MERCADO. Introdução: UNIDADE I - INFRAESTRUTURA ELÉTRICA SIMPLIFICADA DOS AEROGERADORES E CONEXÃO COM A REDE ELÉTRICA

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1 Introdução: 1 Aspectos Tecnológicos e Conexão com a Rede Elétrica; a) Introdução: b) Os 04 Conceitos Tecnológicos Básicos; c) O conceito DFIG; d) Vantagens e Desvantagens da Tecnologia; e) O Processo de Sincronismo com a rede MERCADO A geração eólica atual é uma tecnologia que aparenta ser simples. Não obstante, apesar dos funcionamento básico dos aerogeradores ser quase evidente, um aerogerador é um sistema complexo no qual se combinam diversos campos da engenharia, como aeronáutica, química, mecânica, eletricidade e sistemas de controle. Podendo ter os equipamentos de eixo vertical ou horizontal, com uma, duas ou três pás. Os aerogeradores de maior instalação no mundo são do tipo eixo horizontal, com turbinas eólicas de 03 pás. Diversas tecnologias podem ser empregadas, dependendo pode potencial eólico a explorar, do retorno financeiro desejado do investimento e das características operacionais desejadas e dessa forma podendo ser utilizada várias topologias de construção. Dessa forma estudaremos as 04 topologias (Conceitos tecnológicos básicos) usuais na construção de aerogeradores de grande porte.

2 (Os 04 conceitos tecnológicos básicos ) MERCADO SCIG: gerador de indução gaiola de esquilo WRIG: gerador de indução c/ rotor bobinado PMSG: gerador síncrono c/ ímã permanente WRSG: gerador síncrono com rotor bobinado

3 (Os 04 conceitos tecnológicos básicos ) Introduzido nos anos 80; baseia-se no gerador de indução gaiola de esquilo; Estator diretamente alimentado pela rede; A rotação pode variar somente entre 1% e 2% (Praticamente velocidade fixa) Versões também com duas velocidades. O sistema de controle de potência: stall Exemplos fabricantes: Suzlon, Nordex, Siemens. MERCADO SCIG: gerador de indução gaiola de esquilo WRIG: gerador de indução c/ rotor bobinado PMSG: gerador síncrono c/ ímã permanente WRSG: gerador síncrono com rotor bobinado Contempla o uso de gerador de indução com rotor bobinado; Aplica-se eletrônica de potência para controlar a resistência do rotor, o que permite uma variação de rotação de até10% (em relação à síncrona); Maximiza a qualidade da energia e reduz a carga mecânica nos componentes das turbinas durante rajadas. O controle de potência : controle de passo ativo. Exemplos fabricantes: Vestas.

4 (Os 04 conceitos tecnológicos básicos ) Tipo mais comum, utilizando a eletrônica de potência; Gerador de indução duplamente alimentado - DFIG; Rotor conectado à rede através de um conversor bidirecional que controla a excitação do sistema, a fim de desacoplar a frequência elétrica da velocidade mecânica do rotor; Variação de velocidade é de até 40%, acima e abaixo da síncrona. Ex. : GE, Vestas, Gamesa, Suzlon. MERCADO Possibilita a ausência de caixa de transmissão com gerador de baixa velocidade; Contempla a utilização de gerador síncrono com rotor bobinado ou com ímã permanente; Estator conectado à rede através de um inversor eletrônico pleno, podendo prover uma faixa de variação de velocidade ainda maior que o tipo anterior; Totalmente desacoplado da rede. SCIG: gerador de indução gaiola de esquilo WRIG: gerador de indução c/ rotor bobinado PMSG: gerador síncrono c/ ímã permanente WRSG: gerador síncrono com rotor bobinado Exemplos fabricantes: Enercon, GE, Siemens, Impsa.

5 (O Conceito DFIG) Gerador de Indução duplamente alimentado DFIG (Double Fed Induction Generation) Pv = Perdas por correntes de foucault no rotor + Perdas por magnetização no núcleo MERCADO (desprezível em relação ma Pjr) Pe = Potência Elétrica (V,I) Pm = Potência Mecânica(Torque) Pje/Pjr = Perdas no estator e rotor por efeito Joule respectivamente

6 (O Conceito DFIG) MERCADO

7 (Aerogeradores de Velocidade Variável) Vantagens: Performance superior a baixas velocidades do vento Não Consomem reativa Alguma capacidade regulação tensão Flutuações de potência menos acentuadas X Desvantagens: Poucos fabricantes; Menor robustez; Manutenção minuciosa e assegurada somente pelo fabricante; Injetam harmônicas de alta Frequência na rede Custo mais elevado. GE SWT

8 Ligação Direta (Velocidade fixa): Gerador assíncrono Caixa de velocidades (Multiplicadoras) Velocidade rotação fixa X Inversores de frequência (Velocidade Variável): Gerador síncrono ou c.c. Sem caixa de velocidades Velocidade rotação variável Conversor frequências. SUZLON

9 (Aerogeradores de Velocidade Fixa) Vantagens: Tecnologia bem conhecida e testada; Robustez; Reduzida e simples manutenção; Baixo custo. X Desvantagens: Transitórios de ligação à rede; Elevado consumo de potência reativa; Flutuações potência elevadas Siemens SWT

10 (Sincronismo com a Rede) Para não ocasionar um curto circuito e danificar equipamentos tanto do aerogerado como da rede elétrica, ambos precisam estar sincronizados e possuir a mesma tensão gerada, isto é, devem gerar a mesma tensão sob a mesma frequência e defasagem Etapas (Analogia): 1ª_ Ajustar o nível de tensão; 2ª_ Acertar a sequencia de fase; 3ª_ Corrigir eventual Defasagem/frequência. Indicação de Defasagem. 1ª _ As lâmpadas piscam alternadamente e não juntas, é necessário acertar a sequência de fase. 2ª _ Sinalização da etapa através da Luminosidade: Intensa Defasagem próxima de 180 ; Fraca Quase em Fase. Sem Luminosidade Em fase e sincronizado. G1 = Outros Geradores G2 = Aerogeradores

11 BIBLIOGRAFIA NBR 14039/03 - Instalações elétricas de média tensão de 1,0 kv a 36,2 kv; IEC Measurement and assessment of power Quality Characterístics of Grid Connected Wind Turbine. RESENDE, H.R - Apostila: Engenharia Elétrica aplicada à construção de Parques Eólicos. ESTANQUEIRO, A.I., J.M. Ferreira de Jesus, e J.G. Saraiva (1991). Integração de Conversores eólicos no Sistema de Energia Elétrica. ESTANQUEIRO, A. I., Apresentação: Curso de Energias Renováveis: Princípio de funcionamento de turbinas eólicas: conversão mecanoeléctrica. ROSAS, P.A.C, Estanqueiro, A.I., Guia de Projeto Elétrico de Centrais Eólicas CBEE ROSAS, P.A.C - Conexão de Turbinas Eólicas a Rede Elétrica Série Engenharia Eólica MONARO, R.M Artigo: Proteção convencional de geradores sincronos-sel-eesc-usp. MAMEDE, J.- Manual de equipamentos Elétricos,Vol.1 2ª edição Editora UFPE, Recife,1980. FILHO, A. C. A - Apresentação: ANEEL - Aspectos Tecnológicos das Fontes de Energia Renováveis.

12 Obrigado!!!