Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The increasing demand for electricity required by individual and industrial consumers brings back the issues related to the exhaustion of the exiting fossil energy sources and leads to the evident needs for investments in research topics that focus on improving, developing available renew able energy sources or even creating some novel energy renewable alternatives.One of the alternatives to deal with this problem is the utilization of the wind power. The transformation of the wind forces into electrical energy is made by wind turbines supporter by steel towers.The present dissertation investigates and analysed a typical wind tower created to support a Repower MM92 wind turbine aiming to better understand its structural response. Initially a suggestion for a w ind tower structural design based on the Eurocode 3 recommendations is presented and discussed. The developed numerical model was conceived based on finite element simulation performed with the aid of the Ansys Program. The numerical model is capable of accurately reproduce the wind tower structural response when subjected to the load action imposed by the wind forces acting on the wind blades. The developed numerical model was created using shell finite elements and considers geometrical and material non-linearities.The present investigation also contemplated a dynam ical analysis aiming to evaluated the natural frequencies and associated vibration modes (modal analysis) as well as a transient harmonic analysis to evaluate the wind tower dynamic response along the time domain. The dynamical results indicated that its significan t influence on the wind tower structural response. This conclusion indicates that if only a static design is made he wind tower safety could not be warranted and couldlead to possible wind related accidents. The developed non-linear analysis enable to determine that on of the wind tower ultimate limit states is associated to the lo cal buckling of the wind tower wall, under compressive forces, and its effects must be c onsidered on the tower structural design. / O aumento do consumo de energia para atender às necessidades da população e das indústrias, trás a tona uma problemática lógica que se refere ao esgotamento das atuais fontes de energia, o que evidencia a necessidade de se investir em pesquisas que busquem aprimorar fontes de energia renovável e estudos que apontem para novas formas de capitação de energia.Uma das alternativas de contornar este problema tem sido a utilização da energia oriunda da ação do vento. A transformação da força do vento em energia elétrica é realizada através de torres de aço com turbina eólica. A presente dissertação, visando acrescentar informações no meio técnico-científico sobre o comportamento estrutural de torres de aço p ara suporte de turbinas eólicas, analisou uma torre modelo MM92 da Repower. Inicialmente, foi apresentada uma sugestão para o dimensionamento de uma torre eólica baseada nos preceitos do Eurocode para análise numérica desenvolvida neste trabalho, foi elaborado um modelo de elementos finitos baseado na plataforma A nsys capaz de reproduzir com fidelidade o comportamento da torre eólica submetida ao carregamento produzido pelo vento nas pás da hélice. O modelo numérico estudado é constituído por elementos finitos de casca e considera os efeitos d as não-linearidades do material e geométrica.Também foi desenvolvido neste trabalho uma análise dinâmica com o objetivo de se avaliar as freqüências naturais, os modos de vibração (análise de autovalores e autovetores) bem como uma análise harmônica e trans iente para verificar a resposta dinâmica da torre no domínio do tempo.O resultado obtido no estudo da parcela dinâmica mostra que a resposta da estrutura pode ser determinante no seu comportament o. Nesse caso, a utilização de uma análise estrutural estática pode resultar no mau dimensionamento da torre e, conseqüentemente, em possíveis acidentes. A análise não-linear efetuada permitiu verificar o fenômeno de flambagem local na parede da torre sujeita a compressão, que deve ser levado em consideração durante a execução do projeto da torre eólica.

O potencial eólico do Brasil, de vento firme e com viabilidade econômica de aproveitamento, é de 143 GW. Isso equivale ao dobro de toda a capacidade da geração já instalada no país. No Brasil, a energia eólica tem uma sazonalidade complementar à energia hidrelétrica, porque os períodos de melhor condição de vento coincidem com os de menor capacidade dos reservatórios. O projeto desenvolvido neste trabalho nasceu de uma chamada pública do FINEP, e sob os auspícios do recém criado CEPER. Ao projeto foi incorporado um caráter investigativo, de contribuição científica original, resultando em um produto de tecnologia inovadora para aerogeradores de baixa potência. Dentre os objetivos do projeto, destacamos a avaliação experimental de turbinas eólicas de 5000 W de potência. Mais especificamente, dentro do objetivo geral deste projeto estão incluídas análise estrutural, análise aerodinâmica e análise de viabilidade de novos materiais a serem empregados. Para cada uma das diferentes áreas de conhecimento que compõem o projeto, será adotada a metodologia mais adequada. Para a Análise aerodinâmica foi realizada uma simulação numérica preliminar seguida de ensaios experimentais em túnel de vento. A descrição dos procedimentos adotados é apresentada no Capítulo 3. O Capítulo 4 é dedicado aos testes elétricos. Nesta etapa, foi desenvolvido um banco de testes para obtenção das características específicas das máquinas-base, como curvas de potência, rendimento elétrico, análise e perdas mecânicas e elétricas, e aquecimento. Este capítulo termina com a análise crítica dos valores obtidos. Foram realizados testes de campo de todo o conjunto montado. Atualmente, o aerogerador de 5kW encontra-se em operação, instrumentado e equipado com sistema de aquisição de dados para consolidação dos testes de confiabilidade. Os testes de campo estão ocorrendo na cidade de Campos, RJ, e abrangeram as seguintes dimensões de análise; testes de eficiência para determinação da curva de potência, níveis de ruído e atuação de dispositivos de segurança. Os resultados esperados pelo projeto foram atingidos, consolidando o projeto de um aerogerador de 5000W. / Initial estimates of the potential contribution of wind power in Brazil for selected areas are approximately of 143GW. This figure represents two times the total power already installed. In Brazil, wind power relates to hydroelectrical power in such way that when wind speeds are high and stable, reservoirs experiences low capacity in water volume. The project herein presented has its origins on the approval of sponsorship from FINEP, a governmental agency that provided grant to develop a 5kW windmill over a period of 30 months. Among the objectives of this project are the development of a new technology to be applied to windmills, by means of technological innovation. More specially, the main proposal was to evaluate wind turbines behavior numerically and experimentally, including its implementation in wind towers to generate 5kW.This is accomplished in detail x out performance of analysis of structural characteristics, aerodynamic, performance e viability on the use of new materials were performed. To this end, we shall defie a specific methodology to each area of knowledge. Aerodynamic analysis was performed by means of initial numerical simulation followed by experimental tests in wind tunnel. A detailed description of the experimental set up and procedures is provided in chapter 3. Chapter 4 deals with electrical parts of the project. At this point an apparatus was specifically designed and built in order to acquire relevant parameters, which describe the electrical generator, provided we can predict on some measure the electrical energy performance under three diferent operating conditions, namely, without load, loaded and charging batteries. A detailed description of 5kW prototype manufactured is presented along with an analysis of the results are presented at the end of this chapter. Finally, the whole set was completed and were performed. The complete Truck-test set of the windmill is composed by tower, generator, turbines, controlling system and safety system. Results obtained are in agreement with the expected. At this moment, the 5kW windmill finds itself in operation. The windmill is instrumented and equipped with an data acquisition system to consolidate reliability tests, which provide eficiency tests, noise determination and safety devices test performance. This set of data will confirm the global performance and consolidate the 5kW windmill.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:09Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-03Bitstream added on 2014-06-13T20:20:25Z : No. of bitstreams: 1 canto_mar_me_guara.pdf: 699979 bytes, checksum: f7eca1e74cb8beebf010d5db1aceeac4 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A utilização de fontes alternativas e renováveis de energia apresenta-se como um recurso energético com um mínimo de impacto ambiental. Com o crescimento do uso destes recursos, torna-se importante o conhecimento dos mesmos do comportamento em relação às condições ambientais naturais. As alterações das condições climáticas, por vezes, causam incertezas quanto ao rendimento dos sistemas alternativos e renováveis de geração de energia. Este trabalho apresenta-se como uma forma de conhecimento do comportamento das fontes de energia perante diversas condições do clima. Esta dissertação tem por objetivo contribuir com o conhecimento sobre o comportamento de fontes alternativas de energia comerciais e desenvolvidas no Centro de Energias Renováveis da UNESP de Guaratinguetá. Neste trabalho, foi desenvolvido um sistema de aquisição e tratamento de dados para monitorar o comportamento de fontes alternativas e renováveis de energia e das condições ambientais. Nesse sistema são especificados sensores para monitoramento das condições ambientais e para monitoramento dos dispositivos componentes das fontes de energia alternativa. O desenvolvimento de um software para coleta de dados e controle dos dispositivos de medição é parte integrante do trabalho para viabilizar o acesso às informações de forma a facilitar a análise de resultados. O protótipo construído durante o desenvolvimento da dissertação possibilitou o monitoramento das fontes de energia do laboratório como também das condições atmosféricas locais. / The renewable and alternative energy sources utilization presents-itself as an energy resource with a minimum environmental impact. With the growth of the use of these resources, becomes so important the knowledge of the performace regarding to the natural environmental conditions. The climatic conditions alterations, for times, cause users doubts of confidance of the renewable and alternative systems performance in energy generation. This work presents-itself as a form of knowledge of the performance of the energy sources to diversiity climate conditions. This dissertation has for objective contribute with the knowledge about the performance of commercial and alternative energy sources and developed in the Renewable Energies Center of the UNESP, Guaratinguetá. Was developed a system of data acquisition and analysis for monitoring renewable and alternative energy sources and environmental conditions. In this work, are determined and specified sensors for monitoring of the environmental conditions and for monitoring of the devices components of the alternative energy.sources The development of a data aquisition software and control of measurement is a part to make easy the access the information to facilitate the results analysis. The prototype built during the dissertation development enabled the energy sources monitoring of the center as also of the local atmospheric conditions.

A transformação da paisagem, através de empreendimentos eólicos (aerogeradores) em grande escala, é um fenômeno relativamente novo no Rio Grande do Sul e no Brasil, datando da última década. Esse processo está intensificando-se, visto que a matriz energética brasileira continua em expansão, principalmente a geração eólica. Embora esse tipo de energia seja considerado de baixo impacto ambiental, a intrusão visual decorrida da inserção dos aerogeradores, ou o impacto negativo sobre a paisagem, é tema recorrente na literatura internacional. A partir desse fato, utiliza-se o Complexo Eólico de Osório, o mais antigo do Brasil, com o objetivo de apreender a percepção da paisagem, enfatizando a escala temporal. Dessa forma, questiona-se se as expectativas iniciais foram contempladas e como se dá a relação da população com o empreendimento ali sediado. Para tanto, usa-se o método da pesquisa social, com a paisagem como o fio condutor através da percepção, contando-se, ainda, com as narrativas encontradas nos meios de comunicação de grande alcance e as questões territoriais enquanto ferramentas auxiliares para uma maior compreensão dos dados obtidos. Como principais resultados, tem-se o entendimento de que os Parques Eólicos trouxeram mudanças significativas para o município, repercutindo, entretanto, de forma menos pronunciada na vida individual. A influência estética possui caráter eminentemente positivo, mas, atualmente, determinados segmentos estão atentando-se para o fato da expansão desses equipamentos nas paisagens, relativizando, então, a sua presença constante. Considerando o tempo futuro, ainda é altamente desejável a presença dos aerogeradores. Houve uma apropriação simbólica da figura do cata-vento por parte da população, ratificada e fomentada como algo positivo e grandioso pela mídia. Todavia, esse símbolo é usado, sobretudo, externamente, enquanto no discurso dos habitantes, predomina outras paisagens enquanto referências. No que tange ao ordenamento territorial, verifica-se a tecnocracia ambiental e a perda de autonomia como fatores inerentes ao processo. / The transformation of the landscape through wind farms (wind turbines) on a large scale is a relatively new phenomenon in Rio Grande do Sul and in Brazil, dating from the last decade. This process is intensifying, as the Brazilian energy matrix continues to expand, mainly wind power. Although this type of energy is considered of low environmental impact, visual intrusion elapsed from the insertion of wind turbines, or the negative impact on the landscape, it is a recurrent theme in the literature. From that fact, it uses Osório Wind Complex, the oldest of Brazil, in order to apprehend the perception of the landscape, emphasizing the temporal scale. This way, it is questionable whether the initial expectations were covered and how is the relationship of the population with the project based there. For this we use the method of social research, with the landscape as the thread through perception, counting also on the narratives found in the large range media and territorial issues as auxiliary tools for a greater understanding of the obtained data.The main results, is the understanding that wind farms have brought significant changes to the city, reflecting, however, less pronounced in the individual life. The esthetic influence has eminently positive character, but, currently, certain segments are paying attention to the fact that the expansion of these equipments in the landscape, relativising then his constant presence. Considering the future time, the presence of wind turbines it is still highly desirable. There was a symbolic appropriation of the windmill figure by the population, ratified and promoted as something positive and great by the media. However, this symbol is used mainly externally, while the speech of the inhabitants, predominates other landscapes as references. With regards to territorial organization, there is environmental technocracy, and loss of autonomy as inherent factors in the process.

Energia eólica pode ser convertida através de turbina de pequeno porte, inclusive em edificações residenciais e pequenos comércios, configurando a “geração distribuída”. Alguns benefícios de gerar a própria energia elétrica ainda não são conhecidos pela maioria das pessoas. No Brasil, o fato de receber créditos de energia ao gerar quantidade maior do que o consumo próprio, não é divulgado adequadamente pelas concessionárias de energia, nem pelos órgãos reguladores. Neste sentido, o presente trabalho apresenta um método para desenvolvimento e a implementação de um sistema de informação para área de energia eólica. O processo de elaboração do sistema foi derivado da metodologia RMM para desenvolvimento de aplicativos. A partir da metodologia proposta, o sistema foi implementado e disponibilizado ao público em geral. O sistema conta com um aplicativo de simulação de geração de energia com turbina eólica de pequeno porte. O aplicativo de simulação está dividido em sete seções onde o usuário poderá saber, por exemplo, quais as dimensões de uma turbina eólica para suprir toda sua demanda por energia elétrica. Além disso, o aplicativo informa características de quatro tipos de turbinas comerciais e quatro não comerciais, o valor de investimento no equipamento, o tempo de retorno deste investimento e o quanto de CO2 – gás do efeito estufa, o usuário deixa de emitir ao usar o sistema de geração simulado. O sistema de informação proposto está sendo avaliado com o uso de duas ferramentas: Google Analytics para se obter informações de acessos e Google Formulários, que possibilitou a obtenção de respostas relacionadas ao uso geral do sistema a partir de um questionário online. Em relação aos dados de acesso ao sistema, foram obtidas 5244 visualizações incluindo 1085 simulações realizadas em 243 dias monitorados. Durante este período, 1505 usuários de 9 países acessaram o sistema. Em relação ao questionário, aproximadamente dois terços responderam que consideram o aplicativo muito intuitivo e quase 85% dos que responderam consideram investir em um sistema de geração própria de energia após interagir com o sistema. / Wind energy can be converted through small turbine, including for use in residential buildings and small trades, creating the distributed generation. Some benefits of generating electricity itself are still not known for most people. In Brazil, the receipt of energy credits for generating amount greater than the actual consumption is not disclosed properly by power utilities, let alone by regulators. Thus, this work presents a method for the development and the implementation of an information system for wind energy area. The system development process was derived from the RMM methodology for application development. From the proposed methodology, the system was implemented and made available to the general public. The system has a simulation application for wind energy generation. The simulation application is divided into seven sections where the user can know, for example, what are the dimensions of a wind turbine to supply its entire demand for electricity. In addition, the application informs features of four types of commercial and four non-commercial turbines, the amount of investment in equipment, return time investment and how much CO2 avoid with use of the simulated turbine. The proposed information system is being evaluated using two tools: Google Analytics to obtain information access to the system and Google Form, which allowed obtaining answers related to the general use of the system from an online evaluation questionnaire. In relation to the system access data, 5244 visualizations were obtained, including 1085 simulations performed in 243 monitored days. During this time, 1505 users from 9 countries accessed the system. Regarding the questionnaire, approximately two-thirds responded that they considered the application very intuitive and almost 72% of respondents consider investing in a system of own power generation after interacting with the system.

A geração de energia elétrica por meio de aerogeradores de microporte vem ganhando espaço em várias partes do mundo; porém, estudos que descrevem e analisam este artefato, ainda são restritos se comparados a aerogeradores de médio e grande porte. Países como China e Estados Unidos, por exemplo, buscam cada vez mais estudar a microgeração de energia eólica, servindo como motivação para que exista maior número de estudos neste campo, também aqui no país. Neste sentido, a presente pesquisa apresenta análise de perfis NACA com diferentes ângulos de passo visando a microgeração de energia eólica. Para tanto realizou-se levantamento das velocidades de vento na parte superior de um prédio localizado no centro de Porto Alegre durante 5 dias e os perfis aerodinâmicos foram testados no programa computacional Q-Blade. Selecionou-se 3 perfis NACA (0012, 6409, 1412), 3 ângulos de passo (15º, 30° e 45º) e 5 velocidades de vento (de 1m/s à 5 m/s). Os modelos analisados foram obtidos através de impressão 3D. Foram então realizados ensaios aerodinâmicos utilizando o túnel de vento nos quais foram medidos o número de rotação por minuto (RPM), a velocidade de vento da partida da hélice, a tensão, corrente e a potência elétrica, geradas para diferentes configurações de ensaio. O trabalho contribui no sentido de auxiliar projetos que envolvam design e tecnologia que visem à melhoria da funcionalidade prática de microgeradores eólicos de eixo horizontal para as diversas aplicações possíveis. Os resultados apontam que o ângulo de passo de 45º apresenta os maiores índices de rotação, tensão, corrente e potência elétrica para todos os perfis NACA analisados, sendo o perfil NACA 0012 o de maior destaque em relação a esses mesmos parâmetros. / Electric power generation by small scale wind turbines has been gaining space in several parts of the world, however, studies that describe and analyze this artefact, are still more restrict in comparison to medium and large scale wind turbines. Countries such as China and the United States, for example, are increasingly seek to study wind power microgeneration, working as a motivator in order to increase the number of studies in the field, even here in the country. In this matter, the present research presents an analysis of NACA profiles with different pitch angles seeking wind energy microgeneration. In order to do so, it was gathered the wind speed of the top portion of a building located in central Porto Alegre during 5 days and the aerodynamic profiles were tested in the computer program Q-Blade. 3 NACA profiles (0012, 6409, 1412), 3 pitch angles (15º, 30° e 45º) and 5 wind velocities (1m/s to 5 m/s) were selected. The analyzed models were obtained through 3D printing. Aerodynamical tests were performed using the Wind tunnel and were observed the number of rotation per minute (RPM), the wind speed start of the propeller, electric tension, current and power generated for different test configurations. The work contributes to assisting projects that involves design and technology aimed at improving the practical functionality of horizontal axis wind generators for the various possible applications. The results indicate that the 45º pitch angle presents the highest rates of rotation, electric tension, current and power for all the NACA profiles analyzed, with the NACA 0012 profile being the most prominent in relation to these same parameters.

Nos últimos anos, a utilização da energia eólica vem apresentando uma tendência de aumento. 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 com terrenos complexos 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 uma superfície de topografia complexa. Resultados numéricos com diferentes alternativas de modelagem do problema são comparados com dados de um experimento em túnel de vento, visando determinar a metodologia adequada para avaliação do problema proposto. As simulações numéricas do escoamento de ar sobre o terreno 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). O estudo é dividido em três casos. No primeiro caso, a rugosidade superficial é negligenciada e o problema de fechamento é contornado com a utilização do modelo de turbulência k ω SST. No segundo caso, a rugosidade superficial é estipulada de acordo com modelo utilizado no ensaio experimental e o problema de fechamento é contornado com a utilização do modelo de turbulência k - ε. No terceiro caso, a rugosidade superficial também é estipulada de acordo com modelo utilizado no ensaio experimental e o problema de fechamento é contornado com a utilização do modelo de turbulência k ω SST. Os resultados das simulações são apresentados de forma que se possa observar o perfil de velocidades adimensional sobre a superfície da geometria para cada caso, para que seja possível verificar o campo de velocidades sobre a superfície em estudo. O resultado das simulações são comparados com dados experimentais obtidos em túnel de vento: verifica-se um comportamento similar nos perfis de velocidade alcançados. Através da análise do campo de velocidades sobre a superfície em estudo, pode-se obter a localização que apresenta o melhor potencial eólico de uma região. Este processo é conhecido como Micrositing. / In recent years the use of wind energy has shown an increasing. A key aspect to determine the technical and economic viability for the wind power plant is the accurate assessment of the distribution of wind speeds in the area of utilization. The installation of wind turbines in areas with complex terrain has determined the necessity of improve the methodology for the prediction of wind velocity field in order to better determine the distribution of equipment and utilization of existing potential. 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 a model of a complex surface topography. Numerical results with different alternatives for modeling the problem are compared with data from an experiment in wind tunnel to determine the appropriate methodology for evaluation of the problem. The numerical simulations of the air flow over the terrain are performed using the ANSYS Fluent 13.0 which uses the finite volumes method for solving the Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) equation. The study is divided in three cases. In the first one, the surface roughness is neglected and the closure problem is solved by k ω SST turbulence model. In the second case, the surface roughness is stipulated according to the model used in the experimental test and the closure problem is solved by k ε turbulence model. In the third case, the surface roughness is stipulated according to the model used in the experimental test and the closure problem is solved by k ω SST turbulence model. The simulation results are presented so that one can observe the dimensionless velocity profile on the surface in each case in order to check the velocity field on the surface under investigation. These results are compared with experimental data obtained in wind tunnel which shows consistency with them. By analyzing the velocity field on the surface, it can be verified that the exact location where there is the best wind potential of a region. This process is called Micrositing.

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.

Neste trabalho será apresentado um estudo de caso sobre o cálculo da distorção harmônica gerada por um parque eólico através da sua modelagem nos domínios do tempo e da frequência. Será analisada a propagação das frequências harmônicas na rede básica e a influência da modelagem das linhas de transmissão nos resultados de distorção harmônica. Para este estudo serão utilizados os programas EMTP (ElectroMagnetic Transient Program) e HarmZs para as simulações no domínio do tempo e da frequência, respectivamente. Os parques eólicos simulados utilizam geradores do tipo multipolar síncrono, e para a sua conexão à rede elétrica um conversor de frequência. Os resultados obtidos com o programa EMTP serão comparados para validação com os dados obtidos através da simulação no domínio da frequência utilizando o programa de simulação HarmZ. Já a análise da propagação das frequências harmônicas será simulada somente no domínio do tempo. Assim, através dos resultados obtidos será possível comparar os programas de simulação, determinar os níveis de distorção harmônica em diversos pontos do sistema elétrico e a influência dos modelos utilizados. / This work will present a case study on the calculation of the harmonic distortion generated by a wind farm. Time and frequency domain simulations will be performed. Harmonic propagation will be analyzed. Furthermore, the influence of transmission lines and underground cables models will be verified when there are several frequencies present in the system. Softwares EMTP (ElectroMagnetic Transient Program) and HarmZs will be used for the simulations in the time and frequency domain, respectively. The simulated wind farm use multipolar synchronous generators and their connection to the grid is made through a frequency converter. The results obtained with EMTP will be compared for validation with the results obtained with HarmZs. Thus, by the obtained results it will be possible to compare simulation programs and to determine the levels of harmonic distortion at several points of the electrical system.

Dentro das fontes renováveis de energia, a energia eólica é uma das mais estudadas e que tem uma importante participação na capacidade instalada no mundo. Porém, é uma alternativa que está concentrada em poucos países como uma verdadeira opção para cobrir a demanda de energia elétrica. As principais razões dessa concentração estão ligadas a questões climáticas, econômicas e de regulamentação. Em relação à questão econômica a principal limitação é o custo da energia em comparação com fontes tradicionais; na questão de regulamentação o limitante é a carência de métodos de cálculo e regras que incentivem a instalação de usinas. Para vencer essas limitações é proposta uma regulamentação do tipo econômica baseada na energia firme das usinas eólicas. A influência desse incentivo pode ser medida no comportamento de uma usina eólica hipotética atuando sem regulamentação no mercado elétrico e em um cenário com a regulamentação proposta. A energia firme é um conceito que existe para fontes hidráulicas e térmicas. Usando esse conceito com as características da energia eólica, é possível desenvolver uma metodologia de cálculo que incentiva a implementação de projetos em países com escassa tradição eólica. O resultado permite calcular um fator característico de energia firme para cada tipo de aerogerador e uma forma de remuneração que atua no valor presente líquido do projeto. / Among renewable energy sources, wind energy is one of the most studied and has an important stake in installed capacity in the world. However, it is an alternative concentrated in a few countries as a real option to cover the energy demand. The main reasons for this concentration are linked to climate, economic and regulatory issues. Regarding the economic issue the main limitation is the cost of energy production in comparison to other sources; the limitation of the regulatory issue is the lack of calculation methods and rules that encourage the installation of wind power plants. To overcome these limitations, it is proposed an economic regulation based on firm energy of wind farms. The influence of this incentive can be measured in the behavior of a hypothetical wind farm operating in an electricity market without regulation and in a scenario with the proposed regulation. The firm energy is a concept that exists for hydraulic and thermal sources. Using this concept with the characteristics of wind power, it is possible to develop a methodology for calculation that encourages the implementation of projects in countries with small wind power installed capacity. The result allows calculating a characteristic factor of firm energy for each type of wind turbine and a method of remuneration, which operates on the net present value of a project.