PEA 3100 Energia, Meio Ambiente e Sustentabilidade. Aula 9 Fontes Renováveis de Energia. Energia Eólica

Tamanho: px

Começar a partir da página:

Download "PEA 3100 Energia, Meio Ambiente e Sustentabilidade. Aula 9 Fontes Renováveis de Energia. Energia Eólica"

Benedicto Gentil Garrau
7 Há anos
Visualizações:

1 PEA 3100 Energia, Meio Ambiente e Sustentabilidade Aula 9 Fontes Renováveis de Energia Energia Eólica slide 1 / 27

2 Produção de Energia Elétrica Geração Eólica Parque Eólico Osório Osório/RS Foto: Carlos Vieira slide 2 / 27

3 Centrais Eólicas 3 - In-shore slide 3 / 27

4 Centrais Eólicas 4 - Off-shore slide 4 / 27

Detalhes de um aerogerador de eixo horizontal Pás de rotor Caixa de multiplicação Freio do rotor Caixa de interruptores elétricos e de controle Gerador Eixo do rotor com mecanismo de controle do

5 Detalhes de um aerogerador de eixo horizontal Pás de rotor Caixa de multiplicação Freio do rotor Caixa de interruptores elétricos e de controle Gerador Eixo do rotor com mecanismo de controle do ângulo das pás Sistema de orientação Torre Conexão à rede Seção de uma turbina eólica típica conectada à rede. Pára-raios Anemômetrodireção Tomada de ar Sistema de freio Dissipador Cobertura G. de serviço Eixo principal Acoplamento do Eixo principal Carenagem Sistema de refrigeração Luminária Painel de controle Gerador Acoplamento Multiplicador Mancal Motor de orientação slide 5 / 27

6 Detalhes de um aerogerador de eixo horizontal slide 6 / 27

7 slide 7 / 27

Turbinas de eixo horizontal versus eixo vertical http://www.windpower.

8 Turbinas de eixo horizontal versus eixo vertical Eixo vertical Vantagens: gerador, engrenagens e demais componentes são instalados ao nível do solo, não necessitando de uma torre Não há necessidade de mecanismo de guinada para colocar o rotor contra o vento (aceita o vento vindo de qualquer direção) Desvantagens: Velocidade do vento é menor ao nível do solo Eficiência total é menor Precisa de motor para iniciar a sua rotação Precisa de cabo guia (estaiada) slide 8 / 27

9 Classificação dos Aerogeradores Tamanho Pequeno Médio Grande Potência Instalada Até 80 kw De 81 a 500 kw > 500 kw Pequeno porte 10 kw 3 kw 50 kw Grande porte 400 W slide 9 / 27

10 Aplicações Alimentação de cargas isoladas Centrais de grande porte conectadas à rede instaladas em terra Centrais de grande porte conectadas à rede instaladas no mar 10 kw 50 kw 3 kw 400 W slide 10 / 27

11 Características da tecnologia eólica Tecnologia altamente sofisticada Grandes desenvolvimentos na área de controle, aerodinâmica e materiais Alto crescimento no tamanho das pás e potência da turbina Materiais mais resistentes e menos ruidosos Aplicações em terra e no mar Significativa redução nos custos com políticas de incentivo Mais de oito fábricas instaladas no Brasil nos últimos 04 anos slide 11 / 27

POTÊNCIA EÓLICA(Pv): Fundamentos: Potência Eólica 1 P Av 3 Joules/s = Watts 2 Potência por unidade de área: P A A 1 2 3 Watts / m 2 2 4 D V Potência mecânica = Potência

12 POTÊNCIA EÓLICA(Pv): Fundamentos: Potência Eólica 1 P Av 3 Joules/s = Watts 2 Potência por unidade de área: P A A Watts / m D V Potência mecânica = Potência Elétrica = ρ = Densidade do ar (1.225kg/m3) D = diâmetro do rotor Pm Pel 1 Av 2 P m Cp = Coeficiente de Potência = eficiência dos diversos componentes do sistema 3 Cp slide 12 / 27

13 Potência por unidade de área = Densidade de potência Watts/m 2 P 1 2 A v 3 P A (Watts) 3 (Watts/m2) 1 2 V = 1,2256 kg/m 3 V = 8m/s P = 314W / m 2 V = 16 m/s P= 2509 W / m 2 8 vezes mais potência 314Watts = 5 lâmpadas de 60 Watts Curva da potência do vento em função da velocidade slide 13 / 27

3%, Betz limit) Caixa de Engrenagens 95% 97% 40% 48% eficiência

14 Eficiência de Aerogeradores Energia Cinética Energia Mecânica Energia Elétrica Rotor 45%-52% (max. é 59.3%, Betz limit) Caixa de Engrenagens 95% 97% 40% 48% eficiência total hoje 67%-81% do máximo teórico (Betz limit) Gerador + Conversor 90% 95% slide 14 / 27

15 Evolução Comercial das Turbinas de Grande Porte Fonte: DEWI slide 15 / 27

16 Distribuição da velocidade do vento com a altura Lei da potência CAMADA LIMITE V - velocidade na altura desejada Vo - velocidade na altura conhecida H - altura desejada Ho - altura conhecida n - fator de rugosidade do terreno V V H / H o o n Descrição do terreno n Terreno sem vegetação 0,10 Terreno gramado 0,12 Terreno cultivado 0,19 Terreno com poucas árvores 0,23 Terreno com : muitas árvores, cerca 0,26 viva ou poucas edificações Florestas 0,28 Zonas urbanas sem edificações altas 0,32 slide 16 / 27

17 Velocidade Média Anual Atlas do Potencial Eólico Brasileiro Fonte: Dutra, 2001 slide 17 / 27

18 Curva de potência de uma turbina eólica A potência elétrica gerada é: P e 1 3 A v 2 Na prática, a potência Pe fornecida por uma turbina eólica em função da velocidade do vento é determinada pela curva de potência da turbina A curva de potência ilustra três importantes velocidades características: Ve Velocidade a partir da qual a turbina começa produzir energia Vn Velocidade do vento em que a turbina atinge a sua potência nominal Vc velocidade do vento a partir da qual a turbina é desligada para evitar problemas estruturais slide 18 / 27

19 Fator de capacidade FC Eg( ano) Pn 8760horas O FC representa um importante critério de decisão de escolha da viabilidade técnica e econômica da usina. É um indicador da produção energética e consequentemente do potencial de instalação de turbinas eólicas em um local. Diferentes locais (estações) usando o mesmo modelo de turbina apresenta diferentes fatores de capacidade, função da velocidade média dos ventos. Valores típicos para locais que possuem um bom regime de vento: 35%< FC < 45% slide 19 / 27

20 ENERGIA GERADA PELO PARQUE Produção de energia bruta: considera apenas as perdas por interferência das esteiras entre rotores das turbinas. D = Diâmetro do rotor (m) 5 D 10 D Produção líquida : Devem ser incluídas : Perdas elétricas: circuito interno + transmissão até o ponto de entrega Consumo próprio Perdas por indisponibilidade do sistema elétrico e dos aerogeradores (indisponibilidade forçada e programada) Avaliação do efeito esteira provocado por turbinas eólicas adjacentes Norma IEC Convém salientar que no caso de um espaçamento entre turbinas inferior a 3 diâmetros, o projeto deve ser melhor avaliado de acordo com a norma.. slide 20 / 27

21 Energia anual gerada por uma turbina EG( ano) Pn FC FD 8760/ ano FC = Fator de Capacidade e FD = Fator de disponibilidade Energia anual gerada por uma central eólica EG ( ano) EG central n nt = número de turbinas Energia gerada em cada turbina EG( ano) central nt 1 EG( ano) n Perdas na central (1 perdas) slide 21 / 27

22 Capacidade Instalada Mundo (GWEC GW 2012 R) Fonte: GWEC slide 22 / 27

23 Capacidade Instalada Por Região (GWEC GW 2012 R) Fonte: GWEC slide 23 / 27

24 Crescimento da Capacidade Mundo (GWEC GW 2012 R) Fonte: GWEC slide 24 / 27

25 Usinas Eólicas e Respectivas Potências Fiscalizadas (15 maiores) Usina Potência (kw) Município Praia Formosa Camocim - CE Alegria II Guamaré - RN Parque Eólico Elebrás Cidreira Tramandaí - RS Canoa Quebrada Aracati - CE Eólica Icaraizinho Amontada - CE Alegria I Guamaré - RN Parque Eólico de Osório Osório - RS Parque Eólico Sangradouro Osório - RS Parque Eólico dos Índios Osório - RS Bons Ventos Aracati - CE RN 15 - Rio do Fogo Rio do Fogo - RN Volta do Rio Acaraú - CE Dunas de Paracuru Paracuru - CE Total = 111 usinas com potência total = MW Fonte: BIG/ANEEL slide 25 / 27

26 Centrais Eólicas 26 Custos de Produção com Energia Eólica - Brasil Custo Total do Empreendimento (US$/kW) Custo da Energia gerada (US$/MWh) Fator de Capacidade (%) Fonte: Plano decenal , Eletrobrás slide 26 / 27

27 Rio do Fogo RGN 49,3 MW Algumas centrais em operação Millenium Paraíba 10,4 MW Osório Rio Grande do Sul - 50 MW slide 27 / 27

Documentos relacionados

Profa. Eliane Fadigas Prof. Alberto Bianchi

PEA 2200 Energia, Meio Ambiente e Sustentabilidade Energia Eólica Profa. Eliane Fadigas Prof. Alberto Bianchi slide 1 / 30 Detalhes de um aerogerador de eixo horizontal Pás de rotor Caixa de multiplicação