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BASE DE DADOS DO POTENCIAL ENERGÉTICO DO VENTO EM PORTUGAL – METODOLOGIA E DESENVOLVIMENTO Teresa Maria Veloso Nunes Simões Esteves Lic. em Ciências Geofísicas – Meteorologia e Oceanografia Orientadores: Professora Doutora Ana Estanqueiro (INETI) Professor Doutor João Catalão (FCUL) Dissertação submetida para a obtenção do grau de Mestre em Ciências e Engenharia da Terra Março 2004

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BASE DE DADOS DO POTENCIAL ENERGÉTICO DO VENTO EM

PORTUGAL – METODOLOGIA E DESENVOLVIMENTO

Teresa Maria Veloso Nunes Simões Esteves Lic. em Ciências Geofísicas – Meteorologia e Oceanografia

Orientadores: Professora Doutora Ana Estanqueiro (INETI) Professor Doutor João Catalão (FCUL)

Dissertação submetida para a obtenção do grau de Mestre em Ciências e Engenharia da Terra

Março 2004

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Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

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Resumo Nos últimos anos, o desenvolvimento dos aproveitamentos de energia eólica em Portugal

evoluiu de forma marcante. O volume de projectos assumido, quer pelas entidades

governamentais quer pelos investidores em parques eólicos, prevê a instalação de 3750 MW

até ao final de 2010, multiplicando por mais de dez vezes a actual capacidade. Apesar do

crescimento previsível para os próximos anos neste sector, existem poucas ferramentas de

planeamento de infra-estuturas e de identificação sistemática de locais que apresentem

indicadores de elevado potencial eólico.

Este trabalho, encontra-se na linha de desenvolvimento de bases de dados de vento – com o

objectivo de incentivar e acelerar o desenvolvimento da energia eólica em Portugal – e teve

início em 2000 no INETI, à data Instituto Nacional de Engenharia e Tecnologia Industrial,

com edição da base de dados do potencial energético do vento em Portugal – EOLOS.

O planeamento dos aproveitamentos energéticos do vento constitui uma tarefa complexa, a

qual exige a identificação de um conjunto alargado de informação, na sua maioria, passível de

georeferenciação. Desta forma, iniciou-se o desenvolvimento de uma base de dados do

recurso eólico, mapeado e georeferenciado, cuja implementação se efectuou num Sistema de

Informação Geográfica (SIG) e cuja metodologia se descreve neste trabalho.

Para o desenvolvimento deste trabalho identificou-se e reuniu-se um conjunto alargado de

dados – tais como restrições ambientais, rede eléctrica nacional, uso do solo, divisão

administrativa – a partir do qual se geraram mapas de restrições ao aproveitamento da energia

do vento. Estes foram introduzidos, em conjunto com os mapas de distribuição espacial de

parâmetros necessários à caracterização energética do vento, no SIG como parâmetros de

entrada. Com base nessa informação construiram-se aplicações, que permitem o cálculo de

áreas, distâncias e a selecção de regiões com potencial favorável aos aproveitamentos eólicos.

As aplicações construídas nesta base de dados georeferenciada permitiram ainda determinar o

potencial energético sustentável de Portugal continental, bem como a eventual necessidade de

reforço regional da rede elétrica de transmissão para o aproveitamento optimizado desta

forma de energia renovável.

Palavras-chave: SIG, potencial eólico, planeamento, base de dados

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Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

ii

Abstract

In the last few years, the wind energy development in Portugal has increased enormously.

Portuguese plans – assumed by the governmental authorities and wind park investors –

addresses the installation of 3750 MW, until the year 2010, multiplying the actual capacity

by, approximately, ten times. Besides this growth of the wind energy exploitation, the country

has regions with good wind potential still uncharacterised for this purpose. This work, being

included in the development of wind databases - aiming to incentive and accelerate the

development of wind energy in this country - was initiated by INETI, Instituto Nacional de

Engenharia e Tecnologia Industrial, with the development of EOLOS - Portuguese wind

potential database, accomplished in the year 2000.

The huge amount of information needed to select and characterize wind potential and wind

power production has as a common characteristic being susceptible to be mapped. Therefore,

the existing information concerning, for example, environmental restrictions, electric network,

land use, among others, was used to build maps representing the restrictions to the wind

energy exploitation. Those were then introduced into the GIS as input data, together with

maps generated in order to represent the wind parameters necessary for the wind energy

characterisation, as input data. Based on these information, some applications were built in

order to enable the calculation of areas, distances and the selection of favourable wind

potential regions to wind energy exploitation.

The applications presented in this database were also used to estimate the sustainable wind

potential on the Portuguese mainland, as well as the need to reinforce the national electric grid

for the optimised development of this form of renewable energy.

In this work it will be described the database production, including the data processing and

mapping, as well as its integration into the GIS.

Keywords: GIS, wind resource, planning, database

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Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

iii

Índice 1. Introdução .........................................................................................................................1

2. A utilização dos Sistemas de Informação Geográfica para o planeamento da energia

eólica ..........................................................................................................................................7

2.1. Aspectos gerais dos SIG.............................................................................................7

2.2. A variabilidade espacial do recurso eólico ...............................................................11

2.3. Parâmetros condicionantes do aproveitamento do potencial eólico.........................12

2.3.1. Velocidade e direcção do vento........................................................................12

2.3.2. Orografia...........................................................................................................13

2.3.3. Rugosidade e obstáculos...................................................................................18

3. Desenvolvimento de uma base de dados do potencial eólico num Sistema de

Informação Geográfica - SIG ................................................................................................22

3.1. Caracterização do potencial energético do vento em Portugal.................................22

3.1.1. Efeitos de macro e meso-escala em Portugal ...................................................22

3.1.2. Mapeamento do recurso ...................................................................................24

3.1.3. Estimativa de produção energética ...................................................................31

3.2. Condicionantes ambientais .......................................................................................33

3.3. Capacidade da rede eléctrica receptora ....................................................................35

3.4. Ocupação do solo......................................................................................................38

3.5. Declive do terreno ....................................................................................................38

3.6. Divisão administrativa..............................................................................................39

3.7. Controlo de qualidade da informação.......................................................................40

4. Metodologia e estrutura de programação da base de dados ......................................45

4.1. Cálculo de distâncias e declives do terreno..............................................................47

4.2. Capacidade da rede de transmissão ..........................................................................50

4.3. Identificação de áreas com potencial eólico .............................................................51

4.4. Estimativa do potencial sustentável do país .............................................................52

5. Aplicações da base de dados: SIGEolos........................................................................57

5.1. Discussão dos resultados ..........................................................................................78

6. Conclusões e trabalho futuro.........................................................................................82

Bibliografia..............................................................................................................................84

Apêndice I – Parâmetros estatísticos relevantes para o estudo do vento ..........................88

Apêndice II – Parques Eólicos em Portugal.........................................................................93

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Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

iv

Lista de Tabelas Tabela 1.1 – Capacidade instalada em Portugal continental e nas ilhas até Dez. 2003. ............5

Tabela 2.1 – Tipos de Superfície e comprimentos de rugosidade correspondentes .................18

Tabela 3.1 – Índices utilizados no estudo de determinação das circulações do escoamento em

Portugal.....................................................................................................................................22

Tabela 3.2 – As 10 classes de CWT’s retidas no estudo ..........................................................23

Tabela 3.3 – Pontos de ligação à rede eléctrica e potências planeadas 2004-2007..................37

Tabela 4.1 – Percentagem de ocupação do solo para aproveitamentos eólicos para restrições

ambientais e socio-económicos, por região..............................................................................55

Tabela 5.1 – Capacidade da rede eléctrica nacional, disponível e planeada, sem restrições. ..59

Tabela 5.2 – Áreas bruta, total e aproveitável de cada região e potência por unidade de área.75

Tabela 5.3 – Capacidade planeada, potencial sustentável e déficit de capacidade para cada

região. .......................................................................................................................................75

Tabela 5.4 – Descrição dos campos incluídos no formulário informativo sobre os PE

instalados em Portugal..............................................................................................................77

Tabela AI.1 – Escalas de Movimento ......................................................................................88

Tabela AII.1 – Situação dos parques eólicos em Portugal .......................................................93

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Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

v

Lista de Figuras Figura 1.1 – Capacidade instalada vs Produção eólica em Portugal até 2001............................5

Figura 1.2 – Capacidade de origem eólica instalada em Portugal e estimativa de crescimento

da capacidade instalada até 2010................................................................................................6

Figura 2.1 - Duração de uma campanha experimental vs precisão nas estimativas.................12

Figura 2.2 – Aceleração do vento sobre uma elevação. ...........................................................14

Figura 2.3 – Orientações possíveis de linhas de cumeada........................................................15

Figura 2.4 – Formas dos montes por ordem de preferência .....................................................15

Figura 2.5 – Zonas de re-circulação em falésias e escarpas .....................................................16

Figura 2.6 - Mapa de altimetria de Portugal continental. .........................................................17

Figura 2.7 – Escoamento em torno de um edifício...................................................................19

Figura 2.8 – Escoamento perturbado pela presença de um edifício. ........................................20

Figura 2.9 – Escoamento a jusante de uma barreira vegetal ....................................................21

Figura 3.1 – Percentagem da frequência media mensal dos padrões climáticos para cada mês

do ano .......................................................................................................................................23

Figura 3.2 – Programas e informação respectiva do modelo MM5 .........................................26

Figura 3.3 – (a) Mapa de distribuição espacial da velocidade do vento em Portugal

continental, obtido pelo modelo MM5 (h=60m) e (b) Mapa de distribuição espacial da

velocidade do vento em Portugal continental, obtido pelo modelo WASP (h=60m). ..............30

Figura 3.4 - Mapa compósito de distribuição espacial da velocidade do vento em Portugal

continental, (h=60m). ...............................................................................................................31

Figura 3.5 - Curva de potência de uma turbina de 1500 kW de potência nominal e 66 m de

diâmetro do rotor. .....................................................................................................................32

Figura 3.6 - Mapa de distribuição espacial do parâmetro NEP’s em Portugal continental,

(h=60m). ...................................................................................................................................32

Figura 3.7 – Mapa de restrições ambientais .............................................................................34

Figura 3.8 – Rede eléctrica nacional (a) figura base, (b) figura digitalizada. ..........................36

Figura 3.9 - Distribuição espacial dos usos do solo em Portugal continental ..........................38

Figura 3.10 – Divisão administrativa (concelhos) de Portugal continental..............................40

Figura 3.11 - Organigrama representativo do processo de pré-processamento e controlo de

qualidade dos dados de vento medidos.....................................................................................42

Figura 3.12 – (a) mapa digital apresentando erros de digitalização nas linhas de rugosidade e

(b) mapa corrigido. ...................................................................................................................43

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Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

vi

Figura 3.13 - Mapa de recurso onde ocorreram falhas de geração...........................................44

Figura 4.1 – Metodologia adoptada na construção da base de dados SIGEolos. .....................46

Figura 4.2 - Grelha de pontos utilizada para operações algébricas em dados discretos...........48

Figura 4.3 – Mapa de declives de Portugal. .............................................................................49

Figura 4.4 – Divisão do país por regiões. .................................................................................51

Figura 4.5 - Processo utilizado para efectuar a primeira fase do estudo – selecção e contagem

de pontos favoráveis à instalação de PE...................................................................................53

Figura 4.6 – Mapas da distribuição de (a) NEP’s e (b) declives excluindo as áreas protegidas

(h=60m). ...................................................................................................................................54

Figura 5.1 – Formulário representando a capacidade disponível e planeada por ponto de

ligação à rede eléctrica. ............................................................................................................57

Figura 5.2 - Formulário que permite aceder às consultas de potência disponível e planeada por

região. .......................................................................................................................................58

Figura 5.3 – formulário representando a capacidade disponível e planeada por ponto de

ligação à rede eléctrica, por região. ..........................................................................................58

Figura 5.4 - Exemplo de aplicação de uma consulta ao mapa de recurso, considerando

NEP’s>2100 h/ano....................................................................................................................59

Figura 5.5 – Ampliação da figura 5.4.......................................................................................60

Figura 5.6 - Exemplo de aplicação de uma consulta ao mapa de recurso, considerando V>6.0

m/s. ...........................................................................................................................................61

Figura 5.7 – Ampliação da figura 5.6 onde se podem ver os limites dos concelhos................61

Figura 5.8 – Consulta efectuada para NEP’s>2000 ou V>6.0 m/s...........................................62

Figura 5.9 - Consulta efectuada para NEP’s>2000 h/ano ou V>6.0 m/s, permitindo a

visualização das áreas protegidas. ............................................................................................62

Figura 5.10 - Cálculo das distâncias aos pontos de interligação. .............................................63

Figura 5.11 - Exemplo de cálculo de uma área. .......................................................................64

Figura 5.12 - Resultado da selecção aplicada aos mapas de NEP’s e Declives – mapeamento

em NEP’s, para NEP’s > 2100 h/ano e SLP<55%. ..................................................................65

Figura 5.13 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano e SLP<55% – região 1. ..................66

Figura 5.14 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano e SLP<55% – região 2. .................66

Figura 5.15 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano e SLP<55% – região 3. ..................67

Figura 5.16 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano e SLP<55% – região 4. ..................67

Figura 5.17 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano e SLP<55% – região 5. ..................68

Figura 5.18 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano e SLP<55% – região 6. ..................68

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Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

vii

Figura 5.19 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano e SLP<55% – região 7. ..................69

Figura 5.20 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano e SLP<55% – região 8. ..................69

Figura 5.21 - Resultado da selecção aplicada aos mapas de NEP’s e Declives – mapeamento

em NEP’s, com introdução de restrições ambientais. ..............................................................70

Figura 5.22 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano com introdução de restrições

ambientais – região 1................................................................................................................71

Figura 5.23 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano com introdução de restrições

ambientais – região 2................................................................................................................71

Figura 5.24 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano com introdução de restrições

ambientais – região 3................................................................................................................72

Figura 5.25 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano com introdução de restrições

ambientais – região 4................................................................................................................72

Figura 5.26 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano com introdução de restrições

ambientais – região 5................................................................................................................73

Figura 5.27 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano com introdução de restrições

ambientais – região 6................................................................................................................73

Figura 5.28 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano com introdução de restrições

ambientais – região 7................................................................................................................74

Figura 5.29 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano com introdução de restrições

ambientais – região 8................................................................................................................74

Figura 5.30 – Mapas representativos da (a) capacidade planeada, (b) potencial eólico estimado

e (c) déficit regional..................................................................................................................76

Figura 5.31 – formulário contendo informação sobre os parques eólicos em Portugal. ..........77

Figura AI.1 – Espectro de Van der Hoven ...............................................................................88

Figura AI.2 – Distribuição da velocidade do vento e curva de potência de uma turbina.........92

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Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

viii

Lista de símbolos e/ou abreviaturas

CNIG – Centro Nacional de Informação Geográfica

CWT – Circulation Weather Type

DGE – Direcção Geral de Energia

DGGE – Direcção Geral de Geologia e Energia

DLx – Datum Lisboa (Coordenadas Militares)

E4 – Eficiência Energética e Energias Endógenas

EDP – Electricidade de Portugal;

ESRI – Environmental Systems Research Institute, Inc

FER – Fontes de Energias Renováveis

GIS – Geographic Information System

GPS – Global Positioning System

IA – Instituto do Ambiente

IFN – Inventário Florestal Nacional

IGeoE – Instituto Geográfico do Exército

INETI – Instituto Nacional de Engenharia, Tecnologia e Inovação

MAPE – Medida de Apoio ao Aproveitamento do Potencial Energético e Racionalização de

Consumos

MM5 – Fifth Generation Mesoscale Model

NCAR – National Centre for Atmospheric Research

NCEP – National Centre for Environmental Prediction

NEP’s – Número de horas equivalentes à potência nominal de um aerogerador ou parque

eólico (h/ano)

PE – Parque Eólico

POE – Programa Operacional da Economia

PPCE - Programa para a Produtividade e o Crescimento da Economia

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Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

ix

PRIME – Programa de Incentivos à Modernização da Economia

PSU – Pennsylvania State University

RCM – Resolução do Concelho de Ministros

REN – Reserva Ecológica Nacional

REN – Rede Eléctrica Nacional

SIG – Sistema de Informação Geográfica

SLP – Declive (Slope)

SNIG – Sistema Nacional de Informação Geográfica

SQL – Structured Query Language

USGS – United States Geological Survey

WASP – Wind Atlas Analysis and Application Program

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Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

x

Agradecimentos

A elaboração de um trabalho deste tipo passa necessáriamente por uma série de apoios que se

irão reflectir de forma determinante no resultado final. Assim, começo por agradecer ao

INETI, Instituto Nacional de Engenharia, Tecnologia e Inovação, na pessoa do Senhor

Director do Departamento de Energias Renováveis, Doutor António Joyce, pelas condições

disponibilizadas e sem as quais não teria sido possível desenvolver este trabalho.

Uma boa orientação técnica e científica de um trabalho é meio caminho andado para o seu

sucesso. Assim, agradeço à Doutora Ana Estanqueiro pela sua orientação e pelo apoio

prestado quer a nível profissional quer a nível pessoal, durante o desenrolar deste trabalho.

Agradeço também ao Professor Doutor João Catalão, pela orientação e pelas preciosas

sugestões transmitidas no decorrer deste trabalho.

O Grupo da Energia Eólica da Unidade de Energia Eólica e dos Oceanos do Departamento de

Energias Renováveis, é caracterizado pelo seu companheirismo e excelente ambiente de

trabalho, pelo que lhe manifesto os meus maiores agradecimentos pela colaboração prestada

nos momentos de “maior aperto”, em especial ao Paulo Costa pela ajuda na programação de

algumas partes do código desenvolvido e pelas valiosas sugestões dadas para a construção

gráfica dos mapas apresentados.

Porque os momentos de lazer são parte imprescindível no sucesso de um trabalho, agradeço

ao “grupo do almoço” e aos meus amigos em geral, pelas conversas “de café” e pelos

momentos bem dispostos.

Em especial, ao Jorge, agradeço o apoio incondicional prestado desde a primeira hora, a

paciência demonstrada durante as minhas crises nos momentos mais dificeis deste trabalho e,

também, por se conformar com os inúmeros fins-de-semana passados em casa.

Finalmente, agradeço aos meus irmãos pelo apoio que me deram, e em especial à minha mãe,

por nunca me ter deixado desistir, pela coragem que sempre me transmitiu e por ser a minha

referência.

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Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

1

1. Introdução

Em Portugal, a aposta no aproveitamento das energias renováveis tornou-se clara com a

publicação dos Dec.-Lei 312/01 e 339-C/01 em Dezembro de 2001. O interesse do mercado

nacional neste segmento energético evidencionou-se, em Janeiro de 2002, com a forte adesão

à primeira abertura de pedidos de informação prévia à então DGE-Direcção Geral de Energia,

a qual se saldou por um pedido global de potência de 7GW, aproximadamente, valor este

superior a 50% da capacidade nacional instalada, sendo a grande maioria destes pedidos,

referentes a projectos de parques eólicos.

Estando actualmente prevista pela DGE a atribuição de pontos de interligação a

aproveitamentos de energia eólica cuja potência totaliza um valor de 3750 MW, e cujos

projectos, se prevê, decorram até 2010, reveste-se de extrema relevância para o País, dotar o

sector de uma ferramenta para a gestão, organização e planeamento dos aproveitamentos

energéticos do vento.

Esta necessidade é ainda reforçada pela recente criação do MIBEL – Mercado Iberico de

Electricidade, uma vez que Espanha tem já em desenvolvimento projectos com idênticos

objectivos, para diversas Províncias e regiões.

Em Abril de 2003 foi publicada a Resolução do Concelho de Ministros (RCM) de Março de

2003 (RCM 63/2003) a qual estabelece as orientações principais da política energética e

define os objectivos e respectivas medidas de implementação. Esta vem substituir a RCM

referente ao Programa E4 – Eficiência Energética e Energias Endógenas.

Com base em estudos efectuados e nas novas tecnologias associadas à construção de

aerogeradores, pode afirmar-se que Portugal apresenta condições para o cumprimento dos

compromissos nacionais no âmbito da União Europeia (directiva comunitária na sequência da

ratificação do protocolo de Quioto) a qual estabelece que 39% da energia eléctrica utilizada

deverá ser obtida por fontes de energia renováveis (FER).

Até meados de 2001, a caracterização do recurso eólico, sendo um processo moroso e

dispendioso apresentava reduzida mais-valia económica, levando a que uma grande parte dos

promotores de energia eólica desistisse ou adiasse os seus projectos. A publicação de nova

legislação, clarificando o processo de licenciamento e promovendo incentivos de natureza

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Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

2

financeira e fiscal, veio resolver grande parte desta questão e originou uma grande evolução

do sector das energias renováveis no geral e da energia eólica em particular. O volume de

projectos actualmente assumido pelos investidores em parques eólicos prevê o cumprimento

dos objectivos nacionais até 2010. Apesar deste crescimento na exploração da energia eólica,

o país tem ainda regiões com potencial eólico aproveitável não caracterizadas para este fim.

A contribuição do INETI – Instituto Nacional de Engenharia, Tecnologia e Inovação, nesta

área foi iniciada com a publicação em Setembro de 2000, de uma base de dados do potencial

energético do vento em Portugal – EOLOS. Esta surtiu um grande impacto no sector,

originando directamente uma potência total de mais de 400 MW actualmente em fase de

projecto e instalação. Apesar da grande aceitação desta base de dados por parte de entidades

públicas e privadas que se dedicam ao estudo e instalação de parques eólicos, durante a sua

distribuição e à medida que foram sendo feitos contactos com os seus utilizadores e com

potenciais interessados, identificaram-se limitações na sua utilização, bem como algumas

lacunas no que diz respeito ao conteúdo e formato da informação nela contida. De entre estas,

as mais relevantes prendiam-se com o número de locais estudados e a georeferenciação da

informação. Também o facto de esta base de dados ser de natureza estática (inexistência de

interactividade com o utilizador), surgiu como uma deficiência na sua programação. Desta

forma, e para contornar as limitações acima expostas, optou-se por desenvolver uma base de

dados com informação do recurso eólico “contínua”, mapeada e georeferenciada, para

implementação da qual surgiu, quase de forma natural, um Sistema de Informação Geográfica

(SIG). Esta opção permite não só uma maior interactividade com o utilizador, como uma

melhor e mais eficiente gestão da informação.

Neste trabalho, apresenta-se a metodologia de desenvolvimento desta base de dados,

incluindo o processamento de dados (quando efectuado), mapeamento do recurso, bem como

a sua programação no SIG.

Para tal processaram-se os dados de entrada em forma mapeada e georeferenciada,

nomeadamente, distribuição espacial da velocidade do vento, número de horas equivalentes à

potência nominal – para obtenção dos quais se recorreu aos modelos MM5 Fifth Generation

Mesoscale Model, de mesoscala e ao modelo WASP Wind Atlas Analysis and Application

Program, de microscala - orografia e declives. Para além desta informação, reuniu-se um

conjunto de dados que se consideraram relevantes para o planeamento do aproveitamento da

energia eólica, tal como, restrições ambientais, localização e capacidade de interligação da

rede eléctrica nacional, uso do solo, entre outros.

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Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

3

Construíram-se diversas aplicações que permitem ao potencial utilizador a selecção de áreas

com potencial eólico favorável à instalação de parques eólicos, cálculo de distâncias e de

áreas, entre outras. Apresenta-se também um estudo no qual, com recurso a esta base de

dados, se estima o potencial eólico sustentável do país, calculando-se ainda os défices

regionais existentes entre o potencial eólico aproveitável e a potência planeada pela Rede

Eléctrica Nacional.

Pretende-se que este trabalho contribua para a definição do potencial eólico sustentável de

Portugal continental e consequente planeamento de novos parques eólicos, bem como para o

necessário reforço da rede de eléctrica.

A questão da emissão de gases para a atmosfera consequentes da evolução tecnológica e do

crescimento da população, que originam o efeito de estufa e o aquecimento global do planeta

têm vindo desde há alguns anos a preocupar a população em geral e a comunidade científica

mundial. Esta questão tornou-se central entre os investigadores e desde o protocolo de Quioto,

assumiu uma importante dimensão também para as entidades governamentais. O receio da

responsabilização pelos efeitos da emissão de resíduos e produtos resultantes do incorrecto

uso de recursos disponíveis, levou a que alguns governantes, principalmente os europeus,

dessem sinais claros de inquietação, originando uma reflexão sobre as políticas energéticas.

A procura do equilíbrio entre os interesses do desenvolvimento económico, indissociável da

utilização da energia, e a preservação ambiental no sentido em que aqueles não deverão

colocar em causa a qualidade de vida das gerações futuras, origina questões como a urgência

e a sustentabilidade das opções energéticas, onde se coloca a possibilidade de as energias

renováveis assumirem nalguns sectores um papel de destaque. Embora noutros sectores

pareça incontornável a utilização de fontes convencionais de energia, a sua utilização deve

também ser revista [Gonçalves et al. (Ed.), 2002].

Apesar das energias renováveis no geral terem a finalidade de defender o ambiente, têm

também alguns impactos que são considerados de extrema relevância pelo sector ambiental,

levando-os a encarar a instalação de sistemas de energia renovável com algumas reservas.

Certas organizações de defesa do ambiente argumentam que muito há ainda a fazer no

domínio da poupança e da utilização racional da energia. É, no entanto, de referir, que as

medidas tomadas neste sentido não devem ser exclusivas, sendo o fomento do recurso a fontes

renováveis de energia uma atitude que pode contribuir de forma decisiva para minimizar os

problemas ambientais. No que diz respeito ao sector eléctrico, um dos sectores onde estas

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Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

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formas de energia podem contribuir para as metas estabelecidas em Quioto, Portugal é um dos

países onde as energias renováveis, nomeadamente, as grandes hídricas, constituem já uma

grande parcela dos recursos utilizados na geração de energia eléctrica, sendo no entanto de

referir, a necessidade de reforçar esta contribuição. As grandes hídricas apesar de todas as

vantagens, exigem locais com características especiais, interferem com a sensibilização para a

utilização racional da água (têm impactes quase irreversíveis no ecosistema), não se podendo

por isso, esperar grande evolução da sua parte. É nesta sequência que surgem a mini-hídrica e

a energia eólica como soluções a curto e médio prazo.

Tal como predito, a energia eólica viu nos últimos anos um crescimento extremamente

acentuado, quer em número de projectos, quer em capacidade instalada. Este crescimento foi

motivado em grande parte pela implementação do Programa E4 – Eficiência Energética e

Energias Endógenas que deu lugar à elaboração de nova legislação aplicável aos

aproveitamentos renováveis, novo tarifário para energia eléctrica de fontes de energia

renováveis (FER) que eleva a remuneração da energia produzida para níveis que se

aproximam dos mais favoráveis na Europa viabilizando, assim, a instalação de PE em locais

até aqui fora de causa, e MAPE – Medida de Apoio ao Aproveitamento do Potencial

Energético e Racionalização de Consumos no âmbito do Programa Operacional da Economia

- POE (portaria 198/2001 13 Março, portaria regulamentadora 383/2002 de 10 de Abril) que

pretende apoiar investidores nas renováveis através de incentivos de financiamento e fiscais.

Estes programas conduziram à criação de um novo quadro legislativo visando aumentar a

competitividade das fontes renováveis de energia e estimular o mercado da energia.

Em Julho de 2002, o governo definiu um conjunto de acções estratégicas visando o reforço da

competitividade da economia portuguesa através do Programa para a Produtividade e o

Crescimento da Economia (PPCE). Este estabelece como objectivo nacional a promoção da

produtividade e da competitividade da economia enquanto factores decisivos para o progresso

económico. Uma parte das medidas preconizadas por este programa exigiu alterações

profundas ao POE que culminaram na apresentação à Comissão Europeia do PRIME –

Programa de Incentivos à Modernização da Economia, programa que substitui, desde 8 de

Agosto de 2003, o POE.

O número previsto para a potência de origem eólica a instalar (3750 MW) pode constituir uma

contribuição significativa para o sistema produtor de electricidade de Portugal, colocando-o

ao nível de outros países desenvolvidos da Europa (e.g. Dinamarca, Alemanha e Espanha).

Esta apresenta-se como uma forma de energia renovável particularmente adequada do ponto

Page 17: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

5

de vista tecnológico à utilização na geração de electricidade, apresentando um reduzido

impacto ambiental. Tendo como base um levantamento levado a cabo pelo INETI junto dos

vários promotores de Energia Eólica em Portugal, construiu-se uma tabela com a informação

global sobre a potência instalada em Portugal continental e arquipélagos dos Açores e da

Madeira até ao final de 2003 (tabela 1.1). Na figura 1.1 apresenta-se, o gráfico de capacidade

instalada até ao final de 2001 e a respectiva produção eólica total. Em 2003 produziram-se

cerca de 720 GWh1 de energia eléctrica de origem eólica, tendo este valor sido obtido com

base na análise de vários projectos e de informação recolhida junto dos diferentes promotores

de parques eólicos.

Tabela 1.1 – Capacidade instalada em Portugal continental e nas ilhas até Dez.2003.

Capacidade total em operação

Nº total de turbinas em operação

( Dez. 2003) [MW] (Dez. 2003) [nº] Continente 273.6 287 Açores 5.3 22 Madeira 9.8 43 TOTAL 288.6 352

Figura 1.1 – Capacidade instalada vs Produção eólica em Portugal até 2001.

1 Valor calculado com base no número de horas equivalentes à potência nominal médio de 2500 h/ano

0

20

40

60

80

100

120

140

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001

Capacidade

0

50

100

150

200

250

300

Produção/ Consumo

Capacidade (MWe) Produção de electricidade (GWh)

Page 18: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

6

Com base na informação recolhida junto dos promotores de energia eólica, construiu-se um

gráfico com a estimativa de crescimento da potência instalada em Portugal até 2010 (figura

1.2).

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

Ano

0

1000

2000

3000

4000

Cap

acid

ade

eólic

a [M

W]

Estimativas crescimento

Meta 2010 - 3750 MW

Capacidade instalada

Figura 1.2 – Capacidade de origem eólica instalada em Portugal e estimativa de crescimento da capacidade instalada até 2010.

Page 19: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

7

2. A utilização dos Sistemas de Informação Geográfica para o

planeamento da energia eólica

Neste trabalho, pretende-se definir uma metodologia para a construção de uma base de dados

do potencial energético do vento em Portugal utilizando um sistema de informação geográfica

(SIG). Esta decisão teve como base o tipo de informação necessária à correcta avaliação do

potencial eólico de um dado local ou região, a sua dependência espacial, i.e., geográfica, e

também, à metodologia de determinação do potencial eólico sustentável.

Muito embora a grande maioria dos modelos utilizados na avaliação do potencial eólico e nas

estimativas de produção energética, já constituam por si só um SIG, uma vez que utilizam

informação georeferenciada, todo o processo de elaboração de um projecto pressupõe também

a identificação de informação de outra natureza, relacionada com temas diversos, tais como,

restrições ambientais, disponibilidade de capacidade de interligação à rede eléctrica e outras

informações de teor burocrático.

Os programas e modelos utilizados na fase de caracterização do potencial eólico aceitam e

requerem vários tipos de informação. Os resultados obtidos por cada um destes programas são

também apresentados em formatos diversos. O cruzamento destes resultados com a restante

informação, exige a utilização de programas específicos, normalmente editores gráficos,

sempre numa base georeferenciada. Face ao exposto, a centralização dos dados resultante dos

programas de avaliação do potencial eólico e estimativa de produção dos parques, juntamente

com a informação necessária à elaboração dos projectos, constitui uma mais valia para os

promotores e/ou entidades que se dedicam a este tipo de estudos.

Para tal houve a necessidade de converter e adaptar a informação já existente e a

posteriormente recolhida aos formatos reconhecidos pelo modelo computacional SIG

utilizado e de estruturar a sua introdução dentro da base de dados de forma a possibilitar

consultas rápidas e eficazes.

2.1. Aspectos gerais dos SIG

Os Sistemas de Informação Geográfica têm sido objecto de várias definições. Alguns autores

baseiam-se nas características tecnológicas e na funcionalidade destes para os distinguir de

Page 20: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

8

outros tipos de sistemas. A definição aqui apresentada, caracteriza de uma forma geral, os

produtos que se destinam ao suporte de aplicações envolvendo dados geográficos:

“Um SIG é um conjunto potente de ferramentas para recolher, armazenar, aceder, transformar

e visualizar dados espaciais do mundo real”, [Burrough, 1986].

Um SIG deve permitir a realização de operações aritméticas simples, remoção e actualização

de dados, e/ou operações do tipo selecção sobre os valores de vários atributos (e.g. consultas

(queries)), com a máxima eficiência.

É também sabido, que a elevada quantidade de informação utilizada num SIG é, normalmente

obtida em diversas fontes, quer em bases de dados existentes, software de geração de

informação, cartografia ou mesmo na Internet. Assim, nos parágrafos que se seguem,

apresenta-se uma descrição sucinta de vários processos utilizados para transformar/formatar, a

informação de forma a se apresentarem adequados aos programas desenvolvidos para a

realização das operações/selecções desejadas dentro do SIG.

Modelos de Dados: Conjunto de regras usadas para converter a variação geográfica “do

mundo real” num conjunto discreto de objectos [Catita, 2000]. Podem ser de dois tipos; raster

e vectorial.

Modelo raster:

o espaço é dividido numa grelha de células (pixels) regular e a localização de uma

determinada entidade é feita através de linha(s) e coluna(s) da(s) célula(s) por ela

ocupada(s);

a grelha de células preenche todo o espaço (área em estudo);

cada célula contém apenas um valor que representa a condição ou atributo desse ponto

da superfície da Terra;

o valor atribuído a cada célula, pode representar um código de atributo qualitativo ou

quantitativo;

o modelo matricial relata o que ocorre em todo o local em estudo.

Modelo vectorial:

todas as entidades são representadas através de pontos, linhas e áreas que estão

referenciados num sistema de coordenadas ((x,y) ou (x,y,z) do sistema);

o modelo vectorial não preenche necessariamente todo o espaço;

Page 21: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

9

as entidades espaciais correspondem às entidades tal e qual como elas existem no

mundo real;

os atributos dos objectos são armazenados numa base de dados alfanumérica: a ligação

entre o ficheiro de desenho e a tabela de atributos pode ser feita associando um

identificador único a cada elemento do mapa;

o modelo vectorial relata onde é que ocorre determinado objecto espacial.

Dados de Entrada

Compilação de dados – codificação de dados geográficos de forma conveniente para o

sistema. Aqui, incluem-se processos de digitalização, digitalização automática efectuada por

sistemas automáticos de varrimento (scanning), atribuição de valores (atributos), codificação

de elementos recolhidos em trabalho de campo (e.g., elementos de rugosidade e obstáculos).

Georeferenciação de dados – referenciação espacial de conjuntos de dados num sistema de

coordenadas pré-seleccionado, e transformação entre sistemas de coordenadas.

Restruturação de dados – pode ser apenas uma re-formatação dos dados de entrada de forma a

serem suportados pelo sistema, ou passarem pela conversão entre estruturas de dados (raster-

vectorial).

Edição – detectar e resolver inconsistências não espaciais, espaciais ou topológicas (e.g., erros

de digitalização).

Manipulação de dados

Selecção – Pode recorrer-se a operações baseadas na lógica boleana tendo em conta um

conjunto de critérios sobre mapas temáticos ou tabelas de registos. Estas permitem que sejam

utilizados critérios sobre os valores de atributos temáticos ou de características temporais.

Transformação – Modificação dos atributos de um objecto/elemento. Estas podem ser

subdivididas em operações aritméticas e de categoria para atributos, e geométricas para

características espaciais:

Operações aritméticas – Consistem na aplicação de uma constante (mediante uma

operação elementar ou função trigonométrica, logarítmica ou exponencial) para

modificação de um atributo;

Operações para definir categorias – Modificam os valores dos atributos re-

classificando-os em novas categorias. Dentro destas podem distinguir-se as operações

Page 22: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

10

de classificação, para conversão de atributos quantitativos contínuos em discretos ou

nominais (e.g., classificação de dados obtidos por detecção remota), e de re-

classificação, para conversão de categorias nominais noutras do mesmo tipo ou de tipo

numérico expressando pesos;

Operações geométricas – Modificam as características espaciais dos objectos e podem

ser de três tipos; transformações por projecções (representação da superfície da terra

por meio de um plano), transformações lineares (alteração da escala, rotação ou

translação), e não lineares (definidas pelo utilizador);

Derivação da informação espacial – Permite extrair informações novas por inferência sobre os

dados existentes;

Operações de generalização – Simplificam objectos capturando apenas as suas

características espaciais mais salientes;

Operações de geração de faixas de interesse em torno de entidades geográficas

(buffers) – criam novos objectos que incluem outros mediante um critério

especificado. Os buffers podem ser quadrados ou curvos e podem incluir pontos ou

linhas;

Operações de sobreposição (overlay) – criam novos objectos por aplicação de várias

operações da lógica boleana, da aritmética e da estatística sobre dois mapas temáticos.

Nestas operações cada mapa temático é tratado como uma variável;

Operações de derivação sobre uma superfície curva – envolvem extracção de

informação tridimensional. Nestas incluem-se as funções de interpolação e de filtro,

para, por exemplo, determinar declives e orientação de vertentes, ou identificar regiões

de visibilidade.

Saída de resultados – Operações que permitem que a informação seja extraída do SIG para

visualização e análise. Podem ser de vários tipos:

Operações de desenho gráfico – construção de símbolos, uso de cores, padrões e

anotações;

Operações de visualização – representação da informação geográfica graficamente em

periféricos (impressoras, etc.);

Operações de restruturação – permitem a exportação de dados para outros sistemas.

Page 23: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

11

2.2. A variabilidade espacial do recurso eólico

O recurso eólico apresenta uma acentuada variabilidade espacial. Em Portugal verifica-se que

a média anual da velocidade, a direcção, a intensidade de turbulência, os padrões sazonais e o

perfil diário da velocidade média do vento se podem alterar substancialmente para distâncias

reduzidas e características orográficas relativamente suaves. Assim, a sua caracterização

espacialmente detalhada assume um carácter imperativo.

Sendo Portugal um país caracterizado por orografia essencialmente complexa, a avaliação do

potencial eólico é, normalmente, apenas válida em pequenas áreas em redor dos mastros

anemométricos instalados para medição do vento (tipicamente 5x5km). Esta limitação leva a

que os potenciais promotores, no início dos seus projectos, necessitem - salvo raras excepções

- de proceder à realização de campanhas experimentais de medição do vento.

A utilização de um único mastro para a caracterização do potencial eólico de uma dada região

obriga a uma selecção, nem sempre simples, do local de instalação do mesmo, uma vez que,

tal como anteriormente referido, mesmo em áreas com características orográficas

razoavelmente suaves, as condições do escoamento atmosférico podem variar

significativamente em curtas distâncias. Por exemplo, um local situado num vale de baixa

altitude terá em média menores velocidades do vento do que as elevações circundantes. Os

vales são normalmente, locais com menos vento, em particular à noite devido à formação das

denominadas “piscinas de ar frio” – descida de ar frio pelas encostas das montanhas que se

vai concentrar nas zonas mais baixas, isolando-as dos ventos regionais [Stull, 1988], embora

por vezes, possam ocorrer efeitos de concentração local.

Como regra geral, pode dizer-se que, dois locais situados a distâncias compreendidas entre 15

e 30 quilómetros um do outro em áreas espacialmente extensas com características

orográficas suaves, deverão ter exposição semelhante aos ventos dominantes. Em regiões

planas esta distância poderá ir até cerca de 90 quilómetros [Wegley et al., 1980]. Se se

considerarem regiões com características orográficas complexas, então estas distâncias serão

apenas da ordem dos 5 a 8 quilómetros [Mortensen et al., 1993], pois nestes casos devem ser

consideradas perturbações do escoamento atmosférico induzidas pela orografia e, nalguns

casos pela rugosidade vegetal e obstáculos existentes.

Nos últimos anos, tem sido frequente o aparecimento de projectos de parques eólicos de

grandes dimensões – elevada capacidade e número de aerogeradores – englobando áreas

muito vastas. Estes implicam a instalação de mais do que um mastro anemométrico dentro da

Page 24: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

12

área que engloba o parque eólico e a aplicação de novas metodologias de avaliação da

produção energética, como por exemplo, a utilização de mapas de recurso construídos à custa

de dados de várias estações anemométricas – mapas de recurso compósitos [Costa e

Estanqueiro, 2003a].

2.3. Parâmetros condicionantes do aproveitamento do potencial eólico

A caracterização do recurso eólico num dado local, depende de diversos parâmetros que

condicionam de forma, mais ou menos determinante, o escoamento atmosférico de um dado

local ou de uma dada região [Simões, 1999], sendo os seguintes os mais relevantes neste tipo

de estudos:

velocidade e direcção do vento;

orografia local;

obstáculos e rugosidade - vegetação e uso do solo.

Nos parágrafos que se seguem apresenta-se uma breve descrição dos pontos considerados.

2.3.1. Velocidade e direcção do vento

A correcta caracterização do escoamento atmosférico num dado local, passa necessariamente,

pela medição da velocidade e direcção do vento. As campanhas experimentais de medida, são

normalmente realizadas nos locais onde se pretende instalar os parques eólicos durante, pelo

menos, doze meses consecutivos, embora sempre que possível, esta deva ser prolongada por

períodos superiores de forma a reduzir as incertezas associadas à variabilidade interanual do

escoamento atmosférico (figura 2.1).

Figura 2.1 - Duração de uma campanha experimental vs precisão nas estimativas [Marques da Silva et al., 1986].

As medidas são normalmente obtidas a alturas que podem ir desde a altura meteorológica de

referência, 10m, e 80m, sendo no entanto desejável, que estas sejam obtidas tão próximo

Page 25: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

13

quanto possível do rotor das turbinas a instalar. Sempre que surge a necessidade de transpor

verticalmente os valores de velocidade do vento, recorrem-se a métodos estatísticos – e.g. leis

de regressão – ou às conhecida leis logarítmica ou de potências, esta última geralmente

utilizada no domínio da energia eólica (equação 2.1).

α

×=

refZZ Z

ZVVref

11

(2.1)

Na equação 2.1, 1ZV é a velocidade que se pretende conhecer à altura Z1, refZV é a velocidade

conhecida à altura de referência Zref, e α é o coeficiente de rugosidade tabelado, ou

experimentalmente determinado.

Nesta base de dados pretende-se, numa segunda fase, inserir informação sobre locais

caracterizados com base em medidas obtidas nas várias estações anemométricas operadas pelo

INETI – à data, cerca de 100. Cada mastro anemométrico tem instalados 1, 2 ou 3 conjuntos

de sensores (anemómetros de copos e sensores de direcção) ligados a um sistema de aquisição

de registo de dados (datalogger) que permite visualizar valores instantâneos e armazenar a

informação numa unidade de memória amovível. Nos casos em que os mastros

anemométricos se encontram instalados em locais de difícil acesso, utilizam-se, sempre que

possível, dataloggers de acesso remoto.

As torres anemométricas instaladas são de dois tipos; treliça e telescópicas, e estão na sua

maioria equipadas com pára-raios e eléctrodo terra. Os anemómetros de copos foram, na sua

maioria, sujeitos a calibração num túnel aerodinâmico (LNEC, IM ou INETI). O

funcionamento dos sensores de direcção, é numa primeira fase verificado em laboratório, e

posteriormente no local de instalação contra medidas in situ utilizando a bússola de um GPS –

Global Positioning System, ou outros sistemas de referenciação não interferentes.

De entre o elevado número de estações do INETI, existem duas que se encontram em

operação há mais de dez anos, sendo por isso, consideradas “de longo termo”. Para além da

sua utilização na avaliação do potencial eólico, são também utilizadas como referência para

avaliação da variabilidade interanual do escoamento atmosférico.

2.3.2. Orografia

A orografia constitui um dos elementos mais importantes na caracterização do escoamento

atmosférico de um dado local, dada a sua elevada dependência da complexidade do terreno

em análise (terreno plano, elevações de declive suave ou terreno montanhoso).

Page 26: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

14

As montanhas podem alterar as características do escoamento atmosférico de diferentes

formas. O aquecimento das encostas das montanhas durante o dia e arrefecimento durante a

noite fazem com que o ar adjacente à montanha aqueça ou arrefeça por condução e mistura. A

diferença de temperatura que se faz sentir entre o ar perto da montanha e o ambiente

circundante vai dar origem a fenómenos de brisa. Quando a estabilidade estática é neutra, o

escoamento sobre as montanhas cria gradientes de pressão na direcção do escoamento que

juntamente com atrito por fricção à superfície pode produzir separação do fluxo [Plate, 1982].

Este fenómeno vai provocar turbilhões em esteira a montante ou a jusante da montanha

podendo atingir distâncias de várias vezes a altura da montanha, consoante o declive da

mesma.

Quando a separação ocorre a jusante da montanha, a esteira produzida pode ir até 10 ou 20

vezes a altura do cume da elevação, enquanto que, quando ocorre a montante, os turbilhões

produzidos “aninham-se” na base da mesma e são constrangidos pela sua presença. Neste

caso, a esteira não vai além de duas alturas da montanha. Este fenómeno é quase inexistente

em elevações de inclinação suave, e neste caso, existindo concentração das linhas de corrente,

verifica-se um aumento da velocidade do vento e consequente aumento de energia que pode ir

até 2 vezes o valor obtido sem a perturbação do terreno, (figura 2.2), [Meroney, 1991].

Figura 2.2 – Aceleração do vento sobre uma elevação [Simões, 1999].

Alguns critérios gerais para a selecção de locais em terreno montanhoso são [Justus, 1980]:

cristas perpendiculares à direcção predominante do vento. As cristas são preferíveis às

colinas com a mesma inclinação;

colinas de inclinação suave (entre 1:3 e 1:4) onde os cumes não são nem muito planos,

nem muito acentuados, nem de forma dentada;

colinas onde a vegetação seja rasteira.

Page 27: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

15

A localização de um parque numa linha de cumeada tem algumas vantagens, uma vez que

esta actua como uma torre. Os efeitos de arrefecimento junto ao solo são parcialmente

evitados e pode existir aceleração do vento aumentando desta forma a energia disponível no

local. Neste tipo de terreno são vários os efeitos a ter em conta e o peso da componente

térmica pode ser relevante devido aos ventos de vale e de montanha que, eventualmente, se

formam. Na figura 2.3 apresentam-se várias orientações possíveis e respectivas classificações.

Figura 2.3 – Orientações possíveis de linhas de cumeada [Marques da Silva et al., 1986].

A orientação das linhas de cumeada em relação à direcção predominante do vento é um factor

importante na determinação da quantidade de aceleração do vento sobre a mesma. A forma

dos montes condiciona o escoamento tornando-se num factor importante para a escolha do

local (figura 2.4).

Figura 2.4 – Formas dos montes por ordem de preferência [Wegley et al., 1980].

Perpendicular (Muito Bom) Oblíquo (Bom) Paralelo (Razoável)

Concavo (Bom) Convexo (Menos desejável)

1. Triangular (Maior aceleração) 2. Arredondado

3. Topo plano 4. Encosta íngreme

5. Escarpado (Menor aceleração)

Page 28: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

16

A existência de escarpas e falésias introduz zonas de re-circulação no escoamento as quais

dificultam o posicionamento dos sistemas de medida e aproveitamento de energia do vento.

No entanto se os sistemas eólicos forem criteriosamente posicionados podem aproveitar-se,

fora destas zonas, locais onde o escoamento acelera e onde, consequentemente, existe um

acréscimo da energia produzida (figura 2.5).

Figura 2.5 – Zonas de re-circulação em falésias e escarpas [Wegley et al., 1980].

O escoamento em terreno montanhoso pode no entanto resumir-se de acordo com os seguintes

parâmetros [Marques da Silva, 1996]:

o regime de vento na cumeada não é sujeito a grandes variações mas depende do local

e da época do ano;

a correlação entre a direcção do vento num terreno complexo e uma dada referência

em campo aberto é válida apenas para um local;

em média o vento na cumeada é mais elevado no Inverno do que no Verão;

mesmo em dias globalmente calmos pode observar-se no cume vento com substancial

velocidade.

Ainda dentro das orografias complexas há que referir o caso de depressões marcadas como os

desfiladeiros ou os vales estreitos com orientação apropriada onde o escoamento pode ser

acelerado se o vento for “canalizado” ao longo da depressão. As depressões estão em geral

parcialmente rodeadas de terreno mais elevado, donde, é necessário que o local escolhido

esteja na direcção predominante do vento.

Os mapas de altimetria normalmente utilizados neste tipo de estudos são digitalizados em

formato vectorial com a ajuda de uma mesa digitalizadora, considerando uma área mínima de

Page 29: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

17

5 x 5 km em redor do mastro anemométrico ou do local em estudo, com curvas de nível

espaçadas de 10 m. Uma vez que, a maioria dos locais do nosso país, com interesse do ponto

de vista do aproveitamento eólico, são de natureza muito complexa, as áreas, são na maioria

das vezes, alargadas de forma a considerar elementos orográficos que possam influenciar o

escoamento atmosférico nas regiões de interesse (10x10 km).

Neste tipo de estudos, é normalmente utilizada cartografia digital 1:25 000 em formato

vectorial, englobando uma área considerável em redor do mastro anemométrico e

desejavelmente, do parque eólico. Todos os mapas utilizados e apresentados neste trabalho

estão no sistema Hayford Gauss/Datum Lisboa com origem fictícia a SE de Sagres. Para além

da cartografia referida, foi também utilizada informação sobre altimetria, disponibilizada pela

USGS – United States Geological Survey, base de dados geográfica do projecto GTOPO30,

introduzida no modelo meso-escala MM5, também utilizado para a geração de mapas de

recurso.

Figura 2.6 - Mapa de altimetria de Portugal continental.

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Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

18

2.3.3. Rugosidade e obstáculos

A rugosidade de um dado local é outro dos parâmetros de entrada considerados indispensáveis

neste tipo de estudos, uma vez que influencia de forma determinante o escoamento

atmosférico junto ao solo e consequentemente a energia disponível num determinado local.

Por rugosidade entende-se no sentido mais geral do termo, o tipo de ocupação do solo

característica de uma dada região ou local – vegetação, localidades, zonas de cultivo, etc.

O local ideal é caracterizado por rugosidade homogénea e reduzida, sendo no entanto mais

frequente encontrar locais onde se encontram vários tipos de rugosidade que se interpenetram.

A rugosidade de uma determinada área em estudo é normalmente representada na forma de

mapa vectorial, embora o mesmo possa fazer-se através de ficheiros em formato tabular. No

caso presente optou-se por utilizar a informação na forma de mapa vectorial.

No caso de existir uma campanha experimental de medição do vento, o chamado “mapa de

rugosidade” é normalmente construído após a recolha em campo da informação sobre o tipo

de vegetação e outros elementos de rugosidade, que circundam o mastro anemométrico e

respectiva classificação. Os dados são obtidos com base em visitas aos locais para uma

identificação in situ das diferentes tipologias existentes e aferição das suas dimensões (Tabela

2.1) [Simiu and Scanlan, 1986].

Tabela 2.1 – Tipos de Superfície e comprimentos de rugosidade correspondentes.

Tipos de superfície Comprimento de rugosidade z0 (cm)

Água ~0.001 Areia 0.01 – 0.1 Neve 0.1 – 0.6 Relva (~0.01m) 0.1 – 1 Erva baixa 1 – 4 Terreno lavrado 2 – 3 Erva alta 4 – 10 Pinhal 90 – 100 Árvores e algumas casas 20 – 40 Cidade ou grandes aglomerados de casas 80 – 120 Centros de grandes cidades 200 – 300

O mapa inicial de rugosidade de cada área em estudo, é construído no local através da

identificação das manchas vegetais e dos elementos considerados como rugosidade. Dado que

normalmente, o local onde se encontra instalado o mastro não permite uma visualização

global de toda a área de interesse, o mapa é, posteriormente, melhorado e completado com

recurso a fotografias tiradas nas imediações do mastro anemométrico, de forma a identificar

Page 31: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

19

todos os quadrantes visíveis do local e outros pontos vistos de locais distantes. Durante as

visitas, procede-se também à confirmação de manchas de rugosidade existentes na cartografia

disponível, de forma a apoiar a construção dos mapas finais. Na inexistência de campanhas

experimentais, recorre-se a informação cartográfica e digital disponível.

No final as manchas identificadas são digitalizadas sobre mapas cartográficos

georeferenciados e sobrepostas ao mapa de altimetria da região. O mapa final, passa assim, a

ser um “compósito” da informação de orografia e rugosidade e é utilizado na estimativa das

diversas grandezas envolvidas, bem como na geração de mapas de distribuição espacial das

mesmas.

É frequente existirem perto do mastro anemométrico, elementos sombra que não podem ser

classificados como rugosidade. Neste caso, denominam-se obstáculos e é necessário proceder

à sua correcta identificação e caracterização da sua influência no desenvolvimento do

escoamento. Os obstáculos podem ser de várias naturezas; casas, depósitos de água, postos de

vigia florestais, aglomerados de árvores ou mesmo grandes estruturas de pedra. Em seguida

apresenta-se uma breve descrição do escoamento quando sujeito aos variados tipos de

obstáculo.

Edifícios

Muito embora não seja comum instalar aerogeradores nas proximidades de edifícios, este

posicionamento pode ocorrer, por exemplo, em quintas ou na proximidade de estruturas

urbanísticas. Para além disso, é frequente a instalação de mastros anemométricos em terrenos

com obstáculos deste tipo durante as campanhas experimentais de caracterização geral do

vento. As perturbações produzidas pelos edifícios aumentam em altitude a jusante. O

escoamento é obstruído pelo edifício formando uma esteira ainda a montante do mesmo. Após

a passagem pelo obstáculo forma-se uma esteira em forma de ferradura que se estende ainda a

alguma distância para jusante, como se pode ver na figura 2.7.

Figura 2.7 – Escoamento em torno de um edifício [Hiester and Pennel, 1983].

Page 32: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

20

Algumas precauções a tomar para evitar a influência de edifícios são posicionar o sistema

eólico:

a uma distância a montante de mais do que duas vezes a altura do edíficio;

a uma distância mínima a jusante de dez ou mesmo vinte vezes a altura do edíficio;

pelo menos 3 a 5 vezes a direcção transversal do edíficio se o sistema eólico está colocado

transversalmente ao edifício relativamente ao escoamento.

Figura 2.8 – Escoamento perturbado pela presença de um edifício [Hiester and Pennel, 1983].

Barreiras vegetais

Em regra as barreiras vegetais são constituídas por filas de árvores posicionadas oblíqua ou

perpendicularmente ao local que pretendem proteger. Existem no entanto algumas formas de

minimizar a influência das barreiras vegetais, tais como, a escolha de um local afastado (para

jusante) ou para os lados da barreira ou, em última análise, a utilização de uma torre

suficientemente alta para minimizar a perturbação do escoamento.

O grau de perturbação do escoamento depende da altura, profundidade e porosidade da

barreira vegetal. Como porosidade entende-se a percentagem de área aberta que se pode ver

quando se olha através da barreira vegetal. Quanto mais alta é a barreira, maior distância

atinge o escoamento perturbado a jusante do obstáculo (figura 2.9), e consequentemente

maior distância é necessária para que o escoamento recupere a sua energia inicial.

Page 33: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

21

Figura 2.9 – Escoamento a jusante de uma barreira vegetal [Wegley et al., 1980].

Árvores posicionadas aleatoriamente

A existência de árvores posicionadas de forma aleatória num local que à primeira vista

demonstre algum interesse do ponto de vista energético, pode constituir um problema. A

esteira produzida por este tipo de obstáculo, embora seja de intensidade mais fraca do que a

produzida pelos obstáculos referidos anteriormente, prolonga-se por maiores distâncias. A

perda de velocidade pode variar entre 3 % e 20 %, e a perda de energia produzida pode variar

entre 9 % e 40 %, dependendo estes valores do tipo de folhagem e da distância ao ponto de

interesse [Wegley et al., 1980].

No caso de se escolher um local onde exista este tipo de obstáculo, deve considerar-se a

hipótese de instalação de torres anemométricas de alturas elevadas por forma a minimizar a

influência da barreira.

A representação dos obstáculos é feita no local através da medição das distâncias do mastro

aos dois cantos mais próximos do obstáculo e respectivos ângulos, altura e profundidade. É

também atribuído, posteriormente, um coeficiente de porosidade a cada obstáculo (tabela 2.2)

[Troen and Petersen, 1989].

Tabela 2.2 – Coeficientes de porosidade atribuídos aos obstáculos. Aparência da barreira Porosidade P Sólida (parede) 0 Muito densa <0.35 Densa 0.35-0.50 Aberta >0.50

Page 34: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

22

3. Desenvolvimento de uma base de dados do potencial eólico

num Sistema de Informação Geográfica - SIG

O planeamento do aproveitamento da energia eólica constitui uma tarefa complexa, exigindo

a identificação de um conjunto alargado de informação. Neste trabalho reuniu-se a informação

disponível e adequada ao estudo, que deverá anteceder o aproveitamento da energia eólica.

Para tal recorreu-se a informação disponível nos vários organismos competentes, em formato

digital (tabular, “vectorial” e “raster”), desde a área ambiental até à rede eléctrica nacional,

passando pela selecção de dados experimentais de estações anemométricas instaladas para

este fim.

Seguidamente descreve-se o tipo de informação geográfica seleccionada – mapas dos

diferentes temas, tabelas de informação e dos dados de vento. Apresentam-se também uma

breve descrição dos modelos numéricos utilizados, bem como alguns aspectos teóricos

relacionados com o potencial energético do vento de forma a enquadrar o estudo efectuado.

3.1. Caracterização do potencial energético do vento em Portugal

3.1.1. Efeitos de macro e meso-escala em Portugal A título de exemplo, apresenta-se uma perspectiva geral sobre as circulações típicas

verificadas sobre o território Português. Esta informação baseia-se num trabalho efectuado

por Trigo e DaCâmara [2000], utilizando um conjunto de índices associados à direcção e

vorticidade do escoamento geostrófico (tabela 3.1).

Tabela 3.1 – Índices utilizados no estudo de determinação das circulações do escoamento em Portugal.

Índice Símbolo Escoamento de Sul SF

Escoamento de Oeste WF Escoamento Total F

Efeito de corte da vorticidade Sul ZS Efeito de corte da vorticidade Oeste ZW Efeito de corte da vorticidade Total Z

Na tabela 3.2 apresentam-se os regimes de circulação (CWT’s) finais obtidos no estudo.

Page 35: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

23

Tabela 3.2 – As 10 classes de CWT’s retidas no estudo.

CWT’s símbolo Tipo Anticiclónico A

Tipo Ciclónico C Tipo Nordeste NE

Tipo Este E Tipo Sudeste SE

Tipo Sul S Tipo Sudoeste SW

Tipo Oeste W Tipo Noroeste NW

Tipo Norte N

A frequência relativa de cada CWT para cada mês do ano apresenta-se na figura 3.1. O tipo

anticiclónico (A) é o regime de circulação mais frequente durante todo o ano com excepção

dos meses de Verão que são dominados pelas circulações do tipo Norte (N) e Nordeste (NE).

Tanto as situações de (N) e (NE) correspondem a uma alta pressão que se estende desde os

Açores e que geralmente afecta a maior parte das regiões do Oeste da Europa durante os

meses de Verão e em especial a Península Ibérica, e produz ventos de Norte perto da costa

Portuguesa.

Figura 3.1 – Percentagem da frequência media mensal dos regimes de circulação para cada mês do ano [Trigo e DaCâmara 2000].

É de referir que a frequência relativa de situações ciclónicas (C) é quase constante durante

todo o ano, atingindo um valor máximo durante a Primavera de acordo com o máximo de

frequência dos episódios de bloqueio do Atlântico que ocorrem nessa altura do ano.

Page 36: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

24

Os três padrões climáticos (CWT’s) com uma componente de Oeste e originados no

Atlântico, nomeadamente, SW, W e NW, apresentam frequências relativas muito constantes

durante a maior parte do ano, apesar de o tipo SW quase não ocorrer nos meses de Verão.

Finalmente, os restantes tipos, E, SE e S, são os tipos de circulação menos frequentes durante

a maior parte do ano. Na realidade as frequências relativas de S e SE são virtualmente nulas

entre Maio e Agosto.

3.1.2. Mapeamento do recurso O mapeamento do recurso foi feito através da representação da distribuição espacial das

grandezas; velocidade do vento, fluxo de potência incidente e número de horas equivalentes à

potência nominal. Para tal utilizaram-se dois modelos, o modelo de mesoscala MM5 (Fifth –

Generation Mesoscale Model) [Grell et al., 1995] e o de microscala WASP (Wind Atlas

Analysis and Application Program) [Mortensen et al., 1993].

Para introduzir a informação sobre a rugosidade utilizaram-se dois mapas. O primeiro foi

digitalizado directamente sobre mapas cartográficos de escala 1:250 000 em suporte de papel,

tendo-se considerado as manchas vegetais e limites de localidades como elementos de

rugosidade. Este mapa foi introduzido como dado de entrada no modelo de microscala WASP.

O segundo mapa foi obtido na base de dados da USGS, e foi introduzido como dado de

entrada do modelo de mesoscala MM5.

A altimetria foi obtida na base de dados geográfica do projecto GTOPO30 da USGS para o

modelo de mesoscala MM5 e na cartografia 1:250 000 para o modelo de microscala WASP.

Esta última foi adquirida ao Instituto Geográfico do Exército – IGeoE. A escolha deste tipo de

informação prendeu-se com o facto de se tornar inviável simular a totalidade do país com a

cartografia 1:25 000.

Os dados de vento utilizados foram, para o modelo MM5, obtidos na base de dados do

NCAR/NCEP (National Centre for Atmospheric Research/National Centre for Environmental

Prediction) e para o modelo WASP, provenientes de uma estação instalada numa região

costeira a norte de Lisboa, em operação há onze anos. A escolha desta estação, teve como

base a homogeneidade dos dados de vento aí medidos e o facto de esta se poder considerar

“estação de longo termo”. O ano seleccionado, refere-se a 2001, tendo sido aplicado um factor

de correcção da variabilidade interanual do escoamento atmosférico.

Page 37: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

25

Nos parágrafos que se seguem, apresenta-se uma breve descrição do funcionamento destes

modelos.

Modelos de Mesoscala: O modelo MM5

O modelo MM5 é um modelo computacional de acesso livre que tem sido desenvolvido nos

Estados Unidos da América na Pennsylvania State University/National Center for

Atmospheric Research (PSU/NCAR), e tem vindo a ser continuamente aperfeiçoado através

da contribuição de diversos utilizadores em universidades e institutos de investigação em todo

o mundo.

Este modelo utiliza o estado da arte em simulações de meteorologia e climatologia regional

(áreas limitadas a centenas de quilómetros) com resoluções médias de 20 – 30 km. Utiliza

coordenadas sigma [Haltiner and Williams, 1980] que acompanham o terreno, tornando-o

capaz de simular e prever circulações de meso-escala ou escala regional.

O MM5 é composto por um conjunto de programas independentes utilizando informação

adequada a cada um. O conjunto de informação processada por cada programa constitui a

base de dados para as simulações do programa principal, MM5, que fornece os resultados

climáticos. Na figura 3.2 apresenta-se um organigrama com os programas e respectiva

informação.

Os dados meteorológicos terrestres e isobáricos, são horizontalmente interpolados através das

sub-rotinas TERRAIN e REGRID de uma grelha latitude-longitude para um domínio de alta

resolução. Estes programas definem o domínio (área em análise) e projecção dos mapas nos

quais são utilizadas as informações de topografia e uso do solo. É ainda possível definir

diversos sub-domínios com o objectivo de aumentar a resolução das simulações.

TERRAIN

A rotina TERRAIN, pode utilizar dados de várias fontes, como por exemplo a base de dados

geográficos de alta resolução GTOPO30, para processar os dados de orografia e rugosidade.

O modelo de orografia da GTOPO30 tem resolução espacial de 0.925 km ou 0.0083333

graus, com informações que cobrem a totalidade do planeta.

REGRID

A rotina REGRID utiliza os dados climatológicos da base de dados como primeira

inicialização (“first guess”) do modelo e executa, posteriormente, interpolações dos

Page 38: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

26

parâmetros meteorológicos para todos os pontos da grelha definidos para o domínio principal

e sub-domínios.

Figura 3.2 – Programas e informação respectiva do modelo MM5 [Feitosa et al., 2002].

RAWINS

A subrotina RAWINS é opcional, e pode ser empregada para executar novas interpolações

utilizando observações padrão de estações de superfície e radiosondagens. Este programa

realiza assimilação dos dados através de uma análise objectiva e elimina possíveis dados

errados e/ou incoerentes através de diversos testes.

Page 39: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

27

INTERPF

A sub-rotina INTERPF realiza a interpolação vertical dos níveis de pressão para o sistema de

coordenadas sigma que acompanham a superfície. O modelo analisa os dados de superfícies

de pressão e interpola-os verticalmente. Este sistema de coordenadas verticais acompanham

exactamente as variações do terreno nos níveis mais próximos da superfície, e gradualmente

os níveis superiores apresentam menos concordância com a topografia até atingir o nível mais

alto onde o efeito da superfície já não se faz sentir.

O programa MM5 utiliza todos os dados de entrada gerados e processados pelas rotinas

TERRAIN, REGRID, RAWINS e INTERPF. A integração numérica é iniciada pelo domínio

principal com a assimilação dos dados climatológicos (Reanálise) de 6 em 6 horas, isto é

tomando em linha de conta as informações de temperatura, pressão, componentes meridional

e zonal do vento, humidade e temperatura da superfície do mar. O processo de integração

numérica considera um refinamento da grelha o que significa que os cálculos das variáveis do

domínio principal são utilizados continuamente, a cada passo, para efectuar os cálculos

numéricos nas fronteiras dos sub-domínios.

Modelos de Microscala: O modelo WASP – Wind Atlas Analysis and Application

Program

O modelo WASP – Wind Atlas Analysis and Application Program é, provavelmente, o

programa mais utilizado entre os institutos e empresas que se dedicam ao estudo do recurso

eólico, para estimar a produção energética num local ou numa determinada região. Executa

uma extrapolação horizontal e vertical de um determinado perfil de vento, calculando a

respectiva distribuição de ocorrências por sectores de direcção. O programa vem

acompanhado de quatro sub-modelos, os quais entram em linha de conta com os dados do

terreno onde se encontra instalado o mastro anemométrico – ou onde se pretende instalar um

parque eólico – e da área que o circunda para efeitos de caracterização energética. Os quatro

sub-modelos são:

Estabilidade – as variações de estabilidade no perfil logarítmico do vento são tratadas

como pequenas perturbações do estado de base neutro;

Rugosidade – as variações da rugosidade que circunda o mastro anemométrico e/ou

parque eólico são baseadas em leis de semelhança na camada de superfície atmosférica e

na teoria de Monin – Obukhov;

Page 40: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

28

Obstáculos – os efeitos causados pelos obstáculos presentes nas imediações do mastro a

distâncias tão próximas que não possam ser considerados como elementos de rugosidade,

são tomados em conta na avaliação do escoamento através da modelação das esteiras por

eles produzidas. Para tal o modelo utiliza as expressões dadas por Perera [1981] e que

consideram a porosidade e altura do obstáculo, a altura a que se encontra instalado o

anemómetro e a distância deste ao obstáculo;

Orográfico – o modelo entra em linha de conta com a complexidade característica do

terreno em estudo. Em primeiro lugar calcula-se a perturbação no escoamento potencial

induzida pelo terreno, correspondendo a um vector unitário na direcção não perturbada do

vento e, em seguida, é introduzida uma modificação da solução do escoamento potencial

por forma a inserir, de uma forma aproximada, a velocidade de atrito no solo.

Para a estimativa de produção energética, o modelo WASP, baseia-se no método clássico de

avaliação do potencial eólico (Apêndice I) com recurso à distribuição de Weibull. A partir de

uma série temporal de entrada com os registos de vento, permite efectuar uma estimativa das

características do regime de ventos, corrigindo os dados dos efeitos da orografia, rugosidade e

obstáculos no local através da aplicação dos quatro sub-modelos mencionados. Um processo

inverso, permite estimar o regime de vento no mesmo, ou noutro local, considerando as

características circundantes ao local de interesse.

Este modelo apresenta-se adequado para o estudo de locais com características planas ou com

elementos orográficos suaves, sendo que se verifica que, para terrenos complexos o seu

comportamento é frequentemente inadequado, chegando a apresentar valores

consideravelmente afastados da realidade, quer para as extrapolações espaciais quer para as

transposições verticais da velocidade do vento e, consequentemente, da energia produzida.

Geração dos mapas de recurso

Por forma a obter uma distribuição espacial da velocidade do vento que reproduza quer os

movimentos das grandes massas de ar patentes nos resultados do MM5, quer a influência da

concentração energética por efeito orográfico evidenciada nos cálculos dos modelos de

microscala, optou-se por determinar o mapeamento do recurso energético do vento com base

nos resultados de ambos os modelos. Esta opção teve também como base os seguintes

aspectos:

Page 41: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

29

o mapa obtido por aplicação do modelo WASP foi gerado com base nos dados de uma

única estação anemométrica (IN_01 - S. João das Lampas) e sobrestima a velocidade

do vento para as regiões de baixa velocidade do vento, tipicamente nas regiões das

lezírias do Tejo, alentejana e algarvia, factos estes confirmados pela operação de um

elevado número de estações anemométricas nestas zonas;

o modelo WASP não é de aplicação recomendada em terrenos muito complexos (alta

montanha) com rugosidade muito heterogénea, pese embora os resultados da sua

utilização (com a estação IN_01) para o território de Portugal continental apresentem

uma boa concordância com os dados experimentais das estações anemométricas em

operação nestas regiões;

a aplicação do modelo MM5 só se afigura, à data, possível com uma malha de

resolução numérica relativamente alargada, a qual evidencia uma boa reprodução dos

movimentos das grandes massas de ar, normalmente com origem no Oceano

Atlântico, mas subestima de forma clara os efeitos de concentração energética do

recurso eólico com origem na orografia do terreno, os quais tipicamente ocorrem para

uma escala espacial inferior à malha utilizada.

Deste modo, recorreu-se numa primeira fase, ao modelo MM5 com uma resolução numérica

de 9x9 km para o mapeamento dos parâmetros meteorológicos. Neste estudo utilizou-se

apenas o vento para uma altura normalizada do eixo de rotação de uma turbina, h=60m.

O modelo WASP foi aplicado, como anteriormente referido, recorrendo aos dados

experimentais da estação anemométrica de referência do INETI, IN_01, situada em S. João

das Lampas tendo-se assim obtido o mapeamento do recurso energético do vento à cota de

60m, com uma resolução espacial de 1x1 km, o qual permite a determinação das grandezas

envolvidas neste tipo de estudo – velocidade média do vento, fluxo de potência incidente e

número de horas equivalentes à potência nominal. Com base na aplicação de ambos os

modelos, obtiveram-se os correspondentes mapas de distribuição espacial da velocidade do

vento. Na figura 3.3a apresenta-se o mapa obtido por aplicação do modelo MM5 [Costa e

Estanqueiro, 2003b] e na figura 3.3b o mapa obtido por aplicação do modelo WASP.

Os mapas obtidos pelos dois modelos, foram posteriormente interpolados para malhas de

resolução de 500x500 m e compostos através de uma operação de média aritmética (figura

3.4).

Page 42: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

30

(a) (b)

Figura 3.3 – (a) Mapa de distribuição espacial da velocidade do vento em Portugal continental, obtido pelo modelo MM5 (h=60m) e (b) Mapa de distribuição espacial da velocidade do vento em Portugal continental, obtido pelo modelo WASP (h=60m).

Page 43: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

31

Figura 3.4 - Mapa compósito de distribuição espacial da velocidade do vento em Portugal continental, (h=60m).

3.1.3. Estimativa de produção energética A avaliação da rentabilidade dos projectos de parques eólicos é normalmente efectuada com

base no número de horas equivalentes à potência nominal – NEP’s, tendo-se procedido

igualmente ao seu mapeamento.

Para tal utilizaram-se os mapas de recurso apresentados nas figuras 3.3a e 3.3b,

respectivamente gerados por aplicação dos modelo MM5 e WASP, e às características de uma

turbina de 1500 kW (figura 3.5). A escolha deste modelo de aerogerador, prendeu-se com o

facto este ter produção e diâmetro do rotor medianos.

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Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

32

Figura 3.5 - Curva de potência de uma turbina de 1500 kW de potência nominal e 66 m de diâmetro do rotor.

À semelhança do sucedido para o mapeamento da velocidade do vento, procedeu-se à

construção de dois mapas de distribuição espacial do número de horas equivalentes à potência

nominal (NEP’s) e utilizando igualmente uma operação de média aritmética para composição

dos grelhas resultantes, obteve-se o mapa representado na figura 3.6.

Figura 3.6 - Mapa de distribuição espacial do parâmetro NEP’s em Portugal continental, (h=60m).

Page 45: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

33

3.2. Condicionantes ambientais

Sendo um dos principais objectivos dos aproveitamentos das energias renováveis, o de

minimizar os impactos ambientais provocados pela produção de energia por fontes

convencionais com recurso a combustíveis fósseis, estão-lhe, ainda assim, associados alguns

impactos negativos, que do ponto de vista das entidades ambientalmente competentes, não são

de desprezar.

No que diz respeito à energia eólica, os impactos referidos como sendo os de carácter mais

relevante são constituídos pelo ruído emitido pelos aerogeradores, o impacto visual e a

influência na avifuana [IA, 2002].

Com o avanço das tecnologias de construção de aerogeradores, o problema do ruído é,

actualmente, encarado como um mal menor. As máquinas modernas são incomparavelmente

mais silenciosas do que as antigas, sendo que, na grande maioria das situações de

funcionamento, o ruído produzido pelas mesmas é praticamente inaudível, sendo

frequentemente superado pelo produzido pelo próprio vento, pela vegetação ou outras fontes.

Também o facto de em Portugal os parques eólicos se situarem essencialmente em regiões

não habitadas – com particular excepção da Região Oeste, vem de alguma forma minimizar

este problema.

Sendo o impacto visual uma questão discutível por lhe estarem inerentes opiniões pessoais, é

ainda assim, de referir, que a instalação de parques eólicos em locais de paisagem protegida

ou de características fora do comum, pode influenciar de forma negativa a harmonia da

paisagem. O aparecimento de máquinas de maiores dimensões, vem facilitar a instalação de

parques de grande potência com um menor número de turbinas. Estudos recentes mostram

que menos turbinas, ainda que de maior dimensão, harmonizam-se mais facilmente com o

meio ambiente do que uma grande quantidade de pequenas turbinas.

No que diz respeito à influência na avifuana, apesar de este problema merecer especial

atenção, a problemática que lhe está inerente é manifestamente mais reduzida do que algumas

associações do sector crêem. Há, no entanto, que ter precauções acrescidas quando se

pretende instalar um parque eólico numa zona com espécies protegidas ou de passagem de

corredores migratórios, nomeadamente, durante a fase de instalação das máquinas. Outra

questão relacionada com a avifuana e muito discutida no sector ambiental, é a possibilidade

de as aves colidirem com as máquinas. Este assunto tem vindo a ser objecto de estudos,

tendo-se já concluído que a quantidade de espécies que perecem desta forma é muito reduzida

Page 46: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

34

quando comparada com outras causas de morte (pequenas linhas de alta tensão ou auto-

estradas) [Gonçalves et al. (ed.) , 2002].

A utilização de terrenos classificados como reserva ecológica nacional (REN) ou rede Natura

2000, para a instalação dos PE exige a desafectação destas áreas e o reconhecimento do

interesse público dos projectos e um estudo de incidências ambientais [Dec-Lei 312/2001]2.

Pelo atrás exposto, é normalmente exigido aos promotores de parques eólicos, um estudo de

incidências e/ou impactos ambientais (dependendo da classificação dos terrenos) a incluir na

fase de projecto e licenciamento dos mesmos. Assim, e por forma a introduzir este tipo de

limitações, recolheu-se informação sobre o mapeamento de áreas classificadas do ponto de

vista ambiental (figura 3.7).

Figura 3.7 – Mapa de restrições ambientais [fonte SNIG].

2 O recente despacho conjunto de Janeiro de 2004 torna este processo automático, muito embora ainda não se encontre em aplicação [DR, 2004].

Page 47: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

35

Embora o país tenha uma boa percentagem do território protegido do ponto de vista

ambiental, as áreas que não são classificadas como parques naturais3 podem considerar-se

viáveis para a instalação de parques eólicos com baixa a muito baixa ocupação. Desta forma,

neste estudo, consideraram-se dois cenários diferentes do ponto de vista de protecção

ambiental; severo e moderado.

3.3. Capacidade da rede eléctrica receptora

Uma das preocupações e dificuldades mais marcantes no desenvolvimento de

aproveitamentos de energia eólica, é sem sombra de dúvida, a do escoamento da energia

eléctrica produzida.

O território português apresenta uma grande desigualdade na distribuição da população e

consequentemente do sector industrial e outras actividades de grande consumo de energia. A

grande concentração populacional na região litoral tem como consequência a concentração de

linhas de transmissão e distribuição de electricidade nessa zona, contrariamente ao reduzido

número e capacidade das linhas de transporte nas regiões interiores.

O facto das áreas com maior potencial eólico se concentrarem em regiões remotas e, na sua

maioria, do interior do país, conduz à existência de limites baixos para a potência de origem

eólica que se poderia injectar na rede eléctrica. Esta limitação leva a que na maioria dos casos

haja a necessidade de construir linhas de grande extensão e custo para ligar a rede pré-

existente às subestações dos parques eólicos. Os custos associados à construção das linhas

são, neste momento, ainda suportados, na sua grande maioria, pelos promotores, custos esses

muito elevados, que colocam em causa muitos projectos.

Desde o lançamento do fórum de energias Renováveis em 2001 e após o anúncio dos

programas E4 e MAPE, bem como da publicação de nova legislação (Dec.s-Lei 312/2001 e

339-C/2001), a problemática do acesso à rede eléctrica e do escoamento da energia conheceu

importantes evoluções. A energia eólica e outras renováveis começam, agora, a ser vistas

como “clientes” dos sistemas de transporte e distribuição de energia eléctrica, facto esse

igualmente associado à liberalização do sector eléctrico [Gonçalves et al. (ed.), 2002].

Os dados de base, referentes à rede eléctrica e capacidade disponível desta, introduzidos nesta

base de dados correspondem à informação disponível nos serviços oficiais e empresas

competentes, nom

3 E mesmo nestes é possível a instalação de PE dependendo dos valores ambientais classificados.

Page 48: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

36

eadamente, Direcção Geral de Geologia e Energia – DGGE e Rede Eléctrica Nacional – REN.

Por forma a introduzir esta informação na base de dados, recorreu-se a uma figura “raster”

obtida junto da REN, tendo-se procedido à sua georeferenciação e posterior digitalização

(figuras 3.8).

(a) (b)

Figura 3.8 – Rede eléctrica nacional (a) figura base [fonte REN], (b) figura digitalizada.

Na tabela 3.3 apresentam-se os pontos de ligação à rede eléctrica publicados pela DGGE e

respectiva potência de ligação disponível em 2004 e planeada até 2007.

Muito embora se acredite que a capacidade eólica atribuída por região poderia, de alguma

forma, ter sido objecto de um estudo mais detalhado no que se refere à distribuição espacial

do potencial eólico sustentável, há motivos para crer que a potência de ligação global em

2010 não seja muito diferente, em termos quantitativos, da que está planeada para 2007.

Page 49: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

37

Tabela 3.3 – Pontos de ligação à rede eléctrica e potências planeadas 2004-2007 [fonte, DGGE4].

Potência Disponível [MW] Potência planeada [MW] Ponto de ligação 2004 2005 2006 2007

Estói 0 0 72 72 Tunes 102 113 117 121

Ourique 100 110 162 172 Sines 65 70 82 125

F_Alentejo 41 53 58 60 Alqueva 0 0 100 101 Evora 25 32 33 35

Setúbal 173 190 196 202 Caparica 168 177 186 195 Trajouce 74 94 100 106

Alto_Mira 140 172 180 180 Carriche 26 30 31 32 Sacavém 89 100 104 108 Fanhões 75 92 96 100

Porto_Alto 29 31 32 33 Rio_Maior 58 62 63 64 Santarém 121 126 128 130

Zêzere 35 42 43 44 Batalha 23 52 57 62

Falagueira 12 17 143 143 Pombal 49 57 61 65 Pereiros 0 0 100 100

Mogofores 47 47 80 90 Vila_Chã 67 78 94 144

Viseu 0 106 110 111 Mourisca 0 50 50 51 Estarreja 47 47 80 90 Canelas 93 105 108 111 Torrão 14 21 21 21

Carrapatelo 0 0 150 150 Vermoim 0 20 26 32 Valdigem 0 170 170 174 Pocinho 4 10 13 16

Mogadouro 19 73 73 80 Riba_dAve 25 38 39 40

Oleiros 0 80 80 88 Frades 0 0 50 50 Chaves 19 21 22 23

Pedralva 0 108 108 108

4 www.DGGE.pt

Page 50: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

38

3.4. Ocupação do solo

Este tema foi considerado neste trabalho em duas fases. Numa primeira fase, foi inserido

como elemento de rugosidade, sendo que a cada tipo de ocupação se atribuiu um valor

tabelado de comprimento equivalente de rugosidade.

Numa segunda fase, esta informação foi utilizada para avaliação do potencial sustentável do

país, global e regional. Neste caso, considerou-se um factor de ocupação de ordem

económico-social, dependente da densidade populacional, actividade agrícola e industrial

características de cada região, dado que, dependendo desses factores, locais com potencial

eólico, são ou não, passíveis de aproveitamento energético do vento.

Assim, foram considerados três factores de ocupação; baixa, média e intensiva. Na figura 3.9

apresenta-se um mapa de distribuição espacial do uso do solo considerando 6 classes distintas.

Figura 3.9 - Distribuição espacial dos usos do solo em Portugal continental [fonte SNIG5].

3.5. Declive do terreno

Tal como é do conhecimento geral, Portugal é um país cujo terreno apresenta na sua maioria

uma grande complexidade, sendo excepção quase única, a região interior central do Alentejo.

5 www.snig.igeo.pt

Agricultura – 33% Águas Interiores – 1% Floresta – 38% Improdutivos – 2% Incultos – 23% Social – 3%

Page 51: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

39

É também verdade que a maioria dos locais interessantes do ponto de vista do aproveitamento

eólico, se encontram nos pontos altos, e nalgumas zonas costeiras, elas próprias também de

orografia complexa (e.g. Sudoeste Alentejano, Sotavento Algarvio e Região Oeste).

O declive do terreno tem uma influência não desprezável no aproveitamento do potencial

energético do vento, quer do ponto de vista do próprio recurso eólico, quer do ponto de vista

da instalação das turbinas no terreno, sobretudo com a actual tendência para a instalação de

máquinas de grandes dimensões. No primeiro caso, é de referir o fenómeno de separação do

escoamento que dificulta os estudos de avaliação do potencial eólico em locais com estas

características devido às limitações existentes nos vários modelos utilizados, e a

impossibilidade de operação das turbinas eólicas nestas condições face aos fortes efeitos

tridimensionais em jogo. Cita-se como exemplo a recente necessidade de re-instalação de um

parque eólico na Madeira noutro local, inicialmente não operativo por efeitos 3D do

escoamento atmosférico. No segundo caso, torna-se difícil, e por vezes impossível, o

transporte de máquinas de grandes dimensões para o cimo de cumeadas com declives muito

acentuados.

Face ao exposto, considerou-se viável a instalação de turbinas eólicas em terrenos complexos

com declives inferiores 55% (25º), valor este normalmente referido na bibliografia e aplicado

nos modelos de optimização do micro-posicionamento de turbinas no terreno, e.g.,

WindFarmer [Garrad Hassan, 2002]. Para declives mais acentuados, a viabilidade dos

projectos pode ser possível desde que as turbinas se situem entre 6h e 10h (h = altura da

turbina) a jusante da crista [Hiester and Pennel, 1981].

É de referir que, a grelha de terreno base utilizada para o cálculo dos declives foi gerada com

um espaçamento de 1000 m, o que conduziu a que muitos elementos orográficos fossem

filtrados. Muito embora se tenha posteriormente construído uma nova grelha de pontos, desta

vez com discretização de 500 m por forma a poder efectuar operações com outras grelhas de

recurso com este espaçamento, o problema manteve-se, originando um mapa de declives

consideravelmente “alisado”.

3.6. Divisão administrativa

A divisão administrativa por concelhos de Portugal continental é considerada neste trabalho

como um suporte à identificação das zonas com potencial energético favorável à instalação de

Page 52: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

40

parques eólicos, bem como à identificação geográfica dos parques eólicos e pontos de ligação

à rede de transmissão existentes.

Assim, introduziu-se nesta base de dados a informação referida na forma de mapa

georeferenciado (figura 3.10), o que permite ao utilizador a fácil identificação dos locais

seleccionados.

Figura 3.10 – Divisão administrativa (concelhos) de Portugal continental [fonte SNIG].

3.7. Controlo de qualidade da informação

Para se obter resultados correctos em qualquer tipo de estudo, é necessário garantir a

fiabilidade dos dados de entrada a utilizar. Para tal, toda a informação considerada no estudo

deve ser sujeita a um apertado controlo de qualidade. No caso presente, este controlo foi

aplicado a todos os parâmetros de entrada utilizados na geração dos mapas de potencial

eólico, bem como, aos mapas gerados para detecção de eventuais falhas dos modelos

envolvidos.

Page 53: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

41

Dados de vento

Após recolhidos e armazenados, os dados experimentais do escoamento passam por um

conjunto de processos de controlo, que validam o posterior processamento e caracterização do

potencial eólico [Pedersen et al., 1999]. A ocorrência de falhas e erros nos registos de dados

é, infelizmente, mais frequente do que o desejável, podendo ser originada por diversos

motivos tais como:

sensores avariados;

sistema de registo deficiente;

cabos danificados e/ou mau contacto dos mesmos;

utilização de equipamento menos adequado;

problemas no software de registo ou de leitura;

condições atmosféricas adversas (descargas atmosféricas, gelo);

outros.

A detecção e correcção destas falhas passa necessariamente pela inspecção dos dados, antes

da sua utilização para qualquer fim, sendo efectuada de forma automática e/ou manual. A

primeira consiste na utilização de programas de processamento e filtragem de dados

alfanuméricos e gráficos, determinando-se os parâmetros que permitem a detecção automática

de erros nos ficheiros de dados (valores constantes durante longos períodos de tempo, zeros

nos valores de velocidade, outro tipo de valores aparentemente anómalos, ou mesmo ausência

de registos durante um determinado período). A segunda consiste na inspecção e visualização

dos dados em editores de texto e gráfico convencionais, que permitem a detecção de pequenas

falhas muitas vezes não detectadas pelo processo automático de controlo de qualidade. É de

referir que, por sofisticado que seja o modelo de controlo automático, uma correcta validação

dos dados passa, necessariamente, pela inspecção manual dos mesmos.

No caso concreto dos dados de velocidade e direcção do vento, a inspecção automática é feita,

normalmente, através da filtragem dos dados e da sua visualização gráfica:

rosa de ventos – permite detectar eventuais avarias nos sensores de direcção;

histograma – permite detectar valores anómalos de velocidade (muito baixos ou muito

elevados);

Page 54: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

42

perfis diários da velocidade do vento para a totalidade dos sensores instalados – permite

detectar eventuais variações anómalas em altitude da velocidade do vento, ou valores

correspondentes a regimes anómalos do escoamento atmosférico (e.g inversão do perfil

para quadrantes não expectáveis);

outros – gráficos que permitam detectar falhas na sequencialidade temporal dos registos.

Quando são detectadas falhas, anomalias ou erros nos dados recolhidos, procede-se à sua

recuperação - sempre que possível - utilizando-se, para tal, ferramentas de base estatística,

(e.g. coeficientes de correlação, funções de regressão com base em dados disponíveis para

estações próximas, ou instaladas em locais com a mesma tipologia de terreno e regime de

ventos). Este tipo de recuperação é adequado quando aplicado a valores de velocidade do

vento, mas o mesmo já não acontece quando se trata de dados de direcção do vento. Neste

caso, são avaliados os desvios verificados nos sectores de direcção de duas ou mais estações e

gerados os dados em falha e/ou corrigidas as anomalias. Os dados são posteriormente

validados repetindo o processo de inspecção automática e/ou manual. A figura 3.11

representa sucintamente este processo.

Figura 3.11 - Organigrama representativo do processo de pré-processamento e controlo de qualidade dos dados de vento medidos.

Mapas

Tal como já mencionado, grande parte da informação necessária à avaliação do potencial

eólico de um determinado local, bem com ao cálculo das estimativas de produção energética

de um parque eólico, é introduzida de modo georeferenciado na forma de mapas. Sendo estes

Page 55: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

43

apresentados em formato vectorial e muitas vezes digitalizados de forma manual, não

dispensam um apertado controlo de qualidade por forma a evitar e/ou minimizar a ocorrência

de erros na geração dos mapas de recurso eólico.

O tipo de verificação aplicada a este tipo de mapas, passa pela detecção de erros na

digitalização e confirmação da georeferenciação aplicada. No primeiro caso, procuram-se

linhas indevidamente abertas, erros nos valores dos atributos e sobreposição ou repetição de

linhas. Nos mapas de rugosidade há ainda que verificar os pontos de convergência de várias

linhas, em especial, naqueles que apresentam várias classes de valores, uma vez que nestes

casos é de grande importância o sentido de digitalização das linhas (figura 3.12).

(a) (b)

Figura 3.12 – (a) mapa digital apresentando erros de digitalização nas linhas de rugosidade e (b) mapa corrigido.

Na figura 3.12a, apresenta-se a titulo de exemplo um mapa com dois erros que ocorrem com

alguma frequência na digitalização de linhas de rugosidade (linhas triplas). Pode ver-se que as

linhas se apresentam cruzadas – caixa A, e que os valores à direita e à esquerda das linhas não

são concordantes – caixa B. Este último tipo de erro, resulta da troca de valores à esquerda e à

direita da linha, dependendo do sentido de digitalização6, sendo facilmente detectado quando

se utilizam cores bem definidas para cada um dos valores definidos. A figura 3.12b apresenta

o mesmo mapa, desta vez, com as linhas correctamente digitalizadas. O processo de

georeferenciação passa também por uma cuidada verificação. Esta é feita através da

identificação no mapa a georeferenciar num editor gráfico, de um conjunto de pontos cujas

coordenadas são conhecidas. O aspecto do mapa após a digitalização, permite a detecção de

alguns erros de georeferenciação, como por exemplo, este pode aparecer deformado, com

6 A digitalização de linhas de rugosidade exige que na introdução do primeiro ponto se defina o valor de rugosidade existente à esquerda e à direita da linha. A ordem de introdução destes valores depende do sentido de digitalização da linha – de baixo para cima ou vice-versa.

A B

Page 56: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

44

aspecto de losango ou impedir mesmo a visualização. Este tipo de problemas é normalmente

originado pela deficiente introdução das coordenadas durante o processo de georeferenciação.

A sobreposição de pontos no mapa, é outro processo de verificação eficiente desde que as

coordenadas dos pontos introduzidos e a sua localização no mapa sejam bem conhecidas. Este

processo permite detectar desvios nas coordenadas base de georeferenciação.

No caso presente, a maioria dos mapas orográficos utilizados foram adquiridos pelo INETI,

no entanto, houve casos em que uma ou outra curva de nível do mapa adquirido apresentava o

valor da cota errado. Este tipo de erros é facilmente detectável pela visualização do mapa

desde que sejam utilizadas cores bem definidas para cada intervalo de valores. Se os mapas

base não apresentarem erros, normalmente os mapas gerados não apresentam problemas, no

entanto, estes são cuidadosamente verificados através da sua representação num editor gráfico

bi ou tridimensional.

A geração de mapas é por vezes também alvo de erros, frequentemente associados a

limitações na memória do computador motivadas pela elevada dimensão da área a simular, ou

mesmo, ao próprio modelo computacional de simulação. Estes erros, são normalmente

resolvidos pela redução da área de simulação. Tal como predito, se o mapa base apresentar

erros de digitalização e/ou atributos nas linhas quer de orografia quer de rugosidade, estes irão

reflectir-se no mapa gerado (e.g. figura 3.13).

Figura 3.13 - Mapa de recurso onde ocorreram falhas de geração.

Neste mapa, os erros de geração tiveram origem em linhas de rugosidade mal digitalizadas.

Muito embora este se apresente algo exagerado devido ao facto de ter sido gerado apenas para

este fim, este tipo de erros são frequentes, embora menos acentuados.

Page 57: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

45

4. Metodologia e estrutura de programação da base de dados

Após a reunião da informação necessária à caracterização, quer do recurso eólico, quer das

condicionantes ao seu aproveitamento energético, iniciou-se a fase de programação da base de

dados, à qual se atribuiu a denominação SIGEolos7. Para tal recorreu-se ao software

MapObjects LT28 inserido num ambiente de Visual Basic, e também, para alguns tipos de

informação, a ferramentas de visualização e/ou cálculo, tais como ArcExplorer (ESRI),

AreaStat (IFN) e Surfer (Golden Software). A figura 4.1 apresenta a metodologia seguida para

a programação da base de dados.

A SIGEolos foi programada de forma a permitir ao utilizador a realização de diversas

consultas consoante a informação pretendida. Os dados são apresentados no formato de

formulário no qual se procedeu à programação de botões de comando, caixas de texto,

listagens, entre outros, por forma a facilitar o manuseamento dos mesmos. A utilização do

software MapObjects LT2 permitiu ainda a introdução da informação mapeada no próprio

formulário, opção que facilita a visualização da mesma e a geração de aplicações autónomas.

Nesta fase do trabalho programaram-se diversos formulários permitindo a visualização de

vários tipos de informação, bem como a realização de consultas que se consideram

importantes do ponto de vista do utilizador interessado nos aproveitamentos desta forma de

energia renovável.

Assim, apresentam-se essencialmente dois tipos de formulário, os baseados em informação

tabular, e os baseados em informação georeferenciada mapeada. Nos primeiros, o utilizador,

pode consultar dados como se estivesse a visualizar uma tabela de dados. Nalguns casos,

poderá efectuar simples operações de soma de valores (ex. potência planeada e disponível na

totalidade dos pontos de ligação à rede eléctrica de uma determinada região). No segundo tipo

de formulário, optou-se por permitir consultas e operações variadas (selecção de áreas

favoráveis à instalação de PE, cálculo de distâncias, cálculo de áreas, identificação de áreas

protegidas do ponto de vista ambiental, etc.). Neste caso a informação foi introduzida em

formato vectorial. Para ambos os casos, os programas base foram adaptados aos tipos de

7 Na sequência do desenvolvimento da base de dados do potencial energético do vento (não georeferenciada) EOLOS 8 Por permitir a construção de aplicações independentes.

Page 58: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

46

dados de entrada dependendo da natureza dos cálculos a efectuar e do tipo de informação a

visualizar.

Figura 4.1 – Metodologia adoptada na construção da base de dados SIGEolos.

Por forma a efectuar as consultas e selecções adequadas estabeleceram-se diversas condições,

entre as quais se apresentam as mais relevantes:

Page 59: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

47

classificação da velocidade media do vento ( e.g. V > 6.0 m/s);

classificação de declives (e.g. declive < 55%);

classificação de NEP’s (e.g. NEP’s> 2000, 2100 h/ano);

classificação ambiental;

capacidade disponível da rede eléctrica;

distância à rede de transmissão.

Muito embora se considere o tema referente à rede eléctrica nacional de grande relevância

neste tipo de análise, este não foi introduzido no formulário de selecção, tendo sido

considerado apenas nos cálculos das estimativas do potencial sustentável do país, e

apresentadas as potências de ligação no formato tabular.

4.1. Cálculo de distâncias e declives do terreno

A construção das linhas eléctricas que ligam os PE aos pontos de recepção da rede eléctrica

nacional, são suportados financeiramente pelos promotores dos PE. Assim, os custos de

ligação dependem fortemente da distância do PE ao ponto de ligação e constituem, por isso,

uma parcela da máxima relevância na avaliação da viabilidade económica dos projectos.

Face ao exposto, considerou-se que constituiria uma mais valia para esta base de dados a

programação de uma ferramenta que permitisse ao utilizador o cálculo de distâncias entre

pontos de ligação e pontos incluídos na área de interesse e/ou de instalação de parques

eólicos, tendo-se construído um formulário para este efeito. Para tal programou-se o cálculo

de distâncias entre dois pontos, tendo como base a equação 4.1.

( ) ( )212

212 YYXXD −−−= 4.1

D é a distância entre os pontos (X1, Y1) e (X2, Y2), onde os Xi representam a coordenada X

(neste caso a Meridiana) e os Yi a coordenada Y (Paralela) dos pontos envolvidos.

Para o cálculo dos declives, utilizou-se uma grelha rectangular gerada num programa de

processamento de dados georeferenciados9, representando a orografia do terreno. Com base

nesta informação calculou-se a distribuição espacial dos declives.

9 WASP – Wind Atlas Analysis and Application Program

Page 60: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

48

ZNN

ZNW ZN

ZNE

ZWW

ZW

Z

ZE

ZEE

ZSW

ZS

ZSE

ZSS

Figura 4.2 - Grelha de pontos utilizada para operações algébricas em dados discretos [Golden software, 2002].

O declive S num dado ponto P é a magnitude do gradiente nesse mesmo ponto. Da definição

de gradiente:

22

∂∂

+

∂∂

=yZ

xZS 4.2

Com base na grelha de pontos representada na figura 4.1, tem-se para as derivadas

direccionais:

yZZ

dydZ

xZZ

dxdZ SNWE

∆−

≈∆−

≈2

;2

4.3

donde o declive S num dado ponto pode ser dado por:

22

22

∆−

+

∆−

≈yZZ

xZZ

S SNWE 4.4

onde x∆ e y∆ representam respectivamente a distância horizontal segundo a direcção E-W e a

direcção N-S entre os pontos da grelha. O declive do terreno num determinado ponto, ST, é

definido como o ângulo em graus obtido por aplicação da equação 4.5:

Page 61: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

49

∆−

+

∆−

×≈22

22arctang

2360

yZZ

xZZ

S SNWET π

4.5

A figura 4.3 ilustra a distribuição espacial dos declives em Portugal continental calculada com

o método exposto. Neste caso optou-se por utilizar os declives do terreno em percentagem,

tendo-se por isso, aplicado a equação 4.4.

Figura 4.3 – Mapa de declives de Portugal.

Page 62: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

50

É de referir que a grelha utilizada no cálculo dos declives, foi obtida do mapa de recurso

gerado com um espaçamento de 1000 m entre os pontos. Assim, considera-se que, na geração

do mapa de declives do país foram filtrados elementos orográficos com impacto na

concentração energética do recurso e, como tal, relevantes para a presente aplicação.

4.2. Capacidade da rede de transmissão

A rede eléctrica nacional está, desde o ano 2000, a proceder ao planeamento do reforço da

rede eléctrica sendo a capacidade planeada para 2010 de, aproximadamente, 3750 MW [DGE,

2002]. Uma das informações mais solicitadas pelos interessados e potenciais promotores desta

forma de energia renovável é, precisamente, a capacidade disponível por ponto de

interligação, para avaliação da possibilidade de escoamento da potência prevista para os seus

projectos. Esta informação encontra-se disponível, razoavelmente actualizada e facilmente

acessível nas entidades competentes (e.g. DGGE), tendo-se incluído uma ferramenta de

consulta da mesma informação nesta base de dados.

Para tal consideraram-se os dados apresentados na tabela 3.3 do capítulo 3 deste trabalho, e

procedeu-se à programação dos formulários e consultas que se consideram relevantes ao

potencial promotor.

Para cada ponto de ligação à rede (subestação principal da rede de transmissão) determinou-se

a capacidade disponível e a capacidade planeada até 2010, estando o reforço da rede previsto

para o período compreendido entre 2004 e 2007.

Outra informação relevante para o planeamento do aproveitamento do potencial eólico,

consiste nos dados de capacidade disponível por região. Esta permite às entidades do sector

eléctrico avaliar, global e regionalmente, a distribuição espacial do potencial eólico e concluir

sobre eventuais reforços da rede.

Esta informação foi formatada em tabelas e posteriormente introduzida em formulários que

permitem ao utilizador uma consulta global ou regional. Para a consulta por regiões, dividiu-

se o país em oito partes (figura 4.4) de acordo com o mapeamento do Instituto Geográfico do

Exército (IGeoE, cartografia 1:250 000).

Page 63: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

51

R1R2

R3R4

R5 R6

R7 R8

Figura 4.4 – Divisão do país por regiões.

4.3. Identificação de áreas com potencial eólico

Esta aplicação tem como principal objectivo a identificação de zonas com potencial

energético do vento favorável aos aproveitamentos eólicos.

A aplicação foi programada num formulário onde se introduziram os mapas de distribuição

espacial do número de horas equivalentes à potência nominal apresentado na figura 3.6 e de

distribuição espacial da velocidade do vento apresentado na figura 3.4, ambos para a cota de

60 m, a qual constitui uma altura de referência para os fabricantes de turbinas.

Para além desta informação, introduziram-se mapas de restrições ambientais e de divisão

administrativa do país (concelhos), por forma a complementar e melhor identificar os

resultados das consultas efectuadas.

A programação do formulário e das respectivas consultas foi efectuada com recurso à

linguagem SQL – Structured Query Language, vulgarmente utilizada na construção de bases

de dados. Os parâmetros objecto de selecção, são neste caso, os valores do número de horas

equivalentes à potência nominal e da velocidade do vento, variando entre os valores máximo e

mínimo de cada mapa.

Page 64: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

52

Para além da programação das consultas, introduziu-se a opção de visualização de

coordenadas sobre o mapa e a possibilidade de o ampliar e mover (zoom” e “pan”). Ao

efectuar uma primeira ampliação à figura inicial, os limites dos concelhos de Portugal tornam-

se visíveis. As áreas de restrição ambiental tornam-se visíveis quando a ampliação efectuada

apresenta cerca de 1/6 da imagem. Esta opção foi tomada de modo a não tornar a imagem

visualmente muito sobrecarregada.

4.4. Estimativa do potencial sustentável do país

O cálculo do potencial sustentável do país, constitui uma informação da máxima relevância

no actual contexto nacional em que se identificam as contribuições máximas das fontes de

energia renováveis (FER) com vista à redução das emissões poluentes e ao cumprimento da

Directiva Comunitária na sequência do protocolo de Quioto e eventual necessidade de

aquisição de certificados verdes por parte das empresas portuguesas [IA, 2003].

Embora o planeamento do reforço da rede eléctrica nacional esteja já em curso, do ponto de

vista da maximização da produção dos aproveitamentos eólicos e da optimização dos recursos

infraestruturais poderão, eventualmente, existir discrepâncias pontuais em algumas regiões.

Assim, considera-se que o mapeamento do potencial eólico sustentável pode constituir uma

contribuição, embora modesta, para a fundamentação deste planeamento. Desta forma,

consideraram-se as oito regiões do país, divididas segundo a cartografia 1:250 000 do IGeoE,

tendo-se estimado o potencial disponível do país, global e por região.

A estimativa do potencial sustentável do país foi efectuada através da determinação da área

englobando as zonas com potencial favorável à instalação de PE e, posteriormente, do cálculo

da potência passível de instalação nessa área. Como premissa deste cálculo considerou-se um

espaçamento de oito diâmetros de uma turbina na direcção dominante do vento e três

diâmetros na direcção perpendicular.

Para tal recorreu-se ao mapa de distribuição espacial do número de horas equivalentes à

potência nominal em h/ano e ao mapa de declives (SLP) em percentagem, tendo-se

programado uma contagem de pontos com potencial favorável ao aproveitamento eólico. As

condições utilizadas foram; NEP’s >2100 h/ano e SLP < 55%.

O processo de selecção foi feito de forma independente para cada tema, onde se procedeu a

uma re-classificação de cada mapa/grelha, i.e, para os pontos cujo valor se situava fora do

Page 65: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

53

intervalo considerado favorável ao aproveitamento eólico atribuiu-se o valor 1 (um) e para os

restantes valores atribuiu-se o valor 0 (zero). Após a reclassificação de cada mapa efectuou-se

uma operação de multiplicação das grelhas resultantes e re-escreveu-se o mapa final com os

valores de NEP’s correspondentes (figura 4.5).

Figura 4.5 - Processo utilizado para efectuar a primeira fase do estudo – selecção e contagem de pontos favoráveis à instalação de PE.

Após as consultas com base no número de horas equivalentes à potência nominal e nos

declives do terreno, procedeu-se ao cálculo da área total em cumprimento dos parâmetros de

selecção.

Uma vez obtido o mapeamento das áreas potencialmente favoráveis do ponto de vista do

aproveitamento eólico, e determinada a sua área de ocupação física, introduziu-se uma nova

restrição – a classificação ambiental, também na forma de mapa. Aos mapas inicialmente

gerados retiraram-se os pontos incluídos nas áreas protegidas. O processo utilizado consistiu

Page 66: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

54

num “branqueamento” das grelhas de recurso correspondentes ao mapa de NEP’s e de

declives. Este processo consiste em atribuir um valor “flag”, aos pontos situados no interior

do polígono de restrição. Nas figuras 4.6a e 4.6b apresentam-se os mapas de NEP’s e de

declives obtidos após o processo de “branqueamento”.

(a) (b)

Figura 4.6 – Mapas da distribuição de (a) NEP’s e (b) declives excluindo as áreas protegidas (h=60m).

Ao comparar os mapas das figuras 3.4, 3.6 e 4.6, respectivamente sem e com inclusão de

áreas protegidas é notório o facto de, em Portugal, grande parte das zonas favoráveis aos

aproveitamentos eólicos estarem ambientalmente protegidas.

Paralelamente, aplicou-se idêntica metodologia no que respeita à distância entre as zonas com

elevado potencial eólico (e declive<55%) e as linhas da rede de transmissão. Para tal,

considerou-se o mapa resultante da consulta efectuada (ainda sem as restrições ambientais), e

repetiu-se o processo de selecção de locais, desta feita sendo o parâmetro de selecção a

distância máxima das regiões com potencial eólico e declive adequado, à rede eléctrica. Esta

distância máxima varia consoante a região em causa, essencialmente devido ao

condicionamento imposto pelas diferentes orografias do país quanto à dimensão dos parques

eólicos, variando entre 60 km nas regiões caracterizadas por cumeadas mais extensas (e.g.

Page 67: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

55

Minho ou Beira Interior) e 40 km nas regiões com elevações relativamente baixas e pouco

extensas (e.g. região Oeste).

Após se determinar a área que obedece às condições descritas, procedeu-se à estimativa do

potencial eólico disponível, tendo-se estabelecido um valor de potência a instalar por cada

unidade de área [MW/km2]. É de notar que a capacidade considerada por km2 (tabela 4.1),

apresenta um valor conservativo devido à discretização na geração dos mapas de recurso

utilizados neste estudo.

Nas áreas protegidas, desde que não classificadas como parques naturais, face à

especificidade destes, considerou-se viável a instalação de parques eólicos com taxa de

ocupação baixa ou muito baixa. Assim, consideraram-se três cenários de restrições

ambientais, muito severo, severo e moderado. Também, dependendo da complexidade e

ocupação social/industrial dos terrenos, estabeleceram-se três factores de ocupação; baixo,

médio e intensivo.

Tabela 4.1 – Percentagem de ocupação do solo para aproveitamentos eólicos, de restrições ambientais e socio-económicas, por região.

Ambiente Actividade económica e social Capacidade Região Tipo de

restrição Percentagem de ocupação

Tipo de Utilização

Percentagem de ocupação

Potência/km2

1 Muito Severa 25 Intensiva 50 6 2 Severa 50 Baixa 100 6 3 Severa 50 Média 75 8 4 Severa 50 Baixa 100 6 5 Moderado 75 Intensiva 50 8 6 Severa 50 Baixa 100 8 7 Muito Severa 25 Baixa 100 8 8 Severa 50 Baixa 100 8

Após efectuar as consultas e identificar as áreas de interesse, procedeu-se ao cálculo da área

disponível para os aproveitamentos eólicos, a qual se denominou “área aproveitável”, AE. Para

tal efectuaram-se os seguintes “passos”:

As “áreas classificadas” definem-se como a diferença entre as “áreas brutas”, AB , e

as “áreas não classificadas”,Anc. As AB correspondem aos resultados das consultas

efectuadas com base na aplicação das restrições declives e distâncias. As áreas não

classificadas foram obtidas por aplicação das restrições ambientais.

ñcBclass AAA −= 4.6

Page 68: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

56

Após a identificação das áreas classificadas, aplicou-se o filtro ambiental, Oamb (tabela

4.1) por forma a calcular a área total disponível aos aproveitamentos eólicos, Atot, para

cada região. Para tal recorreu-se à expressão 4.7.

ñcambclasstot AOAA +×= 4.7

Finalmente, à área total determinada aplicou-se o factor de ocupação obtido a partir da

utilização económica e social, OES, obtendo-se assim, a área aproveitável para a

exploração da energia eólica, AE, (expressão 4.8).

EStotE OAA ×= 4.8

A determinação da área aproveitável permite calcular o potencial eólico sustentável. Para tal

recorreu-se à expressão 4.9, e à potência por unidade de área atribuída a cada região

consoante a sua orografia, e apresentada na tabela 4.1;

[ ]MWpotAP E ×= 4.9

onde P é o potencial eólico estimado, AE é a área aproveitável, e pot é a potência por unidade

de área.

Com base nos valores obtidos para cada região correspondentes ao potencial sustentável, e na

potência disponível e planeada para ligação à rede eléctrica de transmissão, apresentados na

tabela 3.3, determinaram-se os défices e superavites regionais.

Page 69: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

57

5. Aplicações da base de dados: SIGEolos

De forma a ilustrar algumas das funcionalidades que integrarão a base de dados do potencial

energético do vento em Portugal na sua versão final, apresentam-se nos capítulos seguintes,

exemplos das aplicações mais relevantes desenvolvidas nesta fase do trabalho com base na

metodologia descrita no capítulo 4.

Potência de ligação por região

Nesta aplicação, o utilizador tem acesso à informação sobre a potência para ligação à rede

eléctrica de transmissão, disponível por ponto de ligação. Com base na metodologia descrita

em 4.2, programaram-se diversos formulários onde se apresenta esta informação para a

totalidade do território nacional continental e para cada uma das regiões consideradas. Na

figura 5.1 apresenta-se o formulário ilustrativo da potência global e que permite o acesso à

potência disponível para ligação por região.

Figura 5.1 – Formulário representando a capacidade disponível e planeada por ponto de ligação à rede eléctrica.

Seleccionando o botão “Potência por região”, pode aceder-se a um outro formulário onde se

pode consultar a potência disponível e planeada de ligação à rede eléctrica por região (figuras

5.2 e 5.3).

Page 70: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

58

Figura 5.2 - Formulário que permite aceder às consultas de potência disponível e planeada por região.

Seleccionando um dos botões do lado direito na figura 5.2 (e.g. Região 1), o utilizador tem

acesso a um formulário regional com o mesmo tipo de informação, como o que se apresenta

na figura 5.3.

Figura 5.3 – formulário representando a capacidade disponível e planeada por ponto de ligação à rede eléctrica, por região.

Na figura 5.3, os botões do lado direito permitem o cálculo da potência global

disponível/planeada para a região seleccionada (elipse da figura).

Na tabela 5.1 apresenta-se a informação base dos formulários regionais para o período

compreendido entre 2004 e 2007.

Page 71: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

59

Tabela 5.1 – Capacidade da rede eléctrica nacional, disponível e planeada, sem restrições.

Região # Capacidade disponível

2004 [MW]

Capacidade planeada

2005 [MW]

Capacidade planeada

2006 [MW]

Capacidade planeada

2007 [MW] 1 44 437 495 515 2 23 83 86 96 3 250 327 500 528 4 67 184 354 405 5 1011 1168 1216 1256 6 37 49 176 178 7 308 346 419 478 8 0 0 172 173

Global 1740 2594 3418 3629

Selecção de zonas com potencial utilizando consultas SQL

Esta aplicação da base de dados, teve como principal objectivo seleccionar zonas de interesse

do ponto de vista do aproveitamento energético do vento. Esta selecção, permite a

visualização das linhas representativas das áreas de interesse. Poderá ser efectuada uma

consulta considerando os valores de velocidade e os de NEP’s em simultâneo, ou apenas uma

das grandezas. É de referir, que apesar de se poderem considerar ambas as grandezas em

simultâneo, o resultado vai ser a visualização numa cor distinta das linhas representativas de

cada uma (figura 5.4).

Figura 5.4 - Exemplo de aplicação de uma consulta ao mapa de recurso, considerando NEP’s>2100 h/ano.

Page 72: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

60

Na figura 5.4, as isolinhas do mapa a cinzento-escuro representam a distribuição espacial do

NEP’s e as isolinhas a cinzento claro, a distribuição espacial da velocidade. Neste caso foi

efectuada uma consulta sobre o tema NEP’s seleccionando valores acima de 2000 h/ano. As

linhas seleccionadas mudam, neste caso, a sua cor para azul. Ampliando a figura 5.4, tornam-

se visíveis os limites dos concelhos de Portugal (figura 5.5), e ampliando ainda mais esta

figura visualizam-se as áreas de restrição ambiental.

A caixa de texto situada no lado direito do botão “sair” vai apresentando as coordenadas à

medida que se desloca o rato sobre o mapa. Esta a função permite uma melhor identificação

das áreas resultantes das consultas efectuadas.

Para além da visualização das coordenadas, existe a possibilidade de, ao seleccionar com o

rato uma determinada zona do mapa, consultar as caixas de texto do lado inferior direito do

formulário e saber qual o concelho em que se situa a zona seleccionada, e também, se esta se

encontra dentro de uma área de restrição ambiental. No caso de a zona seleccionada

apresentar restrições ambientais, aparecerá na caixa correspondente a designação da área em

questão, caso contrário, aparecerá o texto “Fora de Área Protegida”.

Figura 5.5 – Ampliação da figura 5.4.

Através da selecção do botão “Tamanho Padrão” o mapa voltará ao seu tamanho inicial. Se o

utilizador pretender efectuar uma consulta com base em valores de velocidade deverá utilizar

as caixas “combo#” inferiores (figura 5.6).

Page 73: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

61

Figura 5.6 - Exemplo de aplicação de uma consulta ao mapa de recurso, considerando V>6.0 m/s.

Mais uma vez, é possível aumentar o detalhe do mapa nas áreas seleccionadas através de uma

ampliação.

Figura 5.7 – Ampliação da figura 5.6 onde se podem ver os limites dos concelhos.

Na figura 5.8 apresenta-se uma consulta com base nos dois temas, NEP’s e velocidade, onde

se consideraram valores de NEP’s >2000 h/ano e V > 6.0 m/s.

Page 74: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

62

Figura 5.8 - Consulta efectuada para NEP’s>2000 h/ano ou V>6.0 m/s.

Analisando a figura 5.8, podem ver-se a azul as linhas de NEP’s e a vermelho as de

velocidade. Ampliando uma outra vez a figura, o utilizador tem a oportunidade de visualizar

as manchas correspondentes às zonas protegidas (figura 5.9).

Figura 5.9 - Consulta efectuada para NEP’s>2000 h/ano ou V>6.0 m/s, permitindo a visualização das áreas protegidas.

Page 75: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

63

Neste exemplo, grande maioria das pequenas áreas com interesse do ponto de vista do

aproveitamento eólico encontram-se em zonas classificadas, esta opção permite ao utilizador

a identificação de zonas alternativas situados fora da zona classificada.

Cálculo de áreas e distâncias de zonas com potencial a pontos de interligação da rede de

transmissão

Com base no método descrito em 4.1. desenvolveu-se uma aplicação que permite a

determinação das distâncias entre áreas de interesse do ponto de vista do aproveitamento

eólico e os pontos de interligação à rede eléctrica existentes na sua vizinhança. Esta acção tem

como objectivo facilitar a avaliação de custos associados à construção de linhas eléctricas de

ligação a esses mesmos pontos. A figura 5.10 ilustra o funcionamento desta aplicação.

Neste exemplo, utilizou-se como dados de entrada o mapa da rede eléctrica nacional,

digitalizado com base numa figura georeferenciada do original (a cinzento). A este mapa

sobrepuseram-se os pontos de interligação à rede eléctrica (cruzes a preto) e também o

resultado da consulta efectuada para encontrar pontos com número de horas equivalentes à

potência nominal iguais ou superiores a 2100 h/ano (pontos representados a azul).

Figura 5.10 - Cálculo das distâncias aos pontos de interligação.

Page 76: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

64

As caixas de texto do lado direito do mapa, representam respectivamente, as coordenadas do

cursor, as coordenadas do primeiro ponto e as coordenadas do segundo ponto, bem com a

distância entre os dois.

Para além das distâncias aos pontos de ligação da rede eléctrica, construiu-se uma aplicação

que permite o cálculo de áreas.

O cálculo de áreas, apresentou algumas dificuldades de implementação no programa de SIG

seleccionado (MapObjectsLT2) pelo que a utilização plena desta função exigirá o recurso a

ferramentas mais potentes. Ainda assim, e uma vez que o actual software permite o cálculo da

área útil de determinada grandeza mapeada desde que o mapa seja composto por polígonos

fechados, apresenta-se um pequeno exemplo, utilizando o mapa representativo das áreas

protegidas (figura 5.11). O funcionamento desta aplicação é simples: após se realizar uma

qualquer selecção, basta seleccionar o polígono resultante (a amarelo na figura) e aparecerá

uma caixa de texto com informação sobre a sua área, perímetro e coordenadas do ponto

central.

Figura 5.11 - Exemplo de cálculo de uma área.

O potencial energético sustentável do vento

Sendo esta uma informação relevante para a avaliação da distribuição da rede eléctrica e

respectivos pontos de ligação no país a nas suas diversas regiões, apresenta-se um estudo

efectuado com a metodologia atrás descrita, onde se utilizaram alguns dos mapas de recurso

gerados no decurso deste trabalho.

Page 77: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

65

O método descrito anteriormente foi aplicado para a totalidade de país e também para cada

uma das oito regiões consideradas. Na figura 5.12, apresentam-se os resultados obtidos para a

totalidade do país, tendo-se considerado valores de número de horas equivalentes à potência

nominal de uma turbina superiores a 2100 horas/ano e declives inferiores a 55%. Nas figuras

5.13 a 5.20, apresentam-se os resultados para cada uma das oito regiões considerando os

mesmos critérios de selecção.

Figura 5.12 - Resultado da selecção aplicada aos mapas de NEP’s e Declives – mapeamento em NEP’s, para NEP’s > 2100 h/ano e SLP<55%.

Page 78: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

66

Figura 5.13 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano e SLP<55% – região 1.

Figura 5.14 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano e SLP<55% – região 2.

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Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

67

Figura 5.15 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano e SLP<55% – região 3.

Figura 5.16 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano e SLP<55% – região 4.

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Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

68

Figura 5.17 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano e SLP<55% – região 5.

Figura 5.18 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano e SLP<55% – região 6.

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Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

69

Figura 5.19 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano e SLP<55% – região 7.

Figura 5.20 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano e SLP<55% – região 8.

Page 82: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

70

Por forma a introduzir as restrições ambientais, este processo foi posteriormente aplicado após

se terem retirado aos mapas base (NEP’s e declives) as áreas classificadas ambientalmente.

Os resultados obtidos apresentam-se para o território continental na figura 5.21 e para as oito

regiões nas figuras 5.22 a 5.29, onde se consideraram os mesmos critérios de selecção.

Figura 5.21 - Resultado da selecção aplicada aos mapas de NEP’s e Declives – mapeamento em NEP’s, com introdução de restrições ambientais.

Page 83: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

71

Figura 5.22 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano com introdução de restrições ambientais – região 1.

Figura 5.23 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano com introdução de restrições ambientais – região 2.

Page 84: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

72

Figura 5.24 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano com introdução de restrições ambientais – região 3.

Figura 5.25 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano com introdução de restrições ambientais – região 4.

Page 85: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

73

Figura 5.26 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano com introdução de restrições ambientais – região 5.

Figura 5.27 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano com introdução de restrições ambientais – região 6.

Page 86: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

74

Figura 5.28 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano com introdução de restrições ambientais – região 7.

Figura 5.29 – Áreas com potencial acima de 2100 h/ano com introdução de restrições ambientais – região 8.

Page 87: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

75

Inicialmente, a área ocupada por zonas com potencial favorável correspondia a 1727.25 km2,

da qual 626.130349 km2 corresponde a regiões com restrições ambientais.

Na tabela 5.2 apresentam-se os resultados obtidos após se terem aplicado os factores de

ocupação e restrição descritos no capítulo 4.4.

Tabela 5.2 – Áreas bruta, total e aproveitável de cada região e potência por unidade de área.

Região # Área “Bruta” [km2]

Área Total [km2]

Área Aproveitável [km2]

Potência/área [MW/km2]

1 771.00 440.81 220.41 6 2 74.13 49.13 49.13 6 3 90.00 69.13 51.84 8 4 641.50 413.50 413.50 6 5 89.25 69.22 34.61 8 6 4.50 2.25 2.25 8 7 18.50 4.63 4.63 8 8 1.25 1.13 1.13 8

A tabela 5.3, representa a capacidade disponível, planeada e estimada para cada região e as

figuras 5.30a, b e c, respectivamente, a capacidade planeada, o potencial eólico estimado e o

déficit regional.

Tabela 5.3 – Capacidade planeada, potencial sustentável e déficit de capacidade para cada região.

Região # Capacidade planeada

[MW]

Potencial sustentável > 2100 h/ano

[MW]

Déficit [MW]

1 515 1322 -807 2 96 295 -199 3 528 415 113 4 405 2481 -2076 5 1256 277 979 6 178 18 160 7 416 37 379 8 173 9 164

Global 3567 4854 -1287

Analisando a tabela 5.3, é notório que algumas regiões apresentam um potencial eólico

disponível muito diferente da capacidade de interligação eléctrica planeada para as mesmas. É

de notar que no caso da região 5 (zona oeste) pode existir um potencial sustentável superior

ao estimado, uma vez que a orografia não é facilmente reproduzível com o espaçamento para

o qual foram construídas as grelhas de recurso (1000 m). Assim, quando tecnicamente

Page 88: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

76

possível, uma re-distribuição da capacidade global seria desejável, por forma aproveitar e

maximizar as potencialidades energéticas de cada região.

(a) (b) (c)

Figura 5.30 – Mapas representativos da (a) capacidade planeada, (b) potencial eólico estimado e (c) déficit regional.

Parques Eólicos instalados em Portugal

Esta informação, tem sido ao longo dos últimos anos, frequentemente solicitada quer por parte

de entidades públicas e/ou privadas quer por estudantes. Assim, optou-se por incluir nesta

base de dados uma função de carácter informativo que disponibiliza a listagem dos parques

eólicos instalados e em funcionamento no nosso país (figura 5.31).

Este formulário é, de fácil utilização, e apresenta algumas informações úteis ao utilizador, tais

como, o ano de instalação do parque eólico, a potência de instalação, o nome do promotor,

etc. Na tabela 5.4 apresenta-se a descrição de cada campo do formulário.

É, ainda de referir, que este formulário, tal como os anteriores com formato tabular, são de

muito fácil actualização. Ao mesmo tempo que se introduz ou altera um registo, a tabela base

é automaticamente actualizada.

Page 89: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

77

Figura 5.31 – formulário contendo informação sobre os parques eólicos em Portugal.

Tabela 5.4 – Descrição dos campos incluídos no formulário informativo sobre os PE instalados em Portugal.

Campo Descrição PORTUGAL O PE encontra-se instalado no continente ou nas ilhas. Nome do Projecto Designação do PE. Local Localidade mais próxima do PE ou concelho a que

pertence. Potência Instalada (MW) Potência nominal do Parque Eólico. nº WT Número de turbinas eólicas que constituem o PE. Potência nominal WT (kW) Potência nominal de cada turbina que constitui o PE. Proprietário/ Promotor Proprietário ou Promotor do PE. Fabricante/Modelo Fabricante e/ou modelo das turbinas eólicas que

constituem o PE. Estado de funcionamento O PE está em operação, em fase de instalação ou em

fase de projecto. Instalado em Ano em que foi instalado o PE. Capacidade Total Potência nominal total do PE. Capacidade em 2002 Potência nominal do PE no final de 2002 – o PE pode

sofrer aumento da sua capacidade depois de ser instalado.

WT Total Nº total de turbinas eólicas que constituem o PE – Se o PE for alargado, haverá aumento do nº de turbinas.

WT 2002 Nº de turbinas instaladas em 2002 – Se o PE for alargado, em 2002 poderão ter sido instaladas mais turbinas.

Page 90: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

78

5.1. Discussão dos resultados

Potência de ligação por região

Nesta aplicação, efectuou-se uma divisão por regiões da potência disponível e planeada com

base em informação obtida junto da DGGE (Direcção Geral de Geologia e Energia) para cada

ponto de interligação à rede de transmissão da Rede Eléctrica Nacional (REN). Esta aplicação

permite ao utilizador avaliar a disponibilidade de potência existente na região do seu

interesse.

A programação efectuada para os formulários da potência de ligação por região, teve como

objectivo a apresentação da informação numa forma simples para o utilizador. Optou-se por

incluir a informação sobre cada ponto de ligação limitada à designação, coordenadas do ponto

e potências disponível e planeada por se considerar da maior relevância, e se encontrar

disponível publicamente.

Esta informação poderá revelar-se útil no planeamento de eventuais reforços da rede eléctrica

quando cruzados com a informação sobre a distribuição territorial do potencial energético,

igualmente apresentado neste trabalho, através do cálculo dos défices entre a potência

planeada e a energia disponível em cada região.

Selecção de zonas com potencial utilizando consultas SQL

A selecção de zonas com potencial favorável à instalação de parques eólicos foi programada

num formulário, tendo como base a linguagem SQL. Para tal utilizaram-se os mapas de

distribuição espacial da velocidade do vento e do número de horas equivalentes à potência

nominal, ambos para a cota de 60m, tendo-se construído este último com base nas

características de uma turbina de 1500kW de potência nominal com 66m de diâmetro do

rotor. Os valores apresentados nestes mapas foram calibrados com base no conhecimento das

regiões através de campanhas experimentais levadas a cabo pelo INETI nos últimos anos.

Nesta aplicação o utilizador tem a hipótese de seleccionar as zonas de interesse com base em

intervalos de valores de velocidade e de número de horas equivalentes à potência nominal.

Considerou-se também desejável incluir nesta aplicação informação de carácter ambiental e

referente à divisão administrativa das regiões.

Page 91: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

79

Outras opções programadas nesta aplicação, nomeadamente a possibilidade de ampliar e

mover a figura, bem como a visualização das coordenadas do cursor, permitem também uma

identificação mais precisa das zonas seleccionadas.

O potencial energético sustentável do vento

A construção desta aplicação foi efectuada em várias fases tendo como principal objectivo

caracterizar com base nos pressupostos anteriormente apresentados, o que se poderá

denominar “potencial eólico sustentável”. Na base desta sustentabilidade considera-se a

rentabilidade económica e energética dos projectos (NEP’s > 2100 h/ano), a sua localização

no terreno em termos da sua classificação ambiental, a distância à rede eléctrica, sendo que

esta se assume “reforçável” em função do potencial eólico para distâncias inferiores a 60 km

e, como tal, não limitativa ao desenvolvimento de projectos desta natureza. Finalmente, é de

referir terem, igualmente, sido introduzidas restrições como o declive máximo do terreno e o

tipo de utilização do solo.

Para tal recorreu-se ao mapa de distribuição espacial do número de horas equivalentes à

potência nominal. Para a construção deste mapa recorreu-se às características de uma turbina

de 1500 kW e aos modelos MM5 e WASP, tendo-se procedido a uma composição dos mapas

gerados pelos dois modelos através de uma operação de multiplicação para calibrar os valores

resultantes. Para além desta calibração aplicou-se a algumas gamas de valores factores

multiplicativos baseados no conhecimento do potencial eólico das diversas regiões após

consulta de vários projectos já estudados pelo INETI.

A informação ambiental utilizada foi a disponível nos organismos competentes (IA e REN), e

a informação sobre os declives foi introduzida na forma de grelha de pontos com espaçamento

de 500 m.

A grelha de terreno base utilizada para o cálculo dos declives foi gerada com um espaçamento

de 1000 m o que conduziu a que muitos dos elementos orográficos fossem filtrados. Muito

embora se tenha posteriormente efectuado uma interpolação aos dados, desta feita com 500 m

de espaçamento, este problema manteve-se, originando um mapa de declives

consideravelmente mais “alisado” do que a realidade.

Face ao exposto, as consultas da base de dados sobre este tema deverão ser encaradas com as

necessárias precauções.

Page 92: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

80

Para além da informação mapeada, recorreu-se também à distribuição por região da

capacidade de interligação planeada até 2010 pela Rede Eléctrica Nacional, e utilizaram-se

ainda, factores de ocupação baseados na ocupação social e industrial de cada região estudada

e factores ambientais. Estes últimos foram introduzidos devido ao facto de se considerar que

no caso de as restrições ambientais não se referirem a parques naturais, as zonas podem ser

utilizadas para a instalação de parques eólicos desde que com uma baixa a muito baixa

ocupação física dos terrenos afectados.

A opção de utilizar como características da selecção de locais os valores de 2100 h/ano para o

número de horas equivalentes à potência nominal e 6 m/s para a velocidade média do vento,

prendeu-se com o facto de se considerarem estes valores adequados para a cota para a qual os

mapas utilizados foram gerados.

Os resultados obtidos com a metodologia apresentada neste capítulo, demonstraram estar a

potência disponível para ligação à rede eléctrica de transmissão distribuída de forma desigual.

Apesar de estes resultados terem sido obtidos com base numa metodologia que se considera

adequada, é de salientar que, como complemento deste estudo deverá ser efectuado um

mapeamento do país com uma maior discretização espacial (grelhas com espaçamentos

menores entre pontos) de forma a possibilitar o cálculo mais detalhado dos declives do

terreno, e um maior detalhe das “manchas” com potencial eólico favorável. A construção de

novas grelhas e a utilização da distribuição dos usos do solo como restrição mapeada para

além da sua introdução como elementos de rugosidade dispensará a introdução da correcção

por via dos factores de ocupação do terreno. Também a geração dos novos mapas para alturas

dos eixos de rotação dos aerogeradores diferentes (mais elevadas) e para outras potências

nominais, expectavelmente cada vez mais elevadas, servirá de complemento a este estudo.

Cálculo de áreas e distâncias de zonas com potencial a pontos de interligação da rede de

transmissão

O facto de os custos de construção das linhas eléctricas de ligação dos parques serem ainda

suportados parcial ou totalmente pelos promotores, ao contrário do que sucede noutros países,

leva a que o cálculo das distâncias entre as zonas de potencial favorável e a rede eléctrica de

transmissão/pontos de ligação, constitua uma importante contribuição para a avaliação

económica dos projectos de sistemas eólicos.

Page 93: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

81

Nesta aplicação utilizou-se o mapeamento da rede eléctrica nacional e um mapa resultante de

consultas efectuadas sobre o parâmetro NEP’s.

O cálculo de áreas, apresentou algumas dificuldades de implementação no programa de SIG

seleccionado (MapObjectsLT2) pelo que a utilização plena desta função exigirá o recurso a

ferramentas mais potentes.

No que diz respeito ao cálculo de áreas, esta aplicação não pode ser considerada um sucesso,

pois, apresentou algumas dificuldades de implementação no software seleccionado

(MapObjectsLT), exigindo para a sua plena utilização o recurso a uma versão mais avançada

do mesmo. Esta limitação deve-se ainda ao facto de haver a necessidade de construir novos

mapas com a informação apresentada na forma de polígonos fechados, como se apresenta a

informação ambiental. No entanto, e apesar do exposto, optou-se por incluir esta aplicação

como exemplo de trabalho a desenvolver futuramente na versão final desta base de dados.

Parques eólicos instalados em Portugal

Esta aplicação foi introduzida neste trabalho com o objectivo de informar o utilizador dos

projectos de parques eólicos em funcionamento, em fase de instalação e em fase de projecto,

visto ser uma das informações mais solicitadas nos últimos tempos. Dado que se inclui a

localização aproximada de cada um, esta informação poderá ser futuramente cruzada com a

potência planeada por região de forma a obter o valor efectivo da potência disponível para

ligação, se se disponibilizar o ponto de ligação à rede de transmissão de cada parque eólico.

Para tal, o INETI está já a proceder ao levantamento geográfico dos parques eólicos em

operação e fase de instalação de forma a possibilitar a georeferenciação desta informação.

Page 94: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

82

6. Conclusões e trabalho futuro

As recentes estratégias adoptadas por Portugal no que respeita às Energias Renováveis em

geral e à Eólica em particular, traduzem o facto do aproveitamento da Energia Eólica

constituir o factor mais relevante no cumprimento das directivas comunitárias [2001/77/CE]

na sequência da ratificação do protocolo de Quioto [2002/358/CE]. Deste modo, a

necessidade de preparar infra-estruturas (e.g. capacidade da rede de transmissão), bem como

metodologias que permitam uma penetração máxima de energia eólica no sistema

electroprodutor, encontram-se ainda em estudo e/ou em fase de desenvolvimento. A

legislação e as tarifas recentemente publicadas, bem como as solicitações públicas para

ligação à rede de transmissão, permitem prever que o aproveitamento do potencial eólico do

país seja objecto de grande desenvolvimento nos próximos anos.

Reconhecendo-se alguma carência em Portugal de ferramentas de planeamento baseadas em

metodologias sistemáticas e, tanto quanto possível, objectivas, implementou-se neste trabalho,

uma metodologia de selecção exaustiva de áreas para a exploração de energia eólica, bem

como contribuir para a identificação do potencial eólico sustentável em Portugal continental.

Para além destas aplicações desenvolveram-se outras potencialmente úteis do ponto de vista

dos promotores de parques eólicos, tais como: cálculo de distâncias entre pontos de ligação à

rede eléctrica de transmissão; detecção de zonas com potencial favorável à instalação de

parques eólicos e identificação de regiões com capacidade de interligação disponível. Esta

metodologia foi implementada quer para a totalidade do país, quer para as oito regiões em que

este se dividiu.

Para tal, programou-se uma base de dados num Sistema de Informação Geográfica utilizando

o programa MapObjects LT2 num ambiente de Visual Basic, que, pese embora algumas

limitações detectadas, demonstrou ser uma ferramenta com potencialidades para este fim.

A construção de mapas de recurso energético do vento com uma maior discretização10,

utilizando o modelo de mesoscala MM5 e a posterior validação dos mesmos com base em

dados observados em estações anemométricas típicas e em mapas de recurso obtidos por

aplicação do modelo de microscala WASP e de metodologias multi-estação, possibilitará o

aumento de precisão dos dados de entrada desta base de dados. Também a introdução de

10 Introdução dos dados do Atlas do potencial eólico actualmente em fase final de desenvolvimento.

Page 95: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

83

novas restrições, nomeadamente, da rede viária nacional, e o melhoramento do aspecto

gráfico dos mapas apresentados nesta base de dados (e.g. introdução de informação em

formato raster com reconhecimento de pixels) poderá constituir uma mais valia para esta base

de dados.

Ainda assim, os resultados obtidos e aqui apresentados mostram que, apesar de Portugal

apresentar elevado potencial para a exploração de Energia eólica, as principais limitações

consistem na elevada percentagem da área total com algum tipo de classificação ambiental

que, pese embora não seja actualmente uma barreira aos aproveitamentos, os dificulta

consideravelmente sobretudo, no que respeita ao necessário processo de licenciamento, bem

como na limitada capacidade regional da rede eléctrica.

A distribuição desigual da capacidade da rede eléctrica e a sua concentração nas regiões

densamente ocupadas do litoral – quando o potencial eólico se concentra principalmente nas

montanhas do interior – constitui uma dificuldade acrescida para o pleno aproveitamento do

potencial eólico em Portugal Continental. Uma “re-distribuição” da capacidade da rede

planeada, eventualmente recorrendo ao “malhamento” da mesma, quando tecnicamente

possível, constituiria uma boa solução para este problema, contribuindo igualmente para o

aumento da fiabilidade do serviço.

A metodologia baseada num Sistema de Informação Geográfica desenvolvida neste trabalho –

embora careça ainda de melhoramentos que permitam a sua utilização de forma “amigável,”

provou ser uma ferramenta adequada ao planeamento da exploração optimizada da Energia

Eólica, principalmente em países caracterizados por orografia complexa, onde a identificação

espacial do potencial eólico nem sempre é evidente e a rede eléctrica não se encontra

distribuída de forma homogénea.

Consideram-se atingidos os objectivos inicialmente propostos para este trabalho, acreditando-

se poder ter esta base de dados do potencial energético do vento, uma contribuição positiva no

planeamento dos aproveitamentos desta forma de energia.

Futuramente, com o desenvolvimento desta metodologia, pretende-se analisar a relação

custo/benefício do reforço da rede eléctrica de transmissão face ao recurso eólico existente em

cada região, bem como a sua eventual extensão a outros recursos renováveis, permitindo

assim que a selecção de áreas para aproveitamento de FER, se baseie quer em critérios

energéticos, quer em critérios económicos nacionais e regionais.

Page 96: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

84

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Page 100: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

88

Apêndice I – Parâmetros estatísticos relevantes para o estudo do

vento

A partir de observações do vento pode concluir-se que tanto a velocidade como a direcção do

vento, sofrem grandes variações ao longo do tempo. Para poder definir o vento medido de

uma forma razoavelmente precisa é necessário definir um período de tempo T [Justus, 1978].

Nas aplicações eólicas existem escalas meteorológicas que interessa caracterizar, uma vez que

têm influência em determinados condicionantes locais envolvendo fenómenos com dimensões

que podem atingir as dezenas de milhar de quilómetros, tais como superfícies frontais,

depressões, anticiclones ou trovoadas. Em relação a fenómenos condicionantes do

escoamento local e que vão influenciar as características aerológicas, há que considerar

parâmetros tais como a orografia e a rugosidade do local. A classificação em termos de escala

de movimento pode ser definida como na tabela AI.1.

Tabela AI.1 – Escalas de Movimento [Marques da Silva, 1996].

Escala Espaço (km) Tempo (horas) Sinóptica ou Macroescala 500 > 48 Microescala < 20 1 Mesoescala Todas as escalas

Intermédias Todas as escalas Intermédias

Considerando o vento como uma sobreposição de diferentes escalas as quais se assumem

como independentes, é possível descrevê-lo à custa de um espectro de energia sendo

normalmente utilizado o espectro de Van der Hoven (figura AI.1).

Figura AI.1 – Espectro de Van der Hoven [Estanqueiro, 1997].

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Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

89

A zona do espectro entre os dez minutos e as oito horas é a adequada ao período de cálculo da

média da velocidade entre medições visando as aplicações eólicas. Esta representa a zona de

vazio espectral (reduzido conteúdo energético uma vez que se verificam poucas variações da

velocidade ao longo do tempo). Os valores médios calculados com base em períodos dentro

do vazio espectral não sofrem, na maioria dos casos, grandes variações.

O período de tempo utilizado para o cálculo do valor médio da velocidade horizontal é,

normalmente, de uma hora ou dez minutos por forma a minimizar o desvio padrão do vento

com o tempo. As séries temporais utilizadas neste trabalho registam valores médios de

velocidade do vento de dez em dez minutos obtidos com uma frequência de 1 Hz. Desta

forma a velocidade média do vento é definida através de:

∫=T

dtTuT

u0

)(1 (AI.1)

onde u representa o valor médio da velocidade e T o intervalo de tempo considerado.

O fluxo de potência incidente do vento disponível num intervalo de tempo T é dada pela

equação:

3 21 uE ρ= (AI.2)

A velocidade instantânea pode ser escrita como a soma da média com um desvio em relação à

média:

'uuu += (AI.3)

e têm-se as seguintes relações:

( ) uuuuu

uuu

u

' 3'

'

0'

2333

222

++=

−=

=

(AI.4)

Assim, o fluxo de potência incidente vem dado por:

( )2331

21 iuE +≅ ρ (AI.5)

onde u

i uσ≡ representa a intensidade de turbulência e 22 'uu ≡σ a variância da velocidade do

vento. A intensidade de turbulência depende da altitude e das condições da superfície. Para

uma superfície com rugosidade homogénea tem-se:

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Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

90

( )0ln1

zzi = (AI.6)

Na equação AI.5 o termo 23i representa um factor de correcção para condições “standard” de

z= 30 m e z0 = 0.03 e representa um acréscimo de aproximadamente 6% [Mortensen et al.,

1993].

Alguns elementos a ter em conta no desempenho de um sistema de aproveitamento eólico e

para a avaliação do potencial eólico de um local dependem da campanha experimental e do

tratamento de dados onde se consideram entre outros os seguintes ítems [Justus, 1980]:

a velocidade média do vento e as suas variações diurnas e sazonais;

a lei de distribuição da velocidade do vento e os seus valores extremos;

a variação com a altitude da velocidade do vento;

a lei de distribuição da direcção do vento;

as variações diurnas e sazonais da massa volúmica do ar e a sua variação com a altitude.

Desta forma, o conhecimento de uma lei de distribuição do vento é importante para as

aplicações eólicas.

Uma das funções de distribuição normalmente utilizadas para este fim é a distribuição de

Weibull. Esta é um caso particular da distribuição Gama generalizada e apresenta algumas

vantagens na sua aplicação; é uma distribuição a 2 parâmetros, A e k; apresenta-se

razoavelmente adequada ao perfil de velocidades do vento; uma vez conhecidos os

parãmetros A e k a uma determinada altura podem facilmente ser ajustados para outra altura

[Troen e Petersen, 1989].

Método clássico de avaliação do potencial eólico

A lei de distribuição de Weibull exprime-se matematicamente através da expressão:

=

− kk

Au

Au

Akuf exp)(

1

(AI.7)

onde )(uf representa a frequência de ocorrência da velocidade média do vento u . Os

parâmetros A e k representam respectivamente o parâmetro de escala (m/s) e o parâmetro de

forma (adimensional) da distribuição de Weibull. Para k = 1 a distribuição de Weibull

Page 103: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

91

degenera na distribuição exponencial e para k = 2 na distribuição de Rayleigh. Para os países

europeus, principalmente os do norte da Europa, k apresenta valores muito proximos de 2.0

[Troen e Petersen, 1989].

A distribuição acumulada de Weibull )(uF dá a probabilidade da velocidade do vento

exceder o valor u e é dada pela expressão:

−=

k

AuuF exp)( (AI.8)

O fluxo de potência incidente, disponível no vento, (W/m2 ), é dada por:

+Γ=

kAE 31

21 3ρ (AI.9)

onde ρ representa a densidade do ar (1.225 kg/m3 para uma temperatura de 15 º C e pressão

standard de 1013 mb) e Γ é a função gama dada por:

( ) ( )∫∞

−−=Γ0

1 exp dtttx x com 0>x (AI.10)

As velocidades do vento às quais correspondem maiores valores de fluxo de potência

incidente, são dadas por:

k

m kkAu

12

+

= (AI.11)

Os parâmetros da distribuição de Weibull podem determinar-se de várias formas. Uma vez

conhecidos o valor médio e o desvio padrão da velocidade podem detrminar-se através das

equações:

+Γ=

kAu 11 (AI.12)

21

21

11

21

=

k

kuσ (AI.13)

onde o desvio padrão pode ser dado por:

( ) 2122 uu −=σ (AI.14)

Utilizando a curva de potência de uma turbina pode estimar-se a energia produzida pela

mesma num determinado local.

Page 104: potencialidades energéticas_tese_teresa_simoes

Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

92

Figura AI.2 – Distribuição da velocidade do vento e curva de potência de uma turbina.

As curvas da figura AI.2 apresentam formas semelhantes, podendo ambas ser divididas em

intervalos de velocidade de 1 m/s. O cálculo da estimativa anual de produção de energia num

local é feita através da integração do produto da função de distribuição do vento, )(uf , pela

curva de potência de uma turbina, )(uPWT .

∫∞

=0

)( )( duuPufP WT AI.15)

Se a função de distribuição do vento for a distribuição de Weibull, então tem-se:

∫∞ −

=

0

)( exp duuPAu

Au

AkP WT

kik

(AI.16)

A direcção do vento, constitui uma das variáveis mais importantes para este tipo de estudos,

pois condiciona de forma determinante a localização dos aerogeradores no terreno devido aos

efeitos de esteira introduzidos pelas turbinas umas nas outras. Assim, é sempre efectuada uma

análise cuidada deste parâmetro através da construção de gráficos de frequência de ocorrência

da velocidade por sectores – rosa de ventos.

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Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

93

Apêndice II – Parques Eólicos em Portugal

Tabela AII.1 – Situação dos parques eólicos em Portugal.

Nome do Projecto Local Potência Instalada (MW)

nºWT Potência nominal WT (kW)

Proprietário/ Promotor Fabricante/Modelo Estado de funcionamento Instalado em Cap.

Total Cap. em 2002 WT Total WT 2002

LOUREL Região Oeste 0.022 1 22 INETI Aeroman 12/20 Desactivado 1984 0 0 0 0

STA. MARIA I Ilha de Santa Maria 0.264 8 33 EDA Aeroman Desactivado 1988 0 0 0 0

SINES Sines 1.8 12 150 Aerogeradores de Portugal Winworld Operação 1989 1.8 0 12 0

S. JORGE I Ilha de S. Jorge 0.55 5 150 EDA NordtankNTK 150+99 Operação 1991 0.55 0 5 0

PAUL SERRA I Paul da Serra - Madeira 0.39 3 130 Perform 3 Nordtankn.a. Operação 1991 0.39 0 3 0

GRACIOSA I Ilha Graciosa 0.2 2 100 EDA NordtankNTK 99 Operação 1992 0.2 0 2 0

PAUL SERRA II Paul da Serra - Madeira 2.25 15 150 Perform 3 NordtankNTK 150 Operação 1992 2.25 0 15 0

BICA DA CANA Paul da Serra - Madeira 1.8 12 150 M&J Pestana/ITI NordtankNTK 150 Operação 1992 1.8 0 12 0

CANIÇAL II Caniçal - Madeira 0.9 6 150 Energolica NordtankNTK 150 Operação 1992 0.9 0 6 0

FONTE DA MESA Serra do Marão - Meadas 10.2 17 600 ENERNOVA VestasV42 Operação 1996 10.2 0 17 0

PORTO SANTO I Ilha de Porto Santo 0.45 2 225 EEM Vestas225 Operação 1997 0.45 0 2 0

PENA SUAR Serra do Alvão - Pena Suar 10 20 500 ENERNOVA EnerconE40 Operação 1998 10 0 20 0

FONTE MONTEIROS Vila do Bispo 10 20 500 ENERSIS MitsubishiMHI 500 Operação 1998 10 0 20 0

VILA LOBOS Serra do Marão - Meadas 10 20 500 ENERSIS EnerconE40 Operação 1998 10 0 20 0

PICOS VERDES Vila do Bispo 2 4 500 PICO VERDE EnerconE40 Operação 1998 2 0 4 0

CABEÇO da RAINHA Serra do Cabeço da Raínha 10.2 17 600 ENERNOVA EnerconE40 Operação 1999 10.2 0 17 0

IGREJA NOVA Mafra 3.3 2 1670 ENERSIS Vestas V66 Operação 2000 3.3 0 2 0

MAÇÃO I+II Serra Mação 4.5 6 750 ENERVENTO NEG-MICON Operação 2000 4.5 0 6 0

CABEÇO ALTO Serra do Larouco 11.7 9 1300 ENERSIS Nordex Operação 2000 11.7 0 9 0

BOIEIROS I V.F. Xira 1.8 3 600 CPEC Enercon Operação 2000 1.8 0 3 0

CARAVELAS Marão – Caravelas 0.6 1 500 FINERGE EnerconE40 Operação 2000 0.6 0 1 0

PORTAL DA FREITA Vila Real 0.6 1 500 FINERGE EnerconE40 Operação 2000 0.6 0 1 0

LOMBA da SEIXA Lomba da Seixa 13 10 1300 ENERSIS Nordex Operação 2001 13 0 10 0

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Base de dados do potencial energético do vento em Portugal – Metodologia e Desenvolvimento

94

CADAFAZ Serra Lousã 12 20 600 ENERNOVA Enercon Operação 2001 12 0 20 0

MALHADAS-GOIS Serra Lousã 9.9 15 660 RES Vestas V47 Operação 2001 9.9 0 15 0

S. CRISTÓVÃO S. Montemuro 3.3 2 1650 GRUPO ENERSIS Vestas Operação 2001 3.3 0 2 0

ARCHEIRA Região Oeste 0.6 1 600 NOROESTE Enercon Operação 2001 0.6 0 1 0

BISORNE SMarão Meadas 7 4 1750 GRUPO ENERSIS Vestas Operação 2002 7 7 4 4

IGREJA NOVA II Mafra 3.9 3 1300 GRUPO ENERSIS Nordex Operação 2002 3.9 3.9 3 3

JARMELEIRA Mafra 0.85 1 850 GRUPO ENERSIS Vestas Operação 2002 0.85 0.85 1 1

CABRIL S. Montemuro C.Aire Cinfaes 16.2 9 1800 EOLENERG-SIIF Portugal Enercon Operação 2002 16.2 16.2 9 9

FAIAL Ilha do Faial 1.8 6 300 EDA Enercon E30 Operação 2002 1.8 1.8 6 6

FLORES Flores Island 0.6 2 300 EDA Enercon E30 Operação 2002 0.6 0.6 2 2

S.JORGE II Ilha de S. Jorge 0.6 2 300 EDA Enercon E30 Operação 2002 0.6 0.6 2 2

GRACIOSA II Ilha Graciosa 0.6 2 300 EDA Enercon E30 Operação 2002 0.6 0.6 2 2

STA.MARIA II Ilha de S.ta Maria 0.9 3 300 EDA Enercon E30 Operação 2002 0.9 0.9 3 3

CANIÇAL II Caniçal II (Madeira) 3.3 5 660 EM_Aream Vestas Operação 2002 3.3 3.3 5 5

PORTO SANTO II Porto Santo 0.66 1 660 EM Vestas Operação 2002 0.66 0.66 1 1

PINHEIRO S. Montemuro-C.Aire/Cinfaes 21.6 16 1800 EOLENERG–SIIF Portugal Enercon Operação 2002 21.6 21.6 16 16

BOIEIROS II V.F. Xira 0.6 1 600 ENERWATT Enercon Operação 2002 0.6 0.6 1 1

CABEÇO da VACA Serra da Cabreira 1.2 2 600 Enercon Operação 2002 1.2 1.2 2 2

ALVÃO Serra de Alvão 10.8 6 1800 Enercon E66-1.8 Operação 2002 10.8 10.8 6 6

MAÇÃO III Serra Mação 4.5 5 900 ENERVENTO NEG-MICON Fase Inst. 2003 0 0 0 0

S.AMARELA Serra Amarela 47 0 0 GRUPO ENERSIS na Fase Inst. 2003 0 0 0 0

FREITA Serra Freita 12.2 0 0 GRUPO ENERSIS na Fase proj. 2003 0 0 0 0

CABREIRA Serra da Cabreira(Vieira Minho) 20 0 0 EOLENERG-SIIF Portugal na Fase proj. 2003 0 0 0 0

ARADA I Serra Arada (S.pedro Sul) 10 0 0 EOLICA CENTRO–SIIF Portugal na Fase proj. 2003 0 0 0 0

VERGÃO Serra Vergão 10 0 0 Generg Nordex Fase proj. 2003 0 0 0 0

ARADA II Serra AradaII(S.pedro Sul) 10 0 0 EOLICA CENTRO–SIIF Portugal na Fase proj. 2003 0 0 0 0

PICO Pico Island 0 0 0 EDA na Fase proj. 2003 0 0 0 0

CORVO Corvo Island 0 0 0 EDA na Fase proj. 2003 0 0 0 0