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CONEM 2022
XI Congresso Nacional de Engenharia Mecânica - CONEM 2022
Modelagem Multifidelidade para Otimização da Geração de Energia Eólica através de Redirecionamento de Esteiras
Submission Author:
Iago Thiaro Chaves Bastos , MG
Co-Authors:
Iago Thiaro Chaves Bastos, Fernando Rochinha
Presenter: Iago Thiaro Chaves Bastos
doi://10.26678/ABCM.CONEM2022.CON22-0212
Abstract
Turbinas eólicas são instaladas próximas entre si com o objetivo de reduzir os custos de instalação e manutenção. Contudo, devido a esta proximidade, as esteiras formadas na parte posterior dos rotores das turbinas interferem negativamente na geração de energia das demais turbinas que estão localizadas nesta região. Desta forma, o método atual de controle do alinhamento das turbinas em relação a direção do escoamento do ar não é ideal, pois ele busca otimizar a geração de energia das turbinas de maneira individualizada, isto é, desconsiderando a interação entre as turbinas. Nesse contexto, diversos estudos têm sido realizados propondo uma estratégia de controle globalizada ou holística, na qual o desempenho do parque eólico é maximizado como um todo. Para desenvolver esta estratégia propõe-se um desalinhamento proposital do ângulo de yaw das turbinas a montante de modo que sua esteira seja redirecionada lateralmente e deixe de incidir sobre as demais turbinas do parque. Embora tais estudos demonstrem o potencial desta técnica, a implementação na prática não é simples uma vez que os métodos utilizados para solução do problema envolvem métodos numéricos computacionais de alta-fidelidade, os quais demandam uma capacidade de processamento extremamente elevada e logo inviabilizam estratégias de controle de malha fechada ou otimização em larga escala. Além disso, o comportamento dinâmico de uma esteira é governado pelas Equações de Navier-Stokes tridimensionais transientes, as quais não possuem solução analítica para as condições de contorno, termos forçantes tipicamente presentes em parques eólicos e sem hipóteses simplificadoras. Assim, variados modelos de baixa fidelidade, denominados modelos de engenharia, foram desenvolvidos nos últimos anos com o propósito de possibilitar a implementação de controle por redirecionamento de esteira. Busca-se, portanto, neste trabalho realizar uma análise crítica da capacidade de prever a geração de energia das turbinas eólicas em diferentes condições por esses modelos tomando como referência dados de simulações LES (Large-eddy Simulation), isto é, dados de alta-fidelidade. Ademais, almeja-se propor um novo modelo “multifidelidade” que integre os dados investigados de diferentes graus de fidelidade mediante técnicas de Machine Learning, mais especificamente Processos Gaussianos autorregressivos não lineares.
Keywords
Processos Gaussianos, Quantificação de Incertezas, Energia Eólica
