Influence of rainfall on wind power generation in Northeast Brazil

Authors

DOI:

https://doi.org/10.5327/Z21769478769

Keywords:

extreme events; energy planning; wind power factor; RClimdex.

Abstract

Wind power has been emerging as one of the main renewable energy sources in Northeast Brazil, which concentrates 87% of the country’s installed wind capacity, especially in recent years, due to water scarcity and its seasonal energy complementarity to hydraulic generation. The objective of this article is to present a method to evaluate the influence of rainfall on the behavior of wind power generation, considering rainfall anomaly index and extreme climatic indices of precipitation. We utilized daily rainfall data from cities located near wind farms CE1 and CE2 in the state of Ceará - Aracati, in the 1974-2016 period, and Trairi, in the 1976-2016 period —, as well as daily wind power generation data for the same period, provided by the Electric System National Operator (ONS). The RClimdex software was used to calculate 11 indices of climatic extremes dependent on rainfall. The capacity factor for wind power generation was calculated for the period from 2011 to 2016 for the CE1 and CE2 wind farms. The application of this method found an inversely proportional relation between rainfall anomaly index (RAI) and the wind power capacity factor, with a decrease in total rainfall and a greater number of consecutive dry days and concentrated rain in the short term. From 2012 to 2016, the rainfall anomaly index was negative. However, wind power factors were higher than in 2011. The developed methodology can be applied to other wind farms, contributing to the medium and long term energy planning of the National Interconnected System.

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References

Araújo, L.E.; Moraes Neto, J.M.; Sousa, F.A.S., 2009. Análise Climática da Bacia do rio Paraíba – índice de Anomalia de Chuva (IAC). Revista de Engenharia Ambiental, v. 6, (3), 508-523.

Assis, J.M.O.; Souza, W.M.; Sobral, M.C., 2015. Análise climática da precipitação no submédio da bacia do rio São Francisco com base no índice de anomalia de chuva. Revista Brasileira de Ciências Ambientais, (36), 115-127. https://doi.org/10.5327/Z2176-947820151012.

Barros, A.M.L.; Machado, C.O.; Camargo, H.J.; Nascimento, P., 2017. Wind Power Forecasting Performed by Operador Nacional do Sistema Elétrico – ONS. In: 16th International Wind Integration Workshop. Berlin, Germany.

Brasil. Agência Nacional de Águas (ANA). Hidroweb rainfall data (Accessed April 16, 2016) at: http://hidroweb.ana.gov.br/.

Brasil. Ministério de Minas e Energia (MME). Empresa de Pesquisa Energética (EPE). Plano decenal de expansão de energia 2008/2017. 2009. EPE, Rio de Janeiro.

Brasil. Ministério do Meio Ambiente. Secretaria de Biodiversidade e Florestas. Diretoria de Conservação da Biodiversidade. 2007. Relatório 5. Mudanças Climáticas Globais e Efeitos sobre a Biodiversidade - Subprojeto: Caracterização do clima atual e definição das alterações climáticas para o território brasileiro ao longo do século XXI. Ministério do Meio Ambiente, Brasília.

Carvalho, A.T.F., 2020. Caracterização climática da quadra chuvosa em Apodi, semiárido brasileiro, nos anos de 2013 a 2017. Revista Geografia em Atos, v. 2, (17), 4-23. https://doi.org/10.35416/geoatos.v2i17.7116.

Coelho, C.A.S.; Cardoso, D.H.F.; Firpo, M.A.F., 2016. Precipitation diagnostics of an exceptionally dry event in São Paulo, Brazil. Theoretical and Applied Climatology, v. 125, (3-4), 769-784. https://doi.org/10.1007/s00704-015-1540-9.

Custódio, R.S., 2009. Energia Eólica para produção de Energia Elétrica. Eletrobras, Rio de Janeiro.

Espinoza, J.C.; Marengo, J.A.; Ronchail, J.; Carpio, J.M.; Flores, L.N.; Guyot, J.L., 2014. The extreme 2014 flood in south-western Amazon basin: the role of tropicalsubtropical South Atlantic SST gradient. Environmental Research Letters, v. 9, (12), 1-9. https://doi.org/10.1088/1748-9326/9/12/124007.

Espinoza, J.C.; Ronchail, J.; Frappart, F.; Lavado, W.; Santini, W.; Guyot, J.L., 2013. The major floods in the Amazonas river and tributaries (Western Amazon basin) during the 1970–2012 period: a focus on the 2012 flood. Journal of Hydrometeorology, v. 14, (3), 1000-1008. https://doi.org/10.1175/JHM-D-12-0100.1.

Ferreira, A.G.; Mello, N.G.S., 2005. Principais Sistemas Atmosféricos Atuantes sobre a Região Nordeste do Brasil e a sua Influência dos Oceanos Pacífico e Atlântico no Clima da Região. Revista Brasileira de Climatologia, v. 1, (1), 2005.

Ferreira, P.S.; Gomes, V.P.; Galvíncio, J.D.; Santos, A. M.; Souza, W.M., 2017. Avaliação da tendência espaço-temporal da precipitação pluviométrica em uma região semiárida do estado de Pernambuco. Revista Brasileira de Climatologia, v. 21, 113-134. https://doi.org/10.5380/abclima.v21i0.45895.

Figueiredo Filho, D.B.; Silva Júnior, J.A., 2009. Desvendando os Mistérios do Coeficiente de Correlação de Pearson (r). Revista Política Hoje, v. 18, (1).

Freitas, M.A.S., 2005. Um Sistema de Suporte à Decisão para o Monitoramento de Secas Meteorológicas em Regiões Semi Áridas. Revista Tecnologia, suppl., p. 84-95.

Global Wind Energy Council (GWEC). 2010. Global Wind Report: Annual market Update (Accessed June 12, 2015) at: http://gwec.net/wp-content/uploads/2012/06/GWEC_annual_market_update_2010_-_2nd_edition_April_2011.pdf.

Global Wind Energy Council (GWEC). 2016. Global Wind Report (Accessed May 20, 2016) at: http://www.gwec.net/wp-content/uploads/vip/GWEC_PRstats2016_EN_WEB.pdf.

Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). 2011. Cartas e mapas (Accessed Sept 5, 2020) at: https://geoftp.ibge.gov.br/cartas_e_mapas/

Karl, T.R.; Nicholls, N.; Ghazi, A., 1999. CLIVAR/GCOS/WMO workshop on indices and indicators for climate extremes: workshop summary. Climatic Change, 42, 3-7.

Koch, H.; Silva, A.N.C.; Azevedo, J.R.G.; Souza, W.M.; Köppel, J.; Souza Junior, C.B.; Barros, A.M.L.; Hattermann, F., 2018. Integrated hydro- and wind power generation: a game changer towards environmental flow in the Sub-middle and Lower São Francisco River Basin? Regional Environmental Change, v. 1, 1927-1942. https://doi.org/10.1007/s10113-018-1301-2.

Lewis, S.L.; Brando, P.M.; Phillips, O.L.; Van Der Heijden, G.M.; Nepstad, D., 2011. The 2010 Amazon Drought. Science, v. 331, (6017), 554. https://doi.org/10.1126/science.1200807.

Luz, C.; Vasconcelos, E.; Bilotta, P.; Carvalho Filho, M.A., 2020. Avaliação dos impactos ambientais em parques eólicos offshore e onshore utilizando a matriz de leopold. Revista Brasileira de Ciências Ambientais (Online), 55, (2), 206-225. https://doi.org/10.5327/Z2176-947820200644.

Lyra, M.J.A.; Cavalcante, L.C.V.; Levit, V.; Fedorova, N., 2019. Ligação Entre Extremidade Frontal e Zona de Convergência Intertropical Sobre a Região Nordeste do Brasil. Anuário do Instituto de Geociências, v. 42, (1), 413-424. https://doi.org/10.11137/2019_1_413_424.

Marengo, J.A., 2007. Mudanças climáticas globais e seus efeitos sobre a biodiversidade: caracterização do clima atual e definição das alterações climáticas para o território brasileiro ao longo do século XXI. 2. ed. Ministério do Meio Ambiente, Brasília, v. 1.

Marengo, J.A., 2008. Água e mudanças climáticas. Estudos Avançados, v. 22, (63), 83-96. https://doi.org/10.1590/S0103-40142008000200006.

Marengo, J.A.; Cunha, A.P.; Alves, L.M., 2016. A seca de 2012-15 no semiárido do Nordeste do Brasil no contexto histórico (Accessed September 4, 2020) at: https://www.researchgate.net/publication/311058940_A_seca_de_2012-15_no_semiarido_do_Nordeste_do_Brasil_no_contexto_historico.

Marengo, J.A.; Tomasella, J.; Soares, W.R.; Alves, L.M.; Nobre, C.A., 2012. Extreme climatic events in the Amazon basin climatological and hydrological context of recent floods. Theoretical and Applied Climatology, v. 107, (1-2), 73-85. https://doi.org/10.1007/s00704-011-0465-1.

Moncunill, D.F., 2006. The rainfall trend over Ceará and its implications. In: 8ª Conferência Internacional de Meteorologia e Oceanografia do Hemisfério Sul. Foz do Iguaçu, 315-323.

Munichre. 2017. Münchener Rückversicherungs-Gesellschaft. Natural catastrophes 2016 - Analysis, assessments, positions. Munichre, München, 80 pp.

Oliveira, J.L.; Costa, A.A., 2011. Estudo da variabilidade do vento em escala sazonal sobre o Nordeste brasileiro utilizando o RAMS: os casos de 1973–1974 e 1982–1983. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 26, (1), 95-108. https://doi.org/10.1590/S0102-77862011000100006.

Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS). 2020. Plano da Operação Energética 2020/2024 - PEN 2020. DPL-REL-0195-2020_PEN. Condições de Atendimento. v. 1 (Accessed on July 31, 2020) at: https://sintegre.ons.org.br/sites/8/43/76/paginas/servicos/produtos.aspx.

Pereira, M.L.T.; Soares, M.P.A.; Silva, E.A.; Montenegro, A.A.A.; Souza, W.M., 2017. Variabilidade climática no Agreste de Pernambuco e os desastres decorrentes dos extremos climáticos. Journal of Environmental Analysis and Progress, v. 2, (4), 394-402. https://doi.org/10.24221/jeap.2.4.2017.1452.394-402.

RCLIMDEX 1.0. 2004. Manual Del Usuario (Accessed June 12, 2015) at: http://etccdi.pacificclimate.org/software.shtml.

Reeves, B.A.; Beck, F., 2003. Wind Energy for Electric Power - Technical Report for Renewable Energy Policy Project.

Ribeiro, F.; Ferreira, P.; Araújo, M.; Braga, A.C., 2014. Public opinion on renewable energy technologies in Portugal. Energy, v. 69, 39-50. https://doi.org/10.1016/j.energy.2013.10.074.

Rodrigues, L.O.; Souza, W.M.; Costa, V.S.O.; Pereira, M.L.T., 2017. Influência dos eventos de El Niño e La Niña no regime de precipitação do Agreste de Pernambuco. Revista Brasileira de Geografia Física, v. 10, (6), 1995-2009. https://doi.org/10.26848/rbgf.v10.6.p1995-2009.

Santos, C.A.C.; Brito, J.I.B.; Rao, T.V.R.; Menezes, H.E.A., 2009. Tendências dos índices de precipitação no estado do Ceará. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 24, (1), 39-47. https://doi.org/10.1590/S0102-77862009000100004.

Sillmann, J.; Kharin, V.V.; Zhang, X.; Zwiers, F.W.; Bronaugh, D., 2013a. Climate extremes indices in the CMIP5 multi-model ensemble. Part 1: Model evaluation in the present climate. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, v. 118, (4), 1716-1733. https://doi.org/10.1002/jgrd.50203.

Sillmann, J.; Kharin, V.V.; Zwiers, F.W.; Zhang, X.; Bronaugh, D., 2013b. Climate extremes indices in the CMIP5 multi-model ensemble. Part 2: Future climate projections. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, v. 118, (6), 2473-2493. https://doi.org/10.1002/jgrd.50188.

Souza, A.D., 2010. Avaliação da Energia Eólica para o Desenvolvimento Sustentável das Mudanças Climáticas no Nordeste do Brasil. Dissertation, Centro de Tecnologia e Geociências, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal de Pernambuco, Recife.

Souza, W.M.; Azevedo, P.V.; Assis, J.M.O.; Sobral, M.C.M., 2014. Áreas de risco mais vulneráveis aos desastres decorrentes das chuvas em Recife-PE. Revista Brasileira de Ciências Ambientais, (34), 79-94.

Tucci, C.E.M., 2004. Hidrologia: Ciência e Aplicação. 3ª ed. Editora da UFRGS/ABRH, Porto Alegre, 943 pp.

Van-Rooy, M.P., 1965. A Rainfall Anomaly Index Independent of Time and Space. Notes, v. 14, 43-48.

Varejão-Silva, M.A., 2006. Meteorologia e Climatologia. Recife, 463 pp (Accessed May 13, 2017) at: https://icat.ufal.br/laboratorio/clima/data/uploads/pdf/METEOROLOGIA_E_CLIMATOLOGIA_VD2_Mar_2006.pdf.

Wang, B.; Wang, Q.; Wei, Y.-M.; Li, Z.-P., 2018. Role of renewable energy in China’s energy security and climate change mitigation: An index decomposition analysis. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 90, 187-194. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.03.012.

Zack, J.W.; Shiu, V.D.H.; Chen, S.H.; Chen, C.Y.; MacDonald, C., 2016. Impact of Targeted Measurements and Next-Generations Prediction Techniques on Short-Term Wind Ramps Forecasting in the Tehachapi Wind Resource Area. 15th Wind Integration Workshop, Vienna, Austria.

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Published

2021-06-23

How to Cite

Barros, A. M. de L., Sobral, M. do C. M., Assis, J. M. O. de, & Souza, W. M. de. (2021). Influence of rainfall on wind power generation in Northeast Brazil. Revista Brasileira De Ciências Ambientais (RBCIAMB), 56(2), 346–364. https://doi.org/10.5327/Z21769478769

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