Estimate of energy production in aerial systems of Wind Energy

O impacto ambiental resultante da produção de energia elétrica através de combustíveis fósseis determinou uma mudança na forma de obtenção desta energia aparecendo assim as energias renováveis.Nesta dissertação é abordada uma forma de produção de energia elétrica eólica utilizando um AWES (Airborne Wind Energy System), mais especificamente um Pumping Kite Generator. O sistema apresenta uma asa presa a um cabo que a liga a um gerador elétrico através de um tambor, produzindo energia elétrica através da tensão no cabo enquanto a asa se move numa trajetória aproximadamente ortogonal à direção do vento. Quando o comprimento máximo do cabo é atingido, a asa é controlada de forma a minimizar a tensão no cabo e é recolhida até uma posição inicial da qual reinicia o ciclo de produção.Com base no perfil dinâmico da asa e para efeitos de cáculo da produção de energia durante um ciclo, as fases de largada e de recolha são analisadas. São introduzidos parâmetros adimensionais que ajudam a descrever a eficiência do ciclo. As velocidades de largada e de recolha são calculadas e usadas para o cáculo da potência ao longo de um ciclo. A potência máxima obtida durante um ciclo é calculada através de duas etapas sendo que a primeira é para velocidades de vento abaixo da velocidade nominal e a segunda etapa são para velocidades acima da nominal. Através de uma seleção de vários parâmetros é também construída uma curva de potência do sistema.É ainda obtida a produção de energia anual teórica num determinado local com base em dados de vento reais.The environmental impact resulting from the production of electricity through fossil fuels has led to a change in the way this energy is obtained, thus giving rise to renewable energies.This dissertation discusses a way to produce wind power using an AWES (Airborne Wind Energy System), more specifically a Pumping Kite Generator. The system presents a wing attached to a cable that connects it to an electric generator through a drum, producing electric energy through the tension in the cable while the wing moves in a path approximately orthogonal to the direction of the wind. When the maximum cable length is reached, the wing is controlled so as to minimize the tension in the cable and is withdrawn to an initial position from which it restarts the production cycle.Based on the dynamic profile of the wing and for the purpose of calculating energy production during a cycle, the reel in and reel out phases are analyzed. Dimensional parameters are introduced to help describe the efficiency of the cycle.Reel in and reel out speeds are calculated and used to calculate power over a cycle. The maximum power obtained during a cycle is calculated through two steps, the first one being for wind speeds below the nominal speed and the second step for speeds above the nominal. Through a selection of several parameters a system power curve is also constructed.The theoretical annual energy production is also obtained in a given location based on actual wind data