Recursos Energéticos e Meio Ambiente. Professor Sandro Donnini Mancini. 14- Energia Eólica. Sorocaba, Maio de 2016.

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1 Instituto de Ciência e Tecnologia de Sorocaba Recursos Energéticos e Meio Ambiente Professor Sandro Donnini Mancini 14- Energia Eólica Sorocaba, Maio de ENERGIA EÓLICA Aproveitamento da força de massas de ar em movimento (ventos) para girar turbinas (aerogeradores) e obter energia: Elétrica Mecânica (moinhos, bombeamento de água) Utilizada há milhares de anos 1 a turbina comercial ligada a rede: 1976 (Dinamarca) Junho de 2012: + de 30 mil no mundo e a capacidade instalada é mais de 250 GW 1

2 É um dos tipos de energia cujo aproveitamento mais cresce no mundo. Em 2015 foram adicionados 63 GW, ou seja, um crescimento de 11%. (*) World Wind Energy Association. Portal da Associação. Disponível em Potencial: TWh ao ano ~28 x o consumo de eletricidade mundial Impactos ambientais mínimos: Poluição visual Acidentes com aves Ruídos Interferência eletromagnética (transformação e distribuição) Transporte das pás 2

3 Vantagens Complementaridade com: energia solar (-sol, + vento) energia hidráulica (-chuva, + vento) no Brasil ANEEL, Attlas Nacional de Energia Elétrica. Brasília-DF, Disponível em Tecnologia Substituição de aço e alumínio por compósitos de termofixos com fibras de carbono e/ou vidro; Tamanho médio aumentou (de 100 kw para 1000 kw); Vida útil ~ 20 anos. Tendência: Devolução das pás usadas nas trocas por novas. 1 a Etapa contrato; 2 a Etapa: legislação Custos (caíram desde 1980) Instalação - U$ 1.000/kWh instalado (1981 U$ 2600 / kwh) Operação e Manutenção - U$ 0,006 a 0,01 por kwh gerado Offshore 30-50% mais caras, porém produzem ~30% mais Para instalação: Obtenção de dados sobre velocidade e direção dos ventos Preliminares aeroportos e estações meteorológicas Específicos anemógrafos computadorizados sensores especiais 3

4 Para a construção de uma usina eólica (wind farm), uma área é considerada tecnicamente aproveitável quando a potência instalada possa ser maior que 500W/m 2 a uma altura de 50 m ou seja V vento 7 m/s Isso só ocorre em 13% da superfície da Terra ANEEL, Attlas Nacional de Energia Elétrica. Brasília-DF, Disponível em Dos TWh ao ano de potencial eólico mundial, estimase que somente sejam realmente aproveitáveis (+ de 2 vezes o consumo mundial). O restante, diz respeito a áreas densamente povoadas, industrializadas ou com restrições naturais, como montanhas. Potencial Líquido por grande região do globo: África TWh/ano Austrália TWh/ano América do Norte TWh/ano América Latina TWh/ano Europa Ocidental TWh/ano Europa Oriental e ex-urss TWh/ano Ásia (- ex-urss) TWh/ano Mundo TWh/ano E o mar? Ventos no mar são geralmente 1m/s mais rápidos que na praia. 4

5 Turbinas Desenho aerodinâmico visando a máxima resultante que empurre a pá para cima; Sensor de vento e controle de giro para adaptação; Número pequeno de pás (2 ou 3), para facilitar o escoamento do vento. Para ventos de baixa velocidade, mais pás; Entre turbinas: 5 diâmetros de distância lateral; 10 diâmetros de distância longitudinal. altura, ventos geralmente mais velozes, + energia; Turbinas de até 1 MW, ventos a 50m litoral; Turbinas de mais de 2 MW, ventos a 70m interior; Para sistemas comerciais: elevação de tensão e ligação na rede de transmissão (normalmente tem prioridade); Eficiência máxima de 59%. se fosse 100% não haveria fluxo de ar Potência total do fluxo de ar, por exemplo, em kg/s m& = ρav (i) Energia Cinética E c = 1 2 mv 2 ( ii) Derivando em relação ao tempo (ii): Substituindo (i) em (iii): P = 1 2 mv & 2 (iii) 1 3 P = ρav 2 5

6 Assim a energia eólica obtida é proporcional a v 3. ANEEL, Attlas Nacional de Energia Elétrica. Brasília-DF, Disponível em P = ½ ρ ar. Área. V 3. Cp Onde: P= [W]; ρ ar ~ 1,10 kg/m 3 ; Área = π D 2 /4, [m 2 ]; V = [m/s]; Cp = eficiência do rotor = 0,59 Classificação de Turbinas: < 500 kw pequenas Entre 500kW e kw médias > kw - grandes (*) 6

7 Usinas Eólicas no Mar OFFSHORE A primeira data de aproximadamente 600 MW instalados 16 fazendas com um total de 316 turbinas- todos no Mar do Norte. Aparentemente, a região do Oceano Pacífico, na fronteira EUA/Canadá, também é propícia. Planos da Europa para energia eólica offshore: GW Horns Rev Offshore Wind Farm, Dinamarca, com 160 MW Usinas Offshore na Europa Usina País Partida MW Turbinas Vindeby Dinamarca Lely (Ijsselmeer) Holanda Tunø Knob Dinamarca Dronten (Ijsselmeer) Holanda Gotland (Bockstigen) Suécia Blyth Offshore Reino Unido Middelgrunden Dinamarca Uttgrunden, Kalmar Sound Suécia Yttre Stengrund Suécia Horns Rev Dinamarca Frederikshaven Dinamarca Samsø Dinamarca North Hoyle Reino Unido Nysted Dinamarca Arklow Bank Irlanda Scroby Sands Reino Unido

8 Usinas Offshore na Europa (continuação) Usina País Partida MW Turbinas Kentish Flats Reino Unido Egmond aan Zee Holanda Barrow Reino Unido Lilligrund Suécia Beatrice Reino Unido Burbo Bank Reino Unido Lynn & Inner Dowsing Reino Unido Princess Amalia Holanda Thornton Bank 1 Bélgica Rhyl Flats Reino Unido Total 1.527, Usinas Offshore na Europa (continuação) Offshore-Statistics-2015.pdf 8

9 Usinas Offshore no Mundo World Wind Energy Association. Portal da Associação. Disponível em 9

10 1 Apoio ; 2 Pás; 3 Nacele; 4 Cabos Submarinos 5 Transformador Primário, eleva tensão para mais de 30 kv; 6 Transformador Secundário As usinas em operação atualmente tem profundidade máxima de 45m e estão, no máximo, a 30 km da praia. Na teoria, uma área de 100 km 2 poderia abrigar uma usina de 650 MW. SMALL WIND Turbinas de até 100 kw (*) Para aproveitamento caseiro (raríssimo no Brasil), os requisitos são menores (EUA): Área de m 2 ; Ventos médios de 4m/s; Instalação de turbina de 5 a 15 kw; Torres de 25 a 40m; US$ US$ ; Nos sistemas modernos, não há necessidade de baterias. Nos EUA, a casa recebe energia da distribuidora quando não gera (ventos abaixo de 4m/s) não acionam o sistema gerador. Quando gera eletricidade, a casa deixa de receber eletricidade da distribuidora. Quando gera em excesso essa energia é automaticamente enviada à distribuidora. A conta no final do mês, virá com os créditos e a economia varia de 50-90% em nove meses do ano. Detalhes em 10

11 Potencial Eólico Brasileiro ANEEL, Attlas Nacional de Energia Elétrica. Brasília-DF, Disponível em Fonte: Balanço Energético Nacional Disponível em 11

12 U.F. Usina CE Algumas usinas da Wobben ou com sua Tecnologia - Potência (MW) Partida N o turbinas Altura do eixo do rotor (m) Diâmetro do rotor (m) Taíba* Prainha* Mucuripe* 2, Beberibe** 25, PB Millennium** 10, Vale dos Ventos** PI Pedra do Sal** PR Palmas 2, SC Bom Jardim da Serra 0, Horizonte 4, Água Doce** RN Macau 1, RS * Usinas da Wobben ** PROINFA Rio do Fogo** 49, Osório** Sangradouro** Índios** (*) Algumas Outras Usinas antigas no Brasil: Fernando de Noronha I (PE) - 75 kw Fernando de Noronha II (PE) kw Morro do Camelinho (MG) - 1 MW Olinda (PE) kw Mais Recentes e Maiores: Santa Clara (RN) 188 MW 94 aerogeradores de 2MW cada Rotor de 82 m Partida: 2012 Proprietário: CPFL Santa Vitória do Palmar (RS) 258 MW 128 aerogeradores de 2MW cada Rotor de 97 m, torres de 78m Partida: (*) 12

13 Energia Eólica no Brasil em 2009 Total = 602 MW em 36 usinas 260 MW em construção Produção de GWh Energia Eólica no Brasil em 2011 Total = MW, Produção de 2705 GWh Energia Eólica no Brasil em 2013 ( Total = MW em 94 usinas MW em construção (85 usinas), MW outorgados (203 usinas) Energia Eólica no Brasil em (*) Total = 8,6 GW em 354 usinas 3, 5 GW em construção (148 usinas), G GW outorgados (249 usinas) PROINFA Programa de Incentivo ao Uso de Fontes Alternativas de Energia Elétrica Criado em 2002; BNDES financia até 70% do empreendimento; Garantia de compra, por até 20 anos, no preço de mercado de até 1100 MW; MW para biomassa e MW para PCHs; Eólicas tem prioridade de entrar na rede de transmissão. Dezembro de 2009 ANEEL faz o primeiro leilão exclusivo de energia eólica; 71 novas usinas (63 no NE) até 2012; Acrescentaram 1,8 GW; Garantia de compra por 20 anos a R$ 148 / MWh. 13

14 Potencial eólico brasileiro Estimativa (APEB, 2001) 143 GW Capacidade instalada (GWEC, 2010; ANEEL, 2016) Ano MW Fonte: Balanço Energético Nacional Disponível em 14

15 /capacidadebrasil.cfm 2016 ANEEL, Attlas Nacional de Energia Elétrica. Brasília-DF, Disponível em 15

16 Usina Eólica da Prainha, Ceará 20 turbinas de 500 kw Proprietária: Wobben Usina Eólica do Mucuripe Fortaleza-CE (Avenida Beira Mar) 4 turbinas de 600 kw Proprietária: Wobben Repotenciada em

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