este aspecto deve ser levado em consideração na avaliação de parques eólicos de modo a promover uma constante melhoria nos resultados apresentados.