Avaliação do modelo WRF para aplicação em previsão de recursos eólicos no nordeste brasileiro

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Lucía Iracema Chipponelli Pinto
• Orientador(a): Enio Bueno Pereira, Fernando Ramos Martins
• Banca de defesa: Francisco José Lopes de Lima, Rosiberto Salustiano da Silva Junior
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Ciência do Sistema Terrestre
• País: BR
• Resumo em Inglês: The renewable energy resources are key to reducing greenhouse gas (GHG) emissions associated with the consumption of fossil fuels at regional and global scales. The wind power generation has been increasing since 2002 and now achieves almost 7.5% in the Brazilian electricity matrix. One of the major obstacles for the renewable sources, such as solar radiation and wind, is strongly related to their dependence to the meteorological conditions. The reliable resource assessment is a requirement to overcome this barrier providing quality information to support political and social strategies and also to allow effective management energy resources. The mesoscale meteorological models are tools that demand relatively low financial investment and can provide wind data to the energy sector. However, these models have limitations intrinsically related to the inability to reproduce all the physical processes that occur in the atmosphere at a finer horizontal resolution than the resolution adopted for numerical modeling. This work describes the study aimed at evaluating the WRF mesoscale meteorological model performance when different configuration for physical parametrizations are using (boundary layer, convection, microphysics and solar radiation). Some parametrizations were more adequate for one domain than for another, as the NEB was influenced by different meteorological systems. The WRF model was configured with 5 x 5 km domains (grids) with spatial resolution over the Brazilian Northeastern region (NEB). The location of such grids was determined using the cluster analysis methodology performed with data of wind speed observed at 121 automatic meteorological stations operated by the INMET in NEB during the period of 2008 to 2013. Regardless of the numerical parameterizations adopted, results showed a strong overestimation of wind speed by the WRF model. Comparisons of wind velocity were carried out between WRF forecasts and wind measurements for the months of May and November 2009 and 2012 in the different established domains. A case study was developed to investigate the reliability of the wind velocity forecasts. Also, the wind forecasts were evaluated with wind data measured in four anemometric towers (80 and 100 m) for locations where four wind power plants in operation at the NEB. It was observed that the model presented a strong tendency to overestimate the forecasts of wind intensity, except for the locality in the Piauí state. The statistical deviations (RMSE and Bias) presented by wind forecasts were still high. The study pointed out the difficulty is to set the WRF mesoscale numerical model to predict the wind intensity, but, when properly configured, it can significantly contribute to reach reliable information of wind velocity and consequently be reliable and readily available information for the wind energy sector.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2017/10.13.19.16

As energias renováveis são fundamentais para reduzir as emissões de gases de efeito estufa (GEE) associadas ao consumo de combustíveis fósseis em níveis regionais e globais. Além disso, a possibilidade de expansão do aproveitamento de energia eólica para a geração de eletricidade no Brasil é uma realidade. O uso eficiente das fontes renováveis, como solar e eólica, está fortemente relacionado com as condições meteorológicas da região de interesse. Isso requer informações confiáveis sobre a disponibilidade e variabilidade do recurso energético para que estratégias políticas e sociais sejam aplicadas com maior precisão na instalação de novas usinas geradoras e também permitir o gerenciamento eficaz das já existentes. Os modelos meteorológicos de mesoescala são ferramentas que demandam investimentos relativamente baixos e vem apresentando resultados favoráveis. Porém, também possuem limitações intrinsecamente relacionadas à impossibilidade em reproduzir os processos físicos que ocorrem na atmosfera em escala inferior a resolução horizontal adotada para a modelagem. Este trabalho apresenta uma série de testes de sensibilidade realizados como modelo meteorológico de mesoescala WRF configurado com diferentes parametrizações físicas (camada limite, convecção, microfísica e radiação). O modelo WRF foi configurado com 3 domínios (grades) de resolução 5 x 5 km sobre a região em estudo. A localização destas grades foi determinada a partir da análise de agrupamento realizada previamente com dados de velocidade do vento observadosem121 estações meteorológicas automáticas operadas pelo INMET no Nordeste do Brasil (NEB) durante o período de 2008 a 2013. Os testes de sensibilidade configuraram um total de 12 experimentos, para os 3 primeiros dias do mês de maio de 2009. Os resultados mostraram que independente das parametrizações adotadas, há uma forte tendência a superestimação da intensidade dos ventos pelo modelo WRF. Algumas parametrizações mostraram-se mais adequadas para um domínio do que para outro, em função do NEB ser influenciado por diferentes sistemas meteorológicos. Também foram realizadas comparações entre previsões do modelo WRF para os meses de maio e novembro de 2009 e 2012 e as medidas de velocidade do vento para os diferentes domínios estabelecidos. Avaliou-se o desempenho das previsões de velocidade do vento com dados medidos em quatro torres anemométricas (80 e 100 m) para localidades onde já estão em funcionamento quatro parques eólicos no NEB. Onde, constatou-se que o modelo continua apresentando uma forte tendência para a superestimação nas previsões da intensidade dos ventos, com exceção da localidade no estado do Piauí. Os valores dos índices estatísticos (RMSE e Viés) das previsões da velocidade do vento para os níveis das torres continuam elevados. O estudo mostrou a dificuldade dos modelos numéricos de mesoescala, em específico o WRF, para prever a velocidade do vento, mas apesar disso quando configurado corretamente ele pode contribuir de forma importante na obtenção de informações confiáveis do vento e consequentemente ser uma informação disponibilizada com confiabilidade para o setor de energia eólica.