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Universidade Federal de Itajubá
Edital FAPEMIG 21/2010
APROVEITAMENTO EÓLICO EM RESERVATÓRIOS HIDRELÉTRICOS NO
ESTADO DE MINAS GERAIS: IMPACTOS DAS MUDANÇAS CLIMÁTICAS
PARA O CENÁRIO ATUAL.
Linha Temática 3 – Redução das Emissões de Gases de Efeito Estufa no Estado de
Minas Gerais - Pesquisa e desenvolvimento de fontes de energia renováveis, com ênfase
em biomassa, solar e eólica.
Arcilan Trevenzoli Assireu (Dr.) (UNIFEI) (Coordenador)
Carlos Frederico de Angelis (Dr.) (CPTEC/INPE)
Edmilson Dias de Freitas (Dr.) (IAG/USP)
Enio Bueno Pereira (Dr.) (DGE/INPE)
Fábio Roland (Dr.) (UFJF)
Felipe Mendonça Pimenta (Dr.) (Depto de Geofísica/UFRN)
Felipe Siqueira Pacheco (Doutorando) (CST/INPE)
Fernando Ramos Martins (Dr.) (DGE/INPE)
Marcelo de Paula Corrêa (Dr.) (UNIFEI)
Márcio de Moraes (Dr.) (DGE/INPE)
Ramon Morais de Freitas (MSc.) (DSR/INPE)
Vanessa Silveira Barreto Carvalho (Dr.) (UNIFEI)
Vanessa Cristina Oliveira de Souza (MSc.) (UNIFEI)
Alunos dos programas de pós-graduação em Ecologia Aplicada a Conservação e
Manejo de Recursos Naturais da UFJF - PGECOL e Meio Ambiente e Recursos
Hídricos da UNIFEI – MEMARH.
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Itajubá, Março de 2011
SUMÁRIO
1- OBJETIVOS...............................................................................................................3
1.1- Objetivo Geral..........................................................................................................3
1.2 -Objetivos Específicos...............................................................................................3
2- REVISÃO DA LITERATURA..................................................................................4
2.1- Influências da topografia local sobre as características aerodinâmicas....................4
2.2 –Morfometria do entorno dos reservatórios...............................................................6
2.3 – Modelagem de mesoescala do vento......................................................................9
2.4 – A estabilidade da camada limite........................................................................... 10
3 –JUSTIFICATIVA......................................................................................................12
4- DESCRIÇÃO DAS ATIVIDADES...........................................................................15
5 -CRONOGRAMA DE EXCECUÇÃO.......................................................................17
6- RESULTADOS ESPERADOS..................................................................................17
7-DETALHAMENTO DAS ATIVIDADES DE CADA MEMBRO DA EQUIPE.....18
8 - ORÇAMENTO........................................................................................................ .18
9- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................21
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APROVEITAMENTO EÓLICO EM RESERVATÓRIOS HIDRELÉTRICOS NO
ESTADO DE MINAS GERAIS: IMPACTOS DAS MUDANÇAS CLIMÁTICAS
PARA O CENÁRIO ATUAL.
1- OBJETIVOS
1.1- Objetivo Geral
Como seqüência às análises iniciadas por Assireu et al. (2011), este projeto visa
consolidar a investigação quanto ao potencial de aproveitamento eólico em reservatórios
hidrelétricos tendo em vista o cenário atual e os cenários futuros projetados pelo IPCC,
face a influência das mudanças climáticas. Este estudo (piloto) será realizado para
quatro importantes reservatórios hidrelétricos no estado de Minas Gerais: Furnas, Três
Marias, Itumbiara (divisa de Minas Gerais e Goiás) e Estreito (divisa de Minas Gerais e
São Paulo).
1.2 - Objetivos Específicos
- Calibrar e validar um sistema, baseado em sistemas de informação geográfica (SIG),
capaz de mapear as regiões ou setores de reservatórios hidrelétricos mais adequados à
instalação de turbinas eólicas, considerando cenários atuais e futuros quanto ao regime
de ventos (intensidade e direção);
- Aprofundar os estudos quanto à potencialidade de aproveitamento eólico em
reservatórios hidrelétricos considerando também os cenários futuros previstos pelo
IPCC;
- Gerar mapas de aproveitamento eólico segmentados em regiões ou setores dos
reservatórios a serem estudados, considerando cenários atuais e futuros;
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- Avaliar métodos morfométricos e micro meteorológicos de estimativas de rugosidade
superficial, tendo em vista a geração de subsídios para um melhor entendimento do
perfil de vento em reservatórios e demais características aerodinâmicas.
2 – REVISÃO DA LITERATURA
O setor energético brasileiro é fortemente baseado em fontes renováveis de energia.
Aproximadamente 45% da energia produzida no país são provenientes de fontes
renováveis. No setor elétrico, esta relação com fontes renováveis é ainda mais vigorosa.
A energia hidrelétrica responde por cerca de 80% de toda energia elétrica produzida no
país (MME, 2009).
Embora a energia hidrelétrica constitua uma importante fonte de energia para o Brasil, o
represamento de rios para a construção dos reservatórios resulta em vários problemas
sociais e ambientais (Fearnside, 2004). Algumas estratégias para mitigação destes
impactos têm sido apresentadas. O uso múltiplo dos reservatórios, por exemplo, para
fins de recreação, criação de peixes e controle de enchentes, são alguns exemplos. Outra
possibilidade, recentemente investigada (Assireu et al., 2011), é a instalação de parques
eólicos nos lagos formados por intermédio do represamento. Enquanto o potencial
eólico brasileiro sobre o continente (Amarante et al., 2001; Feitosa et al., 2003) e para
algumas regiões da plataforma continental (Pimenta et al., 2008) tem sido avaliados,
somente recentemente esta avaliação foi feita para reservatórios hidrelétricos (Assireu et
al., 2011).
Como mostrado por Assireu et al. (2011), o aproveitamento eólico em reservatórios
hidrelétricos é promissor devido a várias razões. Primeiro, os reservatórios construídos
em regiões de planalto possuem, normalmente, forma alongada com o relevo disposto
ao longo do eixo principal. Isto pode introduzir regiões de convergência para o vento
sobre o lago o que cria condições orográficas favoráveis ao aproveitamento eólico.
Segundo, dada a proximidade com o sistema de transmissão, a integração com a rede é
facilitada. Terceiro e mais importante, estas formas de energia renovável são
complementares. A energia gerada pelas turbinas eólicas, em períodos de ventos
favoráveis, pode contribuir para o gerenciamento do nível de água do lago através da
redução de geração hidrelétrica. Ou seja, a água “poupada” durante estes períodos pode
ser usada durante períodos climáticos desfavoráveis (seca prolongada). Esta
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complementaridade sazonal foi demonstrada ocorrer para os oito reservatórios
estudados (Assireu et al., 2011).
A disponibilidade e confiabilidade destas fontes renováveis, entretanto, dependem das
condições climáticas, que podem ser influenciadas pelas mudanças climáticas,
relacionadas ao aumento da concentração de gases de efeito estufa na atmosfera. A
vulnerabilidade do potencial eólico brasileiro frente aos cenários de mudanças
climáticas previstas pelo IPCC foi recentemente estudada por Lucena et al. (2010a,b),
mas os impactos especificamente sobre os reservatórios hidrelétricos ainda não foi
investigado.
2.1 – Influências da topografia local sobre as características aerodinâmicas
Os reservatórios construídos em regiões de planalto possuem, normalmente, forma
alongada com o relevo disposto ao longo do eixo principal. Isto pode introduzir regiões
de convergência para o vento sobre o lago o que cria condições orográficas favoráveis
ao aproveitamento eólico. Como conseqüência, há um aumento da velocidade média do
vento e uma redução da variabilidade na direção do vento (Mason, 1986; Hunt et al.,
1988a,b; Finnigan et al., 1990; Bullard et al., 2000). Ambos os efeitos são importantes
para a geração de energia eólica e, especificamente, a redução da variabilidade na
direção facilita a escolha dos locais mais adequados para a instalação das turbinas ao
longo do lago. A circulação sobre o lago, entretanto, é fortemente dependente dos
sistemas atmosféricos de larga escala (Weigel & Rotach, 2004; Bitencout et al., 2009).
Um exemplo da influência da topografia para o vento é mostrado nas Figuras 1a,b e 2.
Para descrever a topografia, normalmente se utiliza dos dados do Shuttle Radar
Topographic Mapper (SRTM). Um exemplo de um mapa construído a partir do SRTM
é mostrado na Figura 1a,b para o reservatório de Itumbiara, que fica na divisa entre
Minas Gerais e Goiás. Este reservatório foi construído pelo represamento de rios entre
montanhas, de forma que o alagamento do vale do rio resultou num lago com forma
alongada. Para reservatórios com estas características, as montanhas tendem a canalizar
o vento, intensificando e diminuindo a variabilidade do vento.
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Figura 1 – (a) Topografia e (b) mapa de elevação para o reservatório de Itumbiara.
FONTE: Assireu et al., 2011.
A direção do vento é alinhada com a direção do fetch (área de maior atuação do vento)
do reservatório, com os ventos do quadrante leste ocorrendo em mais do que 35% do
tempo nesta direção (Fig. 2).
Esta direção coincide com a direção predominante dos ventos de grande escala para
aquela região, que são de leste (Niemer, 1989). Como o vento de grande escala é
aproximadamente paralelo com as montanhas, a topografia local promove um efeito de
convergência, o que modifica a direção e intensidade do vento (speed-up phenomenon)
(Bullard et al., 2000). O processo é similar ao mecanismo identificado por Whiteman &
Doran (1993) para o vale do Tennesse, EUA.
Figura 2 – Distribuição de freqüências de direção e intensidade do vento para o
reservatório de Itumbiara. FONTE: Assireu et al. (2011).
2.2 – Morfometria do entorno dos reservatórios
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O conhecimento das características aerodinâmicas locais é fundamental para descrever,
modelar e prever o comportamento dos ventos e da turbulência sobre os reservatórios
em diferentes escalas. Na camada limite atmosférica – a camada que está em contato ou
sofre influência da superfície terrestre-, o escoamento das massas de ar tem
comportamento distinto ao longo de sua extensão vertical, variando desde o regime
turbulento, nos níveis inferiores, ao não turbulento, no topo desta camada. Considerando
esta variação vertical do vento, o relevo do entorno do reservatório, em termos
aerodinâmicos, é descrito pelos parâmetros de rugosidade, relacionados com a forma,
altura, densidade de distribuição dos elementos na superfície, dentre outras variáveis
que determinam a eficiência de uma área da superfície para transformar a energia do
vento médio em movimento turbulento nas baixas camadas (Wieringa et al., 2001). Um
dos atributos aerodinâmicos utilizados para parametrizar a rugosidade do terreno é o
comprimento característico da rugosidade (Z0) que, formalmente corresponde à altura a
partir do solo onde a velocidade do vento é igual a zero, considerando um perfil vertical
cuja variação apresente comportamento logaritmo com a altitude. Porém, a mensuração
desta variável é ainda considerada difícil e desprovida de consenso metodológico
(Garvine and Kempton, 2008).
Grimmond & Oke (1999) propõem um esquema simplificado para a estimativa dos
parâmetros de rugosidade em áreas urbanas, aplicado a fotografias aéreas e
características de densidade e forma urbana (Fig. 3).
Figura 3 – Definição das dimensões de superfície usadas em análises morfométricas e
suas relações: razão de área plana (λp = Ap/AT) e razão de área frontal (λF = AF/AT).
FONTE: Grimmond e Oke (1999).
A obtenção de propriedades de rugosidade e propriedades aerodinâmicas a partir do
modelo conceitual de Grimmond e Oke (1999), embora bastante utilizado para
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aplicações em áreas urbanas, é de difícil aplicação em regiões de topografia tão
complexa como a do entorno dos reservatórios (Fig. 4).
Para feições com tamanha complexidade como são os relevos no entorno dos
reservatórios, Assireu et al. (2004) e Assireu et al. (2009) utilizaram uma técnica
baseada no operador de fragmentação assimétrica ( maiores detalhes vide Assireu et al.,
2002). Esta técnica mostrou-se eficiente para quantificar o nível de complexidade do
entorno dos reservatórios e será utilizada aqui para as etapas de quantificação da
rugosidade do relevo adjacente aos reservatórios, tendo em vista selecionar os setores
do reservatório mais adequados a instalação do parque eólico e como estes respondem a
mudanças em intensidades e direção previstas quando considerados os cenários futuros
do IPCC.
O método consiste em analisar os dados em janelas de 3 x 3 pixels e aplicar o operador
conforme esquema abaixo (Figura 4). Ao final é computado um valor médio ao longo
da área (o equivalente a razão de área plana na Figura 3) e um valor médio ao longo do
perfil que configura o “túnel de vento” (o equivalente a razão de área frontal na Figura
3).
No caso do perfil (série unidimensional), cada nove pontos da série são convertidos em
uma matriz 3x3 e o método é, desta forma, aplicado ao longo da série. Um valor médio,
considerando cada um dos valores obtidos para cada nove pontos ao longo da série é
gerado. A escolha de se utilizar matrizes 3x3 deve-se a possibilidade das análises serem
feitas na melhor janela de resolução e sem comprometimentos da robustez do método.
Assim, para os dados do SRTM (resolução de 90m) tem-se um valor a cada 810m (para
o índice equivalente a razão de área frontal) e uma área de 72900 m2 (para o índice
equivalente a razão de área plana).
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Figura 4 – Quantificação da complexidade morfométrica através do método dos padrões
de gradientes. FONTE: Adaptado de Assireu et al. 2002.
2.3 – Modelagem de mesoescala do vento
O modelo atmosférico de mesoescala BRAMS (Contribuições Brasileiras ao Regional
Atmospheric Modeling System - RAMS, PIELKE et al., 1992, COTTON et al., 2003)
vem sendo desenvolvido como parte de um projeto de parceria entre instituições
nacionais e internacionais com financiamento da FINEP (empresa Financiadora de
Estudos e Projetos), vinculada ao Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT). Fazem
parte do projeto a ATMET (Atmospheric, Meteorological and Environmental
Technologies – EUA), o CPTEC-INPE (Centro de Previsão de Tempo e Estudos
Climáticos do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), a UFCG (Universidade
Federal de Campina Grande) e o IAG-USP (Instituto de Astronomia, Geofísica e
Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo) entre outras instituições. O
principal objetivo do projeto BRAMS é desenvolver uma versão do modelo ajustada aos
trópicos e que atenda os centros regionais de previsão do tempo no Brasil.
O modelo RAMS, no qual o BRAMS é baseado, foi desenvolvido pela Universidade do
Estado do Colorado – EUA e pela MRC/*ASTER, com o intuito de simular as
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circulações atmosféricas desde a micro até a grande escala, com a modelagem dos
fenômenos de mesoescala sendo sua mais frequente aplicação, principalmente no que se
refere à previsão de tempo operacional (FREITAS, 2003). Uma das vantagens de
utilização do modelo é a possibilidade de modificação do código de acordo com a
necessidade do usuário. No caso do projeto BRAMS, diversas implementações foram
efetuadas no modelo original.
O modelo em questão consiste em um conjunto completo de equações que governam a
evolução do estado atmosférico, baseadas nas leis de movimento de Newton e na
termodinâmica de um fluido que incluem parametrizações dos diversos processos
físicos presentes nestas equações (como, por exemplo, parametrizações para os
processos turbulentos, radiativos e convectivos).
O modelo também conta com um esquema de aninhamento múltiplo de grades que
permite a resolução das equações do modelo, de forma simultânea, sob qualquer número
de grades computacionais com diferentes resoluções espaciais (FREITAS, 2003). No
caso, grades menores, com maior resolução (ou menor espaçamento de grade), são
utilizadas para simular detalhes dos sistemas atmosféricos de menor escala, como, por
exemplo, o escoamento sobre terrenos complexos ou circulações termicamente
induzidas pela superfície. Já as grades maiores, com maior espaçamento de grade, são
utilizadas para modelar o ambiente destes sistemas menores, fornecendo as condições
de fronteira para as grades com maior resolução, e modelando os fenômenos
atmosféricos de larga escala que interagem com os sistemas de mesoescala resolvidos
nas grades mais finas. Além de representar fisicamente os processos radiativos,
transportes convectivos associados às nuvens e à turbulência seca, o modelo revela-se
adequado para a avaliação dos efeitos de fatores locais, tais como a topografia e a
presença de corpos d‟água de grandes dimensões, aspectos de interesse do presente
estudo.
2.4 – A estabilidade da camada limite
A estabilidade termal da atmosfera tem um importante efeito sobre o perfil vertical do
vento e, conseqüentemente, sobre as estimativas dos recursos eólicos em diferentes
alturas (Garvine & Kempton, 2008). Em uma camada limite estável, o ar apresenta uma
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flutuabilidade negativa, de forma que a parcela de ar deslocada para cima ou para baixo
tende a retornar ao seu nível inicial. Como resultado, as misturas e trocas de momentum
são confinadas a camadas delgadas próximas à superfície, acima da qual a velocidade
do vento aumenta rapidamente. Para uma atmosfera instável, o momentum é
“espalhado” por misturas convectivas ao longo de uma camada limite mais espessa. Isto
tende a aumentar a velocidade do vento próximo à superfície e reduzir nas camadas
acima (Garrat, 1992).
Modelos de mesoescala como o BRAMS aproximam este efeito por mudanças na
parametrização de acordo com a classe de estabilidade a que se encontra a camada
limite. O tipo de estabilidade é determinado a partir do perfil de temperatura potencial
previsto. Embora os modelos de mesoescala apresentem um bom comportamento na
maioria das vezes, condições de alta instabilidade podem gerar alguns efeitos
particularmente importantes para as análises de potencial eólico. Nestas circunstâncias,
o modelo pode permitir uma maior entrada de momentum nas camadas estáveis
próximas à superfície do que de fato ocorre. Isto resulta em superestimativas para os
ventos (Manobianco et al., 1996).
A Figura 5 ilustra um caso típico de variação da diferença de temperatura entre água e
ar para reservatórios tropicais. Isto introduz um comportamento dinâmico na
estabilidade da atmosfera como discutido por Assireu et al. (2011). Este efeito, somado
a ação do efeito de brisas de montanhas, será estudado neste projeto.
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Figura 5 – Diferenças de temperatura do ar e água, durante o mês de Janeiro, típicas
para reservatórios em regiões tropicais. FONTE: Assireu et al. (2011).
3 – JUSTIFICATIVAS
Segundo a Agência Internacional de Energia (AEO, 2009) o aumento na demanda de
energia projetada para 2030 é de 85% quando comparado ao consumo do ano de 2004.
De acordo com Cerri et al. (2009) e La Rovere e Romeiro (2003), quase 2/3 das
emissões de gases de efeito estufa no Brasil estão associadas a mudanças no uso da terra
e agricultura, e o restante (1/3) está associado ao setor de transporte e produção de
energia. Esta relativa pouca participação do setor energético brasileiro no contexto de
emissão de gás de efeito estufa se deve ao predomínio de fontes renováveis de energia
na matriz energética brasileira.
A disponibilidade e confiabilidade destas fontes renováveis, entretanto, dependem das
condições climáticas, que podem ser influenciadas pelas mudanças climáticas
CLIMÁTICAS, relacionadas ao aumento da concentração de gases de efeito estufa na
atmosfera. Os impactos das mudanças climáticas implicam em custos (em alguns casos,
em ganhos) socioeconômicos que são difíceis de serem mensurados. Estes custos
incluem não somente o prejuízo direto causado pelos impactos, mas também os custos
associados à adaptação; em outras palavras, o esforço para atenuar ou evitar estes
10 11 12 13 14 15 16 17-10
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impactos (Kundzewicz et al., 2007). Para o setor energético, por exemplo, se estes
impactos resultarem em diminuição na produção elétrica, medidas adaptativas exigiriam
o aumento da capacidade de geração instalada. A identificação da vulnerabilidade do
setor energético às mudanças climáticas é essencial para a formulação de políticas
adaptativas, e o conhecimento sobre estes impactos podem levar a avaliação de
tecnologias e formas alternativas e influenciar a política energética de um país
(Wilbanks et al., 2007). Neste contexto, a instalação de parques eólicos nos
reservatórios apresenta-se como uma alternativa bastante atrativa, conforme mostrado
por Assireu et al. (2011) (motivações comentadas na Seção 2).
Estudos sobre eventuais impactos das mudanças climáticas para o setor energético
brasileiro foram realizados recentemente (Lucena et al., 2010 a,b). Porém, estes estudos,
muito importantes para análises de grande escala, precisam ser refinados quanto à
resolução espacial e temporal, para que os resultados possam ser aplicados a
reservatórios hidrelétricos. Por exemplo, os autores supracitados utilizaram médias
anuais de vento com resolução espacial de 50km x 50km. As análises não consideraram
aspectos morfométricos (forma, altura e distribuição dos elementos de rugosidade) tão
importantes em relevo tipicamente ondulados, como ocorre em grande parte do estado
de Minas Gerais. Também, nos estudos supracitados não foram contemplados fatores
estatísticos como os parâmetros de forma e escala da distribuição Weibull, necessários
para análises mais precisas.
As influências do relevo para o regime de ventos locais (discutidos na Seção 2) e a
importância desta influência para o aproveitamento eólico nos reservatórios discutidos
em Assireu et al. (2011), justificam a busca pelo melhor entendimento da relação entre
os regimes de vento de grande escala, o relevo adjacente aos reservatórios e sua
influência para o regime de ventos atuantes nos reservatórios. Assim, não só os valores
de intensidade do vento previstos para cenários futuros serão importantes, mas as
prováveis mudanças de direção. Isto poderá levar a mudanças intensas quanto aos
setores ou regiões dos reservatórios que apresentam potencial adequado para a
exploração eólica e também daquelas regiões sombreadas em relação ao vento (regiões
cujo relevo funciona no sentido de bloquear o vento).
A complexidade do relevo adjacente aos reservatórios faz com que a rugosidade
superficial destas áreas tenha elevado valores de índices como deslocamento do plano
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zero (zd) ou comprimento de rugosidade (z0), comparáveis aos valores típicos de cidades
(ex., Wieringa 1993, Tab. VIII). Isto tem importantes implicações para o arrasto em
superfície, condutância aerodinâmica associada ao transporte de momentum, as escalas
e intensidades da turbulência, convergência e divergência de mesoescala, espessura da
camada de Ekman, intensidade do vento e forma do perfil do vento, e o tipo de
escoamento local resultante da interação entre vento de mesoescala e condições locais.
Assim, um conhecimento o mais acurado possível das características aerodinâmicas dos
reservatórios e adjacências é fundamental para a descrição, modelagem e previsão do
comportamento do vento. Porém, as estimativas de zd e z0, em ambientes com elevada
complexidade morfométrica, ainda está associado a grandes incertezas. Dois métodos
são os mais usuais:
1) Métodos morfométricos (ou geométricos) baseados em algoritmos que
relacionam parâmetros aerodinâmicos com parâmetros associados a morfometria
superficial;
2) Micrometeorológicos (ou anemométricos) que usam observações de vento ou
turbulência para determinar parâmetros aerodinâmicos onde se inclui relações
teóricas derivadas de perfis logarítmicos de vento.
Os métodos morfométricos têm como vantagem a possibilidade de obtenção de
estimativas sem a necessidade de torres e instrumentações instaladas no campo. Porém,
apresentam como principal limitação o fato de seu respaldo teórico ser baseado em
relações empíricas construídas sob condições idealizadas em túnel de vento. Assim, a
validação dos métodos morfométricos, pela instalação, em um dos reservatórios, de
torre meteorológica para estimativas dos parâmetros aerodinâmicos, gerará subsídios
importantes para a melhor compreensão da relação funcional dos atributos de terreno
para os regimes de ventos locais.
4 - DESCRIÇÃO DAS ATIVIDADES
Entre fevereiro de 2006 e fevereiro de 2007, entre janeiro de 2006 e janeiro de 2007, e
entre janeiro de 2005 e fevereiro de 2006, um sistema de medidas de parâmetros hidro-
meteorológicos esteve instalado, respectivamente, no Reservatório de Furnas (Minas
Gerias), Estreito (divisa entre Minas Gerais e São Paulo) e de Itumbiara (divisa entre
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Minas gerais e Goiás). Os dados de vento destes sistemas serão utilizados em etapas de
calibração e validação do modelo BRAMS para reservatórios.
Os dados de temperatura do ar, umidade, geopotencial e vento (nas três componentes)
obtidos para diversos níveis verticais da atmosfera a partir das análises do Global
Forecast System (GFS) do National Center for Environmental Prediction (NCEP) com
6 horas de resolução temporal serão utilizados para a geração das condições iniciais e
de fronteira do modelo. Parâmetros de superfície (rugosidade, mapa digital do terreno,
complexidade do entorno e cobertura), em alta resolução, serão considerados a partir
do que foi discutido na Seção 2.2. Após a etapa de validação e calibração serão
iniciadas as etapas de avaliação de cenários futuros, para todos os reservatórios a
serem estudados. Com esta finalidade, os cenários do IPCC A2 (pessimista, alta
emissão) e B2 (otimista, baixa emissão) serão usados por terem sido regionalizados
por um grupo de especialistas do CPTEC/INPE, que usaram o modelo PRECIS
(Providing Regional Climates for Impacts Studies). No caso, para as simulações com o
modelo BRAMS, os resultados obtidos para as variáveis: temperatura do ar, umidade,
geopotencial e vento (nas três componentes) com modelos climáticos considerando
ambos os cenários citados serão utilizados para a inicialização do modelo. A proposta
é simular um ano no futuro a partir dos dados obtidos com o modelo climático. Dessa
forma, será possível identificar o impacto regional das mudanças climáticas no regime
de vento local em cada reservatório a ser estudado.
Em paralelo, mapas relativos ao potencial de aproveitamento eólico serão gerados a
partir do programa WindMap®. Este programa permite a simulação do vento em
diferentes alturas, podendo-se extrair um comportamento vertical desta variável em um
dado local. É possível prever como o fluxo de vento será alterado em cenários futuros
ao se considerar, como entrada, perfis verticais de vento local, obtidos a partir de
modelos que simulam cenários futuros. Assim, os dados de saída do BRAMS serão
utilizados como dados de entrada no WindMap. Este programa é amplamente utilizado
para previsões de áreas com potencial de geração de energia eólica e, como exemplo, o
Atlas do Potencial Eólico Brasileiro foi elaborado a partir deste programa. Trata-se de
um aplicativo muito amigável e que não demanda amplos recursos para sua execução.
Os dados de entrada são mapas digitais de elevação ou topográficos e de rugosidade,
dados de estações meteorológicas e de perfis verticais do vento localmente.
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Os estudos morfométricos, fundamentais para a regionalização e avaliação das
influências topográficas para o vento, serão conduzidos ao longo de todos os
reservatórios alvo de estudos deste projeto (Furnas, Três Marias, Itumbiara e Estreito),
tendo em vista identificar as regiões ou setores, de cada reservatório, mais propícios ao
aproveitamento eólico considerando o cenário atual e os cenários futuros.
A instalação de uma torre meteorológica de 40m e de um balão para sustentação, a
100m, no reservatório de Furnas, na qual serão instalados 04 anemômetros sônicos que
medirão as três componentes do vento, mais dados de temperatura do ar e da água,
permitirão a comparação e validação dos métodos morfométricos de estimativas dos
índices de rugosidade superficial. Também, permitirão estudos inéditos, no Brasil,
sobre os perfis típicos do vento em ambientes aquáticos e como a variabilidade diurna
na diferença temperatura da água e temperatura do ar (vide Assireu et al., 2011)
implica sobre a estabilidade da coluna d‟água e daí para as estimativas do vento em
diferentes alturas.
A Figura 6a indica o esquema de fundeio do balão que suportará, a 100m, o
anemômetro e demais sensores meteorológicos como temperatura do ar, pressão e
umidade. Este sistema será instalado no Reservatório de Furnas. A estabilização dos
sensores em relação ao balão será feito por um braço osciloscópio desenvolvido para
esta função e cuja patente é de domínio da UNIFEI. O fundeio será de três pontos a fim
de eliminar a possibilidade de rotação do sistema balão-sensor.
Figura 6 – Arranjo dos anemômetros que serão utilizados nos estudos sobre
perfil vertical do vento a ser instalado no Reservatório de Furnas.
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A validação do SIG para mapeamento de áreas com potencial eólico nos reservatórios
hidrelétricos será realizado para o reservatório de Itumbiara onde existe dados de vento
medidos (durante um ano) em dois setores com características morfométricas
adjacentes substancialmente diferentes.
5 - CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO
Meses 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Etapas
1
2
3
Etapa 1: Levantamento de dados colaterais ou auxiliares, aquisição dos equipamentos e a
realização do campo para instalação da torre e sensores.
Etapa 2: Realização de campo trimestral para fins de inspeção de sensores,
implementações e execução dos modelos, análises de dados e interpretação dos resultados.
Etapa 3: Integração dos resultados e preparação de relatórios e trabalhos científicos.
6 – RESULTADOS ESPERADOS
Ao final do projeto, será gerado conhecimento inédito sobre a potencialidade de
aproveitamento eólico em reservatórios para o cenário atual e futuro. Um sistema baseado em
SIG permitirá avaliar, a partir de ventos sinópticos e índices morfométricos, quais as regiões ou
setores dos reservatórios são mais adequados para a instalação de turbinas eólicas considerando
o cenário atual e futuro.
Conhecimentos importantes sobre a forma do perfil vertical do vento e como este
responde às condições de variabilidade diurna na diferença entre temperatura do ar e água,
contribuirão para o aumento na confiança das etapas de avaliação do vento em diferentes
alturas, para sistemas aquáticos continentais. Enquanto trabalhos já investigaram valores típicos
para o expoente da lei de potência em ambientes urbanos e rural, percebe-se uma ausência de
trabalhos que investigaram estes valores típicos para sistemas aquáticos continentais,
particularmente reservatórios. Assim, outra contribuição esperada é que este trabalho venha a
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contribuir para o avanço do conhecimento relativo à extrapolação do vento para diferentes
alturas sobre sistemas aquáticos continentais.
As informações a serem geradas no âmbito deste projeto representarão subsídios
importantes para o adequado gerenciamento dos recursos energéticos, tendo em vista que a
identificação da vulnerabilidade do setor energético às mudanças climáticas é essencial
para a formulação de políticas adaptativas.
Dois programas de pós-graduação (Ecologia Aplicada a Conservação e Manejo
de Recursos Naturais da UFJF - PGECOL e Meio Ambiente e Recursos Hídricos da
UNIFEI - MEMARH) se beneficiarão, em termos de capacitação nesta área tão
estratégica para o estado de Minas Gerais e para o Brasil. O intercâmbio entre os
pesquisadores da UNIFEI, UFJF, CPTEC/INPE, e IAG/USP dará, à pesquisa, o
respaldo técnico-científico multidisciplinar necessário para a execução da mesma e para
a formação de pessoal na área.
7 – Participação dos membros da equipe
A seguir será detalhada a forma como cada membro da equipe colaborará com o projeto:
Arcilan Trevenzoli Assireu – coordenar os trabalhos, adquirir os equipamentos, planejar e
executar as atividades de campo, processar, analisar e interpretar os dados. Gerar os
relatórios e coordenar os trabalhos de preparação e geração dos trabalhos e artigos. Estudos
morfométricos.
Carlos Frederico de Angelis – Estudos morfométricos, gerenciamento da base de dados
e obtenção de dados auxiliares;
Edmilson Dias de Freitas - Modelagem de meso-escala do vento;
Enio Bueno Pereira – Análise e interpretação de dados;
Fábio Roland – Análises dos impactos da instalação das turbinas no lago para o
ecossistema lacustre.
Felipe Mendonça Pimenta – Análises e interpretação dos dados no contexto do
aproveitamento eólico.
Felipe Siqueira Pacheco – processamento e análise de dados e modelagem via SIG;
Fernando Ramos Martins - Modelagem de meso-escala do vento;
19
Marcelo de Paula Corrêa - Análises de dados meteorológicos sinóticos de apoio aos
trabalhos;
Márcio de Moraes - Modelagem de meso-escala do vento;
Ramon Morais de Freitas – Análises morfométricas e processamento de dados;
Vanessa Silveira Barreto Carvalho – Modelagem de meso-escala do vento;
Vanessa Cristina Oliveira de Souza – Modelagem via SIG.
Alunos de mestrado (MEMARH) e mestrado e doutorado (PGECOL).
8 – Orçamento
Equipamentos e Material Permanente
Sistema de Aquisição de Dados,
Alimentação e acessórios
Quantidade Preço Unitário
(R$)
Total
(R$)
Laptop para aquisição (download)
de dados em campo 01 2.000,00 2.000,00
Coletor de Dados CR1000 (2 Mb
/ -25ºC a +50ºC)
04 2.980,00 11.923,00
Terminal de campo para
programação e visualização de
dados
01 682,00 682,00
Cartão de memória de 1GB
04 314,50
1.258,00
Interface SANDISK
IMAGEMATE USB 2.0
01 74,80
74,80
Software de programação e
comunicação
01 1.200,00
1.200,00
Programa de Eddy Covariance
(básico)
01 1.684,70
1.684,70
Regulador de voltagem
04 278,00
1.115,20
Painel Solar 65 W (bateria
12VDC-36Ah não inclusa)
04 1.909,10
7,636,40
Caixa ambientalmente selada de
16X18 pol., com 2 conduites para
cabos e suporte
04 751,40
3.005,60
Sensores Quantidade Preço Unitário
(R$)
Total
(R$)
Anemômetro Sônico tri-
dimensional CSAT3 (cabo de 25
pés), com maleta de transporte
04 17.311,10
69.244,40
Sensor de Temp./Umid. Relat
Vaisala
04 1.309,00 5.236,00
Sensor de temperatura da água 01 340,00 340,00
Abrigo termométrico para sensor
de temperatura e umid. relativa
04 408,00
1.632,00
Suportes para sensores Quantidade Preço Unitário
(R$)
Total
(R$)
Torre autoportante leve em aço
galvanizado de 40m e pára-raio 01 32.000,00 32.000,00
Braço superior de alumínio com
adaptador CM210
04 192,10 768.40
Tubo de alumínio de 1”X 12”
04 34,00 136,00
Tubo de alumínio de 10”
04 30,60 122,40
20
Adaptador (cruzeta) de 1” X 3/4”
04 51,00 204,00
Balão cativo para sustentação dos
sensores a 100m, cabos de
sustentação e extensão de cabos de
transmissão de dados
01 6.000,00 6.000,00
Braço osciloscópio de estabilização 01 3.000,00 3.000,00
Total 149.466,90
Justificativa: materiais e equipamentos essenciais ao desenvolvimento do projeto – Componente
torre meteorológica a ser instalada no Reservatório de Furnas.
Equipamentos e Material Permanente
Recursos computacionais
para gerenciamento de
banco de dados e
equipamentos eletrônicos
de suporte aos trabalhos
de campo
Quantidade Preço
Unitário
R$
Disco rígido USB – 2TB 02 300,00 600,00
Impressora HP Laserjet P4014N 01 1600,00 1600,00
Filmadora Flash Memory DCR –
SX 20 com 50 x zoom óptico e
LCD 2.7”R
01 900,00 900,00
GPS – MAP 60 CSX Garmim 01 2400,00 2400,00
Rádio de comunicação Talkabout
T5025 com carregador – 9,6km -
Motorola
02 250,00 500,00
Câmera digital à prova d água
Stylus 550WP Azul 10MP com 3x
zoom óptico, LCD 2,5” e bateria
recarregável + cartão XD 2GB -
Olympus
01 420,00 420,00
iMac de 21,5” 3,06 GHz Intel
Core i3 4GB SDRAM 500 GB
serial ATA Drive
01 4.000,00 4.000,00
Servidor para armazenamento de
dados
01 7.000,00 7.000,00
Total 17.330,00
Justificativa: Gerenciamento de banco de dados e armazenamento de simulações dos
modelos e apoio a trabalhos de campo
Missão de campo
21
Combustível + aluguel de barco 1000,00 6 R$ 6.000,00
Diárias (2 pessoas x 3 dias) por missão - 6x 100,00 600,00 6 R$ 3.600,00
R$ 9.600,00
Justificativa: Idas ao campo a cada 3 meses para inspeção dos sensores da torre.
Serviço de terceiro
Montagens, instalações e
integração dos sistemas
Quantidade Preço
Unitário
R$
Torre e fundeio do balão 01 12.000,00 12.000,00
Montagem dos sensores e
periféricos na torre
01 8.000,00 8.000,00
R$ 20.000,00
Justificativa: Idas ao campo de equipe especializada na montagem da torre, balão e integração
dos sistemas.
Software
Análises dos dados no contexto de aproveitamento
eólico e organização dos dados eólicos
Quantida
de
Preço
Unitário
R$
WINDOWGRAPHER"<http://www.windographer.com/features/
access-data-quickly/
02 3.200,00 6.400,00
Windmap
01 4.000,00 4.000,00
R$
10.400,00
Justificativa: Organização e preparação dos mapas eólicos
Passagens (aéreas e terrestres) e diárias
Intercâmbio entre pesquisadores
Quantida
de
Preço
Unitário
R$
Passagem aérea entre Natal/RN a São Paulo/SP (Ida e volta) 01 1.200,00 1.200,00
Passagem aérea entre São Paulo/SP a
Natal/RN ( Ida e volta)
01 1.200,00 1.200,00
Diárias relativas a viagens acima 10 100,00 1.000,00
R$
3.200,00
22
Justificativa: Reunião entre integrantes do projeto
Bolsas
01 bolsa BDTI-III 18 meses 1521,30 R$ 27.378,00
Justificativa: Contratação de um engenheiro mecânico para suporte aos planejamentos e
execução dos fundeios e instalações.
Despesas operacionais
5% do
valor
total 1 R$
R$ 10.830,74
Justificativa: valor cobrado pela Fundação que gerencia os projetos na UNIFEI
Total de recurso solicitados a FAPEMIG
Material permanente R$ 166.836,90
Custeio R$ 9.900,00
Serviços de terceiros R$ 20.000,00
Software R$ 10.400,00
Passagens (aéreas e terrestres) e diárias R$ 3.200,00
Bolsas R$ 27.378,00
Despesas operacionais R$ 11.888,36
Total R$251.155,66
23
Contra partida institucional:
Estações de trabalho para execução dos modelos numéricos,
análise de dados e integração de dados 7.000,00 5 R$35.000,00
R$ 35.000,00
Justificativa: apoio a trabalhos de modelagem numérica
9 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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