Micrositing é o campo do posicionamento estratégico dos aerogeradores na área do parque eólico visando a con guração mais promissora em termos econômicos ou de produção. Dado que em terrenos complexos as características do vento variam na área do parque eólico de forma não-linear, emprega-se a modelagem numérica do vento por CFD para extrapolar os dados medidos para toda a região. O presente trabalho consiste no desenvolvimento de uma metodologia de micrositing em terrenos complexos capaz de auxiliar no projeto do layout e seleção do tipo e altura de eixo do aerogerador que maximiza o fator de capacidade (FC) utilizando softwares livres de código aberto. A metodologia consiste na simulação do vento para várias direções de incidência, assimilação das medições, convers ão de velocidade em densidade de potência, ponderação por frequência de ocorrência de cada direção, sobreposição, seleção das coordenadas dos aerogeradores e cálculo do FC para diversas con gurações de tipo e altura de eixo dos aerogeradores. Veri cação, validação e seleção das constantes do modelo de turbulência é realizada anteriormente às simulações Veri cou-se que o modelo k- produziu um escoamento horizontalmente homog êneo e que o melhor desempenho na validação foi obtido com a escolha de constantes para escoamentos atmosféricos. A metodologia foi demonstrada em uma região de terreno complexo em que o FC do parque eólico proposto apresentou caráter convergente com o re no progressivo da malha, porém oscilatório em termos do número de direções simuladas. Por m, obteve-se FC brutos superiores a 40% para as cinco melhores con gurações e de aproximadamente 52% no melhor caso, indicando bom potencial eólico. A metodologia foi capaz de preencher uma lacuna na literatura cientí ca de micrositing ao possibilitar o planejamento do layout, tipo de aerogerador e altura de eixo, bem como a estimativa da produção e FC brutos da usina em terrenos complexos. Além disso, a estrutura de trabalho com o uso de recursos computacionais livres e de código aberto reforça o caráter de desenvolvimento contínuo, compartilhamento e transparência da metodologia. / Micrositing is the eld concerned with the strategic positioning of wind turbines in the wind farm area aimed at the most promissing con guration economically- or yield-wise. Given the wind characteristics vary non-linearly across the wind farm area in complex terrain, numerical wind modeling with CFD is employed to extrapolate the measured data to the whole site. The present work consists of the development of a micrositing methodology in complex terrain capable of assisting the layout project and selection of wind turbine type and hub height that maximizes the capacity factor (CF) using free and open-source software. The methodology consists of simulating the wind for a number of incoming directions, assimilation of measurements, conversion of wind speed into power density, weighing by frequency of occurrence of each direction, overlapping, selection of wind turbine coordinates and CF calculation for a number of wind turbine types and hub heights. Veri cation, validation and selection of turbulence model constants is performed previous to the simulations It was veri ed that the k- model is able to sustain horizontally-homogeneous ow and that the classic atmospheric ow constants performed best in the validation step. The methodology was demonstrated in a complex terrain region for which the proposed wind farm CF showed converging behavior with progressive mesh re nement, however oscillating with the number of wind directions simulated. Ultimately, CF greater than 40% were obtained with the ve best performing con gurations and approximately 52% in the best case scenario, suggesting good wind potential. The methodology was capable of lling a major gap in the scienti c literature of micrositing for allowing the layout planning, selection of wind turbine type and hub height, as well as gross production estimates and CF for the wind farm in complex terrain. Additionally, the free and open-source-based framework strengthens the continuous development, sharing and transparency of the methodology.

Micrositing é o campo do posicionamento estratégico dos aerogeradores na área do parque eólico visando a con guração mais promissora em termos econômicos ou de produção. Dado que em terrenos complexos as características do vento variam na área do parque eólico de forma não-linear, emprega-se a modelagem numérica do vento por CFD para extrapolar os dados medidos para toda a região. O presente trabalho consiste no desenvolvimento de uma metodologia de micrositing em terrenos complexos capaz de auxiliar no projeto do layout e seleção do tipo e altura de eixo do aerogerador que maximiza o fator de capacidade (FC) utilizando softwares livres de código aberto. A metodologia consiste na simulação do vento para várias direções de incidência, assimilação das medições, convers ão de velocidade em densidade de potência, ponderação por frequência de ocorrência de cada direção, sobreposição, seleção das coordenadas dos aerogeradores e cálculo do FC para diversas con gurações de tipo e altura de eixo dos aerogeradores. Veri cação, validação e seleção das constantes do modelo de turbulência é realizada anteriormente às simulações Veri cou-se que o modelo k- produziu um escoamento horizontalmente homog êneo e que o melhor desempenho na validação foi obtido com a escolha de constantes para escoamentos atmosféricos. A metodologia foi demonstrada em uma região de terreno complexo em que o FC do parque eólico proposto apresentou caráter convergente com o re no progressivo da malha, porém oscilatório em termos do número de direções simuladas. Por m, obteve-se FC brutos superiores a 40% para as cinco melhores con gurações e de aproximadamente 52% no melhor caso, indicando bom potencial eólico. A metodologia foi capaz de preencher uma lacuna na literatura cientí ca de micrositing ao possibilitar o planejamento do layout, tipo de aerogerador e altura de eixo, bem como a estimativa da produção e FC brutos da usina em terrenos complexos. Além disso, a estrutura de trabalho com o uso de recursos computacionais livres e de código aberto reforça o caráter de desenvolvimento contínuo, compartilhamento e transparência da metodologia. / Micrositing is the eld concerned with the strategic positioning of wind turbines in the wind farm area aimed at the most promissing con guration economically- or yield-wise. Given the wind characteristics vary non-linearly across the wind farm area in complex terrain, numerical wind modeling with CFD is employed to extrapolate the measured data to the whole site. The present work consists of the development of a micrositing methodology in complex terrain capable of assisting the layout project and selection of wind turbine type and hub height that maximizes the capacity factor (CF) using free and open-source software. The methodology consists of simulating the wind for a number of incoming directions, assimilation of measurements, conversion of wind speed into power density, weighing by frequency of occurrence of each direction, overlapping, selection of wind turbine coordinates and CF calculation for a number of wind turbine types and hub heights. Veri cation, validation and selection of turbulence model constants is performed previous to the simulations It was veri ed that the k- model is able to sustain horizontally-homogeneous ow and that the classic atmospheric ow constants performed best in the validation step. The methodology was demonstrated in a complex terrain region for which the proposed wind farm CF showed converging behavior with progressive mesh re nement, however oscillating with the number of wind directions simulated. Ultimately, CF greater than 40% were obtained with the ve best performing con gurations and approximately 52% in the best case scenario, suggesting good wind potential. The methodology was capable of lling a major gap in the scienti c literature of micrositing for allowing the layout planning, selection of wind turbine type and hub height, as well as gross production estimates and CF for the wind farm in complex terrain. Additionally, the free and open-source-based framework strengthens the continuous development, sharing and transparency of the methodology.

abstract: This study uses Computational Fluid Dynamics (CFD) modeling to analyze the dependence of wind power potential and turbulence intensity on aerodynamic design of a special type of building with a nuzzle-like gap at its rooftop. Numerical simulations using ANSYS Fluent are carried out to quantify the above-mentioned dependency due to three major geometric parameters of the building: (i) the height of the building, (ii) the depth of the roof-top gap, and (iii) the width of the roof-top gap. The height of the building is varied from 8 m to 24 m. Likewise, the gap depth is varied from 3 m to 5 m and the gap width from 2 m to 4 m. The aim of this entire research is to relate these geometric parameters of the building to the maximum value and the spatial pattern of wind power potential across the roof-top gap. These outcomes help guide the design of the roof-top geometry for wind power applications and determine the ideal position for mounting a micro wind turbine. From these outcomes, it is suggested that the wind power potential is greatly affected by the increasing gap width or gap depth. It, however, remains insensitive to the increasing building height, unlike turbulence intensity which increases with increasing building height. After performing a set of simulations with varying building geometry to quantify the wind power potential before the installation of a turbine, another set of simulations is conducted by installing a static turbine within the roof-top gap. The results from the latter are used to further adjust the estimate of wind power potential. Recommendations are made for future applications based on the findings from the numerical simulations. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Mechanical Engineering 2017

Micrositing é o campo do posicionamento estratégico dos aerogeradores na área do parque eólico visando a con guração mais promissora em termos econômicos ou de produção. Dado que em terrenos complexos as características do vento variam na área do parque eólico de forma não-linear, emprega-se a modelagem numérica do vento por CFD para extrapolar os dados medidos para toda a região. O presente trabalho consiste no desenvolvimento de uma metodologia de micrositing em terrenos complexos capaz de auxiliar no projeto do layout e seleção do tipo e altura de eixo do aerogerador que maximiza o fator de capacidade (FC) utilizando softwares livres de código aberto. A metodologia consiste na simulação do vento para várias direções de incidência, assimilação das medições, convers ão de velocidade em densidade de potência, ponderação por frequência de ocorrência de cada direção, sobreposição, seleção das coordenadas dos aerogeradores e cálculo do FC para diversas con gurações de tipo e altura de eixo dos aerogeradores. Veri cação, validação e seleção das constantes do modelo de turbulência é realizada anteriormente às simulações Veri cou-se que o modelo k- produziu um escoamento horizontalmente homog êneo e que o melhor desempenho na validação foi obtido com a escolha de constantes para escoamentos atmosféricos. A metodologia foi demonstrada em uma região de terreno complexo em que o FC do parque eólico proposto apresentou caráter convergente com o re no progressivo da malha, porém oscilatório em termos do número de direções simuladas. Por m, obteve-se FC brutos superiores a 40% para as cinco melhores con gurações e de aproximadamente 52% no melhor caso, indicando bom potencial eólico. A metodologia foi capaz de preencher uma lacuna na literatura cientí ca de micrositing ao possibilitar o planejamento do layout, tipo de aerogerador e altura de eixo, bem como a estimativa da produção e FC brutos da usina em terrenos complexos. Além disso, a estrutura de trabalho com o uso de recursos computacionais livres e de código aberto reforça o caráter de desenvolvimento contínuo, compartilhamento e transparência da metodologia. / Micrositing is the eld concerned with the strategic positioning of wind turbines in the wind farm area aimed at the most promissing con guration economically- or yield-wise. Given the wind characteristics vary non-linearly across the wind farm area in complex terrain, numerical wind modeling with CFD is employed to extrapolate the measured data to the whole site. The present work consists of the development of a micrositing methodology in complex terrain capable of assisting the layout project and selection of wind turbine type and hub height that maximizes the capacity factor (CF) using free and open-source software. The methodology consists of simulating the wind for a number of incoming directions, assimilation of measurements, conversion of wind speed into power density, weighing by frequency of occurrence of each direction, overlapping, selection of wind turbine coordinates and CF calculation for a number of wind turbine types and hub heights. Veri cation, validation and selection of turbulence model constants is performed previous to the simulations It was veri ed that the k- model is able to sustain horizontally-homogeneous ow and that the classic atmospheric ow constants performed best in the validation step. The methodology was demonstrated in a complex terrain region for which the proposed wind farm CF showed converging behavior with progressive mesh re nement, however oscillating with the number of wind directions simulated. Ultimately, CF greater than 40% were obtained with the ve best performing con gurations and approximately 52% in the best case scenario, suggesting good wind potential. The methodology was capable of lling a major gap in the scienti c literature of micrositing for allowing the layout planning, selection of wind turbine type and hub height, as well as gross production estimates and CF for the wind farm in complex terrain. Additionally, the free and open-source-based framework strengthens the continuous development, sharing and transparency of the methodology.

nÃo hà / Para determinar o potencial eÃlico de uma regiÃo à de fundamental importÃncia que seja realizado um estudo sobre as caracterÃsticas intrÃnsecas do vento do local. Este trabalho aborda alguns mÃtodos numÃricos a serem empregados no cÃlculo dos parÃmetros da distribuiÃÃo de Weibull que auxilia no estudo da velocidade do vento, para que haja uma correta definiÃÃo das condiÃÃes naturais existentes. O prÃvio conhecimento destas informaÃÃes coopera no processo de tomada de decisÃo sobre a viabilidade tÃcnica na instalaÃÃo de novos parques eÃlicos industriais. à realizada uma anÃlise estatÃstica entre sete sistemas matemÃticos conhecidos da literatura para estimar os parÃmetros ( k ) de forma e ( c ) de escala da curva de distribuiÃÃo de frequÃncias de Weibull. SÃo utilizados dados de velocidade do vento e de potÃncia eÃlica de duas cidades litorÃneas do Estado do Cearà pertencentes à regiÃo Nordeste do Brasil, Icapuà e Camocim. Os mÃtodos apurados no desenvolvimento desta pesquisa sÃo: MÃtodo GrÃfico, MÃtodo da MÃxima VerossimilhanÃa, MÃtodo da MÃxima VerossimilhanÃa Modificado, MÃtodo EmpÃrico, MÃtodo do Momento, MÃtodo da Energia PadrÃo e MÃtodo da Energia Equivalente. A realizaÃÃo da anÃlise comparativa de eficiÃncia e exatidÃo entre estes, compreende a aplicaÃÃo dos seguintes testes estatÃsticos: AnÃlise de VariÃncia (R2 ) , Raiz Quadrada dos Erros QuadrÃticos MÃdios (RMSE) e Teste do Qui-quadrado (X 2 ) . / To determine the wind potential of a region is of paramount importance that a study be conducted on the intrinsic characteristics of the wind site. This paper address some numerical methods to be used in calculating the parameters of the Weibull distribution the aids in the study of wind speed, so there is a correct definition of natural conditions existing. The previous knowledge of this information assist in the decision-making process on the technical feasibility of installing industrial wind farms. It perform a statistical analysis of seven mathematical systems known in the literature for estimating the parameters ( k ) form and ( c ) scale of the frequency distribution curve of Weibull. Data are used for wind speed and wind power from two coastal cities of Cearà State belonging to Northeast Brazil, Icapuà and Camocim. The methods to be employed in the development of this research are: Graphical Method, Maximum Likelihood Method, Maximum Likelihood Modified Method, Empirical Method, Moment Method, Energy Pattern Factor Method and the Equivalent Energy Method. The realization of the comparative analysis of efficiency and accuracy among these include the application of the following statistical tests: ANOVA(R2 ) , Square Root of Average Quadratic Errors (RMSE) and Chi-square (X 2 ).

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / The use of wind energy is today a reality in the Brazilian energetic context, because it meets the requirement of complementarity to the national energy system and its exploitation generates relatively few environmental impacts. In this context family agriculture, which lives together with semiarid, passes per great bottlenecks with relation to the access, and the cost of two resources fundamental for its development, water and energy. This project was developed with bias in the supply of water and energy to small rural properties focused on horticultural. So that wind energy can be an important solution for the process of production of agriculture, because it can supply the needs of the small producer. Thus the objective of this research was to investigate the possibility of a wind turbine to generate electricity to put in action an water pumping system which represses water to an elevated reservoir, and possibly could be used for irrigation per gravity drip. It was used a 1 kW wind generator power, model H3.1-1KW, Hummer mark, where it and the pumping system were installed at the Federal University of CearÃ, Campus do Pici. With the experimental arrangement ready, it was conducted to collect data on wind speed, current and voltage generated by, and pressure and flow rate of the motor pump. As a result it was verified a pumped volume averaged 3750.5 L day-1. Concluding that can be used in irrigated horticultural production family agriculture and would also be useful in animal production and consumption own. This conclusion presents wind power as a good alternative for family agriculture live with the semiarid in the sense which will enable the use of renewable energy linked the rational use of water. / O uso da energia eÃlica à hoje uma realidade no contexto energÃtico brasileiro, pois atende o requisito de complementaridade ao sistema nacional de energia e sua exploraÃÃo gera relativamente poucos impactos ambientais. Neste contexto a agricultura familiar que convive com semiÃrido passa por grandes gargalos com relaÃÃo ao acesso, e o custo de dois recursos fundamentais para o seu desenvolvimento, Ãgua e energia. Este projeto foi desenvolvido com viÃs no fornecimento de Ãgua e energia para pequenas propriedades rurais focadas em hortÃculas. De modo que a energia eÃlica possa ser uma soluÃÃo importante para o processo de produÃÃo da agricultura, pois pode suprir as necessidades do pequeno produtor. Assim o objetivo desta pesquisa foi verificar um aerogerador na geraÃÃo de energia elÃtrica para acionamento de um sistema de bombeamento de Ãgua, o qual realizava o recalque da Ãgua para um reservatÃrio elevado, e que possa ser utilizado na irrigaÃÃo por gotejamento gravitacional. Utilizou-se um aerogerador de 1 kW de potÃncia, modelo H3.1-1KW, marca Hummer, onde o mesmo e o sistema de bombeamento foram instalados na Universidade Federal do CearÃ, Campus do Pici. Com o arranjo experimental pronto, foi efetuada a coleta de dados da velocidade do vento, corrente e tensÃo do aerogerador, e pressÃo e vazÃo do conjunto motobomba. Como resultado verificou-se o volume bombeado em mÃdia de 3.750,5 L dia-1. Concluindo que o mesmo pode ser usado na produÃÃo irrigada de hortÃculas da agricultura familiar e tambÃm seria Ãtil na produÃÃo animal e prÃprio consumo. Enfim a energia eÃlica apresenta-se como uma boa alternativa para o agricultor familiar conviver com o semiÃrido, no sentido que possibilitarà o uso de energia renovÃvel atrelada ao uso racional da Ãgua.

The electricity sector is a major source of carbon dioxide emission that contributes to the global climate change. Over the past decade wind energy has steadily emerged as a potential source for low carbon energy source which are grown through time. As wind power generation increases around the world, there is increasing interest in adding intermittent power to the electricity grid and to design an off-grid wind energy system. The goal of the current thesis is to investigate techno-economically viable wind energy system that supplies electricity and Heat for a given residential community in Ethiopia. To ease the optimization process, HOMER software is used to identify the potential wind area and optimize cost effective wind energy system.

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The goal of achieving carbon neutrality for year 2045 puts Sweden on a road towards further implementation of renewable energy into their energy system. The goal of this degree project is to investigate how the implementation of renewable energy in Sweden is worked towards on a regional level but also to explore how this expansion might look for the Norra Småland Region. By conducting several semi-structured interviews with the energy agencies of Sweden as well as creating a model for the potential solar and wind power expansion in the Norra Småland Region, the authors aim to answer the questions of how the current work with expanding the renewable energy share in the Swedish energy system is conducted; what bottlenecks, problems and challenges exist and what tools, data, information and incentives might help further facilitate this work. Through the interviews conducted, this degree project encapsulates the different projects related to the subject of renewable energy which the various regions of Sweden work with. The degree project also provides a compilation of various challenges related to the projects as well as an insight into what tools and incentives are asked for by the regions with the goal of helping facilitate the work conducted. The degree project also provides a projection for how the future expansion of wind power and solar power might look in the Norra Småland Region based on the previous expansion trends, resulting in three individual projections with individual growth rates.

Feitosa, Erialdo de Oliveira. Energia eólica aplicada ao bombeamento da água para irrigação por gravidade na agricultura familiar. 2014. 107 f. : Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Ceará, Centro de Ciências Agrárias, Departamento de Engenharia Agrícola, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola, Fortaleza-CE, 2014. / Submitted by demia Maia (demiamlm@gmail.com) on 2016-06-23T16:52:19Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_eofeitosa.pdf: 2679430 bytes, checksum: a127ee0b0b7829a2d2ed216e57412a26 (MD5) / Approved for entry into archive by demia Maia (demiamlm@gmail.com) on 2016-06-23T16:52:50Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_eofeitosa.pdf: 2679430 bytes, checksum: a127ee0b0b7829a2d2ed216e57412a26 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-23T16:52:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_eofeitosa.pdf: 2679430 bytes, checksum: a127ee0b0b7829a2d2ed216e57412a26 (MD5) Previous issue date: 2014 / The use of wind energy is today a reality in the Brazilian energetic context, because it meets the requirement of complementarity to the national energy system and its exploitation generates relatively few environmental impacts. In this context family agriculture, which lives together with semiarid, passes per great bottlenecks with relation to the access, and the cost of two resources fundamental for its development, water and energy. This project was developed with bias in the supply of water and energy to small rural properties focused on horticultural. So that wind energy can be an important solution for the process of production of agriculture, because it can supply the needs of the small producer. Thus the objective of this research was to investigate the possibility of a wind turbine to generate electricity to put in action an water pumping system which represses water to an elevated reservoir, and possibly could be used for irrigation per gravity drip. It was used a 1 kW wind generator power, model H3.1-1KW, Hummer mark, where it and the pumping system were installed at the Federal University of Ceará, Campus do Pici. With the experimental arrangement ready, it was conducted to collect data on wind speed, current and voltage generated by, and pressure and flow rate of the motor pump. As a result it was verified a pumped volume averaged 3750.5 L day-1. Concluding that can be used in irrigated horticultural production family agriculture and would also be useful in animal production and consumption own. This conclusion presents wind power as a good alternative for family agriculture live with the semiarid in the sense which will enable the use of renewable energy linked the rational use of water. / O uso da energia eólica é hoje uma realidade no contexto energético brasileiro, pois atende o requisito de complementaridade ao sistema nacional de energia e sua exploração gera relativamente poucos impactos ambientais. Neste contexto a agricultura familiar que convive com semiárido passa por grandes gargalos com relação ao acesso, e o custo de dois recursos fundamentais para o seu desenvolvimento, água e energia. Este projeto foi desenvolvido com viés no fornecimento de água e energia para pequenas propriedades rurais focadas em hortículas. De modo que a energia eólica possa ser uma solução importante para o processo de produção da agricultura, pois pode suprir as necessidades do pequeno produtor. Assim o objetivo desta pesquisa foi verificar um aerogerador na geração de energia elétrica para acionamento de um sistema de bombeamento de água, o qual realizava o recalque da água para um reservatório elevado, e que possa ser utilizado na irrigação por gotejamento gravitacional. Utilizou-se um aerogerador de 1 kW de potência, modelo H3.1-1KW, marca Hummer, onde o mesmo e o sistema de bombeamento foram instalados na Universidade Federal do Ceará, Campus do Pici. Com o arranjo experimental pronto, foi efetuada a coleta de dados da velocidade do vento, corrente e tensão do aerogerador, e pressão e vazão do conjunto motobomba. Como resultado verificou-se o volume bombeado em média de 3.750,5 L dia-1. Concluindo que o mesmo pode ser usado na produção irrigada de hortículas da agricultura familiar e também seria útil na produção animal e próprio consumo. Enfim a energia eólica apresenta-se como uma boa alternativa para o agricultor familiar conviver com o semiárido, no sentido que possibilitará o uso de energia renovável atrelada ao uso racional da água.