Aproveitamento de energia eólica. de energia elétrica.

Transcrição

1 Aproveitamento de energia eólica para geração de energia elétrica

2 Aproveitamento de energia eólica e para geração de energia elétrica Universalização ão: metas e desafios Energia Eólica - vantagens e limitações Algumas lições aprendidas Conclusões

3 Universalização ão: metas e desafios Considerando nossa dimensões territoriais e a dispersão geográfica da população rural, não se pode deixar de considerar os limites para a expansão da rede elétrica, particularmente em regiões de florestas, fazendo com que a adoção de soluções de atendimento descentralizado seja imperativa para se atingir o objetivo de universalização do serviço o público p de eletricidade.

4 Energia Eólica:Aplicações

5 Aplicações da Energia EólicaE Catavento Bombeamento d água Residências Fazendas Aplicações Remotas

6 Aplicações da Energia EólicaE Pequeno Porte ( 10 kw) Residências Fazendas Aplicações Remotas Intermediário ( kw) Sistemas Híbridos Geração Distribuída Grande Porte (250 kw - 2+MW) Fazendas Eólicas Geração Distribuída

7 AEROGERADORES DE PEQUENO PORTE

8 Diagrama Típico de Sistemas Isolados Exemplo Inversor CC / CA

9 Fabricantes Existentes Existem dezenas de fabricantes no mundo produzindo aerogeradores de pequeno porte, com potência na faixa de 0,5kW 10 kw; Em geral, essas máquinas iniciam a produção de energia com velocidades de ventos a partir de 3,5 m/s. Curva típica de um aerogerador de 1200 W

10 Alguns Modelos Disponíveis no Mercado Modelos Gerar Modelo Marinizado. Incluindo controlador externo e acessórios para torre de 14m (sem os tubos de 3"). Conjunto completo. Air Wind Modelo Naval. Controlador de cargas interno Air-X Wind - Modelo Naval. Controlador de Carga interno. Air-X Wind - Modelo Rural. Controlador de Carga interno. Whisper H40 - Modelo Rural. Incluindo controlador externo de cargas EZ-Wire. Whisper H40 - Modelo Marinizada. Incluindo controlador externo de cargas EZ-Wire. Whisper H80 - Modelo Rural. Incluindo controlador externo de cargas EZ-Wire. Whisper H80 - Modelo Marinizada. Incluindo controlador externo de cargas EZ-Wire. Whisper Modelo Rural. Incluindo estais para 23 m, SEM os tubos. Controlador de cargas externo: EZ-Wire, com possibilidade de arranjo misto com painéis solares. Potência Média Fonte: (Referência: 08/04/04) Tensão (cc) Fabricação Preços (R$) W 24 V Enersud 7.215, W 12/24/48 V Southwest 3.950, W 12/24/48 V Southwest 4.784, W 12/24/48 V Southwest 3.551, W 24/48 V Southwest 8.154, W 24/48 V Southwest 9.245, W 24/48 V Southwest , W 24/48 V Southwest , W 48 V Southwest ,00

11 CUSTOS E ESTIMATIVA DE MERCADO

12 Estimativa de Mercado (considerando-se se os fatores atuais) Otimista (com muitos fatores indutores) 1000 MW (até 2004) MW em % ao ano de crescimento até GW Realista (+) (com poucos fatores indutores) 1000 MW (até 2004) MW em % ao ano de crescimento até GW Realista (-) (com muito poucos fatores indutores) 1000 MW (até 2004) MW em % ao ano de crescimento até GW

13 Custos Altamente dependentes do regime de ventos Grandes empreendimentos: US$ 35 a 60/MWh Médios empreendimentos: US$ 45 a 80/MWh Pequenos empreendimentos: US$ 70 a 120/MWh

14 Evolução do Custo da Energia Eólica Redução significativa dos custos da energia eólica: Redução dos custos das turbinas eólicas; Turbinas cada vez maiores, com torres cada vez mais altas; Melhoria da tecnologia e nos métodos de produção; Melhoria na eficiência e na disponibilidade; Queda nos custos de operação e manutenção US$ 400,00/MWh 2003 US$ ,00/MWh

15 Evolução comercial das turbinas eólicas Fonte: DEWI

16 Energia Eólica e o Meio Ambiente Utilização do Solo para Atividades Agrícolas Emissão de Gases Emissão de Ruído Impacto Visual Impacto sobre a Fauna

17 Emissão de CO 2 de Diversas Tecnologias Emissões Emissões de CO2 de nos CO2 nos estágios estágios de de produção produção de de Tecnologias Tecnologias energia energia (ton/gwh) (ton/gwh) Extração Extração Construção Construção Operação Operação Total Total Planta Planta convencional convencional de de queima queima de de carvão carvão Planta Planta de de queima queima de de gás gás Pequenas Pequenas hidrelétricas hidrelétricas Energia Energia eólica eólica Solar Solar fotovoltaico fotovoltaico Grandes Grandes hidrelétricas hidrelétricas Solar Solar térmico térmico Lenha Lenha (Extração (Extração programável) programável) Fonte: "Renewable Energy Resources: Opportunities and Constraints " - World Energy Council

18 Uso da Energia: Custos de Externalidades* (centavos de dólar d por kwh) Carvão: 1,94 a 14,60 Turbina a gás: 0,97 a 3,89 Nuclear: 0,19 a 0,58 Fazenda Eólica: 0,05 a 0,24 *Estimativa de custos para a sociedade e para o ambiente decorrentes de uso de combustíveis fósseis f e nucleares, não incluindo lixo nuclear e custos de desativação. Estudo da UE, ExtermE - WSJ

19 O POTENCIAL EÓLICO BRASILEIRO

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21 Velocidades Médias: Dependência dos Ventos > 6.0 m/s (bons sítios a 20m) Distribuição Estatística: Weibull (parâmetros c e k) Curva de Potência: P = η 1/2 ρ A V 3 η < 60% (eficiência máx.)

22 Influência da Altura z ln z0 V ( z) = V ( zr ) ln zr z0 onde: V(z r ) = Velocidade na altura de referência z r V(z) = Velocidade na altura z z r = Altura de referência z = Altura desejada z 0 = Altura da rugosidade do local

23 Influência da Altura Expressão simplificada Descrição do terreno Fator n V ( z) = V ( zr ) z z r n Superfície lisa, lago ou oceano 0.10 Grama baixa 0.14 Vegetação rasteira (até 0.3m), árvores ocasionais 0.16 Arbustos, árvores ocasionais 0.20 Árvores, construções ocasionais Áreas residenciais onde: V(z r ) = Velocidade na altura de referência z r V(z) = Velocidade na altura z z r = Altura de referência z = Altura desejada n = Parâmetro diretamente associado à rugosidade da superfície

24 Influência da Rugosidade

25 Influência da Rugosidade Z 0 [m] 1 Característica da superfície Cidades, Florestas Classe de Rugosidade 0.5 Periferia Área abrigada Várias árvores/arbustos 0.1 Planície muito cultivada Planície pouco cultivada Planície com algumas construções, árvores, etc Áreas de pista de aeroporto com construções e árvores Solo Exposto Superfície de gelo Superfície de areia Superfície de água (lagos, mar etc.)

26 Comportamento do vento em um dia típico :00 0:00 1:50 1:50 3:40 3:40 5:30 5:30 7:20 7:20 9:10 9:10 11:00 11:00 12:50 12:50 14:40 14:40 16:30 16:30 18:20 18:20 20:10 20:10 22:00 22:00 23:50 23:50 Vel. Vel. (m/s) (m/s) Horário Horário

27 Histograma de dados de vento 30.0% 25.0% Freqüência 20.0% 15.0% 10.0% 5.0% 0.0% Velocidade Média [m/s]

28 = k k c V c V c k V g exp. ) ( 1 Distribuição de Weibull k = fator de forma da distribuição dos ventos; c = fator de escala ou a velocidade média dos ventos

29 Energia Utilizável E [MWh] Energia Disponível Energia Gerada Velocidade [m/s] 600 Curva de Potência da Máquina Potência [kw] Velocidade do Vento [m/s]

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33 Complementaridade Sazonal Região Nordeste Exemplos de de possíveis parques parques eólicos eólicos no no litoral litoral do do Ceará Ceará (3000MW) GWh P A R A C UR U M UC UR IP E C OF EC O B IT UP IT Á A C A R A U JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ Vazão Vazão afluente afluente no no reservatório de de Sobradinho, 1931/ /92 (média (média de de 2.7MW/m 3 3 /s) /s) Vazão (m3 /s) jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez

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35 Vantagens do Uso de Sistemas Eólicos de Pequeno Porte Baixo custo inicial Possibilidade de Pré-eletrificação Adiamento de investimentos Atendimento de consumidores satélite Complemento à extensão de rede Boa solução para pequenos e médios consumos em locais com bons ventos

36 Limitações Como possui peças móveis, necessita lubrificação regular e substituição periódica de componentes Se o vento não for regular não poderá sozinho atender às necessidades de eletricidade

37 Vantagens do Uso de Sistemas Fotovoltaicos Autônomos Tem característica modular, facilitando melhorias conforme as necessidades Segurança dos componentes Baixos custos de manutenção Possibilidade de Pré-eletrificação Adiamento de investimentos Atendimento de consumidores satélite Complemento à extensão de rede Melhor solução para pequenos consumos Recurso solar abundante no Brasil

38 Limitações Energia disponível é limitada, exigindo controle do consumo Investimento inicial alto Troca de bateria a cada 2 a 6 anos Necessidade de importação de equipamentos

39 A cadeia de produção eólica (situação do Brasil) Engenharia de Projetos Instalação ão, Exploração e Manutenção Concepção de sistemas e componentes Fabricação de aerogeradores

40 Tecnologia Fotovoltaica Sistemas HíbridosH

41 Sistema Híbrido de Joanes Ilha de Marajó (PA), Município de Salvaterra; ; Fotovoltaico/Eólico lico Convênio CEPEL/NREL/CELPA 10kWp FV; 40kW eólicoe Operando desde maio/98

42 Algumas lições aprendidas Envolvimento da comunidade Projetos integrados Gestão descentralizada A eletrificação não é uma panacéia universal Interesse e confiança na tecnologia por parte dos diferentes atores

43 Desafios Futuros Aperfeiçoar métodos de gestão de geração descentralizada Identificar nichos de aplicação de cada tecnologia Estimular a Pesquisa e Desenvolvimento Promover a capacitação técnica de novos atores Desenvolver uma política industrial Criar uma estratégia que permita o Desenvolvimento Sustentável

44 Hamilton Moss Jorge Lima (21) (21) Antônio Leite Centro de Referência para Energia Solar e Eólica S. S. Brito CEPEL - Centro de Pesquisas de Energia Elétrica