atlas do potencial eolico

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  • ODILON A. CAMARGO DO AMARANTECamargo Schubert Engenharia Elica

    MICHAEL BROWER E JOHN ZACKTrueWind Solutions

    ANTONIO LEITE DE SCentro de Pesquisas de Energia Eltrica/CEPEL

    BRASLIA, 2001

  • MENSAGEMO aproveitamento de energia elica no mundo cada vez mais consolida-se como uma

    alternativa vivel e limpa. Esse tipo de energia compe complementarmente matrizesenergticas de muitos pases e, uma vez que os ventos oferecem uma opo de supri-mento no sculo XXI, em conjunto com outras fontes renovveis, poder conciliar asnecessidades de uma sociedade industrial moderna com os requisitos de preservaoambiental.

    Os nmeros que indicam a crescente utilizao de energia elica, em vrias partes domundo, comprovam a maturidade da tecnologia que envolve e dos aspectos scio-econmicos que lhes so pertinentes. Consideradas a sua configurao geogrfica, assuas condies climticas e a necessidade e oportunidade de ampliar e revigorar a nossamatriz energtica, para o Brasil mostra-se absolutamente adequado e estratgico con-duzir esforos para acompanhar essa tendncia e implementar efetivamente a tecnologiada gerao de energia elica.

    Para esse fim, no entanto, torna-se indispensvel o levantamento de seu potencialelico com a mais moderna tecnologia de aquisio e tratamento de dados, condioessencial para que projetos de fazendas elicas se multipliquem, o que possibilitar atransformao dos bons ventos brasileiros em eletricidade para o nosso desenvolvimento.

    O ATLAS DO POTENCIAL ELICO BRASILEIRO, que ora lanamos, traduz o propsito deoferecer todos os dados relativos ao levantamento do potencial elico, no Brasil, cominformaes sobre vento de qualidade para uso em projetos de gerao elica em maiornmero e com maior confiabilidade.

    O Ministrio de Minas e Energia parabeniza as instituies e pessoas envolvidas naelaborao desse marco para o desenvolvimento da energia elica no Brasil, bem comose orgulha de entregar, aos pioneiros da energia elica brasileira e aos novos atores quesurgiro nessa rea, este importante instrumento de trabalho.

    JOS JORGE DE VASCONCELOS LIMA

    MINISTRO DE ESTADO DE MINAS E ENERGIA

  • APRESENTAOO ATLAS DO POTENCIAL ELICO BRASILEIRO cobre todo o territrio nacional. O seu

    objetivo fornecer informaes para capacitar tomadores de deciso na identificaode reas adequadas para aproveitamentos elio-eltricos. Este atlas destina-se a auto-ridades governamentais, planejadores do setor eltrico, agncias nacionais e interna-cionais de financiamento, instituies de fomento e investidores.

    Um dos fatores que limitam investimentos em empreendimentos elicos a falta dedados adequados e confiveis. Este atlas vem preencher parte dessa lacuna, apresen-tando informaes de qualidade sobre as reas com bom potencial elico no territrionacional e suas principais caractersticas, tais como: velocidade mdia, direo, regi-me e sazonalidade do vento.

    Na elaborao deste atlas foram empregadas ferramentas computacionais de lti-ma gerao para processamento dos dados utilizados na obteno das informaes deinteresse. Tais informaes so apresentadas em forma de diversos mapas, abrangen-do cada uma das regies brasileiras, Norte, Sul, Nordeste, Sudeste e Centro-Oestebem como a representao da superfcie total do pas.

    O ATLAS DO POTENCIAL ELICO BRASILEIRO constitui-se, assim, em um instrumentoindicativo fundamental para que se possa pr-avaliar os recursos elicos para geraode energia eltrica, sua principal finalidade, podendo tambm ser fonte de consultapara pesquisas acadmicas e cientficas, alm de outras possveis aplicaes que utili-zem dados dos ventos.

    AFONSO HENRIQUES MOREIRA SANTOS

    SECRETRIO DE ENERGIA

  • SUMRIO

    MENSAGEM

    APRESENTAO

    SUMRIO EXECUTIVO

    1. INTRODUO

    1.1 ESTUDOS DO POTENCIALELICO BRASILEIRO . . . . 9

    1.2 O BRASIL: GEOGRAFIA . . . . 9

    1.3 SISTEMA ELTRICO BRASILEIRO . . . . 10

    1.4 CLIMA E SAZONALIDADE . . . . 12

    2. FUNDAMENTOS DA ENERGIA ELICA

    2.1 ORIGEM . . . . 13

    2.2 HISTRICO . . . . 13

    2.3 PRINCPIOS E TECNOLOGIA . . . . 14

    3. METODOLOGIA

    3.1 O SISTEMA MESOMAP . . . . 15

    3.2 RESULTADOS DO MESOMAP . . . . 20

    3.3 LIMITAES DO MTODO . . . . 20

    3.4 VALIDAO DO MESOMAP . . . . 21

    4. POTENCIAL ELICO BRASILEIRO

    4.1 REGIMES DE VENTO SOBRE O BRASIL . . . . 23

    4.2 MAPAS DO POTENCIAL ELICO ANUAL . . . 25

    4.3 MAPAS DO POTENCIALELICO SAZONAL . . . . 31

    4.4 MAPAS DOS POTENCIAISELICOS REGIONAIS . . . . 37

    5. ANLISE

    5.1 POTENCIAL ELIO-ELTRICOESTIMADO . . . . 43

    REFNCIAS BIBLIOGRFICAS . . . . 45

    RELAO DE FIGURAS1.1 POSIO GEOGRFICA DO BRASIL . . . . 10

    1.2 RELEVO E PRINCIPAISBACIAS HIDROGRFICAS . . . . 10

    1.3 MOSAICO DE IMAGENS DE SATLITE . . . . 10

    1.4 SNTESE DO SISTEMAELTRICO BRASILEIRO . . . . 11

    1.5 MDIAS CLIMATOLGICAS SAZONAIS . . . . 12

    2.1 EVOLUO MUNDIAL DA CAPACIDADEELIO-ELTRICA . . . . 13

    2.2 ESTEIRA AERODINMICA E AFASTAMENTOENTRE TURBINAS ELICAS . . . . 14

    2.3 USINA ELIO-ELTRICA DEPRAINHA, CEAR . . . . 14

    2.4 CURVA TPICA DE POTNCIA DETURBINAS ELICAS . . . . 14

    2.5 VISTA GERAL DA FABRICAO DAS PSE MONTAGEM DA NACELE . . . . 14

    3.1 REGIES UTILIZADAS NO CLCULODA MESOESCALA . . . . 16

    3.2 MODELO DE RELEVO . . . . 17

    3.3 MOSAICO DE IMAGENS DE SATLITE (SPOT) . . . . 18

    3.4 MODELO DE RUGOSIDADE . . . . 19

    3.5 FREQNCIA DE OCORRNCIA DE VENTOBASEADO NA CURVA DE WEIBULL . . . . 20

    3.6 EXEMPLO DE DETALHES NA SUBESCALA:RIO DE CONTAS, BAHIA . . . . 21

    3.7 REGRESSO LINEAR PARAAJUSTE DE VELOCIDADE . . . . 22

    4.1 DISTRIBUIO GERAL DOS VENTOS . . . . 23

    4.2 MOSAICO SPOT SOBRE RELEVO 3D . . . . 24

    5.1 POTENCIAL ELICO ESTIMADO . . . . 44

    RELAO DE MAPAS

    POTENCIAL ELICO BRASILEIRO ANUAL

    VELOCIDADES MDIAS ANUAIS E FLUXOS DEPOTNCIA ELICA . . . . 26

    DIREES PREDOMINANTES ANUAIS. . . . 27

    REGIMES DIURNOS MDIA ANUAL . . . . 28

    K FATOR DE FORMA DEWEIBULL MDIA ANUAL . . . . 29

    POTENCIAL ELICO BRASILEIRO SAZONAL

    VELOCIDADES MDIAS TRIMESTRAIS . . . . 32

    RAZO ENTRE A VELOCIDADE MDIATRIMESTRAL E A ANUAL . . . . 33

    DIREES PREDOMINANTES . . . . 34

    K FATOR DE FORMA DEWEIBULL MDIAS SAZONAIS . . . . 35

    POTENCIAL ELICO REGIONAL

    NORTE . . . . 38

    NORDESTE . . . . 39

    CENTRO-OESTE . . . . 40

    SUDESTE . . . . 41

    SUL . . . . 42

  • SUMRIO EXECUTIVO

    ESCOPO: O presente ATLAS elico abrange todo oterritrio brasileiro. Seu objetivo fornecer informaesrelativas aos ventos, na resoluo adequada, para capaci-tar tomadores de deciso na identificao de reas paraaproveitamentos elio-eltricos.

    CONTEXTO: A gerao elio-eltrica expandiu-seno mundo de forma acelerada ao longo da ltima dca-da, atingindo a escala de gigawatts. Um dos fatores quelimitam investimentos em empreendimentos elicos temsido a falta de dados consistentes e confiveis. A maioriados registros anemomtricos disponveis mascarada porinfluncias aerodinmicas de obstculos, rugosidade erelevo. A disponibilidade de dados representativos importante no caso brasileiro, que ainda no explorouesse recurso abundante e renovvel de forma expressiva.

    ESTE ATLAS DO POTENCIAL ELICO BRASILEIRO tornou-se possvel mediante o desenvolvimento, nos ltimos trsanos, de um abrangente sistema de software demodelamento numrico dos ventos de superfcie chama-do MesoMap. Esse sistema simula a dinmica atmosf-rica dos regimes de vento e variveis meteorolgicascorrelatas a partir de amostragens representativas de umbanco de dados validado. O sistema incluicondicionantes geogrficas como relevo, rugosidadeinduzida por classes de vegetao e uso do solo,interaes trmicas entre a superfcie terrestre e a atmos-fera, includos os efeitos de vapor d'gua. No caso pre-sente, as simulaes empregaram uma base de dados doperodo compreendido entre 1983 e 1999. Essas simula-es foram balizadas por referncias existentes, tais comogrades de dados meteorolgicos resultantes de reanlises,rdiossondagens, vento e temperatura medidos sobre ooceano e medies de vento de superfcie j realizadasregionalmente no Brasil. Entre essas ltimas, foramselecionadas apenas as medies com qualidade neces-sria para referenciar o modelo ou, na falta destas, fo-ram utilizadas referncias pr-existentes representativasde grandes reas, conforme se indica no quadro a seguir.

    OS RESULTADOS dessas simulaes so apresenta-dos em mapas temticos por escalas de cores, represen-tando os regimes de vento e fluxos de potncia elica naaltura de 50 metros, na resoluo horizontal de 1km x1km, para todo o pas. Os mapas revelam que existemextensas reas com potencial promissor para o aprovei-tamento elio-eltrico em todas as regies do Brasil.Sugere-se a consulta direta aos mapas dos potenciaiselicos deste ATLAS, para uma sntese e identificao de-talhada das melhores reas.

    OS MAPAS DO POTENCIAL ELICO ANUALrevela uma importante complementaridade geogrficaentre os potenciais elico e hidrulico no Brasil: de modogeral, as melhores reas para aproveitamento elico si-tuam-se nas extremidades do sistema eltrico, distantesda gerao hidreltrica. Nessa situao, a insero deenergia elica no sistema eltrico melhora seu desempe-nho.

    OS MAPAS DO POTENCIAL ELICO SAZONALtambm confirmam a existncia de complementaridadesazonal entre os regimes naturais de vento e as vazesnaturais hdricas na parcela hidreltrica predominantedo sistema eltrico brasileiro atual. Nesse sistema, a in-sero de energia elica potencializa uma maior estabi-lidade sazonal na oferta de energia.

    As oportunidades para o uso de gerao elica isoladaso geograficamente mais abrangentes, pois turbinaselicas pequenas so muitas vezes capazes de atender sdemandas isoladas com velocidades menores de vento.Para esse tipo de aproveitamento existem amplas reasem todo o Brasil, com exceo da Floresta