Dimensionamento ótimo de uma micro-usina de correntes de maré para sistemas isolados

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1 Dimensionamento ótimo de uma micro-usina de correntes de maré para sistemas isolados Code: Bruno Gomes de Sá, Osvaldo R. Saavedra, Denisson Queiroz Oliveira e Pedro B. Leite Neto Universidade Federal do Maranhão - Brasil 21/11/2017 1

2 Objetivos Dimensionamento ótimo de uma micro-usina de corrente de maré. Dimensionar o número e tamanho de turbinas; Quantidade de string do sistema de armazenamento; O objetivo do dimensionamento é atender um sistema isolado, ilha do Medo, com menor custo possível. A ilha do Medo fica próximo a cidade de São Luís. 21/11/2017 2

3 Introdução - Tipos de Energias Oceânicas Ondas; Corrente de Maré; Gradiente de Maré; Gradiente de Temperatura; Gradiente de Salinidade; Correntes Oceânicas; O potencial teórico mundial supri em 95 vezes o consumo mundial de energia de /11/2017 3

4 Introdução - Características da geração de energia a partir de corrente de maré: Intermitente; Sustentável; Previsível. 21/11/2017 4

5 Extração de Energia da Fonte Corrente de Maré Fig. 1 Estrutura da cadeia de conversão de energia de corrente de maré. 21/11/2017 5

6 Extração de Energia da Fonte Corrente de Maré Energia Cinética do Fluido PCM 1... R.v Potência Mecânica da Turbina P mec 1.C (, )... R.v p /11/2017 6

7 Extração de Energia da Fonte Corrente de Maré Coeficiente de desempenho: Cp: entre 0,35 e 0,5 (limite de Bezt ); Depende da relação de velocidade das pontas da turbina (λ) e do ângulo de ataque (θ). 21/11/2017 7

8 Extração de Energia da Fonte Corrente de Maré λ depende da velocidade da massa de água V1, do raio da pá R da turbina e da velocidade angular (ω) desenvolvida pela turbina: 21/11/2017 8

9 Coeficiente de potência em função de λ Fig. 2 Relação Cp λ para diferentes ângulos de ataque. 21/11/2017 9

10 Modelagem dos Recursos da Maré HAM Harmonic Analysis Method m H ( t) H A cos( t ) o i i i i 1 H(t) Altura da Maré; H o nível médio do mar; A i Amplitude de cada componente harmônica; ω i Velocidade angular de cada componente harmônica; φ i ângulo de fase de cada componente harmônica; 21/11/

11 Dimensionamento Ótimo da Usina de TCM Função objetivo: minimizar custo total min C min(c C C ) T i O _ M S C C.t C. t O _ M TCM _ OM TCM b _ OM b C C C S TCM _ S b _ S 21/11/

12 Restrições do Sistema de Armazenamento SOC SOC SOC 0 0 min r P P r ch ch _ r dch dch _ r bs _ ch bs _ ch max bs _ dch bs _ dch max N c r r N P P cmax max FG _ MAIOR. C. V. DOD 21/11/ N b E b b max

13 Restrições da Turbina t m N TCM t m 0 P C (t)dt 0 P TCM () t dt 21/11/

14 Restrições da Turbina N TCM L C [ 1].[ 1] 1.5d 10d L e C: comprimento e largura permitido; d é o diâmetro das pás das turbinas. Número de turbinas: limitado pela área e a distância mínima necessária entre as turbinas: Mínimo de meio diâmetro das pás entre turbinas adjacentes; 10 vezes o diâmetro das pás ao longo do fluxo. 21/11/

15 Dimensionamento Ótimo da Usina de TCM Restrições do Balanço de Potência P P P P TCM b _dch diesel C P P P P TCM C b _ch vertida 21/11/

16 Estudo de Caso: Baia de São Marcos 21/11/

17 Bay of São Marcos Maranhão - Brazil 13/11/

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19 Medicões in loco Campanha de medições realizadas em /11/

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21 Medicões in loco Tempo de vida do projeto de 20 anos; Troca do sistema de armazenamento a cada 2 anos. Demanda Máxima: 7,71 kw Rendimento para o gerador de 85%. O coeficiente de desempenho para a turbina: 0,45. 21/11/

22 Medicões in loco 21/11/

23 Demanda?: 21/11/

24 Universo de turbinas (comerciais) Modelo de turbinas utilizadas. 21/11/

25 Como resolver o problema de otimização Dado o número limitado do universo de valores para as variáveis independentes, através do método enumerativo é possível resolver o problema; As quantidades ótimas para cada tipo de turbina analisada são expostas na Tabela a seguir: Esta hipótese será corrigida em futuras etapas, pela necessidade de projetar turbinas orientadas para o site 21/11/

26 Resultados Tabela I Dimensionamento ótimo para os cinco tipos de Turbinas 21/11/

27 Solução ótima Uma turbina de 56 kw; 2 strings de baterias. Cada string é composta por 24 células de chumboácido em série; Tensão nominal de 50,4 V (2,1 V/célula); Capacidade nominal de 1200 Ah. 21/11/

28 Resultados Fig. 7 Estado de carga para o dimensionamento ótimo entre junho de 2016 e maio de /11/

29 Conclusões O potencial energético disponível é suficiente para atender a carga prevista. O dimensionamento ótimo foi de uma turbina e 2 strings de baterias, para atender a carga 24 h. O gerador a diesel foi considerado com despacho zero, estando no Sistema apenas para manter a confiabilidade (e vida útil de baterias); Investimento: R$ ,00 ( US$ ,00). 21/11/

30 Instituto Nacional de Ciência & Tecnologia em Energia Oceânicas INEOF UFMA - Brasil 21/11/