Prof. Dr. Luiz Antonio Rossi UNICAMP - Brasil. GEFES Grupo de Estudos em Fontes Eólica e Solar. São Carlos, 22 de Maio de 2015.

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1 Geração de Energia Elétrica por Meio de Fonte Eólica: Simulação do desempenho de dois aerogeradores de pequeno porte com perfis aerodinâmicos diferentes Prof. Dr. Luiz Antonio Rossi UNICAMP - Brasil São Carlos, 22 de Maio de GEFES Grupo de Estudos em Fontes Eólica e Solar

2 I - Introdução PLANEJAMENTO ENERGÉTICO: É a determinação do melhor cronograma de implantações dos possíveis projetos energéticos, visando atender as necessidades da população. Como indicação do que seria a melhor solução, são sempre considerados, mais tradicionalmente, os aspectos técnicos, econômicos, ambientais, sociais e políticos. Existem sistemas interligados e sistemas isolados, como também há sistemas centralizados e sistemas distribuídos de geração de energia elétrica. GD é a produção de energia elétrica realizada junto ou próxima do(s) consumidor(es), independente da potência, tecnologia e fonte de energia. No Brasil, GD é a geração de energia elétrica não despachada pelo ONS e realizada pelo consumidor ou empresa independente, para atendimento direto de consumidores. (ONS ANEEL)

3 II - Panorama mundial e brasileiro da geração em pequena escala - aerogeradores de pequeno porte e painel fotovoltaico Mundial: Aerogeradores de pequeno porte (APP)-(Small Wind Turbines) Total de Aerogeradores Instalados por país (APP) Capacidade Instalada Acumulada Total por país (kw) Fonte: WWEA Small Wind World Report (2014)

4 II - Panorama mundial e brasileiro da geração em pequena escala - aerogeradores de pequeno porte e painel fotovoltaico BRASIL: Aerogeradores de Pequeno Porte (APP) A indústria de aerogeradores de grande porte está bem estabelecida no país. A legislação está evoluindo sempre. Há o sistema de leilões de venda de energia com a participação da energia eólica nas modalidades de Leilão de Fontes Alternativas, de Energia de Reserva e A-5 e o custo de geração médio tem permanecido próximo de R$ 100/MWh. O mercado de Aerogeradores de Pequeno Porte é insignificante: há um único fabricante (ENERSUD - RJ) e poucos sistemas híbridos, onde o aerogerador gera energia junto com painéis fotovoltaicos ou com geradores diesel.

5 III - Marco regulatório no Brasil (legislação) Resolução Normativa no 482, de 17/04/2012: Estabelece as condições gerais para o acesso de microgeração e minigeração distribuída aos sistemas de distribuição de energia elétrica. Ela visa a reduzir as barreiras regulatórias existentes para conexão de geração de pequeno porte disponível na rede de distribuição, a partir de fontes de energia incentivadas, bem como introduzir o sistema de compensação de energia elétrica (net metering), alem de estabelecer adequações necessárias nos Procedimentos de Distribuição PRODIST. Resolução Normativa no 481, de 17/04/2012: Pela qual ficou estipulado, para a fonte solar com potencia injetada nos sistemas de transmissão ou distribuição menor ou igual a 30 MW, o desconto de 80% (oitenta por cento) para os empreendimentos que entrarem em operação comercial ate 31/12/ 2017, aplicável nos 10 (dez) primeiros anos de operação da usina, nas tarifas de uso dos sistemas elétricos de transmissão e de distribuição TUST e TUSD, sendo esse desconto reduzido para 50% (cinquenta por cento) após o décimo ano de operação da usina. Fonte: ANEEL (2014

6 IV- OBJETIVO GERAL Características técnicas Nacional Importado Potência nominal [W] Número de pás 3 3 Diâmetro das pás [m] 5,55 4,73 Velocidade nominal [m/s] Velocidade de sobrevivência Simular a aplicação de dois aerogeradores de pequeno porte no fornecimento de energia elétrica, sendo um importado e outro nacional [m/s] Velocidade de partida [m/s] 2,2 2 Tensão de saída [V] Peso [kg] Sistema elétrico Trifásico Trifásico Sistema magnético Neodímio Neodímio Tipo de pás Torcida, fibra de vidro Sem torção, fibra de vidro Perfil de aerofólio Multifólios NACA4415 Velocidade rotacional Variável Variável Sistema de controle Estolamento ativo Guinada (Yaw) Corda [m] Variável 0,15

7 IV- OBJETIVO GERAL 1- Material: - APP: São os de potência nominal até 50kW (GWEC,2013). - Há perto de 330 fabricantes de APP e em torno de instalados no mundo, totalizando a capacidade instalada de perto de 576MW - Recurso eólico

8 IV- OBJETIVO GERAL 1- Material: Recurso Eólico - Carga elétrica simulada

9 IV- OBJETIVO GERAL 2 Método Programa computacional HOMER (Hybrid Optimization Model for Electric Renewables) Permite projetos de sistemas de geração distribuída, conectados ou não à rede pública Faz análise de viabilidade técnica e econômica de sistemas baseados em fontes renováveis e não renováveis.

10 IV- RESULTADOS E DISCUSSÃO Simulação da aplicação de aerogeradores Sistema eólico conectado à rede elétrica pública Sistema isolado eólico-baterias Custo aquisição aerogerador + torre suporte: U$18, Custo O&M anual: U$ (ASRARI et al, 2012) Taxa interna de retorno (i): IGPM anual acumulado 5,53% (MANUAL COPEL, 2007) Horizonte de planejamento = Tempo de vida dos projetos: 20 anos Custo de geração da rede elétrica pública: U$0.20/kWh Custo unitário aquisição/reposição das baterias: U$1,000.00/U$800.00

11 IV- RESULTADOS E DISCUSSÃO Simulação da aplicação de aerogeradores a) Sistema eólico conectado à rede elétrica pública: aerogerador IMPORTADO Campinas (SP/BR) Cubatão (SP/BR) Roscoe (TX/EUA) COE (U$/kWh) 0,336 0,316 0,288 NPC (U$) FC (%) 4,2 9,97 21,2 FR (%) 12 21,3 35 PAE (kwh) Venda (kwh) Compra (kwh) FR = Fração renovável, isto é energia elétrica entregue à carga que é proveniente de fonte renovável

12 IV- RESULTADOS E DISCUSSÃO Simulação da aplicação de aerogeradores a) Sistema eólico conectado à rede elétrica pública: aerogerador NACIONAL Campinas (SP/BR) Cubatão (SP/BR) Roscoe (TX/EUA) COE (U$/kWh) 0,327 0,261 0,17 NPC (U$) FC (%) 3,05 9,97 22,6 FR (%) 12 34,1 62 PAE (kwh) Venda (kwh) Compra (kwh)

13 IV- RESULTADOS E DISCUSSÃO Simulação da aplicação de aerogeradores Sistema eólico conectado à rede elétrica pública de Campinas (SP/BR): aerogerador importado x aerogerador nacional.

14 IV- RESULTADOS E DISCUSSÃO Simulação da aplicação de aerogeradores Sistema eólico conectado à rede elétrica pública de Cubatão (SP/BR): aerogerador importado x aerogerador nacional.

15 IV- RESULTADOS E DISCUSSÃO Simulação da aplicação de aerogeradores Sistema eólico conectado à rede elétrica pública de Roscoe (TX/USA): aerogerador importado x aerogerador nacional.

16 IV- RESULTADOS E DISCUSSÃO Simulação da aplicação de aerogeradores Sistema eólico conectado à rede elétrica pública: comparação com outros estudos Asrari et al (2012): APP de 10kW, vila remota Iran, COE (US$/kWh)=0,144 Campinas (SP/BR): COE é 2,3 vezes maior (aerogerador nacional/importado) Cubatão (SP/BR): COE é 2,2 vezes maior (importado) e 1,81 vezes maior (nacional) Roscoe (TX/EUA): COE é 2 vezes maior (importado) e 1,18 vezes maior (nacional) Kusakuna&Vermaak (2013):APP de 7,5kW, região rural Congo,COE (US$/kWh)=0,539 Campinas (SP/BR): COE é 1,63 vezes menor (aerogerador nacional/importado) Cubatão (SP/BR): COE é 1,70 vezes menor (importado) e 2,06 vezes menor (nacional) Roscoe (TX/EUA): COE é 1,87 vezes menor (importado) e 3,17 vezes menor (nacional)

17 V - Considerações finais SISTEMA EÓLICO CONECTADO À REDE ELÉTRICA PÚBLICA Aerogerador nacional 20 e 28% a mais de energia elétrica em Cubatão (SP/BR) e Roscoe (TX/EUA), respectivamente Aerogerador importado 15% a mais de energia elétrica em Campinas (SP/BR) O sucesso técnico e econômico do projeto do sistema de fornecimento de energia com aerogeradores de pequeno porte depende fundamentalmente das características técnicas do equipamento e das características do regime de vento do local

18 Muchas Gracias! Muito obrigado!

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