Profa. Eliane Fadigas Prof. Alberto Bianchi

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Giovanni Borja Espírito Santo
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1 PEA 2200 Energia, Meio Ambiente e Sustentabilidade Energia Eólica Profa. Eliane Fadigas Prof. Alberto Bianchi slide 1 / 30

2 Potencial energético do vento Energia Cinética: ocasionada pelo movimento de massas de ar E = 1 2 m v 2 joules E = seg 1 2 m seg v 2 Fluxo de massa. m = m / seg Potência disponível no vento E seg = P Joules/seg= Watts Massa = kg V = metros / s P = 1 2. m v 2 slide 2 / 30

3 ρ = m V Potência eólica volume Anel circular Área, A=100m 2 Massa específica do ar = kg/m 3. m V = ρ = seg A = área C ρ seg A C = distância percorrida (m) Ar Velocidade V= 10m/s C/seg = v = velocidade de escoamento do ar. m = ρav P = 1 2. m v 2 Comprimento = 10m slide 3 / 30

4 Potência eólica P 1 ρ Av 2 = 3 Watts P A Densidade de Potência = 1 ρ v 2 3 Watts/m 2 A = D= diâmetro do rotor π 4 D 2 A= 2/3 ( largura máxima do rotor até o centro ) (altura do rotor) slide 4 / 30

5 Potência por unidade de área = Densidade de potência Watts/m 2 1 P = ρ A v 2 3 (Watts) 3 (Watts/m2) ρ P A 1 = ρ V 2 = 1,2256 kg/m3 V = 8m/s P = 314W / m2 V = 16 m/s P= 2509 W / m2 8 vezes mais potência 314Watts = 5 lâmpadas de 60 Watts Curva da potência do vento em função da velocidade slide 5 / 30

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7 Curva de potência de uma turbina eólica A potência elétrica gerada é: P e = 1 3 ρ A v η 2 Na prática, a potência Pe fornecida por uma turbina eólica em função da velocidade do vento é determinada pela curva de potência da turbina A curva de potência ilustra três importantes velocidades características: Ve Velocidade a partir da qual a turbina começa produzir energia Vn Velocidade do vento em que a turbina atinge a sua potência nominal Vc velocidade do vento a partir da qual a turbina é desligada para evitar problemas estruturais slide 7 / 30

Detalhes de um aerogerador de eixo horizontal Pás de rotor Caixa de multiplicação Freio do rotor Caixa de interruptores elétricos e de controle Gerador Eixo do rotor com mecanismo de controle do

8 Detalhes de um aerogerador de eixo horizontal Pás de rotor Caixa de multiplicação Freio do rotor Caixa de interruptores elétricos e de controle Gerador Eixo do rotor com mecanismo de controle do ângulo das pás Sistema de orientação Torre Conexão à rede Seção de uma turbina eólica típica conectada à rede. Pára-raios Anemômetrodireção Tomada de ar Sistema de freio Dissipador Cobertura G. de serviço Eixo principal Acoplamento do Eixo principal Carenagem Sistema de refrigeração Luminária Painel de controle Gerador Acoplamento Multiplicador Mancal Motor de orientação slide 8 / 30

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a A té 8 0 k W D e 8 1 a 5 0 0 kw > 5 0 0 kw Pequeno

10 Classificação dos Aerogeradores T a m a n h o P e q u e n o M é d io G ra n d e P o tê n c ia In s ta la d a A té 8 0 k W D e 8 1 a kw > kw Pequeno porte 10 kw 3 kw 50 kw Grande porte 400 W slide 10 / 30

11 Aplicações Alimentação de cargas isoladas Centrais de grande porte conectadas á rede instaladas em terra Centrais de grande porte conectadas à rede instaladas no mar 10 kw 50 kw 3 kw 400 W slide 11 / 30

12 Características da tecnologia eólica Tecnologia altamente sofisticada Grandes desenvolvimentos na área de controle, aerodinâmica e materiais Alto crescimento no tamanho das pás e potência da turbina Materiais mais resistentes e menos ruidosos Aplicações em terra e no mar Significativa redução nos custos com políticas de incentivo Mais de oito fábricas instaladas no Brasil nos últimos 04 anos slide 12 / 30

13 Distribuição da velocidade do vento com a altura Lei da potência CAMADA LIMITE V - velocidade na altura desejada Vo - velocidade na altura conhecida H - altura desejada Ho - altura conhecida n - fator de rugosidade do terreno ( ) V = V H / H o o n Descrição do terreno n Terreno sem vegetação 0,10 Terreno gramado 0,12 Terreno cultivado 0,19 Terreno com poucas árvores 0,23 Terreno com : muitas árvores, cerca 0,26 viva ou poucas edificações Florestas 0,28 Zonas urbanas sem edificações altas 0,32 slide 13 / 30

14 Velocidade Média Anual Atlas do Potencial Eólico Brasileiro Fonte: Dutra, 2001 slide 14 / 30

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16 k v fri( v) = c c v exp c k 1 k Ex: Distribuição de Weibull EP( ano) = fr i P i t Potência nominal slide 16 / 30

17 Variações na velocidade do vento Velocidade do vento Frequencia de ocorrencia Potencia do aerogerador F(v).P(v) (m/s) (%) (KW) 1 0, ,0 2 1, ,0 3 4, ,7 4 7, ,0 5 10, ,3 6 12, ,9 7 13, ,5 8 13, ,6 9 11, ,4 10 8, ,9 11 6, ,7 12 3, ,1 13 2, ,5 14 1, ,3 15 0, ,1 16 0, ,3 17 0, ,5 18 0, ,1 19 0, ,9 20 0, ,5 21 0, ,0 22 0, ,0 23 0, ,1 24 0, ,0 25 0, ,0 Total 694,6 EP( ano) = fr P t EP(ano) = 694,6 x 8760h/ano = 6085 MWh i i slide 17 / 30

18 Fator de capacidade FC = Eg( ano) Pn 8760horas O FC representa um importante critério de decisão de escolha da viabilidade técnica e econômica da usina. É um indicador da produção energética e conseqüentemente do potencial de instalação de turbinas eólicas em um local. Diferentes locais (estações) usando o mesmo modelo de turbina apresenta diferentes fatores de capacidade, função da velocidade média dos ventos. Valores típicos para locais que possuem um bom regime de vento: 35%< FC < 45% slide 18 / 30

19 ENERGIA GERADA PELO PARQUE Produção de energia bruta: considera apenas as perdas por interferência das esteiras entre rotores das turbinas. D = Diâmetro do rotor (m) 5 D 10 D Produção líquida : Devem ser incluídas : Perdas elétricas: circuito interno + transmissão até o ponto de entrega Consumo próprio Perdas por indisponibilidade do sistema elétrico e dos aerogeradores (indisponibilidade forçada e programada) Avaliação do efeito esteira provocado por turbinas eólicas adjacentes Norma IEC Convém salientar que no caso de um espaçamento entre turbinas inferior a 3 diâmetros, o projeto deve ser melhor avaliado de acordo com a norma.. slide 19 / 30

20 Energia anual gerada por uma turbina EG( ano) = Pn FC FD 8760 / ano Energia anual gerada por uma central eólica EG ( ano) central EG n nt = número de turbinas Energia gerada por cada turbina EG( ano) central = nt 1 EG( ano) n Perdas na central (1 perdas) slide 20 / 30

21 Localização dos Parques Eólicos 351,9 MW 916,0 MW 2.379,1 MW 3.917,4 MW 69,0 MW 34,5 MW 536,3 MW 3.337,8 MW 28,1 MW 2.005,0 MW 2,5 MW 236,4 MW Fonte: 21 slide 21 / 30

22 Capacidade Eólica Acumulada (MW) , , , , , , , , , , , , , , ,0 27,1 235,4 245,6 323,4 606,2 931, ,5 0, Fonte: ABEEólica Nova (MW) Acumulada (MW) 22 slide 22 / 30

23 Fonte: GWEC Ranking Mundial 2013 (GW) 1 China 91,42 2 EUA 61,09 3 Alemanha 34,25 4 Espanha 22,96 5 Índia 20,15 6 Reino Unido 10,53 7 Itália 8,55 8 França 8,25 9 Canadá 7,80 10 Dinamarca 4,77 11 Portugal 4,72 12 Suécia 4,47 13 Brasil 3,46 14 Polônia 3,39 15 Austrália 3,24 16 Turquia 2,96 17 Holanda 2,69 18 Japão 2,66 19 Romênia 2,60 20 Irlanda 2, º Colocado 2,5 GW º Colocado 3,4 GW º Colocado Perspectiva 23 slide 23 / 30

24 Rio do Fogo RGN 49,6 MW Algumas centrais em operação Millenium Paraíba 10,4 MW Osório Rio Grande do Sul -150 MW slide 24 / 30

25 Parque Eólico de Taíba - Suzlon slide 25 / 30

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