PEA 5002 Energia Eólica: Fundamentos e Viabilidade Técnica e Econômica Profa Eliane Fadigas - Sala A2-38 e.mail:

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1 PEA 5002 Energia Eólica: Fundamentos e Viabilidade Técnica e Econômica Profa Eliane Fadigas - Sala A2-38 e.mail: eliane@pea.usp.br tel: Dewi

2 Programa resumido: Estado da arte e evolução do mercado de turbinas eólicas Etapas de um projeto eólico Escolha do sítio e mapeamento eólico Medição de dados de vento Recursos eólicos: Caracterização e tratamento de dados de vento Fundamentos da geração eólica conversão de energia Tecnologias de turbinas eólicas Estimativa da produção de energia elétrica e Micrositing Avaliação Econômica Aspectos regulatórios e de comercialização Centrais eólicas: instalação, operação e manutenção Aspectos ambientais

3 Avaliação Data de entrega Lista de exercicio 1 24 / abril Lista de exercicio 2 22/ maio Prova 22/ maio Nota final = ½ x (Média dos exercícios + Prova) Os exercícios poderão ser realizados em grupos de no máximo 02 alunos e deverão ser entregues nas datas indicadas. Deverá constar: Uma apresentação com enunciado do problema Desenvolvimento com indicações de fórmulas adotadas Caso seja usada planilha excell afixar a planilha no relatório Apresentação e análise dos resultados Não será aceito envio de exercício por E.MAIL. Freqüência mínima nas aulas: 75%

4 Bibliografia Resumida Fadigas, Eliane. Energia Eólica. Ed1, Ed. Manole, 282p., São Paulo, Manwell, J. F. et all. Wind Energy Explained : Theory, Design and Apllication. Ed. John Wiley & Sons, LTD, 2004, 569p. COPEL, LACTEC/ Camargo Schubert. Manual de Avaliação Técnico-Econômica de Empreendimentos Eólio-Elétricos. Curitiba, 2007, 101p. Custódio, R. S. ENERGIA EÓLICA para Produção de Eletricidade. Ed. Eletrobras, Rio de Janeiro, 2007, 277p. Silva, G.R. Características de vento da região nordeste. Análise, modelagem e aplicações para projetos de centrais eólicas. Dissertação (Mestrado). Recife, 2003, 131p. Universidade Federal de Pernambuco. Silva, K.F. Controle e integração de centrais eólicas a rede elétrica com geradores de indução duplamente alimentados. São Paulo, 2005, 162p. Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo. Patel, M.R. Wind and solar power systems. 2.ed. Nova York: CRC Press, 2006, 433p Hau, E. Wind Turbine Applications: Fundamentals, Technologies, Application, Economics. 2.ed. Germany: Springer, 2005, 783p. Material disponível no sítio da disciplina Slides das aulas, exercícios e material adicional serão disponibilizados no site:

5 Aula 1: Cenários Conteúdo EVOLUÇÃO DO MERCADO DE ENERGIA EÓLICA NO MUNDO FABRICANTES DE TURBINAS EÓLICAS NO MUNDO ESTADO DA ARTE DAS TURBINAS EÓLICAS PERSPECTIVAS FUTURAS A NÍVEL MUNDIAL A ENERGIA EÓLICA NO BRASIL evolução da capacidade instalada FABRICANTES DE TURBINAS EÓLICAS NO BRASIL BENEFÍCIOS DA ENERGIA EÓLICA PERSPECTIVAS FUTURAS NO BRASIL

6 Histórico Fonte: Dutra, 2001 Fonte:Renewable Energy: Power for a Sustainable Future, Boyle G.

7 Evolução da capacidade instalada Potência total instalada em 2009 = 158,5GW

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12 Fabricantes de aerogeradores Market share Fonte: BTM Consult 12

13 Demais fabricantes

14 Demais fabricantes

15 Plantas offshore Horns Rev II, Dinamarca Fonte: GWEC- Global Wind 2009 Report

16 Plantas offshore Status novas turbinas (EU) MW adicionados 4096 MW capacidade total acumulada Fonte : GWEC Global Wind 2011 report

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18 Market share Potência instalada em 2011: Profundidade média = 17.4m (2010) Distância média da costa 27.1km (2010) Siemens - 693MW Repower MW BARD 60 MW Participação na capacidade instalada acumulada Siemens - 53% Vestas - 36% Repower - 5% Offshore Representa: -menos 2% da capacidade total acumulada -2,5% do mercado de Previsão para 2020 não mais que 10% da capacidade total acumulada

19 Perspectivas futuras: Nível Mundial Previsão para 2015 capacidade acumulada GW Até 2016 serão adicionados 255 GW Taxa de crescimento = 16% ao ano Centrais offshore para 2020 Entre 40 GW só na EU ( 4% da demanda) 280 milhões de ton de C02 evitados - EU Tamanho dos aerogeradores > que 10 MW Empregos na indústria (até 2020) - 2 milhões Fonte: Working for the climate, EREC, Greenpeace EREC; Greenpeace

20 Estado da arte dos aerogeradores

21 Desenvolvimento dos aerogeradores - Potências

22 Classificação dos Aerogeradores Quanto ao tamanho Fonte: Dewi 1 0 k W 5 0 k W 3 k W W

23 Classificação dos aerogeradores Quanto ao tipo de eixo Multipás Três pás Turbinas de eixo horizontal Duas pás Uma pá Fonte:Renewable Energy: Power for a Sustainable Future, Boyle G.

24 Classificação dos aerogeradores Quanto ao tipo de eixo Turbinas de eixo vertical modelo Darrieus modelo V modelo H. Fonte:Renewable Energy: Power for a Sustainable Future, Boyle G.

25 Modelo Savonius eixo vertical

26 Classificação com relação a posição das pás com relação a torre vento vento Barlavento Sotavento Fonte: Wind Turbine; Erich Hau

27 Principais componentes de um aerogerador de eixo horizontal Rotor pás, cubo e freios aerodinâmicos Transmissão Mecânica Gerador Elétrico (Conversor) Sistema de Controle e freio mecânico Sistema Estrutural - torre Sistema de refrigeração Sistema de monitoramento Proteção Nacele

28 Aerogeradores Tecnologia- Pás Materiais das pás: Separação da pá resina reforçada com fibra de vidro resina reforçada com fibra de carbono resina reforçada com fibra de vidro/carbono e aço Freios aerodinâmicos Fonte: Wind Turbine; Erich Hau

29 Aerogeradores Tecnologia- Rotor Fonte: Dewi

30 Aerogeradores Tecnologia Sistema de transmissão EIXOS PARALELOS Fonte: Dewi SISTEMA PLANETÁRIO Fonte: Wind Turbine; Erich Hau

31 Aerogeradores Tecnologia- gerador elétrico Tipos de geradores elétricos : Gerador CC ( pequeno potência) Gerador CA síncrono Gerador CA Assíncrono (Indução gaiola e rotor bobinado/ e duplamente alimentado) Gerador de - Imã permanente Quanto a rotação: uma rotação fixa Fonte: Dewi duas ou rotações fixas dois ou mais geradores/ gerador multipolos rotação variável uso de conversor eletrônico

32 Exemplos de conexão com rede

33 Aerogeradores Tecnologia - Torres Treliçada Material : concreto, aço Peso: EX: : 40t - 50 metros para turbina de 600kW Altura: Diâmetro das pás Diâmetro da base > 4m estaiada Tubular Fonte: Wind Turbine; Erich Hau

34 Aerogeradores Tecnologia - Nacele Fonte: Wind Turbine; Erich Hau

35 Aplicações urbanas

36 CENTRAIS EÓLICAS: Definição, tamanho e design Osório Rio Grande do Sul MW Millenium Paraíba 10,4 MW Rio do Fogo RGN 49,6 MW Tamanho é função: Potência instalada Número de turbinas Até 05 turbinas pequena fazenda eólica

37 Maior Aerogerador do Mundo em operaçã ção (Alemanha): Potência Nominal de 7,5 MW e diâmetro do rotor de 126 metros. Aerogerador ENERCON 126 Base da coluna de sustentação do gerador

38 Energia eólica no Brasil

39 88 Usinas Usina Eólicasem Operação Potência total instalada ,20 kw Fonte: BIG - Aneel Maior usina : Praia Formosa : 105 MW Camocim - CE Eólicas produziram 560 MW médios mensais de energia em Abeeolica Usinas instaladas no Brasil 109 Capacidade instalada (MW) 2537,7 Redução de CO 2 (T/ano) Fonte: Abeeolica

40 Usinas Eólicas em construção 80 Usinas Potência total instalada kw Maior usina : kw Reis dos ventos 1 Reis dos ventos 2 Localização: Galinhos Rio Grande do Norte

41 Usinas Eólicas outorgadas 208 Usinas Potência total instalada kw Maior usina : Salina Diamante Branco Potência = kw Localização: Galinhos Rio Grande do Norte

42 Brasil : Perspectivas -Potencial 350 GW grande potencial a ser explorado - Crescimento de 56% - Mais 08 fábricas instaladas: Wobben/Enercon; Impsa, Siemens, Suzlon, Vestas, Gamesa, GE wind, Furlander. Embraer/Weg - Revisão do PDE participação das fontes alternativas Leilão decide os percentuais de cada fonte - Leilão de energia de reserva ( Política de Governo) limitado - Crescimento no número de empregos gerados - Capacitação profissional - Uso de aerogeradores de 3MW - Receita com a venda de créditos de carbono

43 Inserção eletroenergética no Brasil Potencial para expansão das eólicas: Potencial significativo para instalação de nova capacidade Estima-se um potencial em torno de 350GW de acordos com novos mapeamentos Complementaridade geográfica com outras fontes renováveis Sinergia significativa entre as fontes Padrão da produção das usinas da região nordeste e da bioeletricidade é complementar aos das usinas hidrelétricas A produção de energia contra-sazonal de fontes renováveis equivale a aumentar virtualmente a capacidade dos reservatórios As energias complementares tem tempos de construção menores que as hidrelétricas

44 Primeira turbina eólica instalada no Brasil Potência = 75 kw ; Local : Ilha de Fernando de Noronha

45 Osório Rio Grande do Sul MW Millenium Paraíba 10,4 MW Rio do Fogo RGN 49,6 MW

46 Horizonte Santa Catarina 4,8 MW Água Doce Santa Catarina 9,0 MW

47 Parque Eólico de Taíba - Suzlon

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49 Ranking dos empreendedores eólicos no Brasil: Proinfa+leilões 2009 e mercado livre Fonte: ABEeólica (apud notícia do Valor Econômico de 8,9,10 de abril de 2011)

50 Demais empreendedores Construtora Andrade Gutierrez Bioenergy Bons Ventos Geradora de Energia Brennand Brookfield, Casa dos Ventos, Enel Green Power, Galvão Energia, EFACEC do Brasil, Eletrowind, EPP Energia. Energio. Eólica Tecnologia. Ecopart Investimentos. MML Energia Elétrica. Servtec Energia. Sowitec do Brasil Energia. Alubar Energia. Atlantic Energias Renováveis Contour Global Cemig, Chesf Dobrevê Energia S.A. (DESA) EDP Endesa Energimp Energisa Multiner MPX Odebrecht Pacific Hydro Energias do Brasil Safira Energia Theolia Brasil Energias Alternativas Voltalia Etc.

51 Fontes Alternativas de Energia, no Brasil Motivação demanda vai crescer 54% até 2019 e hidrelétricas existentes no limite construção rápida sinergia com hidrelétricas (biomassa e eólicas) bom potencial em regiões carentes de energia (N e S) bom potencial perto da demanda reduz vulnerabilidade geopolítica ao gás geração de empregos redução de emissões Dificuldades Imprevisibilidade (eólica e PCHs) Competição com outras fontes renováveis abundantes Baixa pressão geopolítica dificuldades de integração ao sistema Congestionamento de redes Reserva de potência Sistemas de proteção e controle Inércia e estabilidade Qualidade da energia (variações instantâneas) Compensação reativa

52 Benefícios da energia eólica Benefícios complementaridade com o regime hidrológico vazão (m3/ s) jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez geração eólica (GWh) geração hidrelétrica (MWmês) jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez geração eólica (MWmês) vazão na hidrelétrica de Sobradinho ( ) geração eólica (supondo 3GW de capacidade) geração hidrelétrica no SE geração de parque eólico de 50MW em Palmas Geração Eólica que seria obtida na região NE, versus a Vazão Natural do Rio São Francisco no reservatório da hidrelétrica de Sobradinho. Fonte: Amarante et al, 2001 Geração Eólica que seria obtida via parque eólico de 50 MW em Palmas, comparado com a geração hidrelétrica na região SE. Fonte: Amarante et al, 2001

53 Benefícios da energia eólica Benefícios potencial alto em regiões que têm importado energia

54 Benefícios da energia eólica Benefícios redução do acionamento de térmicas Fonte: elaborado a partir de dados obtidos em e