Tecnologia Eólica para Produção de Energia Eléctrica

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Gonçalo Pais Marreiro
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1 Apresentação Tecnologia Eólica para Produção de Energia Eléctrica Mafalda Antunes Departamento de Electrónica Industrial

2 O que é a Energia Eólica? E A energia eólica, é a energia cinética do ar em movimento (ventos), que pode ser aproveitada pelo homem para realizar trabalho útil.

3 Como é medida e quantificada a Energia Eólica? E A energia eólica é medida através de sensores de velocidade e de direcção do vento, denominados anemômetros. Em geral, a velocidade do vento é medida em m/s (metros/segundo). O parâmetro mais importante é a velocidade média do vento, mas é desejável conhecer também a sua distribuição estatística de velocidades.

4 O que são aerogeradores? Aerogeradores, turbinas eólicas, geradores eólicos, máquinas eólicas e cata-ventos, são os diversos nomes utilizados para as máquinas capazes de transformar a energia cinética dos ventos em energia mecânica, ou em energia eléctrica, para aplicar em diversas aplicações

5 Como funciona um aerogerador? O princípio de funcionamento baseia-se na conversão da energia cinética, que é resultante do movimento de rotação causado pela incidência do vento nas pás do aerogerador. A quantidade de electricidade que pode ser gerada pelo vento depende de quatro factores: da quantidade de vento que passa pela hélice, do diâmetro da hélice, a dimensão do gerador e o rendimento de todo o sistema.

6 Existem muitos tipos de aerogeradores? Actualmente as máquinas de grande porte disponíveis são, em esmagadora maioria máquinas tripás de eixo horizontal. As máquinas bipás, monopás, quadripás e multipás de eixo horizontal, além das máquinas Darrieus e Savonius de eixo vertical, bem como diversos outros dispositivos. Estas inúmeras variantes são normalmente utilizadas apenas para máquinas de pequeno porte.

7 Este tipo de tecnologia é nova? Não. Como se pode observar pela figura:

8 Evolução da Tecnologia Novo paradigma: Utilização do vento para geração de Energia Eléctrica. - Aerogeradores de Pequeno Porte (expansão territorial em sist. isolados) - Aerogeradores de Grande Porte (pesquisas e desenv. industrial)

9 Evolução da Tecnologia (cont( cont.) Aerogeradores de pequeno porte (Século XX) - desenvolvimento de modelos entre 5 e 25 kw pela Dinamarca, utilização do modelo Jacobs no meio rural (décadas 30 e 60)

10 Evolução da Tecnologia (cont( cont.) Aerogeradores de grande porte -Turbina Eólica de Brush ( ) Potência de 12 kw Rotor com 17 m de diâmetro Torre de 18m e 144 pás. Accionamento de lâmpadas Incandescentes.

11 Evolução da Tecnologia (cont( cont.) Aerogeradores de grande porte (cont.) - Turbina Eólica Balaclava ( ) Potência de 100 kw Torre de 30m e 2 pás. Interligação com a rede Posicionamento via trilhos

12 Evolução da Tecnologia (cont( cont.) Aerogeradores de grande porte (cont.) -Turbina Eólica Smith- Putnam ( ) Potência de 1.25 MW Rotor com 53.3 m de diâmetro Torre de 33.3m e 2 pás. Interligação com a rede

13 Aerogeradores de grande porte (séc. XX) Desenvolvimento de pesquisas em energia eólica de grande porte após a 2º Guerra Mundial. Iniciativa de vários países tais como França, Dinamarca, Estados Unidos, Rússia, Alemanha e Inglaterra em pesquisas de grandes aerogeradores. Turbina eólica de Gedser Dinamarca kW Turbina MOD-5B Estados - Unidos MW Turbina de eixo Vertical Estados Unidos ( ) 625kW

14 Evolução comercial das turbinas Eólicas

15 Aerogeradores instalados no Mundo Total Instalado 1999: MW Total Instalado 2000: MW Total Instalado 2001: MW*

16 Constituição de um Sistema EólicoE 1- Cubo do rotor 2- Pás do rotor 3- Sistema hidráulico 4- Sistema de posicionamento 5- Engrenagem de posicionamento 6- Caixa multiplicadora 7- Disco de freio 8- Acoplamento do gerador eléctrico 9- Gerador eléctrico 10- Sensor de vibração 11- Anemômetro 12- Sensor de direcção 13- Nacele, parte inferior 14- Nacele, parte superior 15- Rolamento de posicionamento 16- Disco de freio de posicionamento 17- Pastilhas de freio 18- Suporte do cabo de força 19- Torre

17 Constituição de um Sistema EólicoE (cont.) Rotor Eólico O rotor é o componente do sistema eólico responsável por captar a energia cinética dos ventos e transformála em energia mecânica de rotação. É o componente mais característico de um sistema eólico. Por este motivo, a configuração do rotor influencia directamente o rendimento global do sistema. - Rotores de Eixo Horizontal - Rotores de Eixo Vertical

18 Rotores de Eixo Horizontal Este é o tipo de rotor mais eficiente, mas requer sistemas mecânicos mais complexos que os de eixo vertical. Normalmente dividemse em 3 grupos: rápidos (2 a 3 pás), velocidade média (3 a 6 pás) e lentos (6 a 24 pás). Actualmente são as turbinas mais utilizadas.

19 Rotores de Eixo Vertical Não são muito usados, pois o aproveitamento do vento é menor. A grande vantagem é a sua independência da direcção do vento, no entanto os esforços nas pás exercidos pela força centrífuga limita a sua velocidade. As mais comuns: SAVONIUS, DARRIEUS e MOLINETE.

20 Transmissão e Caixa Multiplicadora A transmissão, que engloba a caixa multiplicadora, possui a finalidade de transmitir a energia mecânica entregue pelo eixo do rotor até ao gerador. É composta por eixos, engrenagens de transmissão e acoplamentos. A figura1 apresenta a localização da caixa multiplicadora dentro do sistema de geração eólica.

21 Mecanismos de Controlo Os mecanismos de controlo destinam-se à orientação do rotor, ao controlo de velocidade, ao controlo de carga, etc. Pela variedade de controlos, existe uma enorme variedade de mecanismos que podem ser mecânicos (velocidade, passo, freio), aerodinâmicos (posicionamento do rotor) ou electrónicos (controlo da carga). - Controlo de Passo - Controlo Stall

22 Gerador A transformação da energia mecânica de rotação em energia eléctrica através de equipamentos de conversão electromecânica. O tipo de gerador, decididamente, influencia o comportamento do aerogerador e as suas interacções com a rede. - Geradores Síncronos - Geradores Assíncronos

23 Torre As torres são necessárias para sustentar e posicionar o rotor a uma altura conveniente para o seu funcionamento, estão sujeitas a inúmeros esforços, às forças horizontais, à resistência do rotor e à força do vento. As forças impostas pelo mecanismo de controlo de rotação e os esforços verticais (peso do próprio equipamento), não devem ser desprezados. É um item estrutural de grande porte e de elevada contribuição no custo inicial do sistema.

24 Regras gerais da energia EólicaE Potência é igual ao trabalho (Energia) dividido pelo tempo: Mas o trabalho realizado pelo vento - que neste caso é igual à energia cinética - é:, então: mas como, temos: onde ro é a densidade do ar, V é a velocidade do vento e A é a área varrida pelas hélices do rotor. Talvez seja, a equação mais importante para se conhecer o aproveitamento da energia eólica.

25 O Futuro das Fontes Renováveis de Energia

26 Conclusões A utilização da energia eólica na matriz energética global mostra-se como uma das mais importantes opções para a geração de energia limpa e sustentável possibilitando assim uma melhor qualidade de vida para as futuras gerações da sociedade.

27 Obrigada pela Vossa Atenção!

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