A tecnologia LIDAR (Light Detection and Ranging) realiza a medição remota dos ventos por lasers que trabalham na banda do infravermelho. Tais equipamentos medem com precisão a velocidade e direção dos ventos na altura das turbinas eólicas. LIDARs de efeito Doppler estimam a velocidade do vento através da mudança de frequência do laser refletido por partículas e aerossóis transportados no ar (Figura 1). Sistemas de emissão contínua fornecem medições de alta qualidade nos intervalos de alturas estudados para geração de energia eólica.
Figura 1) Esquema genérico de um sistema LIDAR. Fonte: Pitter et al. (2013), adaptado por Pires (2016).
Perfilador de ventos Zephir ZP300 Offshore
O perfilador da empresa Zephir, modelo ZP300 Offshore, emprega a tecnologia LIDAR com emissão de laser contínuo (Figura 2). O equipamento realiza medições em 10 níveis de altura entre 10 e 300 metros. Em cada uma destas alturas a velocidade e direção do vento é estimada pela varredura cônica (VAD – Velocity Azimuth Display) do laser (Figura 3). O padrão de varredura VAD consiste na emissão do feixe de laser a um ângulo constante de elevação (θ) com ângulo azimutal variável (φ).
A varredura é geralmente garantida pela rotação de um prisma defletor interno, conforme ilustrado no detalhe da Figura 3. Cada ângulo azimutal se relaciona a uma medida específica de intensidade do vento na direção do feixe de laser. Um total de 50 medições consecutivas ao redor de uma circunferência são necessárias para estimar o vetor velocidade de vento no centro da circunferência traçada pelo laser.
Figura 2) Perfilador Zephir 300 Offshore em uma das campanhas embarcadas. Foto: Felipe Pimenta.
O emissor demora cerca de 1 segundo para completar 360° de varredura azimutal e aproximadamente 17 segundos para completar um perfil completo dos ventos.
Figura 3) Representação da varredura cônica por VAD (Velocity Azimuth Display) utilizada nos perfiladores de vento LIDAR. Fonte: Nassif (2017).
Perfilador LIDAR versus Torre Anemométrica
Medições diretas dos ventos são necessárias para uma caracterização precisa do recurso eólico. Observações oceânicas na altura de turbinas podem ser realizadas através de torres meteorológicas (Figura 4). Tais campanhas, em geral, tornam-se inviáveis devido ao alto custo de instalação e manutenção das torres no oceano. O problema é agravado em países com grande área oceânica, como o Brasil, que demandaria a instalação de um grande número de torres. Nesse sentido, novas formas de medições têm surgido para medição dos ventos sob custos acessíveis. A utilização do perfilador LIDAR para medições de ventos tem crescido devido a sua precisão, portabilidade e preços baixos quando comparada às torres anemométricas (Figura 4).
Figure 4) Desenho comparativo das alturas de geradores eólicos, altura de varredura do perfilador LIDAR e torre anemométrica. Desenho: Allan Silva.
O equipamento também pode igualmente montado sobre plataformas flutuantes, dispensando a instalação de torres em corpos hídricos continenais ou no oceano(Figura 5).
Figure 5) LIDAR montado sobre uma bóia no reservatório de Furnas em Guapé, MG. O flutuante foi desenvolvido pelo Prof. Arcilan Assireu da UNIFEI. Fonte: Nassif (2017).