The integration of variable renewable energy sources (VRE) is likely to cause fundamental and structural changes to the operation of future power systems. In the United Kingdom (UK), large amounts of price-insensitive and variable-output wind generation is expected to be deployed to contribute towards renewable energy and carbon dioxide (CO2) emission targets. Wind generation, with near-zero marginal costs, limited predictability, and a limited ability to provide upward dispatch, displaces price-setting thermal power plants, with higher marginal costs, changing flexibility and reserve requirements. New-build, commercial-scale, and low-carbon generation capacity, such as CO2 capture and storage (CCS) and nuclear, may impact power system flexibility and ramping capabilities. Low-carbon generation portfolios with price-sensitive thermal power plants and energy storage are therefore likely to be required to manage increased levels of variability and uncertainty at operational timescales. This work builds on a high-resolution wind reanalysis dataset of UK wind sites. The locations of existing and proposed wind farms are used to produce plausible and internally consistent wind deployment scenarios that represent the spatial distribution of future UK wind capacity. Temporally consistent electricity demand data is used to characterise and assess demand-wind variability and net demand ramp events. A unit commitment and economic dispatch (UCED) model is developed to evaluate the likely operating regimes of thermal power plants and CCS-equipped units across a range of future UK wind scenarios. Security constraints for reserve and power plant operating constraints, such as power output limits, ramp rates, minimum up/down times, and start-up times, ensure the operational feasibility of dispatch schedules. The load factors, time spent at different loads, and the ramping and start-up requirements of thermal power plants are assessed. CO2 duration curves are developed to assess the impacts of increasing wind capacity on the distribution of CO2 emissions. A sensitivity analysis investigates the impacts of part-load efficiency losses, ramp rates, minimum up/down times, and start-up/shut-down costs on power plant operating regimes and flexibility requirements. The interactions between a portfolio of energy storage units and flexible CO2 capture units are then explored. This multi-disciplinary research presents a temporally-explicit and detailed assessment of operational flexibility requirements at full 8760 hour resolution, highlighting the non-linear impacts of increasing wind capacity. The methodological framework presented here uses high spatial-and temporal-resolution wind data but is expected to provide useful insights for other VREbased power systems to mitigate the implications of inadequate flexibility.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The growing global demand for electricity, increasing scarcity of the conventional energy sources and the need to reduce environmental impacts contributed to the pronounced development of new technologies based on clean and renewable energy sources. In this context, the wind power is the technology that has had a greater development in recent decades. This source has played an important role in the advancement of alternative sources in the world energy matrix, because the technology is already consolidated and is economically viable. Accompanying the technological development of the alternative sources, the induction generator has stood out among the generators with the technology best suited to generating electricity for isolated energy systems. With this motivation, this thesis proposes a new configuration for an isolated wind energy conversion system using variable speed turbines, in which the induction generator is electronically excited by means of a static compensator. Also, the generator is associated to a shunt active filter for compensation of non-linear and unbalanced loads, and with a battery bank for energy storage and DC bus stabilization. It is also discussed the main problems with the induction generator related to the magnetization characteristic and its dynamic model, and the proposed solutions to mitigate these problems. The results confirm the effectiveness of the proposed wind energy conversion system, showing its operational capability with variable load and variable turbine speed. Finally it is presented the main conclusions of this work and suggestions for future works in the same line of research. / O crescente aumento da demanda mundial de energia elétrica, a escassez cada vez maior das fontes convencionais de energia e a necessidade de redução dos impactos ambientais contribuíram para o acentuado desenvolvimento de novas tecnologias baseadas em fontes limpas e renováveis. Neste contexto, a energia eólica foi uma das tecnologias que mais se desenvolveu nas últimas décadas. Esta fonte tem desempenhado importante papel no avanço das fontes alternativas na matriz energética mundial, pois é uma tecnologia já consolidada e viável economicamente. Acompanhando o desenvolvimento tecnológico das fontes alternativas, o gerador de indução tem se destacado dentre as tecnologias de geradores mais adequadas para sistemas isolados de geração de energia elétrica. Com esta motivação, esta tese propõe uma nova configuração de conversão de energia eólica isolada, utilizando turbinas de velocidade variável, na qual o gerador de indução é excitado eletronicamente por meio de um compensador estático. Ainda mais, o gerador é associado a um filtro ativo shunt para a compensação de cargas não-lineares e desbalanceadas e a um banco de baterias para armazenamento de energia e estabilização do barramento cc, comum aos conversores. São discutidos os principais problemas relacionados ao gerador de indução para esta aplicação através da característica de magnetização e do seu modelo dinâmico, com as soluções propostas para mitigar estes problemas. Os resultados práticos e de simulação obtidos comprovam a efetividade da configuração de conversão de energia eólica proposta, mostrando a capacidade de operação do gerador com carga variável e velocidade variável da turbina. Por fim são apresentadas as principais conclusões e sugestões para trabalhos futuros na mesma linha de pesquisa.

Orientador: Odivaldo José Seraphim / Banca: Helenice de Oliveira F. Silva / Banca: Ivam Resina / Banca: Celso Eduardo Lins de Oliveira / Banca: Jair de Jesus Fiorentino / Resumo: A parte analítica desta pesquisa foi desenvolvida no Centro de Pesquisas do Agronegócio (CEPEAGRO) anexo ao curso de Administração e Agronegócio da UNESP - Campus de Tupã e a parte experimental no Departamento de Engenharia Rural da FCA, UNESP - Campus de Botucatu, localizado na Fazenda Experimental Lageado sediada no município de Botucatu-SP, com localização geográfica definida pelas coordenadas 22° 51' Latitude Sul (S) e 48° 26' Longitude Oeste (W) e altitude média de 786 metros acima do nível do mar. A geração de energia elétrica a partir de fontes renováveis começou a apresentar maior interesse a partir da crise do petróleo na década de 70. A partir desta época a utilização do potencial da energia solar e eólica tem crescido significativamente, dentre outras fontes renováveis de energia. A integração de sistemas de geração eólica e fotovoltaica com armazenamento de energia em baterias tem-se apresentado como uma forma de geração em que os problemas decorrentes da variabilidade na intensidade da energia eólica e solar, tornam-se possíveis pela complementação entre uma fonte e outra, ou pela maior estabilidade configurada à geração do sistema. O presente trabalho tem o objetivo de avaliar o desempenho de um sistema híbrido de energia eólico fotovoltaico gerando, através de elementos definidos pela geometria diferencial, um subconjunto tridimensional denominado Superfície Híbrida Eólica Fotovoltaica. Definiu-se a partir desta superfície sólidos geométricos com os quais foi possível dimensionar o volume da energia proveniente do sistema híbrido definido. Para a realização do trabalho, encontraram-se os volumes dos sólidos definidos pela Superfície Híbrida Eólica Fotovoltaica tendo como limitantes os planos definidos pela potência P = 0 , pelas irradiâncias g = g1 , g = g2 , g = g3 , e pelas velocidades do vento...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The analytic part of this research was developed in the Center of Researches of Agrobusiness (CEPEAGRO) enclose the course of Administration and Agrobusiness of UNESP - Campus of Tupã and the experimental part in the Department of Rural Engineering of FCA, UNESP - Campus of Botucatu, located in Experimental Finance headquartered Lageado in the municipal district of Botucatu-SP, with defined geographical location for the coordinates 22° 51 ' South Latitude (S) and 48° 26 ' Longitude West (W) and medium altitude of 786 meters above the sea level. The electric power generation starting from renewable sources began to present larger interest starting from the crisis of the petroleum in the decade of 70. Starting from this time the use of the potential of the solar energy and wind has been growing significantly, among other renewable sources of energy. The integration of systems of generation wind and photovoltaic with storage of energy in batteries have been presenting as a generation form in that the current problems of the variability in the intensity of the energy wind and solar, they become possible for the complementation among a source and other, or for the largest stability configured to the generation of the system. The present work has the objective of evaluating the acting of a hybrid system of energy wind photovoltaic generating, through defined elements for the differential geometry, a three-dimensional subset denominated geometric Hybrid Wind Photovoltaic Surface. It was defined starting from this surface geometric solids where it was possible dimensioned the volume of the originating from energy the defined hybrid system...(Complete abstract, click electronic access below) / Doutor

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FranciscoAFM.pdf: 1422041 bytes, checksum: 5ba006636ee4d36b274ed24d386fab11 (MD5) Previous issue date: 2007-12-21 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / At present, the electricity generation through wind energy has an importance growing in the world, with the existence of very large plans for future wind power installation worldwide. Thus, the increasing the electricity generation through wind power requires, more and more, analysis of studies of interaction between wind parks and electric power systems. This paper has as purposes to implement equivalent models for synchronous wind generators to represent a wind park in ATP program and to check behavior of the models through simulations. Simulations with applications of faults were achieved to evaluate the behavior of voltages of system for each equivalent model, through comparisons between the results of models proposed, to verify if the differences obtained allows the adoption of the simplest model / A gera??o de eletricidade atrav?s da energia e?lica teve, recentemente, um importante crescimento em todo planeta, com a exist?ncia de v?rios planos de instala??es de pot?ncia e?lica para o futuro. Dessa forma, o aumento na gera??o de eletricidade atrav?s da energia e?lica requer, cada vez mais, an?lise de estudos da intera??o entre os parques e?licos e os sistemas el?tricos de pot?ncia. Este trabalho tem como objetivos implementar modelos equivalentes de aerogeradores s?ncronos para representar um parque e?lico no programa ATP e examinar o comportamento dos modelos atrav?s de simula??es. Simula??es com aplica??es de faltas foram realizadas para avaliar o comportamento das tens?es do sistema para cada modelo equivalente, atrav?s de compara??es entre os resultados dos modelos propostos, para verificar se as diferen?as obtidas permitem a ado??o do modelo mais simples

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:58:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CarlosAB.pdf: 1249717 bytes, checksum: c205c3ac7994f2c6d8251901cda8facb (MD5) Previous issue date: 2007-01-24 / After the Protocol of Kyoto and of the ECHO 92 - Rio de Janeiro, the attentions of the world focus to the preservation of the environment and of the maintainable use of the natural resources. People were looking for preserving environment for the future generations. Ever since, solutions are looked for the supply of energy in its more acquaintances forms and the substitution of the use of fossil fuels for the such alternative forms as: Photovoltaics, solar heat systems for water, wind , bio-diesel, etc. and in this context the Company of Engineering of the State of Bahia - Cerb changed a diesel pumping system by an wind one, It?s the first community system of this nature in Bahia. Facing problems with the model, a Cerb involved the academic segment of the Federal Center of Technological Education of Bahia Cefetba looking for a solution. This work intends to demonstrate the possibilities of optimization of the pumping communit system that supply water to approximately 50 people in the place of Rom?o, municipal district of S?o Gabriel-Ba. Technical reports were published in AGRENERGD2004-Unicamp SP and Scientific Magazine ETC,Cefetba, 2005. A simulation of the increase of energy is presented for heights of 15 and 20m, considering the eletromecanical balance from the pumping energy to the wind turbine. From the accomplished bibliographical revision, we emphasized the mechanical aspects of the engineering once in UFRN, those studies concentrate on the Department of Mechanical Engineering while, in others eletroelectronic are more emphasized. Finally, documents that we judged important were enclosed for the perfect understanding of this work / A partir do Protocolo de Kyoto e da ECO 92- Rio de Janeiro, as aten??es do mundo est?o voltadas para a preserva??o do meio ambiente e do uso sustent?vel dos recursos naturais, preservando-os para as gera??es futuras. Desde ent?o, buscam-se solu??es para o suprimento de energia nas suas mais conhecidas formas e a substitui??o do uso de combust?veis f?sseis pelas formas alternativas tais como solar fotovoltaica, termo-solar, e?lica, bio-diesel, etc. e neste contexto a Companhia de Engenharia do Estado da Bahia (Cerb) substituiu um sistema de bombeamento com moto-bomba a ?leo diesel por um sistema de bombeamento com energia e?lica, primeiro sistema coletivo desta natureza. Diante dos problemas surgidos, partiu-se para a solu??o envolvendo o segmento acad?mico do Centro Federal de Educa??o Tecnol?gica da Bahia Cefet-BA. Este trabalho pretende demonstrar as possibilidades de otimiza??o do sistema de bombeamento comunit?rio que atende aproximadamente 50 pessoas na localidade de Rom?o, munic?pio de S?o Gabriel-Ba, tendo seus relat?rios t?cnicos publicados no AGRENERGD2004-Unicamp SP e Revista Cient?fica ETC, Cefet-BA, 005. ? apresentada uma simula??o da disponibilidade energ?tica para alturas de 15m e 20m, considerando o balan?o eletromec?nico desde o bombeamento at? o conversor e?lico. Da revis?o bibliogr?fica realizada, optou-se pela ?nfase aos aspectos mec?nicos da engenharia uma vez que na UFRN, esses estudos se concentram no Departamento de Engenharia Mec?nica enquanto que, em outras, os aspectos eletro-eletr?nicos s?o mais enfatizados. Finalmente, foram anexados documentos considerados importantes para a perfeita compreens?o deste trabalho

Turbinas eólicas usualmente são agrupadas em grandes parques, reduzindo o custo de instalação, transmissão da energia e manutenção periódica. A superposição das esteiras sobre turbinas adjacentes normalmente reduz consideravelmente a capacidade total, objeto de estudo de Micrositing. Porém, por vezes o “efeito Venturi” ocasionado pelas turbinas à montante induz maior velocidade às turbinas adjacentes aumentando o potencial eólico disponível nas linhas consecutivas. De forma inovadora empregar o Design Constructal de Bejan, o modelo do disco atuador genérico e a Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) para obter a melhor disposição geométrica das turbinas em uma área plana e não rugosa, com foco à maior potência extraída por área de turbinas instaladas. Para tal, modelar e predizer o comportamento da esteira é fundamental, assim como conhecer os modelos de esteira e a aplicabilidade dos métodos empregados. O Design Constructal é a fonte dos parâmetros geométricos base das simulações: o espaçamento entre as turbinas e as razões de diâmetros. Após 64 simulações semi-iterativas e mais de 60 iterativas verifica-se que o maior ganho em potência disponível por área é de 7,37% para a configuração V = 7m/s, S = 3D, d/D = 0.5, L = 3D e 8,48% para a configuração V = 11m/s, S = 3D; d/D = 0.25 & 0.5, L= 0.75D, valor relativo à execução de somente um diâmetro de 100 metros. / Usually wind turbines are grouped in large parks, reducing the cost of installation, energy transmission and periodic maintenance. But the overlapping of the aerodynamical wakes on adjacent turbines reduces the total capacity, Micrositing study. However, the "Venturi effect" caused by the turbines upstream sometimes increases the speed to the adjacent turbines increasing the wind potential available in straight lines. Innovatively employing the Design Constructal Bejan, the model of the actuator disc and Computational Fluid Dynamics (CFD) to search the best geometrical layout of the turbines on a roughless and flat area, focus on higher power extracted by area. To do this, model and predict the wake of behavior is fundamental, as well as know the aerodynamical wakes models and the applicability of the methods employed. The Design Constructal is the source of the simulation’s parameters: spacing between the turbines and the diameter’s ratio. After concluded 64 semi-iterative and iterative simulations, and more than 60 verifies, the best gain in available power per area is 7.37% for the configuration V = 7 m/s; S = 3d; d/D = 0.5; L = 3D. And the gain of 8.48% for the configuration V = 11m/s, s = 3D; d/D = 0.25 & 0.50; L = 0.75D, comparing to the implementation of just 100 meters diameter.

Simulações numéricas do escoamento atmosférico em microescala constituem o foco principal deste estudo. Estas simulações são abordadas tendo em vista aplicações para o setor eólico, em especial para avaliações de produção de energia em parques eólicos. Existem diversas categorias de incertezas associadas às estimativas de produção de energia para um projeto eólico, mas na maioria dos casos, a incerteza associada ao modelo de escoamento é a maior e mais relevante de todas. Dentro do setor eólico, o termo “modelo de escoamento” refere-se à ferramenta numérica utilizada para extrapolar o recurso eólico medido na posição das torres anemométricas (e sensores remotos) até as posições projetadas para os aerogeradores. Diversos autores sugerem através de estudos comparativos que os modelos tipo “CFD RANS k-ε” atualmente representam o “estado da arte” para aplicações em parques eólicos e são os mais utilizados comercialmente no setor. Contudo, o escoamento atmosférico livre é intrinsicamente turbulento, e a dinâmica dos escoamentos turbulentos é um campo científico que ainda não foi totalmente dominado pelo conhecimento humano. O presente estudo demonstra que a maioria dos “modelos de escoamento” atualmente disponíveis possuem pontos fracos, em especial quando aplicados em simulações do escoamento atmosférico livre sobre áreas com topografia e rugosidade complexas Uma das fraquezas presentes na maioria dos modelos de microescala para escoamento atmosférico é a “incapacidade” de simular com precisão o escoamento que ocorre durante períodos de “estabilidade atmosférica”. Diversos locais com elevado potencial eólico apresentam ciclos durante os quais as características do escoamento são afetadas pela ocorrência de estratificação térmica dentro da Camada Limite Atmosférica. Tendo como objetivo principal melhorar as simulações do escoamento nestas condições, propõe-se através deste estudo algumas modificações na modelagem “CFD RANS k-ε” tradicionalmente empregada. Dentre estas, destacam-se a inclusão de um perfil estratificado de temperatura potencial como condição de contorno, a inclusão dos efeitos das forças de empuxo no equacionamento “k-ε” e a solução simultânea das equações para balanço de energia e para o fluxo de temperatura potencial. Este modelo foi chamado de “RANS estável”. Para validação deste modelo foram utilizadas cinco torres anemométricas instaladas em um local com topografia complexa. Estas torres foram montadas e instrumentadas conforme as melhores práticas internacionais Os dados anemométricos registrados por essas torres demonstram a presença de ciclos diários de estabilidade atmosférica. Os erros de previsão cruzada foram calculados comparando-se as previsões de cada modelo com as medições reais registradas na posição das torres. O erro global médio de previsão cruzada entre torres anemométricas obtido com a composição dos modelos RANS “estável + neutro” foi de 3,8% enquanto o erro obtido apenas com o modelo RANS k-ε tradicional foi de 5,2%. Para o modelo linear WAsP, amplamente utilizado no setor eólico, o erro foi de 7,1%. Além dos erros de previsão cruzada entre torres, os perfis verticais de velocidade e os fatores de aceleração direcionais obtidos com a composição dos modelos RANS “estável + neutro” também sugerem que esta é uma alternativa versátil e promissora para capturar os ciclos de estabilidade atmosférica utilizando simulações numéricas em regime permanente. / Microscale numerical simulations of the atmospheric wind flow are the central focus of this study. These simulations are analysed from the wind energy perspective. Special attention is given to the usage and application of these simulations in energy production assessments for proposed wind farms. There are multiple uncertainty categories associated with energy production forecasts for future wind farms. However, in most cases the uncertainty factors related with wind flow modelling are the largest and most relevant of them all. The wording “flow model” refers to the numerical simulations (or “models”) that are used to extrapolate the anemometric data recorded at meteorological masts positions to the proposed wind turbine positions. Several authors have demonstrated through comparative studies that the “CFD RANS k-ε” models currently represent the “state of the art” when it comes to microscale wind flow simulations targeted at wind farms. Nonetheless, the atmospheric wind flow is turbulent by nature, and the dynamics of turbulent flows represent one of the scientific fields that have not yet been fully dominated by the human knowledge. The present study demonstrates that the majority of flow models currently available to mankind still lack in precision, even more so when it comes to modelling free atmospheric wind flow over complex terrain. One of the major weak spots of most microscale wind flow models is their inability to precisely simulate the wind flow that occurs during periods of atmospheric stability Numerous locations with large potential for wind energy production present cyclic periods of thermal stratification inside the atmospheric boundary layer. These cycles alter the dynamics and characteristics of the wind stream. With the purpose of improving wind flow simulations under stable atmospheric conditions, some modifications to the standard “RANS k-ε” model implementation are proposed. The most significant of these modifications are the usage of a potential temperature profile among the boundary conditions, the inclusion of the buoyancy forces in the “k-ε” equations and the simultaneous solution of the equations for energy balance and for potential temperature transport. This “modified” model was named “stable RANS”. It was validated using five well mounted meteorological masts installed in a location with complex topography. The anemometric data measured by these site masts suggest the existence of strong daily cycles of atmospheric stability. Cross prediction errors were calculated by comparing the forecasts (outputs) from each flow model against real wind data measured at each mast position The global average cross prediction error yielded by the RANS “stable +neutral” model was around 3,8%, whereas the error yielded by the traditional “RANS k-ε” implementation was near 5,2%. For the linear model WAsP the error was calculated to be 7,1%. In addition to cross prediction errors, the vertical wind speed profiles and speed-up factors calculated with the RANS “stable +neutral” model composition also suggest that it is a promising and versatile alternative for capturing the effects from atmospheric stability on wind flow using steady state numerical simulations.

Esta dissertação propõe um projeto de aerogerador que é composto de uma turbina eólica de cinco pás, acoplada a um difusor e um gerador elétrico, com a finalidade de gerar energia elétrica com ventos de velocidade a partir de 4 m/s. São apresentados os pressupostos teóricos referentes ao estudo e dimensionamento aerodinâmico de uma pá, baseados principalmente na teoria do disco atuador e na teoria aerodinâmica, através do método de Betz. É feito o estudo de um difusor para ser acoplado à turbina com o objetivo de aumentar o aproveitamento energético. No final foram estudadas as principais topologias utilizadas para a geração eólica e é selecionado o gerador síncrono de ímãs permanentes. A seguir foram estudadas e dimensionadas as partes ativas do gerador (diretamente envolvidas na conversão eletromagnética). É projetado um aerogerador trifásico com enrolamentos distribuídos. O rotor, que é acoplado às pás, localiza-se internamente. Os ímãs permanentes de Neodímio-Boro-Ferro são montados na superfície do rotor. Conclui-se com a avaliação do aerogerador proposto com base nas simulações computacionais de seu desempenho. / This thesis proposes a wind generator design which combines a five blade wind turbine that is attached to a diffuser and an electrical generator. The design aims to produce electric power from 4 m/s starting wind speeds. It presents the theoretical study concerning the design and aerodynamics of a blade, commonly based on the theory of actuator disc and aerodynamic theory, through the method of Betz. A study was conducted on a diffuser to be coupled to the turbine in order to increase the energy utilization. In the end, the main topologies used for wind generation were presented, and the permanent magnet synchronous generator was selected. Next, all the active parts of the generator (directly involved in electromagnetic conversion) were studied and determined. An outer stator with three-phase distributed windings was designed. The rotor, which is coupled to the blades, is located internally. The Neodymium-Iron-Boron permanent magnets are mounted on the rotor surface. It is concluded with an evaluation of the proposed wind generator in accordance with its behavior computational simulations.

A crescente demanda de energia dos dias de hoje, aliada aos graves problemas ambientais advindos da sua produção tem estimulado a procura de formas alternativas de energia. Dentre as diversas fontes de energia, as renováveis ganham expressão particularmente significativa. Neste contexto, a energia eólica revela-se uma aposta correta, a nível econômico, energético e ambiental. Por outro lado, a microprodução é apontada como uma das soluções para os problemas supracitados. Assim, a combinação de ambas as áreas tem sido alvo de especial interesse. Este trabalho visa caracterizar o vento em ambiente urbano, com particular interesse na possibilidade de seu aproveitamento energético. Um dos principais aspectos para determinar a viabilidade técnica e econômica de uma instalação eólica é a avaliação precisa da distribuição das velocidades de vento na área de aproveitamento. A instalação de turbinas eólicas em áreas urbanas tem determinado a necessidade de aprimorar a metodologia de previsão do campo de velocidades do vento visando à melhor determinação da distribuição dos equipamentos e aproveitamento do potencial existente. Neste contexto, esta dissertação apresenta um estudo sobre a aplicação da Dinâmica dos Fluidos Computacional - CFD para avaliação do potencial eólico e o comportamento do vento sobre um modelo de área urbana. Resultados numéricos com diferentes alternativas de modelagem do problema são comparados com dados de um experimento em túnel de vento e dados obtidos com CFD publicados na literatura, visando determinar uma metodologia adequada para avaliação do problema proposto. As simulações numéricas do escoamento de ar em área urbana são realizadas com o uso do programa ANSYS Fluent 13.0, que utiliza o método de volumes finitos para a solução das equações de Navier-Stokes com médias de Reynolds (RANS) e Simulação de Grandes Escalas (LES). O estudo é dividido em dois casos. No primeiro caso, a simulação da área em questão é realizada com as médias de Reynolds de forma a validar o modelo criado. No segundo caso, a simulação é realizada com o método de grandes escalas, cujos resultados serão explorados e comparados com o método RANS. Os resultados obtidos mostram essencialmente duas realidades, a primeira diz respeito à intensidade do recurso eólico e a segunda a sua particular complexidade. / The growing demand for today’s energy, combined with the serious environmental problems of its production, has stimulated the demand for alternative forms of energy. Among the various forms of energy, those that are based on renewable sources have been gaining a particularly significant space for discussion. In this context, the wind energy has proved to be a reliable source, energetically, economically and environmentally speaking. Furthermore, the micro production has been appointed as one of the solutions for the aforementioned problems. Thus, the combination of both these areas has particular interest. This work aims to characterize the wind in the urban environment, with particular interest for the possibility to carry out its energy. In this context this work presents a study on the application of computational fluid dynamics to evaluate the wind potential and the behavior of the wind on urban area. Numerical results with different alternatives for modeling the problem are compared with data from an experiment in wind tunnel and CFD simulation to determine one appropriate methodology for evaluation of the problem. The numerical simulations of the air flow over urban area are performed using the ANSYS Fluent 13.0 which uses the finite volumes method for solving the Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) and Large-Eddy Simulation (LES). The study is divided in two cases. In the first one, the simulation of the area is performed with the Reynolds Averaged Navier-Stokes to validate the model created. In the second case, the simulation is performed with the Large-Eddy Simulation, which will be explored and compared with the results with RANS method. The results obtained show essentially two realities, the first is related to the intensity of wind resource and the second due to its high complexity. It was noted that in the urban areas turbulence intensity is significantly higher than in the rural environment. The non-horizontal flow components showed a high dependence on geometry of the building. The brief comparison of results obtained by simulation software shows an acceptable approach to the wind velocity field. In terms of turbulence intensity, it’s over estimated by the software. It is concluded from the results obtained that the energy use in urban environment provides a delicate task, due to the low wind intensity and complexity of the resource.

O presente trabalho apresenta a modelagem do escoamento de ar sobre um terreno complexo empregando, e comparando os resultados, três programas comerciais de previsão de potencial eólico, WaSP, Meteodyn WT e WindSim. Por se tratar de um modelo simplificado, o programa WaSP nem sempre é adequado para previsão de energia em terrenos muito complexos pois não é capaz de prever turbulência, separação de escoamento e efeitos de estabilidade existentes neste tipo de terreno. Para que se consiga modelar a turbulência existente de maneira mais coerente, utilizam-se programas de mecânica dos fluidos computacional como o Meteodyn WT e o WindSim que modelam o escoamento através das equações médias de Reynolds. A finalidade do estudo é identificar a capacidade de previsão das velocidades de vento por meio de cada um dos programas em um parque eólico localizado na Chapada da Diamantina, tendo em vista que a correta previsão da produção de energia depende de um entendimento correto e detalhado dos recursos disponíveis. Avaliando apenas condição atmosférica neutra e comparando os resultados obtidos, conclui-se que o programa WindSim obteve o menor erro na estimativa da velocidade do vento, -3,7% quando comparado aos outros programas WaSP e Meteodyn, -5,1% e -6,5% respectivamente. O maior erro de aproximação foi obtido pelo programa WaSP, +11% quando comparado aos outros programas Meteodyn e WindSim, +10,6% e +7,9% respectivamente. Para o programa Meteodyn foram avaliados casos com diferentes condições de estabilidade, o erro máximo e mínimo foi de +10,6% e -6,5%, respectivamente em atmosfera estável, mantendo-se elevado. O programa WindSim permite a alteração de variáveis que são fixas no Meteodyn e também a simulação dos efeitos de estabilidade através da inclusão da equação de energia inicializada através do comprimento de Monin-Obukhov o que, implicou em uma melhora significativa nos resultados obtidos e em um maior tempo computacional. O erro, menor e maior, apresentado pelo programa WindSim foi reduzido a, -1,8% e +4,4% respectivamente. Destaca-se que as conclusões obtidas se aplicam ao caso estudado. / This work studies the air flow modeling over a complex terrain using and comparing the results of three commercial programs that estimates the wind field in a site: WaSP, Meteodyn WT and WindSim. Being WAsP a simplified model, it is not always suitable to estimate the flow in complex terrain because it is not able to predict the turbulence, flow separations and stability effects present in these kind of terrains. To model the existing turbulence two computational fluid mechanics programs i.e. Meteodyn WT and WindSim, which models the flow through the Reynolds Averaged Navier-Stokes equations have been used. This study aims to identify the wind speed predictive capacity of each program in a windfarm located on Chapada da Diamantina, as a correct production prediction depends on a correct estimation of the wind field. Evaluating only neutral atmospheric setup and comparing it with the measures, WindSim had the lowest wind speed estimation error, -3.7% compared with WaSP and Meteodyn programs, that provided -5.1% and -6.5% respectively. The greatest error was obtained by WaSP program, +11%, followed by Meteodyn, +10.6% and WindSim, +7.9%. WindSim enables changes in some variables that are fixed in Meteodyn and enables also the simulation of stability effects through the introduction of the energy equation with a Monin-Obukhov length initialization. For Meteodyn program different stabilities were evaluated, but the results obtained were not satisfactory. The maximum and minimum error were reduced to +10.6% and -6.5%, respectively, in stable atmosphere. Due to the specific site studied conditions the simulation of stability effects resulted in a significant improvement in the results even though a larger computational time. Enabling the energy equations setting up stable atmospheric stability, both WindSim errors are reduced to -1.8% and +4.4% respectively. It is noteworthy that the conclusions apply to the case studied.