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http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/41588
Title: | Variabilidade sazonal e interanual dos ventos sobre o atlântico tropical sul e o potencial para energia eólica offshore na região Nordeste do Brasil |
Other Titles: | Seasonal and interannual variability of winds over the South Tropical Atlantic and the potential for offshore wind energy in the Northeast region of Brazil |
???metadata.dc.creator???: | FREITAS, Ismael Guidson Farias de. |
???metadata.dc.contributor.advisor1???: | GOMES, Helber Barros. |
???metadata.dc.contributor.advisor-co1???: | Mendez, MALAQUIAS PEÑA. |
???metadata.dc.contributor.referee1???: | SILVA, Madson Tavares. |
???metadata.dc.contributor.referee2???: | BRITO, José Ivaldo Barbosa de. |
???metadata.dc.contributor.referee3???: | HERDIES, Dirceu Luis. |
???metadata.dc.contributor.referee4???: | SILVA, Cláudio Moisés Santos e. |
Keywords: | Variabilidade offshore;Reanálise;Energia eólica offshore;CMEMS;Offshore variability;Offshore wind energy;Reanalysis |
Issue Date: | 30-Sep-2024 |
Publisher: | Universidade Federal de Campina Grande |
Citation: | FREITAS, Ismael Guidson Farias de. Variabilidade sazonal e interanual dos ventos sobre o atlântico tropical sul e o potencial para energia eólica offshore na região Nordeste do Brasil. 2025. 108 f. Dissertação (Mestrado em Meteorologia) Programa de Pós–Graduação em Meteorologia, Centro de Tecnologia e Recursos Naturais, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2025. |
???metadata.dc.description.resumo???: | O objetivo geral deste trabalho foi avaliar as variabilidades sazonal e interanual do vento sobre o oceano Atlântico Tropical Sul (ATS) e o potencial de energia eólica offshore na região costeira do Nordeste do Brasil (NEB) entre 1988-2018, além de investigar como essas variabilidades afetam a geração de energia. Também foi avaliada a qualidade de possíveis dados de referência de velocidade do vento e altura significativa das ondas para auxiliar nos projetos de implementação de parques eólicos offshore. Diante dos recursos eólicos existentes no NEB, as análises das variabilidades e da qualidade dos conjuntos de dados de referência tornam-se importantes, uma vez que podem oferecer informações valiosas para os tomadores de decisão durante a elaboração dos projetos de energia eólica offshore. Foram utilizados dados das reanálises Copernicus Marine Service (CMEMS) para avaliar a variação sazonal e interanual do vento e estimar o potencial eólico offshore, além de dados de 3 boias meteoceanográficas para validar os dados do CMEMS. Para analisar os efeitos da variabilidade sazonal e interanual, foi realizada a espacialização da velocidade média, empregando técnicas de bloxplot. Também foi investigada a relação entre a velocidade do vento e eventos El Niño-Oscilação Sul (ENOS), além de verificar análises de tendências dos ventos através do teste de Mann-Kendall. Para as estimativas de recursos, foram calculadas a densidade e capacidade de produção de energia eólica offshore, além da identificação de áreas aproveitáveis e do impacto de ENOS na geração de energia de um parque eólico offshore em fase de licenciamento ambiental. Os resultados do controle de qualidade dos dados do CMEMS para velocidade do vento e altura significativa das ondas mostraram correlações acima de 0.80 para velocidade do vento, com destaque para Porto Seguro, e acima de 0.91 para altura significativa das ondas, com destaque para Recife. Além disso, os valores de RMSE apresentaram máximos de 1.37 m/s e 0.16 cm para altura significativa das ondas. As análises de variabilidade mostraram que a velocidade do vento estimada a 100 m de altura no ATS apresenta alta variabilidade sazonal e mensal, com maiores velocidades nos períodos de JJA e SON, especialmente em áreas costeiras. Ao verificar os eventos de La Niña e El Niño, as anomalías de vento variaram entre -5 m/s e 5 m/s. Nas análises de boxplot, foi observado que existe uma alta variabilidade do vento, principalmente na costa norte do Nordeste, enquanto em áreas mais ao leste as velocidades são mais estáveis. Nas análises de tendência, foram observadas variações estatisticamente significativas (p < 0.0001), principalmente nos trimestres DJF, JJA e SON. Na identificação de áreas aproveitáveis para geração, aproximadamente 71% da área total apresentou densidade de energia entre 400 e 700 w/m², sendo classificada como “Muito Bom”. Na análise de caso para um parque eólico offshore, a densidade de energia calculada apresentou valores coerentes com outros estudos, estimando-se 420 W/m² e 497 W/m² pela reanálise e boia, respectivamente. Ao verificar o impacto de ENOS na geração, observou-se uma redução de até 50% durante a La Niña e um aumento de 48 % durante o El Niño. Diante dos resultados, foi possível notar que as reanálises podem ser aplicáveis em estudos voltados para potencial eólico offshore, além disso a análise das revelou uma variabilidade sazonal e mensal significativa na velocidade do vento ao longo da costa leste do Nordeste, com um potencial elevado entre junho a outubro. O El Niño tende a aumentar a velocidade do vento, enquanto La Niña a reduz. Houve também uma tendência significativa de aumento nas velocidades do vento entre 1992 e 2020, sugerindo influências das mudanças climáticas. O estudo enfatiza a importância de integrar essas variações no planejamento e operação dos parques eólicos offshore. |
Abstract: | The general objective of this work was to assess the seasonal and interannual variability of wind over the South Tropical Atlantic Ocean (ATS) and the offshore wind energy potential along the coastal region of Northeast Brazil (NEB) from 1988 to 2018, as well as to investigate how these variabilities affect energy generation. The quality of potential reference data for wind speed and significant wave height was also evaluated to assist in the implementation of offshore wind farms. Given the existing wind resources in NEB, analyzing variabilities and the quality of reference datasets is crucial, as it can provide valuable information for decision-makers during the planning of offshore wind energy projects. Data from the Copernicus Marine Service (CMEMS) reanalysis were used to assess the seasonal and interannual wind variation and estimate offshore wind potential, along with data from three metocean buoys to validate the CMEMS data. To analyze the effects of seasonal and interannual variability, the spatial distribution of average wind speed was performed using boxplot techniques. The relationship between wind speed and El Niño-Southern Oscillation (ENSO) events was also investigated, along with wind trend analyses using the Mann-Kendall test. For resource estimates, the density and capacity of offshore wind energy production were calculated, in addition to identifying exploitable areas and the impact of ENSO on the energy generation of an offshore wind farm undergoing environmental licensing. The quality control results for CMEMS data on wind speed and significant wave height showed correlations above 0.80 for wind speed, particularly in Porto Seguro, and above 0.91 for significant wave height, especially in Recife. Additionally, RMSE values reached a maximum of 1.37 m/s for wind speed and 0.16 cm for significant wave height. Variability analyses showed that the wind speed estimated at 100 m height in the ATS presents high seasonal and monthly variability, with higher speeds during JJA and SON, especially in coastal areas. During La Niña and El Niño events, wind anomalies ranged between -5 m/s and 5 m/s. Boxplot analyses revealed high wind variability, particularly along the northern coast of Northeast Brazil, while more eastern areas exhibited more stable speeds. Trend analyses showed statistically significant variations (p < 0.0001), mainly in the DJF, JJA, and SON quarters. In identifying exploitable areas for generation, approximately 71% of the total area had an energy density between 400 and 700 W/m², classified as "Very Good." In a case study for an offshore wind farm, the calculated energy density showed consistent values with other studies, estimating 420 W/m² and 497 W/m² from reanalysis and buoy data, respectively. The impact of ENSO on generation revealed a reduction of up to 50% during La Niña and an increase of 48% during El Niño. The results indicate that reanalysis data can be applicable in studies focused on offshore wind potential. Moreover, the analysis revealed significant seasonal and monthly variability in wind speed along the northeast coast of Brazil, with high potential from June to October. El Niño tends to increase wind speed, while La Niña reduces it. There was also a significant trend of increasing wind speeds between 1992 and 2020, suggesting the influence of climate change. The study emphasizes the importance of integrating these variations into the planning and operation of offshore wind farms. |
Keywords: | Variabilidade offshore Reanálise Energia eólica offshore CMEMS Offshore variability Offshore wind energy Reanalysis |
???metadata.dc.subject.cnpq???: | Meteorologia |
URI: | http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/41588 |
Appears in Collections: | Doutorado em Meteorologia. |
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