Influence of large-scale atmospheric systems on morrinhos wind farm, Bahia-Brazil

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2019A energia eólica está crescendo rapidamente na matriz elétrica brasileira e estudos relacionados estão ganhando mais importância no mercado. Entretanto, pesquisas referentes a tendências sazonais de geração desta energia ainda são escassas. Portanto, este trabalho procurou convergir a engenharia do vento e a meteorologia, com o objetivo de analisar a influência de fenômenos atmosféricos de grande escala na velocidade do vento no Nordeste Brasileiro (NEB), com foco no Complexo Eólico de Morrinhos (MO). O complexo está localizado no interior da Bahia, região afetada por diversos fenômenos tropicais. Desta forma, foi investigada a influência de sistemas e oscilações meteorológicas na velocidade do vento em MO. Primeiro, o efeito da modulação da Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) na velocidade do vento mensal de MO foi estudado entre 2010 e 2017. Este resultado mostrou que entre julho e setembro (março) a ZCIT estava mais distante (próxima) do NEB, causando velocidades do vento 10,2% maiores (8,6% menores) que a média anual de MO, com um mês de defasagem. Segundo, foi analisada a influência das oscilações climáticas El Niño-Oscilação Sul (ENOS) e Dipolo do Atlântico (DA) na modulação da ZCIT e na velocidade do vento em MO. Três eventos ENOS foram analisados, El Niño (EN ? 2015/2016), La Niña (LN ? 2010/2011) e Neutro (N ? 2012/2013). Apesar dos eventos ENOS terem influenciado a ZCIT anual, uma velocidade do vento similar foi verificada tanto para EN quanto para LN (4% abaixo da média de 8 anos), enquanto velocidades mais altas foram aferidas no evento N (2% acima). Na análise do DA foi constatado apenas um evento durante o período investigado. No primeiro semestre de 2009 um DA Negativo fez a ZCIT ancorar no NEB de janeiro a junho, sendo verificadas velocidades do vento 13% menores que o mesmo período de 2012, ano sem ocorrência de DA. Por fim, foi analisada a correlação direta entre velocidade do vento e precipitação, tanto no NEB quanto em MO, a partir do coeficiente de correlação de Pearson. Esta análise resultou em correlações negativas ao longo de grande parte do NEB, sobretudo em médias quinzenais (entre -0,40 e -0,60), usando dados de reanálise do MERRA-2. Em MO, usando dados de velocidade do vento medidos, a correlação ficou em -0,59, sendo as maiores observadas em janeiro (-0,96) e outubro (-0,70). Não foi possível obter uma correlação de Pearson confiável nos meses secos, entretanto uma correlação visual foi verificada.Abstract: Wind energy is growing in a fast pace in the Brazilian electrical matrix and related studies are increasingly important for this market. However, researches referring to seasonal tendencies of energy production are still scarce. Therefore, this work attempted to converge wind engineering and meteorology, with the objective of analyzing the influence of large-scale atmospheric phenomena on the wind speed in the Northeast Brazil (NEB), specifically at Morrinhos Wind Farm (MO). MO is located inland of Bahia state, in NEB, a region affected by several tropical phenomena. Thus, the influence of meteorological systems and oscillations on MO?s wind speed was investigated. First, the effect of the Intertropical Convergence Zone (ITCZ) modulation on the wind speed of MO was studied through monthly means from 2010 to 2017. This result showed that between July and September (March) the ITCZ was farther from (nearer to) NEB, causing 10.2% higher (8.6% lower) wind speeds than the annual mean at MO, with one-month lag. Second, the influence of two climate oscillations, El Niño-Southern Oscillation (ENSO) and Atlantic Dipole (Dipole), was analyzed on the modulation of the ITCZ and the wind speed of MO. Three ENSO events were investigated, El Niño (EN ? 2015/2016), La Niña (LN ? 2010/2011) and Neutral (N ? 2012/2013). Although the ENSO events were seen to influence the annual ITCZ, a similar annual value of wind speed was observed for both EN and LN events (4% lower than the 8-year mean), while higher wind speeds were verified during the N event (2% higher). For the Atlantic Dipole analysis, only one event was identified during the investigated period. In the first semester of 2009, a Negative Dipole caused the ITCZ to anchor in the NEB region from January to June, triggering 13% lower wind speeds when compared to the same period of 2012, a year with no Dipole event. Lastly, the direct correlation between wind speed and precipitation was analyzed for both the Northeast region and MO through Pearson?s correlation coefficient. The correlation results for NEB, using MERRA-2 reanalysis dataset, resulted in negative correlations between the two variables over most part of NEB, especially in fortnightly averages (between -0.40 and -0.60). The correlation at MO, using met mast data, was -0.59, in which the highest values were verified in January (-0.96) and October (-0.70). It was not possible to calculate a reliable Pearson?s correlation during dry months, although a visual correlation was seen