Maximização da eficiência de parques eólicos por otimização do posicionamento espacial dos aerogeradores

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Cavalcanti, Matheus Beserra
• Orientador(a): Gomes, Herbert Martins
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Parque eólico; Dimensionamento de estruturas; Aerogeradores; Eficiência energética; Otimização
• Palavras-chave em Inglês: Wind energy; Metaheuristic optimization; Wind turbines; Spatial positioning; Wake model; Turbine height difference; Micrositing
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/258393

A otimização de um processo pode ser compreendida como sendo a busca por maximizar ou minimizar uma função objetivo sujeita a um conjunto de restrições e que descreve o problema analisado. Com o avanço da tecnologia, processos de otimização têm sido cada vez mais aplicados em diversas áreas, como, por exemplo, a de energias renováveis. Dentre estas, a energia eólica tem aumentado a sua participação na matriz energética de diversos países, consolidando-se como uma fonte alternativa de energia sustentável, obtida convencionalmente a partir de parques eólicos. Na construção de empreendimentos deste tipo, deve-se atentar para que a disposição dos aerogeradores seja tal que as turbinas não tenham sua produção reduzida em função das esteiras aerodinâmicas geradas no processo de extração da energia cinética do vento pelos demais aerogeradores do parque. A esse efeito dá-se o nome de efeito esteira, o qual deve ser fortemente evitado em função do seu grande impacto sobre a produção total de energia. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo otimizar o layout de parques eólicos, visando maximizar a eficiência energética através da aplicação de abordagens metaheurísticas. Na análise da influência do efeito esteira sobre a eficiência do aerogerador, é considerado uma modelagem que emprega uma abordagem amplamente aplicada e reportada na literatura, para a qual propõe-se um melhoramento da formulação para consideração de diferença de altura entre os aerogeradores. Além disso, são relacionados fatores como condições do vento através da rosa dos ventos local, bem como características físicas e de operação dos aerogeradores, além de características do solo como a rugosidade do terreno. Na análise, são avaliados 2 casos amplamente discutidos na literatura, além do caso de um parque eólico hipotético com condições de relevo distintas, localizado no estado do Rio Grande do Sul, Brasil. Os resultados obtidos para os casos reportados na literatura evidenciam a obtenção de resultados melhores do que aqueles obtidos por outras metodologias, fazendo a validação da aplicabilidade da abordagem metaheurística na análise desse tipo de problema. Por sua vez, na análise do parque eólico hipotético, o algoritmo obtém valores de eficiência acima dos 97% em todos os casos, evidenciando a capacidade do algoritmo em explorar as condições do terreno para dispor os aerogeradores de forma otimizada.