A numerical methodology for assessing the hydrokinetic energy potential in natural channels

Abstract

Neste trabalho, é apresentada uma metodologia numérica para avaliação do potencial hidrocinético em canais naturais. A metodologia é validada usando um canal de benchmark sinuoso cujos dados são disponíveis na literatura. O canal de benchmark é modelado e simulado empregando métodos de simulação numérica de escoamentos turbulentos considerando. Os resultados de referência são comparados com resultados gerados por três modelos de turbulência diferentes: o modelo k − ε padrão, um modelo k − ε modificado e um RSM. O RSM forneceu resultados mais consistentes com os da literatura. Este desenvolvimento comprova a metodologia proposta capaz de reproduzir o escoamento no canal benchmark. Portanto, a mesma metodologia pode ser empregada para simular o escoamento em um canal natural, juntamente com o modelo de turbulência provado como o mais consistente e proficiente na replicação do escoamento no canal benchmark. Como modelo geométrico para esta fase da pesquisa, são utilizados os dados batimétricos do canal à jusante da usina hidrelétrica da Sefac. Para avaliar o potencial hidrocinético disponível neste canal, são procuradas áreas com alta velocidade e profundidade. Um total de cinco áreas encontram-se em conformidade com esses requisitos. Destas cinco, três são encontradas para conter os maiores valores de velocidade (≈ 1 m/s) e profundidade (≈ 1.5 m). Essas áreas também foram estudadas quanto aos seus níveis de turbulência, para prolongar a vida útil das turbinas, analisando a ocorrência de correntes secundárias e perfis de intensidade de turbulência. Os níveis de turbulência, embora muito baixos em valores absolutos, são os mais altos próximos ao leito do canal, onde nenhuma turbina seria instalada, enquanto as correntes secundárias não foram observadas. Na contemplação de avaliar o potencial hidrocinético produzido anualmente por essas três áreas, foram simulados cenários de vazão adicionais, representando as vazões com ocorrências mais frequentes em um dado ano. Posteriormente, foram estudadas as velocidades nas três áreas previamente selecionadas para encontrar locais potenciais específicos para instalação de turbinas hidrocinéticas. No final, os três trechos têm potencial para instalação de um total de 24 turbinas, capazes de gerar ≈ 71 MW h no ano de 2018.