ELETROSUL
0A
99/99/99
Rev.
Data
2012
Emissão inicial deste documento
Descrição da Revisão
Sigla
Sigla
Verificação
Aprovação
ELETROSUL
Centrais Elétricas SA
RELATÓRIO
PECN-P-ELRL-ESM-W05-0001
xxxxxx
CONTRATO/LICITAÇÃO:
Sigla
Elaboração
ELABORAÇÃO:
WV
28/02/12
VERIFICAÇÃO:
CRP
28/02/12
APROVAÇÃO:
AES
28/02/12
Relatorio – Características do Potencial
Eólico Coxilha Negra
Coxilha Negra – DEG/DIVISÃO/SETOR
Rev 0A
No. Fls. 11
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ELETROSUL
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ÍNDICE
1
PÁG.
INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 3
1.1
POTENCIAL EÓLICO E CONDIÇÕES CLIMÁTICAS ............................................................................................. 3
2
LOCALIZAÇÃO DAS ESTAÇÕES ANEMOMÉTRICAS ........................................................... 8
3
AS CARACTERÍSTICAS DO VENTO EM COXILHA NEGRA .................................................... 8
3.1
CONCLUSÃO ................................................................................................................................................. 12
Relatório – Características do Potencial Eólico
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INTRODUÇÃO
No objetivo de identificar as características de longo prazo e correlacionar o comportamento do
vento com a campanha de medição de vento obtida das estações anemométricas, os dados
oriundos de estações meteorológicas são fundamentais no processo. Em geral, as estações
meteorológicas são dotadas de estrutura semi-automática e agregam um grau de incertezas
computadas pelos órgão certificadores pelo afastamento dos locais em que um projeto de
energia eólica está prospectado.
Assim sendo, os dados de vento obtidos no local de instalação das estações anemométricas
são muito mais confiáveis por estarem localizadas no local de prospecção de um projeto e pelo
grau de acuracidade dos sensores nela instalados. Como premissa básica, os anemômetros
devem ser calibrados em túnel de vento, seguindo os procedimentos MEASNET.
Em virtude desta acuracidade e no atendimento à solicitação do IBAMA, informamos no
presente documento que os dados de vento atualizados das estações anemométricas refletem
as características climáticas em loco do potencial.
Geralmente, pelo afastamento substancial de uma estação meteorológica e pelas possíveis
lacunas de dados destas estações, os dados obtidos de estações meteorológicas nem sempre
refletem dados da atualidade.
Outro fator a comentar é que em muitas situações, a altura dos anemômetros das estações
meteorológicas não supera aos 20 metros e pela baixa altura de instalação, estão sujeitos aos
fatores de relevo e rugosidade (vegetação) com mais intensidade se comparados aos dados de
uma estação anemométrica.
Geralmente, no período em que as panes nos sensores das estações meteorológicas se tornam
repetitivas, os dados são comercializados para os períodos em que a consistência dos dados
são representativas para um determinado período, o que faz com que se tenha dados de
períodos mais antigos.
Na verdade, pane em estações meteorológocas e sobretudo em estações anemométricas,
podem fazer com que um projeto seja desabilitado para um Leilão, conforme Guia de
Habilitação da Empresa de Pesquisa Energética.
Perante a estes fatos nos sentimos mais seguros em passar ao IBAMA as características de
vento oriunda das estações anemométricas e que foram certificadas por órgão independente na
área de Energia Eólica.
Ilustramos no decorrer deste documento as características do potencial eólico no Rio Grande do
Sul e em especial às características do vento na Região de Coxilha Negra.
1.1
POTENCIAL EÓLICO E CONDIÇÕES CLIMÁTICAS
A dinâmica dos fenômenos climáticos no Rio Grande do Sul pode ser visualizada pelos vetores de
velocidade do vento durante o deslocamento das massas polares, representados em cor azul, na Fig.1
Relatório – Características do Potencial Eólico
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Uma amostra dessa dinâmica de ventos provocada por gradientes de pressão atmosférica, associada à
baixa rugosidade, comum das campanhas gaúchas podem resultar em potencial de ventos de 6,0 m/s até
8 m/s, com ocorrências de massas polares atuantes nestas regiões, assegurando concomitantemente
características sazonais próprias da região.
O ar frio possui maior densidade e é uma característica da alta pressão barométrica na área ocupada por
estas parcelas de atmosfera resfriada – que tem dimensão horizontal da ordem de 1000 km e são
geradas no Pólo Sul, dentro do processo de circulação atmosférica. Por ser mais densa, a massa fria
avança levando as massas de ar mais quentes à sua frente, o que causa as chuvas na sua parte frontal.
A chegada da frente é precedida por ventos de norte-noroeste, que trazem os ventos mais intensos,
porém de pequena duração. A passagem da frente é seguida pelo Minuano, sopro de ar polar, da direção
sudoeste, com velocidades que podem exceder 10 m/s por alguns dias.
No período apresentado na Fig.1 – Amostragem dos ventos de julho a agosto na Coxilha de Santana,
pode-se observar a passagem de pelo menos 5 frentes frias, marcadas por variações de 360º na direção
dos ventos; em uma ocorrência de evento, o vento médio de dez minutos (a 40 m de altura) atingiu 27 m/s
(97,2 Km/h) durante a chegada de uma frontal.
Apesar de não ser predominante, o Minuano agrega uma contribuição importante ao potencial eólico do
Rio Grande do Sul.
Fig. 1 - Amostragem dos ventos de Julho a Agosto na Coxilha de Santana
No interior do Estado do Rio Grande do Sul, na baixa rugosidade e aceleração orográfica das coxilhas de
campanha, muitos ventos se unem ao Minuano para compor um dos potenciais eólicos mais promissores
do Brasil. As características da sazonalidade são marcantes no Rio Grande do Sul, onde as estações
climáticas e os fenômenos atmosféricos identificam maiores níveis de velocidade média de vento entre
maio e novembro.
Os dados obtidos pela ELETROSUL, durante a campanha de medição do vento, possuem um
comportamento muito semelhante aos dados de longo prazo.
O Rio Grande do Sul, por situar-se na parte meridional do Brasil apresenta as maiores amplitudes
térmicas anuais, atingindo temperaturas no entorno ou abaixo de 0ºC durante o inverno, e dias quentes
com temperaturas acima do patamar de 30ºC com características climáticas úmidas durante o verão. A
região mais fria naturalmente, está situada nas maiores altitudes dos campos do alto da Serra do Mar
(1000 metros), enquanto a região mais quente está situada no extremo oeste do Estado.
A magnitude de flutuações de temperatura ao longo do ano pode implicar em variações superiores a 10%
na densidade do ar, com conseqüente influência na geração de energia proveniente dos ventos.
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O gradiente de pressão atmosférica entre a depressão do nordeste da Argentina e o anticiclone
subtropical Atlântico induz um escoamento persistente de leste-nordeste ao longo de toda a região sul do
Brasil. Desse escoamento resultam velocidades médias anuais de 5,5 m/s a 6,5 m/s sobre grandes áreas
da região. Entretanto, esse perfil geral de circulação atmosférica encontra variações significativas na
mesoescala e na microescala, por diferenças em propriedades de superfícies, tais como geometria e
altitude de terreno, vegetação e distribuição de superfícies de terra e água. Desses fatores podem resultar
condições e ventos locais que se afastam significativamente do perfil geral da larga escala da circulação
atmosférica.
Assim, ventos superiores a 7,0 m/s poderão ser encontrados nas elevações mais favoráveis do
continente, sempre associados à baixa rugosidade da campanha. Outra grande área com velocidades
superiores a 7,0 m/s está ao longo do extenso litoral até o extremo sul do Estado do Rio Grande do Sul,
onde os ventos predominantes de leste e nordeste são acentuados pela ação diurna das brisas marinhas,
ao longo dos meses de primavera, verão e início de outono.
Até o momento, ressaltou-se os regimes predominantes do vento. Porém, é muito importante ressaltar a
dinâmica das circulações do vento no Rio Grande do Sul, em especial o caráter intermitente das frentes
frias especialmente no outono, inverno e em parte da primavera. O vento Minuano possui velocidades
consideráveis caracterizado por baixas temperaturas, que sopra de sudoeste sobre a campanha gaúcha e
tem duração de três dias a cada passagem de ar polar. Esta dinâmica se faz presente durante o
deslocamento de uma massa de ar polar.
Por este fato tem-se um acréscimo na densidade do ar, resultando em uma região de alta pressão
barométrica na área ocupada por estas parcelas que estão em domínio destes efeitos climáticos. Pelo
fato da densidade do ar ser superior na região afetada, a massa fria avança sobre o continente e
paulatinamente empurrará as massas de ar mais quentes que estão à sua frente, causando as chuvas na
sua parte frontal. Ventos de norte e nordeste precedem a chegada da frente fria, trazendo os ventos mais
intensos e de pequena duração, prevalecendo em seguida o vento Minuano de sudoeste, podendo
exceder em sua velocidade a 10 m/s por alguns dias.
A sazonalidade no Rio Grande do Sul é marcante, o período compreendido entre outono e primavera
denuncia a sazonalidade de ventos cujo potencial eólico é expressivo.
A Figura 2 ilustra estas características abaixo.
Figura 2 – Características sazonais do clima no Rio Grande do Sul
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Os mapas abaixo ( Figura 3) apresentam a sazonalidade das chuvas no Estado do Rio Grande do Sul. As
séries climatológicas mostram uma das principais características do clima temperado subtropical do sul
brasileiro, com chuvas bem distribuídas ao longo do ano. As flutuações inter-regionais dentro do Estado
são de pequena magnitude, podendo-se notar uma tendência a índices de precipitação anuais crescentes
no sentido Sul-Norte, variando entre 1200mm e 2500mm anuais.
Figura 3 – Índice de precipitação trimestral no Rio Grande do Sul
Por outro lado, por situar-se na extremidade meridional do Brasil, o Rio Grande do Sul apresenta as
maiores amplitudes térmicas anuais, atingindo temperaturas no entorno ou abaixo de 0°C durante o
inverno, e dias quentes (>30°C) e úmidos durante o verão. A região mais fria naturalmente está situada
nas maiores altitudes dos campos do alto da serra, enquanto a região mais quente está no extremo oeste
do Estado.
Os mapas abaixo (Figura 4) apresentam, respectivamente, as temperaturas médias sazonais e a
temperatura média anual no Rio Grande do Sul, elaborados a partir de dados climatológicos, corrigidos
para altitude a partir do modelo digital de relevo
Figura 4 – Temperatura média sazonal no Rio Grande do Sul
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Esta magnitude das flutuações da temperatura ao longo do ano pode implicar em variações superiores a
10% na densidade do ar, com conseqüente influência na geração eólica. A densidade do ar [kg/m3] varia
com a altitude e a temperatura. Flutuações adicionais na densidade, porém menos acentuadas, ocorrem
devido às variações no índice de umidade do ar. Os mapas abaixo (Figura 5) apresentam as densidades
médias do ar - sazonais e anual no Estado do Rio Grande do Sul.
Figura 5 – Características sazonais da densidade do ar
O Modelo Digital de Relevo do Estado do Rio Grande do Sul foi desenvolvido na resolução horizontal de
1km x 1km, a partir das seguintes bases de dados:
- GTOPO30, base de dados globais de relevo da United States Geological Survey (USGS), na forma de
malha digital de cotas, com resolução nominal da ordem de 1km x 1km;
- GLOBE DEM, base de dados de relevo da National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA),
em resolução nominal da ordem de 1km x 1km;
Na elaboração do Modelo de Escoamento Atmosférico, foi necessária uma análise dos efeitos do relevo
local nos dados medidos em cada estação anemométrica, o que requeria uma resolução melhor que 1km
x 1km. Por isso foram elaborados modelos digitais de alta resolução (100m x 100m) para uma extensão
de 10km x 10 km no entorno das principais estações anemométricas do projeto, a partir de curvas de nível
e pontos cotados de cartas topográficas 1:50000 (DSG - Diretoria de Serviço Geográfico, Exército
Brasileiro);
Na realização dos modelos descritos acima, o Modelo de Relevo de todo o Rio Grande do Sul foi
automaticamente aferido por amostragem, nas áreas das torres anemométricas, onde foram
digitalizados/vetorizados os modelos de alta resolução a partir de cartas topográficas 1:50 000 (DSG).
Pelo menos 4 aferições adicionais também foram realizadas, por comparações com cartas topográficas
(DSG) de áreas identificadas como de especial interesse quanto ao potencial eólico. Assim sendo,
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ilustramos abaixo (Figura 8), o modelo de relevo para o Estado do Rio Grande do Sul. O mapa abaixo
apresenta o Modelo de Relevo do Estado do Rio Grande do Sul, elaborado na resolução horizontal de
1km x 1km, principalmente a partir da base de dados GLOBE (NOAA), aferido por amostragens nas áreas
explicitadas.
2
LOCALIZAÇÃO DAS ESTAÇÕES ANEMOMÉTRICAS
A Tabela 1 ilustra a localização das Estações Anemométricas. Os dados e gráficos aqui
expostos são referentes ao período certificado de dados de vento em 24 meses, informação de
suma importância para o cadastramento e habilitação técnica pela Empresa de Pesquisa
Energética para os Leilões de Energia patrocinados pela ANEEL.
Tabela 1 – Localização das estações anemométricas
Sítio
Local
Fazenda Paraíso
Município
Alturas de Medição
Longitude (W)
Latitude (S)
XUTM (Zona 21S)
YUTM (Zona 21S)
Altitude
Período de Operação
3
Livramento-02
Santana do Livramento, RS
25 e 52 m
Livramento-03
Faz. N. S. Aparecida
Santana do Livramento, RS
25 e 52 m
55º 49' 10,7''
55º 51' 31,9''
30º 58' 16,8''
31º 01' 52,0''
612721
608908
6572977
6566391
348 m
348 m
27/07/2005 em diante
01/08/2005 em diante
AS CARACTERÍSTICAS DO VENTO EM COXILHA NEGRA
A Figura 6 ilustra a imagem de satélite com o posicionamento das Estações Anemométricas
Livramento 2 e Livramento 3.
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Figura 6 – Localização das estações anemométricas
Temos abaixo as características e gráficos do período em que ocorreu a certificação de dados
anemométricos ( 01/06/2008 e 31/05/2010). A Figura 6 ilustra a freqüência de ocorrência de
direção do vento por setores e intensidade de ocorrência por setores para a região de Coxilha
Negra.
As medições foram elaboradas para 52 e 25 metros do solo com anemômetros calibrados.
A medição de direção do vento foi obtida por windvane situado a 48 metros do solo.
Figura 6 – Gráfico de freqüência e intensidade de ocorrência por setores para o vento.
A Figura 7 ilustra as características de intensidade de turbulência por setores e expoente de
camada limite por setores da Região de Coxilha Negra.
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Figura 7 – Intensidade de turbulência por setores e expoente de camada limite por setores
Na Figura 8 ilustramos o histograma de freqüência de ocorrência com a distribuição de Weibull
como característica importante dos ventos da região de Coxilha Negra.
Figura 8 – Histograma de freqüência de ocorrência das velocidades do vento
Cabe salientar que estas características evidenciadas pelas Figuras 6 e 7 são análogas para
ambas as estações anemométricas ( Livramento 2 e Livramento 3 ).
Expomos abaixo as características médias do período de 2 anos medidos no sítio Coxilha
Negra.
Tabela 2 – Características das medições no Sítio Coxilha Negra, correlacionadas com dados de
reanálises do NCAR/NCEP para dez anos.
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Os dados de velocidade foram correlacionados, numa base temporal diária, com uma série
virtual de dados com 10 anos, sintetizada através de modelação de mesoscala para o local onde
se encontra instalada a estação SL3.
Desta correlação foi estimado o valor de ajuste a efetuar nas velocidades médias da estação,
durante o período de medição, para o tornar representativo do longo-prazo. O fator de
correlação encontrado para o procedimento de ajuste foi considerado aceitável (r= 0,87).
Finalizando, dispomos na Tabela abaixo a correlação dos dados de longo prazo correlacionados
com os dados obtidos de estação anemométrica em Coxilha Negra.
Tabela 3 – Correlação com dados de longo prazo
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CONCLUSÃO
O potencial eólico oriundo de estação anemométrica em um sítio reflete as reais condições do
potencial eólico, da direção predominante dos ventos, rajadas e outras características
intrínsecas a um Projeto de Energia Eólica.
As condições de relevo e rugosidade (vegetação) interferem sensivelmente nos estudos do
potencial eólico de um sítio, que geralmente não são detectados por estações meteorológicas
mais afastadas dos locais de prospecção.
Pela necessidade de acuracidade em um sítio, vários equipamentos são instalados a alturas
cada vez mais elevadas para que se possa determinar as características da camada limite
atmosférica.
Neste sentido a representatividade dos dados oriundos de estações anemométricas são
utilizados para fins de correlação dos dados obtidos nas estações meteorológicas para o longo
prazo.
Buscando atender ao IBAMA, dispomos dados de maior consistência, oriundos de dados de
vento obtidos em loco, que oferece uma credibilidade no atendimento aos quesitos solicitados.á
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