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Universidade Federal de Itajubá

Edital FAPEMIG 21/2010

APROVEITAMENTO EÓLICO EM RESERVATÓRIOS HIDRELÉTRICOS NO

ESTADO DE MINAS GERAIS: IMPACTOS DAS MUDANÇAS CLIMÁTICAS

PARA O CENÁRIO ATUAL.

Linha Temática 3 – Redução das Emissões de Gases de Efeito Estufa no Estado de

Minas Gerais - Pesquisa e desenvolvimento de fontes de energia renováveis, com ênfase

em biomassa, solar e eólica.

Arcilan Trevenzoli Assireu (Dr.) (UNIFEI) (Coordenador)

Carlos Frederico de Angelis (Dr.) (CPTEC/INPE)

Edmilson Dias de Freitas (Dr.) (IAG/USP)

Enio Bueno Pereira (Dr.) (DGE/INPE)

Fábio Roland (Dr.) (UFJF)

Felipe Mendonça Pimenta (Dr.) (Depto de Geofísica/UFRN)

Felipe Siqueira Pacheco (Doutorando) (CST/INPE)

Fernando Ramos Martins (Dr.) (DGE/INPE)

Marcelo de Paula Corrêa (Dr.) (UNIFEI)

Márcio de Moraes (Dr.) (DGE/INPE)

Ramon Morais de Freitas (MSc.) (DSR/INPE)

Vanessa Silveira Barreto Carvalho (Dr.) (UNIFEI)

Vanessa Cristina Oliveira de Souza (MSc.) (UNIFEI)

Alunos dos programas de pós-graduação em Ecologia Aplicada a Conservação e

Manejo de Recursos Naturais da UFJF - PGECOL e Meio Ambiente e Recursos

Hídricos da UNIFEI – MEMARH.

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Itajubá, Março de 2011

SUMÁRIO

1- OBJETIVOS...............................................................................................................3

1.1- Objetivo Geral..........................................................................................................3

1.2 -Objetivos Específicos...............................................................................................3

2- REVISÃO DA LITERATURA..................................................................................4

2.1- Influências da topografia local sobre as características aerodinâmicas....................4

2.2 –Morfometria do entorno dos reservatórios...............................................................6

2.3 – Modelagem de mesoescala do vento......................................................................9

2.4 – A estabilidade da camada limite........................................................................... 10

3 –JUSTIFICATIVA......................................................................................................12

4- DESCRIÇÃO DAS ATIVIDADES...........................................................................15

5 -CRONOGRAMA DE EXCECUÇÃO.......................................................................17

6- RESULTADOS ESPERADOS..................................................................................17

7-DETALHAMENTO DAS ATIVIDADES DE CADA MEMBRO DA EQUIPE.....18

8 - ORÇAMENTO........................................................................................................ .18

9- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................21

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APROVEITAMENTO EÓLICO EM RESERVATÓRIOS HIDRELÉTRICOS NO

ESTADO DE MINAS GERAIS: IMPACTOS DAS MUDANÇAS CLIMÁTICAS

PARA O CENÁRIO ATUAL.

1- OBJETIVOS

1.1- Objetivo Geral

Como seqüência às análises iniciadas por Assireu et al. (2011), este projeto visa

consolidar a investigação quanto ao potencial de aproveitamento eólico em reservatórios

hidrelétricos tendo em vista o cenário atual e os cenários futuros projetados pelo IPCC,

face a influência das mudanças climáticas. Este estudo (piloto) será realizado para

quatro importantes reservatórios hidrelétricos no estado de Minas Gerais: Furnas, Três

Marias, Itumbiara (divisa de Minas Gerais e Goiás) e Estreito (divisa de Minas Gerais e

São Paulo).

1.2 - Objetivos Específicos

- Calibrar e validar um sistema, baseado em sistemas de informação geográfica (SIG),

capaz de mapear as regiões ou setores de reservatórios hidrelétricos mais adequados à

instalação de turbinas eólicas, considerando cenários atuais e futuros quanto ao regime

de ventos (intensidade e direção);

- Aprofundar os estudos quanto à potencialidade de aproveitamento eólico em

reservatórios hidrelétricos considerando também os cenários futuros previstos pelo

IPCC;

- Gerar mapas de aproveitamento eólico segmentados em regiões ou setores dos

reservatórios a serem estudados, considerando cenários atuais e futuros;

4

- Avaliar métodos morfométricos e micro meteorológicos de estimativas de rugosidade

superficial, tendo em vista a geração de subsídios para um melhor entendimento do

perfil de vento em reservatórios e demais características aerodinâmicas.

2 – REVISÃO DA LITERATURA

O setor energético brasileiro é fortemente baseado em fontes renováveis de energia.

Aproximadamente 45% da energia produzida no país são provenientes de fontes

renováveis. No setor elétrico, esta relação com fontes renováveis é ainda mais vigorosa.

A energia hidrelétrica responde por cerca de 80% de toda energia elétrica produzida no

país (MME, 2009).

Embora a energia hidrelétrica constitua uma importante fonte de energia para o Brasil, o

represamento de rios para a construção dos reservatórios resulta em vários problemas

sociais e ambientais (Fearnside, 2004). Algumas estratégias para mitigação destes

impactos têm sido apresentadas. O uso múltiplo dos reservatórios, por exemplo, para

fins de recreação, criação de peixes e controle de enchentes, são alguns exemplos. Outra

possibilidade, recentemente investigada (Assireu et al., 2011), é a instalação de parques

eólicos nos lagos formados por intermédio do represamento. Enquanto o potencial

eólico brasileiro sobre o continente (Amarante et al., 2001; Feitosa et al., 2003) e para

algumas regiões da plataforma continental (Pimenta et al., 2008) tem sido avaliados,

somente recentemente esta avaliação foi feita para reservatórios hidrelétricos (Assireu et

al., 2011).

Como mostrado por Assireu et al. (2011), o aproveitamento eólico em reservatórios

hidrelétricos é promissor devido a várias razões. Primeiro, os reservatórios construídos

em regiões de planalto possuem, normalmente, forma alongada com o relevo disposto

ao longo do eixo principal. Isto pode introduzir regiões de convergência para o vento

sobre o lago o que cria condições orográficas favoráveis ao aproveitamento eólico.

Segundo, dada a proximidade com o sistema de transmissão, a integração com a rede é

facilitada. Terceiro e mais importante, estas formas de energia renovável são

complementares. A energia gerada pelas turbinas eólicas, em períodos de ventos

favoráveis, pode contribuir para o gerenciamento do nível de água do lago através da

redução de geração hidrelétrica. Ou seja, a água “poupada” durante estes períodos pode

ser usada durante períodos climáticos desfavoráveis (seca prolongada). Esta

5

complementaridade sazonal foi demonstrada ocorrer para os oito reservatórios

estudados (Assireu et al., 2011).

A disponibilidade e confiabilidade destas fontes renováveis, entretanto, dependem das

condições climáticas, que podem ser influenciadas pelas mudanças climáticas,

relacionadas ao aumento da concentração de gases de efeito estufa na atmosfera. A

vulnerabilidade do potencial eólico brasileiro frente aos cenários de mudanças

climáticas previstas pelo IPCC foi recentemente estudada por Lucena et al. (2010a,b),

mas os impactos especificamente sobre os reservatórios hidrelétricos ainda não foi

investigado.

2.1 – Influências da topografia local sobre as características aerodinâmicas

Os reservatórios construídos em regiões de planalto possuem, normalmente, forma

alongada com o relevo disposto ao longo do eixo principal. Isto pode introduzir regiões

de convergência para o vento sobre o lago o que cria condições orográficas favoráveis

ao aproveitamento eólico. Como conseqüência, há um aumento da velocidade média do

vento e uma redução da variabilidade na direção do vento (Mason, 1986; Hunt et al.,

1988a,b; Finnigan et al., 1990; Bullard et al., 2000). Ambos os efeitos são importantes

para a geração de energia eólica e, especificamente, a redução da variabilidade na

direção facilita a escolha dos locais mais adequados para a instalação das turbinas ao

longo do lago. A circulação sobre o lago, entretanto, é fortemente dependente dos

sistemas atmosféricos de larga escala (Weigel & Rotach, 2004; Bitencout et al., 2009).

Um exemplo da influência da topografia para o vento é mostrado nas Figuras 1a,b e 2.

Para descrever a topografia, normalmente se utiliza dos dados do Shuttle Radar

Topographic Mapper (SRTM). Um exemplo de um mapa construído a partir do SRTM

é mostrado na Figura 1a,b para o reservatório de Itumbiara, que fica na divisa entre

Minas Gerais e Goiás. Este reservatório foi construído pelo represamento de rios entre

montanhas, de forma que o alagamento do vale do rio resultou num lago com forma

alongada. Para reservatórios com estas características, as montanhas tendem a canalizar

o vento, intensificando e diminuindo a variabilidade do vento.

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Figura 1 – (a) Topografia e (b) mapa de elevação para o reservatório de Itumbiara.

FONTE: Assireu et al., 2011.

A direção do vento é alinhada com a direção do fetch (área de maior atuação do vento)

do reservatório, com os ventos do quadrante leste ocorrendo em mais do que 35% do

tempo nesta direção (Fig. 2).

Esta direção coincide com a direção predominante dos ventos de grande escala para

aquela região, que são de leste (Niemer, 1989). Como o vento de grande escala é

aproximadamente paralelo com as montanhas, a topografia local promove um efeito de

convergência, o que modifica a direção e intensidade do vento (speed-up phenomenon)

(Bullard et al., 2000). O processo é similar ao mecanismo identificado por Whiteman &

Doran (1993) para o vale do Tennesse, EUA.

Figura 2 – Distribuição de freqüências de direção e intensidade do vento para o

reservatório de Itumbiara. FONTE: Assireu et al. (2011).

2.2 – Morfometria do entorno dos reservatórios

7

O conhecimento das características aerodinâmicas locais é fundamental para descrever,

modelar e prever o comportamento dos ventos e da turbulência sobre os reservatórios

em diferentes escalas. Na camada limite atmosférica – a camada que está em contato ou

sofre influência da superfície terrestre-, o escoamento das massas de ar tem

comportamento distinto ao longo de sua extensão vertical, variando desde o regime

turbulento, nos níveis inferiores, ao não turbulento, no topo desta camada. Considerando

esta variação vertical do vento, o relevo do entorno do reservatório, em termos

aerodinâmicos, é descrito pelos parâmetros de rugosidade, relacionados com a forma,

altura, densidade de distribuição dos elementos na superfície, dentre outras variáveis

que determinam a eficiência de uma área da superfície para transformar a energia do

vento médio em movimento turbulento nas baixas camadas (Wieringa et al., 2001). Um

dos atributos aerodinâmicos utilizados para parametrizar a rugosidade do terreno é o

comprimento característico da rugosidade (Z0) que, formalmente corresponde à altura a

partir do solo onde a velocidade do vento é igual a zero, considerando um perfil vertical

cuja variação apresente comportamento logaritmo com a altitude. Porém, a mensuração

desta variável é ainda considerada difícil e desprovida de consenso metodológico

(Garvine and Kempton, 2008).

Grimmond & Oke (1999) propõem um esquema simplificado para a estimativa dos

parâmetros de rugosidade em áreas urbanas, aplicado a fotografias aéreas e

características de densidade e forma urbana (Fig. 3).

Figura 3 – Definição das dimensões de superfície usadas em análises morfométricas e

suas relações: razão de área plana (λp = Ap/AT) e razão de área frontal (λF = AF/AT).

FONTE: Grimmond e Oke (1999).

A obtenção de propriedades de rugosidade e propriedades aerodinâmicas a partir do

modelo conceitual de Grimmond e Oke (1999), embora bastante utilizado para

8

aplicações em áreas urbanas, é de difícil aplicação em regiões de topografia tão

complexa como a do entorno dos reservatórios (Fig. 4).

Para feições com tamanha complexidade como são os relevos no entorno dos

reservatórios, Assireu et al. (2004) e Assireu et al. (2009) utilizaram uma técnica

baseada no operador de fragmentação assimétrica ( maiores detalhes vide Assireu et al.,

2002). Esta técnica mostrou-se eficiente para quantificar o nível de complexidade do

entorno dos reservatórios e será utilizada aqui para as etapas de quantificação da

rugosidade do relevo adjacente aos reservatórios, tendo em vista selecionar os setores

do reservatório mais adequados a instalação do parque eólico e como estes respondem a

mudanças em intensidades e direção previstas quando considerados os cenários futuros

do IPCC.

O método consiste em analisar os dados em janelas de 3 x 3 pixels e aplicar o operador

conforme esquema abaixo (Figura 4). Ao final é computado um valor médio ao longo

da área (o equivalente a razão de área plana na Figura 3) e um valor médio ao longo do

perfil que configura o “túnel de vento” (o equivalente a razão de área frontal na Figura

3).

No caso do perfil (série unidimensional), cada nove pontos da série são convertidos em

uma matriz 3x3 e o método é, desta forma, aplicado ao longo da série. Um valor médio,

considerando cada um dos valores obtidos para cada nove pontos ao longo da série é

gerado. A escolha de se utilizar matrizes 3x3 deve-se a possibilidade das análises serem

feitas na melhor janela de resolução e sem comprometimentos da robustez do método.

Assim, para os dados do SRTM (resolução de 90m) tem-se um valor a cada 810m (para

o índice equivalente a razão de área frontal) e uma área de 72900 m2 (para o índice

equivalente a razão de área plana).

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Figura 4 – Quantificação da complexidade morfométrica através do método dos padrões

de gradientes. FONTE: Adaptado de Assireu et al. 2002.

2.3 – Modelagem de mesoescala do vento

O modelo atmosférico de mesoescala BRAMS (Contribuições Brasileiras ao Regional

Atmospheric Modeling System - RAMS, PIELKE et al., 1992, COTTON et al., 2003)

vem sendo desenvolvido como parte de um projeto de parceria entre instituições

nacionais e internacionais com financiamento da FINEP (empresa Financiadora de

Estudos e Projetos), vinculada ao Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT). Fazem

parte do projeto a ATMET (Atmospheric, Meteorological and Environmental

Technologies – EUA), o CPTEC-INPE (Centro de Previsão de Tempo e Estudos

Climáticos do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), a UFCG (Universidade

Federal de Campina Grande) e o IAG-USP (Instituto de Astronomia, Geofísica e

Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo) entre outras instituições. O

principal objetivo do projeto BRAMS é desenvolver uma versão do modelo ajustada aos

trópicos e que atenda os centros regionais de previsão do tempo no Brasil.

O modelo RAMS, no qual o BRAMS é baseado, foi desenvolvido pela Universidade do

Estado do Colorado – EUA e pela MRC/*ASTER, com o intuito de simular as

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circulações atmosféricas desde a micro até a grande escala, com a modelagem dos

fenômenos de mesoescala sendo sua mais frequente aplicação, principalmente no que se

refere à previsão de tempo operacional (FREITAS, 2003). Uma das vantagens de

utilização do modelo é a possibilidade de modificação do código de acordo com a

necessidade do usuário. No caso do projeto BRAMS, diversas implementações foram

efetuadas no modelo original.

O modelo em questão consiste em um conjunto completo de equações que governam a

evolução do estado atmosférico, baseadas nas leis de movimento de Newton e na

termodinâmica de um fluido que incluem parametrizações dos diversos processos

físicos presentes nestas equações (como, por exemplo, parametrizações para os

processos turbulentos, radiativos e convectivos).

O modelo também conta com um esquema de aninhamento múltiplo de grades que

permite a resolução das equações do modelo, de forma simultânea, sob qualquer número

de grades computacionais com diferentes resoluções espaciais (FREITAS, 2003). No

caso, grades menores, com maior resolução (ou menor espaçamento de grade), são

utilizadas para simular detalhes dos sistemas atmosféricos de menor escala, como, por

exemplo, o escoamento sobre terrenos complexos ou circulações termicamente

induzidas pela superfície. Já as grades maiores, com maior espaçamento de grade, são

utilizadas para modelar o ambiente destes sistemas menores, fornecendo as condições

de fronteira para as grades com maior resolução, e modelando os fenômenos

atmosféricos de larga escala que interagem com os sistemas de mesoescala resolvidos

nas grades mais finas. Além de representar fisicamente os processos radiativos,

transportes convectivos associados às nuvens e à turbulência seca, o modelo revela-se

adequado para a avaliação dos efeitos de fatores locais, tais como a topografia e a

presença de corpos d‟água de grandes dimensões, aspectos de interesse do presente

estudo.

2.4 – A estabilidade da camada limite

A estabilidade termal da atmosfera tem um importante efeito sobre o perfil vertical do

vento e, conseqüentemente, sobre as estimativas dos recursos eólicos em diferentes

alturas (Garvine & Kempton, 2008). Em uma camada limite estável, o ar apresenta uma

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flutuabilidade negativa, de forma que a parcela de ar deslocada para cima ou para baixo

tende a retornar ao seu nível inicial. Como resultado, as misturas e trocas de momentum

são confinadas a camadas delgadas próximas à superfície, acima da qual a velocidade

do vento aumenta rapidamente. Para uma atmosfera instável, o momentum é

“espalhado” por misturas convectivas ao longo de uma camada limite mais espessa. Isto

tende a aumentar a velocidade do vento próximo à superfície e reduzir nas camadas

acima (Garrat, 1992).

Modelos de mesoescala como o BRAMS aproximam este efeito por mudanças na

parametrização de acordo com a classe de estabilidade a que se encontra a camada

limite. O tipo de estabilidade é determinado a partir do perfil de temperatura potencial

previsto. Embora os modelos de mesoescala apresentem um bom comportamento na

maioria das vezes, condições de alta instabilidade podem gerar alguns efeitos

particularmente importantes para as análises de potencial eólico. Nestas circunstâncias,

o modelo pode permitir uma maior entrada de momentum nas camadas estáveis

próximas à superfície do que de fato ocorre. Isto resulta em superestimativas para os

ventos (Manobianco et al., 1996).

A Figura 5 ilustra um caso típico de variação da diferença de temperatura entre água e

ar para reservatórios tropicais. Isto introduz um comportamento dinâmico na

estabilidade da atmosfera como discutido por Assireu et al. (2011). Este efeito, somado

a ação do efeito de brisas de montanhas, será estudado neste projeto.

12

Figura 5 – Diferenças de temperatura do ar e água, durante o mês de Janeiro, típicas

para reservatórios em regiões tropicais. FONTE: Assireu et al. (2011).

3 – JUSTIFICATIVAS

Segundo a Agência Internacional de Energia (AEO, 2009) o aumento na demanda de

energia projetada para 2030 é de 85% quando comparado ao consumo do ano de 2004.

De acordo com Cerri et al. (2009) e La Rovere e Romeiro (2003), quase 2/3 das

emissões de gases de efeito estufa no Brasil estão associadas a mudanças no uso da terra

e agricultura, e o restante (1/3) está associado ao setor de transporte e produção de

energia. Esta relativa pouca participação do setor energético brasileiro no contexto de

emissão de gás de efeito estufa se deve ao predomínio de fontes renováveis de energia

na matriz energética brasileira.

A disponibilidade e confiabilidade destas fontes renováveis, entretanto, dependem das

condições climáticas, que podem ser influenciadas pelas mudanças climáticas

CLIMÁTICAS, relacionadas ao aumento da concentração de gases de efeito estufa na

atmosfera. Os impactos das mudanças climáticas implicam em custos (em alguns casos,

em ganhos) socioeconômicos que são difíceis de serem mensurados. Estes custos

incluem não somente o prejuízo direto causado pelos impactos, mas também os custos

associados à adaptação; em outras palavras, o esforço para atenuar ou evitar estes

10 11 12 13 14 15 16 17-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

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January

13

impactos (Kundzewicz et al., 2007). Para o setor energético, por exemplo, se estes

impactos resultarem em diminuição na produção elétrica, medidas adaptativas exigiriam

o aumento da capacidade de geração instalada. A identificação da vulnerabilidade do

setor energético às mudanças climáticas é essencial para a formulação de políticas

adaptativas, e o conhecimento sobre estes impactos podem levar a avaliação de

tecnologias e formas alternativas e influenciar a política energética de um país

(Wilbanks et al., 2007). Neste contexto, a instalação de parques eólicos nos

reservatórios apresenta-se como uma alternativa bastante atrativa, conforme mostrado

por Assireu et al. (2011) (motivações comentadas na Seção 2).

Estudos sobre eventuais impactos das mudanças climáticas para o setor energético

brasileiro foram realizados recentemente (Lucena et al., 2010 a,b). Porém, estes estudos,

muito importantes para análises de grande escala, precisam ser refinados quanto à

resolução espacial e temporal, para que os resultados possam ser aplicados a

reservatórios hidrelétricos. Por exemplo, os autores supracitados utilizaram médias

anuais de vento com resolução espacial de 50km x 50km. As análises não consideraram

aspectos morfométricos (forma, altura e distribuição dos elementos de rugosidade) tão

importantes em relevo tipicamente ondulados, como ocorre em grande parte do estado

de Minas Gerais. Também, nos estudos supracitados não foram contemplados fatores

estatísticos como os parâmetros de forma e escala da distribuição Weibull, necessários

para análises mais precisas.

As influências do relevo para o regime de ventos locais (discutidos na Seção 2) e a

importância desta influência para o aproveitamento eólico nos reservatórios discutidos

em Assireu et al. (2011), justificam a busca pelo melhor entendimento da relação entre

os regimes de vento de grande escala, o relevo adjacente aos reservatórios e sua

influência para o regime de ventos atuantes nos reservatórios. Assim, não só os valores

de intensidade do vento previstos para cenários futuros serão importantes, mas as

prováveis mudanças de direção. Isto poderá levar a mudanças intensas quanto aos

setores ou regiões dos reservatórios que apresentam potencial adequado para a

exploração eólica e também daquelas regiões sombreadas em relação ao vento (regiões

cujo relevo funciona no sentido de bloquear o vento).

A complexidade do relevo adjacente aos reservatórios faz com que a rugosidade

superficial destas áreas tenha elevado valores de índices como deslocamento do plano

14

zero (zd) ou comprimento de rugosidade (z0), comparáveis aos valores típicos de cidades

(ex., Wieringa 1993, Tab. VIII). Isto tem importantes implicações para o arrasto em

superfície, condutância aerodinâmica associada ao transporte de momentum, as escalas

e intensidades da turbulência, convergência e divergência de mesoescala, espessura da

camada de Ekman, intensidade do vento e forma do perfil do vento, e o tipo de

escoamento local resultante da interação entre vento de mesoescala e condições locais.

Assim, um conhecimento o mais acurado possível das características aerodinâmicas dos

reservatórios e adjacências é fundamental para a descrição, modelagem e previsão do

comportamento do vento. Porém, as estimativas de zd e z0, em ambientes com elevada

complexidade morfométrica, ainda está associado a grandes incertezas. Dois métodos

são os mais usuais:

1) Métodos morfométricos (ou geométricos) baseados em algoritmos que

relacionam parâmetros aerodinâmicos com parâmetros associados a morfometria

superficial;

2) Micrometeorológicos (ou anemométricos) que usam observações de vento ou

turbulência para determinar parâmetros aerodinâmicos onde se inclui relações

teóricas derivadas de perfis logarítmicos de vento.

Os métodos morfométricos têm como vantagem a possibilidade de obtenção de

estimativas sem a necessidade de torres e instrumentações instaladas no campo. Porém,

apresentam como principal limitação o fato de seu respaldo teórico ser baseado em

relações empíricas construídas sob condições idealizadas em túnel de vento. Assim, a

validação dos métodos morfométricos, pela instalação, em um dos reservatórios, de

torre meteorológica para estimativas dos parâmetros aerodinâmicos, gerará subsídios

importantes para a melhor compreensão da relação funcional dos atributos de terreno

para os regimes de ventos locais.

4 - DESCRIÇÃO DAS ATIVIDADES

Entre fevereiro de 2006 e fevereiro de 2007, entre janeiro de 2006 e janeiro de 2007, e

entre janeiro de 2005 e fevereiro de 2006, um sistema de medidas de parâmetros hidro-

meteorológicos esteve instalado, respectivamente, no Reservatório de Furnas (Minas

Gerias), Estreito (divisa entre Minas Gerais e São Paulo) e de Itumbiara (divisa entre

15

Minas gerais e Goiás). Os dados de vento destes sistemas serão utilizados em etapas de

calibração e validação do modelo BRAMS para reservatórios.

Os dados de temperatura do ar, umidade, geopotencial e vento (nas três componentes)

obtidos para diversos níveis verticais da atmosfera a partir das análises do Global

Forecast System (GFS) do National Center for Environmental Prediction (NCEP) com

6 horas de resolução temporal serão utilizados para a geração das condições iniciais e

de fronteira do modelo. Parâmetros de superfície (rugosidade, mapa digital do terreno,

complexidade do entorno e cobertura), em alta resolução, serão considerados a partir

do que foi discutido na Seção 2.2. Após a etapa de validação e calibração serão

iniciadas as etapas de avaliação de cenários futuros, para todos os reservatórios a

serem estudados. Com esta finalidade, os cenários do IPCC A2 (pessimista, alta

emissão) e B2 (otimista, baixa emissão) serão usados por terem sido regionalizados

por um grupo de especialistas do CPTEC/INPE, que usaram o modelo PRECIS

(Providing Regional Climates for Impacts Studies). No caso, para as simulações com o

modelo BRAMS, os resultados obtidos para as variáveis: temperatura do ar, umidade,

geopotencial e vento (nas três componentes) com modelos climáticos considerando

ambos os cenários citados serão utilizados para a inicialização do modelo. A proposta

é simular um ano no futuro a partir dos dados obtidos com o modelo climático. Dessa

forma, será possível identificar o impacto regional das mudanças climáticas no regime

de vento local em cada reservatório a ser estudado.

Em paralelo, mapas relativos ao potencial de aproveitamento eólico serão gerados a

partir do programa WindMap®. Este programa permite a simulação do vento em

diferentes alturas, podendo-se extrair um comportamento vertical desta variável em um

dado local. É possível prever como o fluxo de vento será alterado em cenários futuros

ao se considerar, como entrada, perfis verticais de vento local, obtidos a partir de

modelos que simulam cenários futuros. Assim, os dados de saída do BRAMS serão

utilizados como dados de entrada no WindMap. Este programa é amplamente utilizado

para previsões de áreas com potencial de geração de energia eólica e, como exemplo, o

Atlas do Potencial Eólico Brasileiro foi elaborado a partir deste programa. Trata-se de

um aplicativo muito amigável e que não demanda amplos recursos para sua execução.

Os dados de entrada são mapas digitais de elevação ou topográficos e de rugosidade,

dados de estações meteorológicas e de perfis verticais do vento localmente.

16

Os estudos morfométricos, fundamentais para a regionalização e avaliação das

influências topográficas para o vento, serão conduzidos ao longo de todos os

reservatórios alvo de estudos deste projeto (Furnas, Três Marias, Itumbiara e Estreito),

tendo em vista identificar as regiões ou setores, de cada reservatório, mais propícios ao

aproveitamento eólico considerando o cenário atual e os cenários futuros.

A instalação de uma torre meteorológica de 40m e de um balão para sustentação, a

100m, no reservatório de Furnas, na qual serão instalados 04 anemômetros sônicos que

medirão as três componentes do vento, mais dados de temperatura do ar e da água,

permitirão a comparação e validação dos métodos morfométricos de estimativas dos

índices de rugosidade superficial. Também, permitirão estudos inéditos, no Brasil,

sobre os perfis típicos do vento em ambientes aquáticos e como a variabilidade diurna

na diferença temperatura da água e temperatura do ar (vide Assireu et al., 2011)

implica sobre a estabilidade da coluna d‟água e daí para as estimativas do vento em

diferentes alturas.

A Figura 6a indica o esquema de fundeio do balão que suportará, a 100m, o

anemômetro e demais sensores meteorológicos como temperatura do ar, pressão e

umidade. Este sistema será instalado no Reservatório de Furnas. A estabilização dos

sensores em relação ao balão será feito por um braço osciloscópio desenvolvido para

esta função e cuja patente é de domínio da UNIFEI. O fundeio será de três pontos a fim

de eliminar a possibilidade de rotação do sistema balão-sensor.

Figura 6 – Arranjo dos anemômetros que serão utilizados nos estudos sobre

perfil vertical do vento a ser instalado no Reservatório de Furnas.

17

A validação do SIG para mapeamento de áreas com potencial eólico nos reservatórios

hidrelétricos será realizado para o reservatório de Itumbiara onde existe dados de vento

medidos (durante um ano) em dois setores com características morfométricas

adjacentes substancialmente diferentes.

5 - CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO

Meses 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Etapas

1

2

3

Etapa 1: Levantamento de dados colaterais ou auxiliares, aquisição dos equipamentos e a

realização do campo para instalação da torre e sensores.

Etapa 2: Realização de campo trimestral para fins de inspeção de sensores,

implementações e execução dos modelos, análises de dados e interpretação dos resultados.

Etapa 3: Integração dos resultados e preparação de relatórios e trabalhos científicos.

6 – RESULTADOS ESPERADOS

Ao final do projeto, será gerado conhecimento inédito sobre a potencialidade de

aproveitamento eólico em reservatórios para o cenário atual e futuro. Um sistema baseado em

SIG permitirá avaliar, a partir de ventos sinópticos e índices morfométricos, quais as regiões ou

setores dos reservatórios são mais adequados para a instalação de turbinas eólicas considerando

o cenário atual e futuro.

Conhecimentos importantes sobre a forma do perfil vertical do vento e como este

responde às condições de variabilidade diurna na diferença entre temperatura do ar e água,

contribuirão para o aumento na confiança das etapas de avaliação do vento em diferentes

alturas, para sistemas aquáticos continentais. Enquanto trabalhos já investigaram valores típicos

para o expoente da lei de potência em ambientes urbanos e rural, percebe-se uma ausência de

trabalhos que investigaram estes valores típicos para sistemas aquáticos continentais,

particularmente reservatórios. Assim, outra contribuição esperada é que este trabalho venha a

18

contribuir para o avanço do conhecimento relativo à extrapolação do vento para diferentes

alturas sobre sistemas aquáticos continentais.

As informações a serem geradas no âmbito deste projeto representarão subsídios

importantes para o adequado gerenciamento dos recursos energéticos, tendo em vista que a

identificação da vulnerabilidade do setor energético às mudanças climáticas é essencial

para a formulação de políticas adaptativas.

Dois programas de pós-graduação (Ecologia Aplicada a Conservação e Manejo

de Recursos Naturais da UFJF - PGECOL e Meio Ambiente e Recursos Hídricos da

UNIFEI - MEMARH) se beneficiarão, em termos de capacitação nesta área tão

estratégica para o estado de Minas Gerais e para o Brasil. O intercâmbio entre os

pesquisadores da UNIFEI, UFJF, CPTEC/INPE, e IAG/USP dará, à pesquisa, o

respaldo técnico-científico multidisciplinar necessário para a execução da mesma e para

a formação de pessoal na área.

7 – Participação dos membros da equipe

A seguir será detalhada a forma como cada membro da equipe colaborará com o projeto:

Arcilan Trevenzoli Assireu – coordenar os trabalhos, adquirir os equipamentos, planejar e

executar as atividades de campo, processar, analisar e interpretar os dados. Gerar os

relatórios e coordenar os trabalhos de preparação e geração dos trabalhos e artigos. Estudos

morfométricos.

Carlos Frederico de Angelis – Estudos morfométricos, gerenciamento da base de dados

e obtenção de dados auxiliares;

Edmilson Dias de Freitas - Modelagem de meso-escala do vento;

Enio Bueno Pereira – Análise e interpretação de dados;

Fábio Roland – Análises dos impactos da instalação das turbinas no lago para o

ecossistema lacustre.

Felipe Mendonça Pimenta – Análises e interpretação dos dados no contexto do

aproveitamento eólico.

Felipe Siqueira Pacheco – processamento e análise de dados e modelagem via SIG;

Fernando Ramos Martins - Modelagem de meso-escala do vento;

19

Marcelo de Paula Corrêa - Análises de dados meteorológicos sinóticos de apoio aos

trabalhos;

Márcio de Moraes - Modelagem de meso-escala do vento;

Ramon Morais de Freitas – Análises morfométricas e processamento de dados;

Vanessa Silveira Barreto Carvalho – Modelagem de meso-escala do vento;

Vanessa Cristina Oliveira de Souza – Modelagem via SIG.

Alunos de mestrado (MEMARH) e mestrado e doutorado (PGECOL).

8 – Orçamento

Equipamentos e Material Permanente

Sistema de Aquisição de Dados,

Alimentação e acessórios

Quantidade Preço Unitário

(R$)

Total

(R$)

Laptop para aquisição (download)

de dados em campo 01 2.000,00 2.000,00

Coletor de Dados CR1000 (2 Mb

/ -25ºC a +50ºC)

04 2.980,00 11.923,00

Terminal de campo para

programação e visualização de

dados

01 682,00 682,00

Cartão de memória de 1GB

04 314,50

1.258,00

Interface SANDISK

IMAGEMATE USB 2.0

01 74,80

74,80

Software de programação e

comunicação

01 1.200,00

1.200,00

Programa de Eddy Covariance

(básico)

01 1.684,70

1.684,70

Regulador de voltagem

04 278,00

1.115,20

Painel Solar 65 W (bateria

12VDC-36Ah não inclusa)

04 1.909,10

7,636,40

Caixa ambientalmente selada de

16X18 pol., com 2 conduites para

cabos e suporte

04 751,40

3.005,60

Sensores Quantidade Preço Unitário

(R$)

Total

(R$)

Anemômetro Sônico tri-

dimensional CSAT3 (cabo de 25

pés), com maleta de transporte

04 17.311,10

69.244,40

Sensor de Temp./Umid. Relat

Vaisala

04 1.309,00 5.236,00

Sensor de temperatura da água 01 340,00 340,00

Abrigo termométrico para sensor

de temperatura e umid. relativa

04 408,00

1.632,00

Suportes para sensores Quantidade Preço Unitário

(R$)

Total

(R$)

Torre autoportante leve em aço

galvanizado de 40m e pára-raio 01 32.000,00 32.000,00

Braço superior de alumínio com

adaptador CM210

04 192,10 768.40

Tubo de alumínio de 1”X 12”

04 34,00 136,00

Tubo de alumínio de 10”

04 30,60 122,40

20

Adaptador (cruzeta) de 1” X 3/4”

04 51,00 204,00

Balão cativo para sustentação dos

sensores a 100m, cabos de

sustentação e extensão de cabos de

transmissão de dados

01 6.000,00 6.000,00

Braço osciloscópio de estabilização 01 3.000,00 3.000,00

Total 149.466,90

Justificativa: materiais e equipamentos essenciais ao desenvolvimento do projeto – Componente

torre meteorológica a ser instalada no Reservatório de Furnas.

Equipamentos e Material Permanente

Recursos computacionais

para gerenciamento de

banco de dados e

equipamentos eletrônicos

de suporte aos trabalhos

de campo

Quantidade Preço

Unitário

R$

Disco rígido USB – 2TB 02 300,00 600,00

Impressora HP Laserjet P4014N 01 1600,00 1600,00

Filmadora Flash Memory DCR –

SX 20 com 50 x zoom óptico e

LCD 2.7”R

01 900,00 900,00

GPS – MAP 60 CSX Garmim 01 2400,00 2400,00

Rádio de comunicação Talkabout

T5025 com carregador – 9,6km -

Motorola

02 250,00 500,00

Câmera digital à prova d água

Stylus 550WP Azul 10MP com 3x

zoom óptico, LCD 2,5” e bateria

recarregável + cartão XD 2GB -

Olympus

01 420,00 420,00

iMac de 21,5” 3,06 GHz Intel

Core i3 4GB SDRAM 500 GB

serial ATA Drive

01 4.000,00 4.000,00

Servidor para armazenamento de

dados

01 7.000,00 7.000,00

Total 17.330,00

Justificativa: Gerenciamento de banco de dados e armazenamento de simulações dos

modelos e apoio a trabalhos de campo

Missão de campo

21

Combustível + aluguel de barco 1000,00 6 R$ 6.000,00

Diárias (2 pessoas x 3 dias) por missão - 6x 100,00 600,00 6 R$ 3.600,00

R$ 9.600,00

Justificativa: Idas ao campo a cada 3 meses para inspeção dos sensores da torre.

Serviço de terceiro

Montagens, instalações e

integração dos sistemas

Quantidade Preço

Unitário

R$

Torre e fundeio do balão 01 12.000,00 12.000,00

Montagem dos sensores e

periféricos na torre

01 8.000,00 8.000,00

R$ 20.000,00

Justificativa: Idas ao campo de equipe especializada na montagem da torre, balão e integração

dos sistemas.

Software

Análises dos dados no contexto de aproveitamento

eólico e organização dos dados eólicos

Quantida

de

Preço

Unitário

R$

WINDOWGRAPHER"<http://www.windographer.com/features/

access-data-quickly/

02 3.200,00 6.400,00

Windmap

01 4.000,00 4.000,00

R$

10.400,00

Justificativa: Organização e preparação dos mapas eólicos

Passagens (aéreas e terrestres) e diárias

Intercâmbio entre pesquisadores

Quantida

de

Preço

Unitário

R$

Passagem aérea entre Natal/RN a São Paulo/SP (Ida e volta) 01 1.200,00 1.200,00

Passagem aérea entre São Paulo/SP a

Natal/RN ( Ida e volta)

01 1.200,00 1.200,00

Diárias relativas a viagens acima 10 100,00 1.000,00

R$

3.200,00

22

Justificativa: Reunião entre integrantes do projeto

Bolsas

01 bolsa BDTI-III 18 meses 1521,30 R$ 27.378,00

Justificativa: Contratação de um engenheiro mecânico para suporte aos planejamentos e

execução dos fundeios e instalações.

Despesas operacionais

5% do

valor

total 1 R$

R$ 10.830,74

Justificativa: valor cobrado pela Fundação que gerencia os projetos na UNIFEI

Total de recurso solicitados a FAPEMIG

Material permanente R$ 166.836,90

Custeio R$ 9.900,00

Serviços de terceiros R$ 20.000,00

Software R$ 10.400,00

Passagens (aéreas e terrestres) e diárias R$ 3.200,00

Bolsas R$ 27.378,00

Despesas operacionais R$ 11.888,36

Total R$251.155,66

23

Contra partida institucional:

Estações de trabalho para execução dos modelos numéricos,

análise de dados e integração de dados 7.000,00 5 R$35.000,00

R$ 35.000,00

Justificativa: apoio a trabalhos de modelagem numérica

9 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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