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Figura 1 - Simulação CFD para a baixa da cidade de Montreal, Canadá.
Fonte - Adaptado de Gousseau, et. al. 2010

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Fuglsang P, Bak, C (2004) Development of the Riso wind turbine airfoils. Wind
Energy, 7 (2): 145-162.

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Geração de Energias Alternativas: Potencial Eólico e Complementaridade Solar

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Artigo desenvolvido em colaboração com o Professor Doutor Rui Pedro Julião na temática da modelação espacial. O artigo aborda questões relacionadas com o aproveitamento da energia eólica em meio urbano e a metodologia aplicada à avaliação do potencial energético e económico. O artigo não é baseado num estudo de caso.

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Geração de Energias Alternativas: Potencial Eólico e Complementaridade Solar

  1. 1. Geração de Energias Alternativas em Meio Urbano: Potencial Eólico e Complementaridade Solar Marc Santos Valente1, Rui Pedro Julião2 1) Faculdade de Ciências Sociais e Humana, Universidade Nova de Lisboa, Portugal marcvalent@gmail.com 2) Faculdade de Ciências Sociais e Humana, Universidade Nova de Lisboa, Portugal rpj@fcsh.unl.pt Resumo O presente artigo aborda a temática da microgeração, ou minigeração, das energias renováveis em meio urbano, nomeadamente a energia eólica auxiliada pela solar. Descreve-se sucintamente a metodologia utilizada pelo programa de referência de avaliação do potencial energético para os grandes parques eólicos, o Wind Atlas Analysis and Application Program (WAsP) onde é adoptada uma nova metodologia de análise de potêncial eólico em meio urbano. O método de avaliação estatístico utilizado no programa, a distribuição de Weibull – adoptado na metodologia proposta - é discriminado de forma mais pormenorizada. É incluído nesta abordagem os simuladores de comportamento de fluxos, os CFD (Computational Fluid Dynamics), uma vez que as urbes são meio complexos. A problemática da poluição sonora por parte dos aerogeradores, para além da visual, também é abordado bem como alternativas na tentativa da mitigação destas problemáticas. Esta análise tem como objectivo incentivar a produção de energias renováveis à escala local proporcionando, em última instância, decréscimos nos quantitativos de importação energéticas do país. Palavras chave: energias alternativas, WAsP, CFD, microgeração, meio urbano. 1. Introdução No panorama nacional, a dependência face à importação de fontes fosseis de energia é elevada e incontornável, uma vez que não existem fontes de extração de matérias-primas endógenas. Segundo a Direcção Geral de Energia e Geologia (DGEG), o petróleo é a fonte de energia mais importada no país. A forma mais eficaz de diminuir esta dependência é através de uma reformulação das estratégias energéticas no sentido de incentivar tanto a microgeração, no meio urbanos, como a geração de energia de grande escala. O enquadramento geográfico do país
  2. 2. proporciona quantitativos elevados de fontes de produção de energias renováveis (Costa, 2004; Gomes, 2011; Troen et. al., 1989). 2. As Renováveis e o País A diminuição dos quantitativos de importação de energias fosseis tem sido resultado dos incentivos por parte do Estado e de diversas empresas privadas que facilitam o acesso e à instalação das infra-estruturas. Segundo um relatório elabordado pela DGEG (Estatísticas Rápidas de Fevereiro de 2013 [ERF2013]), as renováveis chegam a representar mais de 50% do total da energia consumida. As energias renováveis que possuem maior expressão são: a hídrica e a eólica (75% do total das energias renováveis produzidas, ERF2013). A produção de energia de pequena escala, em contexto nacional, está condicionada a dois tipos de geração de energia (mini e microgeração) e a dois regimes remuneratórios (geral e bonificado) regulados pelo Decreto-Lei (DL) nº25/2013 de 19 de Fevereiro. A diferença entre estes está envolvida, sobretudo, nos valores envolvidos quer na potência nominal das turbinas como no custo efectivo da energia produzida. 3. Geração de Energia em Contexto Urbano: Metodologia A metodologia adoptada na análise do potêncial de geração de energia eólica é baseada na análise da distribuição estatística de Weibull. Esta é a abordagem estatística utilizada no programa tido como o de referência a este tipo de análises: Wind Atlas Analysis and Application Program (WAsP), desenvolvido por Landberg, Tren, et. al. do Laboratório Nacional RISØ sediado na Dinamarca. A tabela 1 serve de exemplo a um levantamento de campo cujos valores são posteriormente organizadas em frequências de ocorrência em classes de velocidade (tabela 2), referida como a distribuição de Weibull. De referir que este programa é utilizado a uma maior escala, o que não inviabiliza a utilização do método de Weibull a uma escala mais fina. O WAsP utiliza uma metodologia que pode ser dividia em três etapas (Caldas, 2010): análise ao meio, aplicação do método estatístico e cálculo do potencial económico de cada local. Num contexto
  3. 3. tão dissimétrico como o urbano, a primeira etapa do processo poderá não ser suficientemente preciso e ocultar informações importantes. As alterações ao fluxo natural do vento são provocados pelas diferenças de altura dos elementos, dos materiais que os compõem e dos fenómenos inerente ao meio (e.g. ilha de calor urbano). Revela-se, assim, necessária uma abordagem focada no comportamento do fluxo, sendo evidente o recurso a simuladores de comportamentos de fluxos (CFD – Computational Fluid Dynamics). Desta forma poder-se-á evidenciar potenciais locais de geração de energia eólica (e.g. Figura 1). Tabela 1 - Dados de vento em séries temporais. Fonte - Adaptado de Seguro, et. al. (1999) Tabela 2 - Dados de vento formatados em distribuição de frequência. Fonte - Adaptado de Seguro, et. al. (1999) A complementaridade da energia solar à eólica torna-se evidente no contexto da maximização à rentabilidade de cada local. Como esta é uma fonte de energia menos variável, em termos quantitativos e espaciais, a sua avaliação é mais directa. Conceptualemente, o processo envolve um cruzamento de informação entre a espacilização da informação radiométrica crítica ao arranque das turbinas dos aerogeradores e do resultado obtido a partir da análise dos locais-óptimos à produção de energia eólica.
  4. 4. Figura 1 - Simulação CFD para a baixa da cidade de Montreal, Canadá. Fonte - Adaptado de Gousseau, et. al. 2010 4. Valores e Impactos da Geração de Energia Os valores envolvidos numa mini ou microgeração de energia são bastante distintos dos grandes parques eólicos e solares. O regime de mini ou microgeração possui taxas que condicionam tanto a produção, reflectido na venda à rede, como o consumo de energia. Estes regimes, denominados de geral e bonificados, determinam, entre outros, a potência nominal da turbina. Todas as condições e regulamentos são geridos pelo Decreto-Lei (DL) nº189/88, de 27 de Maio, republicado no art.º 7.º do DL nº 168/99, de 18 de Maio, no DL nº339-C/2001, de 29 de Dezembro e no DL nº25/2013 de 19 de Fevereiro. De uma forma simplificada, sem ter em conta os regimes ao qual os consumidores estão sujeitos, o cálculo dos quantitativos energéticos bruto é feito respeitando a seguinte fórmula: em que a produção energética anual (En [MWhano]), expressa em MW, é calculada tendo em conta a frequência de ocorrência de uma determinada classe de vento f (ū), a potência nominal da turbina (Pwt(ū)), e o número de horas num ano (8760). Para além das vantagem ambientais que as energias renováveis trazem, existe sempre algum tipo de alteração ao ambiente natural onde as infra-estruturas de inserem. O caso do impacto visual e da poluição sonora são problemas a equacionar na aquisição destes equipamentos. Estes problemas são atenuados por novos desenhos de infraestruturas, que diluem o impacto visual, e o próprio
  5. 5. design das hélices é feito com o objectivo de mitigar o ruído, sem nunca desprezar o aproveitamento energético (e.g. Shigetomi, et. al., 2011, Fuglsang, et. al. 2004). 5. Conclusão A metodologia proposta, cujas características metodológicas foram adaptadas do programa de referência de análise ao potencial eólico (WAsP), nomeadamente o método de Weibull, adapta-se às necessidades de um meio tão complexo como o urbano. Os meios antropizados são grandes consumidores de energia e são, de uma forma geral, os menos autossustentáveis. O seu espaço, composto por diversas formas e materiais, alteram o comportamento de todos os elementos naturais ao qual está exposto, nomeadamente o fluxo natural do vento. Este é responsável por potenciar tanto a sua intensidade como a sua direcção. Estas são características que devem ser analisadas e definidos os locais com potencial à produção de energia. 6. Referências Costa P A (2004) Atlas do Potencial Eólico para Portugal Continental. Dissertação de Mestrado, Universidade de Lisboa, Lisboa. Decreto-Lei nº 25/2013 de 19 de Fevereiro, Diário da República - Ministério da Economia e do Emprego. [Acedido em Maio 2013]. http://www.edpsu.pt/pt/PRE/Microproducao/RegulamentaoDocs/DecretoLei%2025_2013.pdf Direcção-Geral de Energia e Geologia, Ministério da Economia e do Emprego (2013). Estatísticas Rápidas de Fevereiro de 2013. Lisboa [Acedido em Maio 2013].http://www.dgeg.pt/
  6. 6. Fuglsang P, Bak, C (2004) Development of the Riso wind turbine airfoils. Wind Energy, 7 (2): 145-162. Gomes N M (2011) Integração de Dados LiDAR com Imagens de Muito Alta Resolução Espacial para Determinação de Áreas Urbanas com Potencial Solar. Dissertação de Mestrado, Universidade Nova de Lisboa, Lisboa. Gousseau, P., Blocken, B., et. al. (2010) CFD Simulation of Polltant Gas Dispersion in Downtown Montreal, Canada. Departamento do Meio Urbanizado da Universidade Tecnológica de Eidhoven, Holanda. [Acedido em Maio 2013]. http://sts.bwk.tue.nl/urbanphysics/Gas%20dispersion%20in%20downtown%20Montreal .htm Martins J S, Moreira M, Afonso J l (2004) Medidas reguladoras, normas e legislação portugesa aplicável às enegias renováveis e sugestões. Simpósio sobre Energias Renováveis em Portugal 2: 25-30. Seguro, J. V., Lambert, T. W. (2000) Modern Estimation of the Parameters of the Weibull Wind Distribution for Wind Energy Analysis. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerdynamics 85: 75-84 Shigetomi, A., Murai, Y., Tasaka, Y., Takeda, Y., (2011) Interactive flow field around two Savonius turbines. Renewable Energy 36: 536-545. Troen L, et. al. (1989) European Wind Atlas. Riso National Laboratory, Bruxelas.

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