Abordagens à verificação da curva de potência de um aerogerador

Artigo de José Carlos Matos, diretor da área de Energia Eólica, e Silvina Guimarães, responsável de projeto na área de consultoria em Energia Eólica. 

---

A curva de potência de um aerogerador é a relação entre a sua potência elétrica disponível e a velocidade de vento a que se encontra sujeito. A sua medição é uma ferramenta valiosa, pois permite avaliar o desempenho do aerogerador e determinar se a produção está acima ou abaixo do esperado.

Os fabricantes de aerogeradores fornecem, para cada modelo, uma curva teórica obtida em laboratório, que dão como garantia para o desempenho desse mesmo aerogerador. No entanto, por vezes, torna-se necessário aferir se o aerogerador, num local especifico com condições atmosféricas específicas, cumpre com a curva garantida pelo fabricante.

Mas como caraterizar a curva de potência? A análise ao desempenho energético de uma turbina eólica é, por regra, feita através de um método normalizado, amplamente usado, mas também dispendioso. Razão pela qual, a equipa de consultores do INEGI procurou criar uma alternativa que contribuísse a que os operadores de parques eólicos conseguissem extrair mais valor dos seus projetos.

Ora vejamos a diferença entre a abordagem normalizada e simplificada:

Metodologia normalizada garante cálculo consistente e preciso

Existe uma metodologia normalizada para o processo de verificação da curva de potência de um aerogerador (publicada na norma IEC 61400‑12-1[1]). Esta prevê a instalação de uma estação meteorológica nas proximidades do aerogerador, para medir diversas variáveis meteorológicas, como a velocidade do vento à altura do eixo do rotor, para comparação direta com a potência elétrica do aerogerador sujeito a teste.

Esta norma tem como objetivo fornecer metodologias uniformes que garantam a consistência, precisão e reprodutibilidade na determinação do desempenho energético de aerogeradores, pelo que se divide em três etapas principais:

1. avaliação do terreno
2. calibração do local
3. verificação da curva de potência.

Numa primeira fase, a avaliação do terreno permite aferir a relevância dos obstáculos presentes, e das variações do terreno na medição das características de vento no local onde será futuramente avaliado o desempenho da energia produzida por um determinado aerogerador. Através desta avaliação, é verificada a necessidade de se efetuar o teste de calibração do local.

Quando o terreno é considerado complexo, o teste de calibração do local serve para avaliar a distorção do terreno entre o local onde se encontra instalada a estação onde serão medidas as características de vento e o local onde será instalado o futuro aerogerador, resultando na determinação de fatores de distorção entre os dois locais. Estes fatores serão posteriormente utilizados na verificação da curva de potência do aerogerador. Este teste é realizado antes da instalação do aerogerador, pois obriga ao uso de uma estação meteorológica temporária instalada no local do futuro aerogerador, necessária para obter os referidos fatores de distorção do fluxo atmosférico causados pelo formato do terreno.

 

Por último, a verificação da curva de potência é efetuada com o objetivo de avaliar o desempenho do aerogerador no local especifico onde foi instalado. Esta avaliação é efetuada recorrendo a uma campanha de medição no local, através da medição e recolha simultânea das características do vento e da potência produzida à saída do aerogerador (através de equipamento instalado para o efeito), por um período suficientemente longo que garanta uma cobertura significativa de gama de velocidades, de direções de vento e de condições atmosféricas. Para além da obtenção da curva de potência medida, é também estimada a energia de produção anual, ambas complementadas com a análise das incertezas associadas à medição.

A medição da curva de potência é um processo dispendioso cuja necessidade deve ser bem fundamentada. Mas o aspeto que mais limita o impacto deste ensaio no que respeita à avaliação do desempenho prende com o facto de os resultados se reportarem exclusivamente ao aerogerador alvo do ensaio.

Abordagem simplificada facilita avaliação a vários aerogeradores

Como alternativa ou complemento, a equipa de consultoria do INEGI criou uma abordagem simplificada para a verificação da curva de potência de um aerogerador.

Esta análise, de uma forma resumida, assume alguns desvios às normas de referência acima referidas, destacando-se a (i) obtenção das leituras da potência do aerogerador através do sistema de SCADA – Supervisory Control and Data Aqcquisition, em vez do recurso a equipamentos independentes, instalados somente para este propósito e (ii) a utilização de um espetro alargado de dados, em vez de utilizar apenas dados observados em setores calibrados (obtidos por intermédio dos fatores de distorção na fase de calibração do local).

A metodologia usada é semelhante à referida nas normas de referência, no sentido em que é necessário determinar a velocidade do vento no local do aerogerador e à altura do eixo do rotor; todavia, a forma de obtê-la é, apesar de baseada nos fatores de distorção obtidos no processo de calibração do local, diferente na medida em que recorre também aos valores registados pelo anemómetro instalado na nacelle do aerogerador.

Torna-se possível, deste modo, repetir o ensaio nos vários aerogeradores do parque, para os mesmos modelos de aerogerador, em vez de ver a apreciação confinada ao aerogerador alvo da calibração do sítio. Torna-se também possível analisar previamente a pertinência em efetuar uma medição da curva de potência seguindo os preceitos normativos.

Trata-se, assim, de uma abordagem que, sem perder o seu caráter preliminar, revela-se como interessante no processo de decisão para uma futura verificação da curva de potência segundo os referenciais normativos. Por outro lado, esta metodologia simplificada pode ser aplicada de forma contínua ao longo da operação do aerogerador alvo do ensaio alargada aos aerogeradores compõem o parque eólico, garantindo desta forma uma maior representatividade dos resultados, apesar da incerteza associada aos mesmos, e uma avaliação detalhada do desempenho daquele aerogerador ao longo da sua vida útil.