AVALIAÇÃO DO POTENCIAL EÓLICO CONSIDERANDO O EFEITO DA ESTEIRA AERODINÂMICA DE TURBINAS ATRAVÉS DO MODELO DO DISCO ATUADOR
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. Em
parques eólicos de grande escala, parte dos
aerogeradores operam na região de esteira de
máquinas vizinhas, resultando em considerável
redução na energia gerada por estas máquinas.
Este estudo tem como objetivo avaliar a
influência do efeito de esteira no campo de
velocidades e na EAG (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
Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD)
STAR-CCM+. O conjunto de equações que
constitui o modelamento numérico é formado
pelas equações RANS combinadas ao modelo
de turbulência k-ε de constantes modificadas
para escoamentos atmosféricos. Condições
de contorno baseadas no regime de ventos
local, topografia e vegetação do terreno são
utilizadas para representação do escoamento
atmosférico sobre a região de interesse. A EAG
pelos aerogeradores quando consideradas as
regiões de esteira é comparada com a EAG
se cada aerogerador estivesse operando livre
dos efeitos de esteira. A redução na EAG pelas
turbinas que de fato operam na região de esteira
é de 1,124 GWh e 1,559 GWh, representando
perdas energéticas de 21,3% e 31,2%
respectivamente. No que diz respeito à EAG
pelo conjunto de turbinas, as perdas equivalem
a 3,190 GWh e representam uma variação de
14% quando comparado ao potencial eólico do
escoamento livre.
AVALIAÇÃO DO POTENCIAL EÓLICO CONSIDERANDO O EFEITO DA ESTEIRA AERODINÂMICA DE TURBINAS ATRAVÉS DO MODELO DO DISCO ATUADOR
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DOI: 10.22533/at.ed.66719220117
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Palavras-chave: Esteira Aerodinâmica, CFD, Potencial Eólico.
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Keywords: Wind Turbine Wake, CFD, Wind Energy Assessment
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Abstract:
At the same time that a wind
turbine extracts energy from the wind, it leaves
a downstream wake region characterized by
low wind speeds and increased turbulence
levels. In large-scale wind farms, wind
turbines are exposed to upstream wakes.
At this configuration, there is a considerable
reduction of the energy generated by these
machines. Thus, the wake effect is a factor that
must be considered in the accurate prediction
of wind power in order to maximize power
production. The aim of this study is to evaluate
Energia Solar e Eólica Capítulo 17 258
the influence of wind turbine wakes over the velocity field and in the annual energy
output by a set of turbines located in a real terrain based on the disk actuator approach
through the commercial code of CFD STAR-CCM+. The set of equations used for
numerical modeling of the problem is formed by the RANS equations combined with
the k-ε turbulence model of modified constants for atmospheric flow modeling. For
a more realistic representation of the real atmospheric flow on the local site, it is used
a set of boundary conditions based on the local wind anemometry data and the terrain
topography. For the two most affected turbines, it was found that the wakes accounted
for a 21.3% (1.124 GWh) and 31.2% (1.559 GWh) reduction in energy production
compared to the wakeless scenario. Regarding the total power production, it was
found a deficit of 3.190 GWh, which represents a reduction of 14% when compared to
the wind potential of the free flow.
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Número de páginas: 15
- Luiz Fernando Pezzi
