Evaluation of methods for update of wind mapping in the State of Alagoas

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v12i2.40053

Keywords:

Downscaling; Atmospheric stability; Atmospheric modeling; Wind farm; Slope.

Abstract

The present work presents the study of wind mapping in the state of Alagoas, northeastern Brazil, using the mesoscale model Weather Research Forecast (WRF), version (4.1.2), and approximations of atmospheric stability and terrain slope. The simulations were run daily for a period of 8 years (2007 - 2015), with a horizontal resolution of 5 km and a resolution refinement to 250 meters. They were statistically validated with data from 5 surface anemometric stations located in the following cities: Água Branca (hinterland), Girau do Ponciano (wild), Palmeira dos Índios (wild), Maragogi (coast) and Roteiro (coast). The order of magnitude and similar wind pattern results for the 5km and 250m resolutions indicate good representation by the WRF atmospheric model, as well as validating the proposed downscaling method. Being the moderate correlation indices, BIAS between -1.89 to 1.76 m/s and REQM between 1.94 to 3.82 m/s for wind speed and predominant wind direction varying between East/Southeast. The spatial comparison of the results with simulations of the WAsP model reinforces that the inclusion of atmospheric stability and slope made it possible to represent with greater clarity the effect of topography and surface roughness, which is crucial for reducing the cascade of uncertainties in the wind energy system. The refinement of the output of the WRF model highlighted the promising areas for wind use in the mountainous regions of the cities of Água Branca and Palmeira dos Índios, with annual intensity above 8m/s for 100m of height.

References

Alexander, M., & Scott, J. (2002). The influence of ENSO on air-sea interaction in the Atlantic. Geophysical Research Letters, 29(14), 46-1-46–4. https://doi.org/10.1029/2001GL014347

Andrade, L. C., & Mattei, L. (2013). a ( in ) Sustentabilidade Da Matriz. 19, 9–36.

BRASIL. (2022). Realizado Leilão de Energia Nova A-5 com R$ 6,6 bilhões negociados em contratos de venda. https://www.gov.br/pt-br/noticias/energia- minerais-e-combustiveis/2022/10/realizado-leilao-de-energia-nova-a-5-com-r-6-6-bilhoes-negociados-em-contratos-de-venda

Campos, B. de, Reboita, M. S., Carvalho, V. S. B., & Dias, C. G. (2016). Circulações locais induzidas pela topografia no Vale do Paraíba e na Serra da Mantiqueira: um estudo de caso para o período de 16 e 22 de agosto de 2010. Revista Brasileira de Geografia Física, 09, 753–765.

Carpenedo, C. B., & Ambrizzi, T. (2020). South atlantic subtropical anticyclone associated with the southern annular mode and climate impacts in Brazil. Revista Brasileira de Meteorologia, 35(4), 605–613. https://doi.org/10.1590/0102-77863540066

Costa, G. B., & Lyra, R. F. da F. (2012). Análise dos padrões de vento no Estado de Alagoas. Revista Brasileira de Meteorologia, 27(1), 31–38. https://doi.org/10.1590/s0102-77862012000100004

Devore, J. L. (2009). Probabilidade e estatística para engenharia e ciências.

Dorval, J., Masson, C., & Gagnon, Y. (2017). On the Improvement of Wind Power Predictions Based on Terrain Characteristics and Measurements of the Annual Energy Production. Journal of Flow Control, Measurement & Visualization, 05(01), 1–20. https://doi.org/10.4236/jfcmv.2017.51001

ELETROBRÁS. (2008). Estado de Alagoas Atlas Eólico.

EPE. (2018). Participação De Empreendimentos Eólicos Nos Leilões De Energia No Brasil. Evolução Dos Projetos Cadastrados e Suas Características Técnicas, 1–48. https://www.epe.gov.br/sites-pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/PublicacoesArquivos/publicacao-251/topico-394/NT_EPE-DEE-NT-041_2018-r0.pdf

EPE. (2022). Relatório Síntese 2022 Relatório.

Fadigas, Eliane A. Faria Amaral. (2011). Energia eólica.

Foken, T. (2006). 50 Years of the Monin–Obukhov Similarity Theory. Boundary-Layer Meteorology, 119(3), 431–447. https://doi.org/10.1007/s10546-006-9048-6

Gonçalves, A. R. (2011). Refinamento estatístico das previsões de vento do modelo ETA aplicado ao setor eólio-elétrico do nordeste brasileiro. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE.

Gonçalves, A. R., & Costa, R. S. (2018). CENÁRIOS DE EXPANSÃO DA GERAÇÃO SOLAR E EÓLICA. VII Congresso Brasileiro de Energia Solar.

Goncalves, A. R., Costa, R. S., Martins, F. R., & Pereira, E. B. (2020). Estudo do perfil de complementariedade entre a geração eólica e solar no semiárido brasileiro. 2(September), 9. https://www.researchgate.net/publication/344382235_Estudo_do_perfil_de_complementariedade_entre_a_geracao_eolica_e_solar_no_semiarido_brasileiro

Hedegaard, K., & Larsen, S. (1983). Wind speed and direction changes due to terrain effects revealed by climatological data from two sites in Jutland. In Riso National Laboratory (Issue May).

Ide E Ester, F. S., & Ito, R. K. (2000). Análise da Variabilidade do Vento na Costa Leste da Região Nordeste do Brasil. 127–130.

Jatobá, B. R. G., Da Silva Junior, R. S., Lyra, R. F. D. F., Rocha Junior, R. L. da, & Costa Fernando, L. Y. (2017). Avaliação do Potencial Eólico para a cidade de Craibas-AL utilizando o modelo meteorológico WRF em alta resolução. Revista Brasileira de Energias Renováveis, 6(4), 24. https://doi.org/10.5380/rber.v6i4.50866

Krell, A. J., & De Castro e Souza, C. B. (2020). A sustentabilidade da matriz energética brasileira: o marco regulatório das energias renováveis e o princípio do desenvolvimento sustentável. Revista de Direito Econômico e Socioambiental, 11(2), 157. https://doi.org/10.7213/rev.dir.econ.soc.v11i2.26872

Lima, D. K. S., Leão, R. P. S., Santos, A. C. S. dos, Melo, F. D. C. de, Couto, V. M., Noronha, A. W. T. de, & Jr., D. S. O. (2015). Estimating the offshore wind resources of the State of Ceará in Brazil. Renewable Energy, 83(2015), 203–221. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.renene.2015.04.025

Luiz, E. W., Martins, F. R., Gonçalves, A. R., & Pereira, E. B. (2018). Analysis of intra-day solar irradiance variability in different Brazilian climate zones. Solar Energy, 167(December 2017), 210–219. https://doi.org/10.1016/j.solener.2018.04.005

Maria, P. H. S. de, Costa, A. A., & Sombra, S. S. (2008). Modelagem numérica em alta resolução para previsão de geração de energia eólica no Ceará. Revista Brasileira de Meteorologia, 23(4), 477–489. https://doi.org/10.1590/S0102-77862008000400007

Martins, F. R., Guarnieri, R. A., & Pereira, E. B. (2008). O aproveitamento da energia eólica. Revista Brasileira de Ensino de Física, 30(1), 1304.1-1304.13. https://doi.org/10.1590/S1806-11172008000100005

Mas, J.-F., Nogueira de Vasconcelos, R., & Franca-Rocha, W. (2019). Analysis of High Temporal Resolution Land Use/Land Cover Trajectories. Land, 8(2), 30. https://doi.org/10.3390/land8020030

Mondal, M. A. H., Rosegrant, M., Ringler, C., Pradesha, A., & Valmonte-Santos, R. (2018). The Philippines energy future and low-carbon development strategies. Energy, 147, 142–154. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.01.039

Oliveira, S. S. de. (2013). Análise do potencial eólico do Estado da Paraíba utilizando modelos de mesoescala [Universidade Federal de Campina Grande]. In Tese (Doutorado em Meteorologia) – Programa de Pós-Graduação em Meteorologia. http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/3849

Oliveira, J. L., & Costa, A. A. (2011). Estudo de variabilidade do vento em escala sazonal sobre o nordeste brasileiro utilizando o RAMS: os casos de 1973-1974 e 1982-1983. Revista Brasileira de Meteorologia, 26(1), 53–66. https://doi.org/10.1590/s0102-77862011000100006

Perini de Souza, N. B., Sperandio Nascimento, E. G., Bandeira Santos, A. A., & Moreira, D. M. (2022). Wind mapping using the mesoscale WRF model in a tropical region of Brazil. Energy, 240(April 2022), 122491. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.122491

Pinto, L. I. C., Martins, F. R., & Pereira, E. B. (2017). O mercado brasileiro da energia eólica, impactos sociais e ambientais. Ambiente e Agua - An Interdisciplinary Journal of Applied Science. https://doi.org/10.4136/ambi-agua.2064

Ramos, D. N. da S. (2012). Mapeamento Eólico do Estado de Alagoas utilizando ferramentas computacionais e dados observados (Issue 9). Universidade Federal de Alagoas.

Ramos, D. N. da S., Lyra, R. F. da F., & Silva Júnior, R. S. da. (2013). Previsão do vento utilizando o modelo atmosférico WRF para o estado de Alagoas. Revista Brasileira de Meteorologia, 28(2), 163–172. https://doi.org/10.1590/S0102-77862013000200005

Santos, R. M. dos, Rodrigues, M. de S., & Carniello, M. F. (2021). Energia e sustentabilidade: panorama da matriz energética brasileira. Revista Scientia, 6(2525–4553). https://revistas.uneb.br/index.php/scientia/article/view/9396

Sanz Rodrigo, J., Chávez Arroyo, R. A., Moriarty, P., Churchfield, M., Kosović, B., Réthoré, P. E., Hansen, K. S., Hahmann, A., Mirocha, J. D., & Rife, D. (2017). Mesoscale to microscale wind farm flow modeling and evaluation. Wiley Interdisciplinary Reviews: Energy and Environment, 6(2). https://doi.org/10.1002/wene.214

Sathe, A., & Bierbooms, W. (2007). Influence of different wind profiles due to varying atmospheric stability on the fatigue life of wind turbines. Journal of Physics: Conference Series, 75(1), 012056. https://doi.org/10.1088/1742-6596/75/1/012056

Silva, B. B. da, Alves, J. J. A., Cavalcanti, E. P., & Dantas, R. T. (2002). Potencial eólico na direção predominante do vento no Nordeste brasileiro. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 6, 431–439.

Silva, L. C. da, Silva, A. R. M. da, Barbosa, A. dos S., Santos, D. K. A. dos, & Rocha, F. B. de A. (2015). Implantação de parques eólico no Brasil. XXXV Encontro Nacional de Engenharia de Produção.

Silva Junior, R. S. da, Lyra, R. F. da F., Silva, A. R., Marchi, A. C. de, Ramos, D. N. da S., & Rabelo, F. D. (2010). Análise da variação do potencial eólico utilizando o modelo WAsP. Primeiro Seminário Nacional Sobre Engenharia Do Vento.

Skamarock, W. C., Klemp, J. B., Dudhia, J., Gill, D. O., Barker, D. M., Duda, M. G., Huang, X.-Y., Wang, W., & Powers, J. G. (2008). A Description of the Advanced Research WRF version 3. National Center for Atmospheric Research.

Skamarock, W. C., Klemp, J. B., Dudhia, J., Gill, D. O., Barker, D. M., Wang, W., & Powers, J. G. (2005). A Description of the Advanced Research WRF Version 2. University Corporation for Atmospheric Research, June.

Solano, J. C., Montaño, T., Maldonado-Correa, J., Ordóñez, A., & Pesantez, M. (2021). Correlation between the wind speed and the elevation to evaluate the wind potential in the southern region of Ecuador. Energy Reports, 7, 259–268. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.06.044

Troen, I., & Lundtang Petersen, E. (1989). European wind atlas - Errata. http://orbit.dtu.dk/en/publications/european-wind-atlas(335e86f2-6d21-4191-8304-0b0a105089be).html

Published

01/02/2023

How to Cite

SILVA, L. S. de O. .; SILVA JUNIOR, R. S. da .; LYRA, R. F. da F. .; MARTINS, F. R. .; MOURA, M. A. L. .; LEAL JUNIOR, J. B. V. .; CARDOSO, K. R. A. . Evaluation of methods for update of wind mapping in the State of Alagoas. Research, Society and Development, [S. l.], v. 12, n. 2, p. e16212240053, 2023. DOI: 10.33448/rsd-v12i2.40053. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/40053. Acesso em: 20 may. 2024.

Issue

Section

Exact and Earth Sciences