Sistemas de Energia (SIE)

Transcrição

1 Sistemas de Energia (SIE) Aula 08 Energia Eólica. Prof: Christian dos Santos

2 Plano de aula Objetivos - Fontes renováveis - Energia Eólica. - Vantagens e Desvantagens

3 Energia Eólica Energia eólica é a transformação da energia do vento em energia útil, tal como na utilização de aerogeradores para produzir eletricidade, moinhos de vento para produzir energia mecânica ou velas para impulsionar veleiros. Assim como a energia hidráulica, a energia eólica é utilizada há milhares de anos com as mesmas finalidades, a saber: bombeamento de água, moagem de grãos e outras aplicações que envolvem energia mecânica.

4 Força dos ventos A primeira turbina eólica comercial ligada à rede elétrica pública foi instalada em 1976, na Dinamarca. Atualmente, existem mais de 30 mil turbinas eólicas em operação no mundo. Em 1991, a Associação Européia de Energia Eólica estabeleceu como metas a instalação de MW de energia eólica na Europa até o ano 2000 e MW até o ano Estima-se que em 2020 o mundo terá 12% da energia gerada pelo vento, com uma capacidade instalada de mais de 1.200GW (WINDPOWER; EWEA; GREENPEACE, 2003; WIND FORCE, 2003).

5 Potencial Eólico Para que a energia eólica seja considerada tecnicamente aproveitável, é necessário que sua densidade seja maior ou igual a 500 W/m 2, a uma altura de 50 m, o que requer uma velocidade mínima do vento de 7 a 8 m/s. Segundo a Organização Mundial de Meteorologia, em apenas 13% da superfície terrestre o vento apresenta velocidade média igual ou superior a 7 m/s, a uma altura de 50 m.

6 Potencial Eólico Mesmo assim, estima-se que o potencial eólico bruto mundial seja da ordem de TWh por ano. Devido, porém, a restrições socioambientais, apenas TWh (cerca de 10%) são considerados tecnicamente aproveitáveis

7 Potencial Eólico Capacidade instalada no mundo

8 Potencial eólico no Brasil Até poucos anos, as estimativas eram da ordem de MW. Hoje a maioria dos estudos indica valores maiores que MW. Essas divergências decorrem principalmente da falta de informações (dados de superfície) e das diferentes metodologias empregada

9 Potencial eólico no Brasil Outro fator importante, como incentivo, é a possibilidade de complementaridade entre a geração hidrelétrica e a geração eólica, visto que o maior potencial eólico, na região Nordeste, ocorre durante o período de menor disponibilidade hídrica, conforme ilustrado na figura

10 No aproveitamento da energia eólica para geração de eletricidade, torna-se importante distinguir as variações temporais da velocidade dos ventos: Variações anuais (mais dados disponíveis); Sazonais (aquecimento durante diferentes estações do ano); Diárias e de curta duração (perfil diário/horário varia de um mês para outro, incluem rajadas de ventos).

11 O comportamento do vento é influenciado pela variação de sua velocidade a longo do tempo. Entre os principais fatores de influência no regime dos ventos destacam-se: A variação da velocidade com a altura; A rugosidade do terreno (irregularidades), que é caracterizada pela vegetação, utilização da terra e construções;

12 Tipos de Captadores Eólicos São de eixo vertical e eixo horizontal

13 Aerogerador de Eixo Vertical São empregados para menores potências (até 50 kw). Constituídos de duas ou três pás que de auto direcionam na direção do vento.

14 Aerogerador de Eixo Horizontal São os mais comuns;

15 Aerogerador de Eixo Horizontal O rotor pode ser constituído de uma pá e contrapeso, ou ainda duas, três ou múltiplas pás. A pás podem ter formas variadas e ser feitas de diferentes materiais (madeira, alumínio ou fibra de vidro reforçada). Os rotores mais utilizados são os tipo hélice compostos de três pás.

16 Componentes de um Aerogerador de Eixo Horizontal Nacele: é a carcaça montada sobre a torre, onde se situam o gerador, todo o sistema de controle, medição do vento e motores para melhor posicionamento em relação ao vento.

17 Componentes de um Aerogerador de Eixo Horizontal Pás e eixo: as pás são responsáveis pela interação com o vento, transformando sua energia cinética em trabalho mecânico. As pás dispõem de rolamentos em sua base, permitindo que girem e obtenham um melhor aproveitamento do vento. Um cubo é montado para a fixação das pás. O eixo acopla este cubo ao gerador

18 Componentes de um Aerogerador de Eixo Horizontal Gerador: responsável por converter a energia mecânica, decorrente do movimento das pás, em energia elétrica.

19 Componentes de um Aerogerador de Eixo Horizontal Torre: sustenta e posiciona o rotor a uma altura necessária para seu funcionamento. Inicialmente eram fabricadas com metal treliçado. Devido ao uso de aerogeradores cada vez maiores, seu peso tornou necessário desenvolver torres mais resistentes, feitas de metal tubular ou de concreto.

20 Componentes de um Aerogerador de Eixo Horizontal Mecanismos de controle: destinam-se à orientação do rotor, ao controle de velocidade, ao controle de carga, podendo ser mecânico, aerodinâmicos ou eletrônicos.

21 Aplicações dos Sistemas Eólicos Sistemas isolados; Sistemas híbridos; Interligados à rede; Sistemas off-shore.

22 Sistemas Isolados Utilizam alguma forma de armazenar energia (baterias com controle de carga para proteger contra sobrecargas ou descargas profundas). É necessário operarem com inversor para transformar a corrente de contínua para alternada. Os inversores devem ser equipados com rastreamento do ponto de máxima potência (Maximum Power Point Tracking MPPT), a fim de otimizar a potência produzida.

23 Sistemas Isolados

24 Geração Híbrida Sistemas que utilizam várias formas de geração, além das turbinas eólicas, como geração a diesel, painéis fotovoltaicos, entre outras. São geralmente empregados em sistemas de médio a grande porte, devido à sua complexidade.

25 Sistemas Interligados à Rede Não necessitam de armazenamento de energia. Toda geração é entregue à rede elétrica. Sistemas eólicos com potência acima de 1MW, são considerados usinas. Segundo a Resolução Normativa 482/2012 da ANEEL, microgeradores são definidos como sistemas com potência de até 100 kw, e minigeradores, acima de 100 kw e até 1 MW, conectados à rede de distribuição por meio de instalações de unidades consumidoras.

26 Sistemas Interligados à Rede Mini e Microgeração Eólica Net metering A rede elétrica pública fornece energia ao consumidor quando não há vento. Se o sistema eólico gerar eletricidade quando não há ninguém para consumi-la, essa energia é automaticamente injetada na rede, e o consumidor recebe uma compensação, em kwh, de sua distribuidora por essa energia. O consumidor paga somente o valor da diferença entre a energia consumida da rede pública e o que foi gerado e injetado por você na rede.

27 Sistemas Off-shore Apresentam maior custo de transporte, instalação e manutenção; Surgiram a partir do esgotamento de áreas com potencial eólico em terra.

28 Energia Eólica no Brasil Apesar de ter um território vasto com ótimo potencial de geração de energia elétrica utilizando o vento, o Brasil ainda produz pouca energia a partir desta fonte (correspondendo a cerca de 2% de participação na matriz elétrica nacional). São 322 usinas, com capacidade de produção de 8,12 gigawatts (o equivalente à usina hidrelétrica de Tucuruí, no Pará).

29 Energia Eólica no Brasil Possui a 10ª maior capacidade de geração do mundo e, em 2014, foi o quarto que mais ampliou esse potencial, atrás de China, Alemanha e Estados Unidos. A região Nordeste responde por 75% da capacidade de produção nacional (o restante se concentra no Sul do país) e 85% da energia gerada de fato no país por essa fonte. Dos cinco maiores Estados produtores, quatro são da região: Rio Grande do Norte, Ceará, Bahia e Piauí o Rio Grande do Sul completa a lista. Segundo a Associação Brasileira de Energia Eólica (Abeeólica), foram inauguradas mais de 100 usinas eólicas em 2015, o que representou um investimento da ordem de R$ 19,2 bilhões.

30 Principais Parques Eólicos no Brasil Complexo Eólico Chapada do Piauí: Simões, Piauí, capacidade instalada de 436MW. Inaugurado em janeiro/2016.

31 Principais Parques Eólicos no Brasil Complexo Eólico Alto Sertão III : (Caetité, Igaporã, Pindaí, Licínio de Almeida e Ura). Potência Instalada 400 MW, 155 aerogeradores.

32 Principais Parques Eólicos no Brasil Parque Eólico de Osório: Osório (Rio Grande do Sul), capacidade de 150 megawatts.

33 Principais Parques Eólicos no Brasil Usina de Energia Eólica de Praia Formosa: Camocim (Ceará), capacidade instalada de 104 megawatts.

34 Vantagens e desvantagens da energia eólica A utilização da energia eólica comporta numerosas vantagens face às energias tradicionais e mesmo em comparação com outros tipos de energias renováveis, em função do seu maior desenvolvimento. Desde a redução da dependência dos combustíveis fósseis até à criação de empregos. É inesgotável; Não emite gases poluentes nem gera resíduos; Diminui a emissão de gases de efeito de estufa (GEE). Os parque eólicos são compatíveis com outros usos e utilizações do terreno como a agricultura e a criação de gado;

35 Vantagens e desvantagens da energia eólica A intermitência, ou seja, nem sempre o vento sopra quando a eletricidade é necessária, tornando difícil a integração da sua produção no programa de exploração; Pode ser ultrapassado com as pilhas de combustível (H2) ou com a técnica da bombagem hidroelétrica. Provoca um impacto visual considerável, principalmente para os moradores em redor, a instalação dos parques eólicos gera uma grande modificação da paisagem; Impacto sobre as aves do local: principalmente pelo choque destas nas pás, efeitos desconhecidos sobre a modificação de seus comportamentos habituais de migração; Impacto sonoro: o som do vento bate nas pás produzindo um ruído constante (43dB(A)). As habitações mais próximas deverão estar, no mínimo a 200 metros de distância.

36 Exercícios 1) Historicamente, desde quando se aproveitou o uso da energia eólica pela humanidade? 2) No Brasil quais as principais regiões com potencial eólico? 3) Quais as principais características dos ventos quando se é considero para utilização em geração de energia? 4) Quais os principais fatores que influenciam as velocidades do vento? 5) Quais os principais tipos de captadores eólicos? 6) Quais os principais componentes de um gerador eólico horizontal? 7) Quais os principais tipos de utilizações dos geradores eólicos? 8) Explique como funciona um sistema híbrido de geração de energia? 9) Explique como pode funcionar um sistema off-shore de geração eólica de energia? 10) Quais as vantagens e desvantagens do uso de geração eólica de energia?

37 Bibliografia Utilizada Acesso em: 14 ago Acesso em: 14 ago