Desenvolvimento de um procedimento de Numerical Site Calibration para um Parque Eólico usando Dinâmica de Fluidos Computacional

Esta dissertação descreve o desenvolvimento e avaliação de um procedimento de \Numerical Site Calibration" (NSC) para um Parque Eólico, situado a sul de Portugal, usando Dinâmica de Fluídos Computacional (CFD). O NSC encontra-se baseado no \Site Calibration" (SC), sendo este um método de medição padronizado pela Comissão Electrónica Internacional através da norma IEC 61400. Este método tem a finalidade de quantificar e reduzir os efeitos provocados pelo terreno e por possíveis obstáculos, na medição do desempenho energético das turbinas eólicas. Assim, no SC são realizadas medições em dois pontos, no mastro referência e no local da turbina (mastro temporário). No entanto, em Parques Eólicos já construídos, este método não é aplicável visto ser necessária a instalação de um mastro de medição no local da turbina e, por conseguinte, o procedimento adequado para estas circunstâncias é o NSC. O desenvolvimento deste método é feito por um código CFD, desenvolvido por uma equipa de investigação do Instituto Superior de Engenharia do Porto, designado de WINDIETM, usado extensivamente pela empresa Megajoule Inovação, Lda em aplicações de energia eólica em todo mundo. Este código é uma ferramenta para simulação de escoamentos tridimensionais em terrenos complexos. As simulações do escoamento são realizadas no regime transiente utilizando as equações de Navier-Stokes médias de Reynolds com aproximação de Bussinesq e o modelo de turbulência TKE 1.5. As condições fronteira são provenientes dos resultados de uma simulação realizada com Weather Research and Forecasting, WRF. Estas simulações dividem-se em dois grupos, um dos conjuntos de simulações utiliza o esquema convectivo Upwind e o outro utiliza o esquema convectivo de 4aordem. A análise deste método é realizada a partir da comparação dos dados obtidos nas simulações realizadas no código WINDIETM e a coleta de dados medidos durante o processo SC. Em suma, conclui-se que o WINDIETM e as suas configurações reproduzem bons resultados de calibração, ja que produzem erros globais na ordem de dois pontos percentuais em relação ao SC realizado para o mesmo local em estudo.This thesis describes the development and evaluation of a procedure for \Numerical Site Calibration" ( NSC ) for a wind farm, located at south of Portugal, using Computational Fluid Dynamics (CFD). The NSC lies \based on Site Calibration" (SC), which is a standardized method of measuring by the International Electronics Commission through IEC 61400. This method aims to quantify and reduce the effects caused by terrain and potential obstacles in measuring energy performance of wind turbines. Thus, the SC measurements are performed at two points on the mast and point of reference turbine (temporary mast). However, on wind farms already constructed, this method is not applicable because the installation of the mast on site measurement of the turbine and therefore the appropriate procedure for these conditions is required to be NSC. The development of this method is done by a CFD code, developed by a research team from the Instituto Superior de Engenharia do Porto, designated WINDIETM, extensively used by the company Megajoule Inovação Lda in wind energy applications around world. This code is a tool for simulation of three-dimensional s in complex terrain. The flow simulations are conducted in the transient regime using the Navier-Stokes equations with Reynolds Averaged approach Bussinesq turbulence model and the TKE 1.5. The boundary conditions are from the results of a simulation performed using Weather Research and Forecasting, WRF. These simulations are divided into two groups, one of the sets of simulations using the convective scheme and other uses Upwind scheme convective 4th order. The analysis of this method is performed starting from the comparison of the data obtained in the simulations WINDIETM code and collect data measured during SC . In sum, we conclude that the WINDIETM and their settings reproduce good calibration results, since they produce global errors on the order of two percentage points over the SC held to the same place studied