Olá, seja bem-vindo a EOSOLAR Plataforma Interativa de Energias Renováveis do Estado do Maranhão

O Projeto EOSOLAR - o que é ?

O Projeto EOSOLAR é um projeto de P&D Aneel em andamento proposto pela Universidade Federal do Maranhão-UFMA em conjunto com o Instituto de Energia Elétrica-IEE e Instituto Nacional de Energias Oceânicas e Fluviais-INEOF, Camargo-Schubert Engenharia Eólica, ALBTEC Consultoria e Federação das Indústrias do Estado do Ceará-FIEC. O P&D na área eólica e solar tem o foco no entendimento de alguns fenômenos micrometeorológicos que podem ser muito relevantes para prospecção do potencial eólico e solar na região Equatorial. Os resultados das medições e pesquisas realizadas no âmbito do projeto serão utilizados para validação e parametrização de modelos numéricos, parametrização da camada limite planetária próximo a costa em região equatorial, prospecção eólica acima de 150m de altura, estudos de complementaridade eólico-solar, estudo dos parâmetros para decomposição das frações de radiação direta, difusa e global próximo ao litoral, dentre outros objetivos específicos. Como atividade de Desenvolvimento e Inovação destaca-se a inédita Plataforma Interativa de Energias Renováveis - PIER-MA que tem a função principal de atrair novos investidores para o estado e apresentar e quantificar à sociedade maranhense e público técnico e acadêmico os recursos eólicos e solar.

Campanhas de Medições Científicas - Anemométricas e Solarimétricas

Dentro da parte científica do projeto EOSOLAR há uma série de campanhas de medições com 2 torres micrometeorológicas móveis concebidas exclusivamente para atender as demandas de mobilidade do projeto, estação solarimétrica completa com rastreador solar e medições da radiação difusa e direta, além de equipamentos de sensoriamento remoto que são capazes de medir velocidade e direção do vento de forma indireta e em diferentes alturas são eles um Sound Detection And Ranging - SODAR e um Light Detection And Ranging - LIDAR. As campanhas de medição têm objetivos científicos e buscam compreender a Camada Limite Atmosférica na região costeira do Maranhão. Na primeira fase do projeto as medições são realizadas nos municípios de Barreirinhas e Paulino Neves e no Complexo Eólico Delta Maranhão. Os locais foram definidos considerando a distância da linha de costa, logística e potencial área de expansão para regiões interiores nessa microrregião.

As campanhas científicas iniciaram em setembro de 2021 e serão realizadas ao longo de 1 ano e possuem objetivos específicos de caráter científico, conforme descrito a seguir

1. Influência rugosidade aerodinâmica no perfil do vento

Serão realizadas medições da rugosidade aerodinâmica em vários tipos de uso e cobertura do solo na região. Essas medidas utilizarão anemômetro sônico e o perfilamento do vento bem próximo a superfície com uma torre móvel de 10m. A partir dessas medições os mapas de rugosidade aerodinâmica serão validados para serem utilizados nas diferentes modelagens numéricas que serão realizadas no projeto e disponibilizadas nesta plataforma.

2. Intensidade, extensão e perfil da Camada Limite Interna originada na linha da costa e dunas

Baseados nas medições do SODAR e LIDAR em diferentes posições serão avaliados como a Camada Limite Interna se desenvolve próximo ao litoral e obstáculos, o resultado deste experimento podem auxiliar no posicionamento de aerogeradores em regiões costeiras ou próximo à obstáculos.

3. Decaimento do vento e TKE (Energia cinética turbulenta) com o afastamento da linha da costa e obstáculos

Baseados nas medições das torres micrometeorológicas, SODAR e LIDAR em diferentes posições serão avaliados como é a variabilidade da Energia Cinética Turbulenta ao longo do perfil vertical e afastando da linha de costa A quantificação do perfil do vento e turbulência em alturas acima de 150m tem aplicações diretas para os novos aerogeradores que estão e serão ofertados pela indústria, que possuem maior diâmetro e altura do hub.

4. Análise do comportamento dos fluxos turbulentos (térmicos e mecânicos) e sua significância na TKE

Nessa etapa será avaliada a quantificação dos fluxos turbulentos (térmicos e mecânicos) na superfície com anemômetro sônico das torres micrometeorológicas e em diferentes alturas com o SODAR e LIDAR. As medições e metodologias para decomposição dos fluxos turbulentos é importante para quantificação de cargas dinâmicas e aero elásticas do aerogerador, principalmente em regiões equatoriais onde não há medições dessa natureza.

5. Variabilidade da irradiância em diferentes escalas temporais na região litorânea e a decomposição das frações direta e difusa ao longo do ano.

As medidas da estação solarimétrica permitirão medições na escala sub-horária do recurso solar das diferentes componentes, irradiância global, direta e difusa. Essas medições auxiliarão entender a variabilidade em escala refinada do recurso solar em região próxima ao litoral e com albedo elevado, além da validação desses modelos de decomposição da irradiância solar em região costeira e equatorial. Como as medidas solarimétricas serão sincronizadas com as anemométricas, esse conjunto de medições permitirá avaliar a complementaridade eólica-solar em escalas temporais sub-horárias e verificar sua influência no sistema elétrico. Além disso, avaliar como outros tipos de soluções de plantas híbridas, como armazenamento, biomassa, solar concentrada podem ser integradas a uma planta eólica-solar.

Plataforma Interativa de Energias Renováveis - PIER-MA do Maranhão

A PIER-MA é muito mais que um atlas eólico e solar e tem a função principal de atrair novos investidores e apresentar à sociedade de forma transparente os recursos eólico e solar disponíveis no Estado do Maranhão. A PIER contará com a visualização e a disponibilização de dados e informações espaciais e temporais dos recursos energéticos em níveis de detalhes inéditos no Brasil. Além disso, todos os dados técnicos e científicos do projeto estarão disponíveis na plataforma e permitirão avanços nas metodologias de estimativa de produção de energia e cálculos das incertezas associadas aos recursos solar e eólico nas regiões de clima equatorial. O desenvolvimento da PIER busca integrar toda sociedade maranhense com as energias renováveis e permitirá de forma interativa, simples e objetiva a consulta das principais características geográficas e climatológicas relevantes para a quantificação dos recursos eólico e solar em qualquer parte do território do Maranhão. Além disso, os resultados do projeto EOSOLAR fornecerão bases de dados e informações técnicas e científicas para os estudos de planejamento energético no Estado considerando o inédito mapeamento e diagnóstico dos recursos eólico e solar no Estado do Maranhão.

O conceito da PIER busca atender uma demanda de analisar múltiplas fontes de energias renováveis numa mesma plataforma computacional. Um dos requisitos básicos dessa plataforma, além de atender diferentes públicos, é ser capaz de explorar os recursos em diferentes escalas espaciais e temporais. Essa característica, exige estruturar um sistema de gerenciamento de banco de dados que seja compatível com o grande volume de dados e principalmente com a diversidade de formatos.

Além disso, toda visualização de dados e informação disponível na plataforma deve ser objetiva e direcionada ao desenvolvimento do setor de renováveis no Estado. Por isso a fundamental importância de obter dados de qualidade acerca dos recursos energéticos. O conceito de interatividade dentro da plataforma PIER está relacionado a visualização de gráficos, mapas e dados de forma dinâmica e sempre definidas pelo usuário, diferente de um atlas ou mapa impresso ou digital que tem outros objetivos e estão restritos a uma visualização estática.

Após um ano de projeto a primeira versão da plataforma contempla os principais mapas do recurso eólico e solar derivados exclusivamente de modelagem numérica com o intuito de identificar no Estado do Maranhão as áreas mais propícias para o desenvolvimento de projetos eólicos e/ou solares. Esse mapeamento é importante pois permitirá que as medições do projeto EOSOLAR sejam direcionadas para áreas de interesse que tenham real potencial para o desenvolvimento de novos projetos. Nas versões futuras da plataforma estarão também disponíveis:

1) Potencial Eólico e Solar Integrados por município

2) Simulador eólico e fotovoltaicos para geração distribuída e centralizada

3) Mapeamento Eólico Offshore e Simuladores de Potencial Eólico no Mar

4) Potencial Eólico e Solar Detalhado para região das campanhas de medição disponibilizando séries temporais do recurso eólico e solar medido.

5) Análises espaciais considerando o sistema elétrico e potencial híbrido eólico e solar

6) Infográficos e dashboards sobre as tecnologias, eólicas e solar voltado para público leigo.

7) Disponibilização de todos os dados das campanhas de medição dos sensores LIDAR, SODAR, estações micrometeorológicas e solarimétricas

8) API para acesso aos dados utilizados no mapeamento eólico e solar voltada ao público técnico e acadêmico contendo acesso às bases de dados, bem como integração com bibliotecas e softwares públicos como PYTHON, QGIS e POSTGRESQL.

ATENÇÃO:

OS DADOS APRESENTADOS NA PLATAFORMA SÃO ORIUNDOS DE MODELOS NUMÉRICOS E NÃO SUBSTITUEM MEDIÇÕES SOLARIMÉTRICAS E/OU ANEMOMÉTRICAS PARA O DESENVOLVIMENTO DE PROJETOS SOLARES E/OU EÓLICOS. A ESTIMATIVA REAL DE ENERGIA, INCERTEZAS E PERDAS PARA PROJETOS DE APROVEITAMENTO SOLAR E/OU EÓLICO DEVEM CONSIDERAR AS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS INDIVIDUAIS DE CADA PROJETO. RESSALTE-SE TAMBÉM A INFLUÊNCIA DA VARIABILIDADE INTERANUAL E INTRA ANUAL NOS DADOS APRESENTADOS, QUE PODE VIR A ALTERAR SIGNIFICATIVAMENTE OS RESULTADOS, PRINCIPALMENTE EM PERÍODOS CHUVOSOS E COM MENOR VELOCIDADE MÉDIA DO VENTO.

A estimativa da produção de energia solar fotovoltaica foi calculada considerando premissas típicas de projetos com a tecnologia de silício monocristalino e o ângulo de inclinação de 10° orientado para o Norte. O mapeamento da produtividade fotovoltaica adotou as seguintes premissas: eficiência do módulo (23%) nas condições padrão de teste (Standard Test Conditions - STC); perdas por sujidade (3,5%); perdas por sombreamento (2%), perdas nos cabos (2,5%), perdas conexões (0,5%) perdas sobre o descasamento da quantidade de energia gerada pelos módulos em um arranjo (mismatch) (2%), perdas no transformador (1,5%), perdas por degradação do PV(1,5%) e disponibilidade (99%). Os valores apresentados na plataforma podem ser utilizados para uma estimativa inicial da produção de energia. O projeto e cálculo detalhado das perdas, eficiência dos módulos e da produção anual e mensal de energia dependem das características técnicas e especificidades de cada projeto e devem ser realizados por profissionais e/ou empresas especializadas. A produtividade fotovoltaica não considera os aspectos econômicos como valores das tarifas de energia, preço do sistema e manutenção e impostos incidentes sobre a Tarifa de Uso do Sistema de Distribuição, essas análises devem ser consideradas no projeto e dimensionamento do sistema a ser instalado.

Nas simulações de mapeamento do potencial eólico e solar foram empregados o sistema MesoMap (MesoMap System®) e o modelo WRF (Weather Research and Forecast Model) customizado e parametrizado para o Estado do Maranhão e entorno, com resolução espacial para o mapeamento eólico em microescala de 250 m e mesoescala de 3 km, respectivamente, e período de simulação cobrindo um ano meteorológico típico, representativo dos últimos 20 anos de dados climatológicos. Maiores informações sobre a metodologia empregada no mapeamento desses recursos serão descritas na versão final da plataforma, bem como no livro a ser disponibilizado ao término do projeto.

As medições do projeto EOSOLAR são de fundamental importância para o aprimoramento das metodologias de mapeamento do recurso eólico e solar apresentados na plataforma. A partir das medições realizadas no âmbito do projeto será possível avaliar as parametrizações utilizadas nos modelos numéricos, tais como: rugosidade aerodinâmica de superfície, altura da camada limite, estabilidade atmosférica, decomposição das frações de radiação direta e difusa, radiação no plano inclinado dentre outras. Além da prospecção e validação do inédito potencial eólico a 200m de altura que será validado em diferentes pontos de medição próximo da costa. Todas as metodologias e resultados de avaliação serão compartilhadas dentro da plataforma PIER em módulo específico com dados técnicos e científicos das campanhas de medição.

Agradecimentos: Instituto Nacional de Meteorologia – INMET – pela disponibilização de dados meteorológicos. Agradecemos também ao Global Modeling and Assimilation Office – GMAO – da National Aeronautics and Space Administration – NASA – e ao European Centre for Medium Range Weather Forecasts – ECMWF – por disponibilizar, respectivamente, as bases de dados Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications, version 2 – MERRA-2 – e ECMWF Re-Analysis, 5th Generation – ERA5, que foram utilizados em algumas análises e dados apresentados na PIER-MA.