Avaliação do potencial eólico em meio urbano: aplicação a um caso de estudo em Telheiras

Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2013As preocupações ambientais e os respectivos compromissos, bem como o desempenho energético do país, induzem uma mudança no paradigma energético, tornando-se crucial o aproveitamento de recursos renováveis locais. A microgeração eólica urbana apresenta um elevado potencial de exploração, quer em termos de instalação de turbinas de pequena capacidade, quer em termos da sua integração em edifícios. Sendo um sector inovador, a penetração destas tecnologias no mercado não é isenta de desafios. Casos de estudo recentes demonstram baixas eficiências de sistema, quer ao nível da produção energética, quer ao nível económico, resultando numa perda de confiança por parte dos utilizadores. Os grandes períodos de retorno do investimento são atribuíveis, na maioria dos casos, à carência duma correta caracterização prévia do recurso eólico. As características pouco favoráveis do escoamento no meio-urbano, principalmente os baixos valores de velocidade e o regime turbulento, incidem directamente sobre a produção energética e sobre o tempo de vida útil das turbinas, logo sobre a economia do sistema. Outro aspecto a ter em consideração reside no facto de as curvas de potência indicadas pelos fornecedores das turbinas não serem obtidas a partir de um processo padrão virado a sua verificação. O objectivo desta tese consiste em quantificar o potencial de uma área urbana para a produção de energia a partir de micro-turbinas eólicas. Tomou-se como caso de estudo um complexo de edifícios localizados na zona de Telheiras, em Lisboa, que incorpora uma variedade de características topográficas com forte incidência no escoamento. A caracterização do escoamento, virada à identificação dos pontos mais favoráveis para o aproveitamento da energia cinética do vento, foi realizada utilizando um modelo numérico, CFD, validado mediante comparação dos resultados com ensaios experimentais em túnel de vento, realizados nos laboratórios do LNEC.Environmental concerns and the energy performance of the country induce a change in the energy paradigm, based on the use of local renewable resources. Urban wind microgeneration has a high potential for exploration, both in terms of turbine installation of small capacity and integration in buildings. As an innovative sector, the penetration of these technologies in the market has its challenges. Recent studies demonstrate lower system efficiencies, both in terms of energy production and economic level, resulting in a loss of confidence among users. The big payback periods are attributable, in most cases, to the lack of a correct preliminary characterization of the wind resource. The unfavorable characteristics of the flow in urban environment, mainly low values of velocity and turbulent regime, directly affect energy production and the lifetime of the turbines, than the economy of the system. Another aspect to consider is that, usually, the power curves indicated by the suppliers of turbines are not obtained from a standard process of verification. The aim of this thesis is to quantify the potential of an urban area for the production of energy from wind micro-turbines. A case study of a complex of buildings located in Telheiras, in Lisbon, was investigated, which incorporates a variety of topographical features affecting the flow. The characterization of the flow, useful to identify the most favorable points for kinetic energy extraction, was carried out using a numerical model, CFD, validated by comparison with experimental results of wind tunnel tests performed in LNEC