Energia eólica em alto mar: distribuição dos recursos e complementaridade hídrica

The stabilization of energy supply in Brazil has been a challenge for the operation of the National Interconnected System in face of hydrological and climatic variations. Thermoelectric plants have been used as an emergency source for periods of water scarcity. The utilization of fossil fuels, however, has elevated the cost of electricity. On the other hand, offshore wind energy has gained importance in the international context and is competitive enough to become a possibility for future generation in Brazil. In this scenario, the main goal of this thesis was to investigate the magnitude and distribution of offshore wind resources, and also verify the possibilities of complementing hydropower. A data series of precipitation from the Climatic Research Unit (CRU) Blended Sea Winds from the National Climatic Data Center (NCDC/NOAA) were used. According to statistical criteria, three types of complementarity were found in the Brazilian territory: hydro × hydro, wind × wind and hydro × wind. It was noted a significant complementarity between wind and hydro resources (r = -0.65), mainly for the hydrographical basins of the southeast and central regions with Northeastern Brazil winds. To refine the extrapolation of winds over the ocean, a method based on the Monin-Obukhov theory was used to model the stability of the atmospheric boundary layer. Objectively Analyzed Air-Sea Flux (OAFLUX) datasets for heat flux, temperature and humidity, and also sea level pressure data from NCEP/NCAR were used. The ETOPO1 from the National Geophysical Data Center (NGDC/NOAA) provided bathymetric data. It was found that shallow waters, between 0-20 meters, have a resource estimated at 559 GW. The contribution of wind resources to hydroelectric reservoir operation was investigated with a simplified hybrid wind-hydraulic model, and reservoir level, inflow, outflow and turbine production data. It was found that the hybrid system avoids drought periods, continuously saving water from reservoirs through wind production. Therefore, from the results obtained, it is possible to state that the good winds from the Brazilian coast can, besides diversifying the electric matrix, stabilize the hydrological fluctuations avoiding rationing and blackouts, reducing the use of thermal power plants, increasing the production cost and emission of greenhouse gases. Public policies targeted to offshore wind energy will be necessary for its full development.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

A estabilização da oferta de energia no Brasil tem sido um desafio para o planejamento do Sistema Interligado Nacional, diante das variações hidrológicas e climáticas. Termoelétricas são utilizadas como fonte emergencial no período de escassez hídrica. Porém a utilização de combustíveis fósseis tem elevado o custo de produção, da energia elétrica. Por outro lado, a energia eólica em alto mar (offshore) vem ganhando importância no cenário internacional, e tornando-se competitiva a ponto de tornar-se uma possibilidade futura de geração no Brasil. Nesse sentido, o objetivo principal desta tese foi investigar a magnitude e distribuição dos recursos eólicos offshore, verificando também possibilidades de complementaridade com a fonte hídrica. Para isto, foi utilizado uma série de dados de precipitação do Climatic Research Unit (CRU) e conjunto de dados satelitários de velocidade de vento do projeto Blended Sea Winds da National Climatic Data Center (NCDC/NOAA). De acordo com critérios estatísticos foi encontrado três tipos de complementaridade presentes no território brasileiro: hídrica hídrica, eólica eólica e hídrica eólica. Notou-se que houve complemento bastante significativo (r=-0,65) entre as fontes, hídrica e eólica, principalmente das bacias hidrográficas do sudeste e centro oeste com os ventos do Nordeste. Com intuito de refinar a extrapolação dos ventos sobre o oceano, foi utilizado método baseado na teoria de Monin-Obukhov para modelar a estabilidade da camada limite atmosférica. Foi utilizado o conjunto de dados de fluxos de calor, temperatura e umidade do Projeto Objectively Analized Air-Sea Flux (OAFLUX), além de dados de pressão ao nível do mar do projeto NCEP/NCAR e o modelo de relevo global ETOPO1 da National Geophysical Data Center (NGDC/NOAA). Verificou-se um bom recurso em águas rasas, entre 0-20 metros, estimados em 559 GW. A contribuição do recurso eólico em um reservatório, foi investigada com um modelo híbrido eólico-hidráulico simplificado que permitiu o cálculo do nível dos reservatórios a partir de dados de vazão afluente, defluente e produção de turbina. Notou-se que o sistema híbrido evita os períodos de estiagem, poupando continuamente água dos reservatórios através da produção eólica. Assim, a partir dos resultados obtidos, é possível afirmar que os bons ventos das costa brasileira podem, além de diversificar a matriz elétrica, estabilizar as flutuações hídricas evitando racionamentos e apagões, reduzindo o uso das térmicas que eleva o custo de produção e emite gases poluentes. Políticas públicas voltadas ao incentivo da energia eólica offshore serão necessárias para seu pleno desenvolvimento.