Instituto de Ciência e Tecnologia de Sorocaba Recursos Energéticos e Meio Ambiente Professor Sandro Donnini Mancini 14- Energia Eólica Sorocaba, Maio de 2016. ENERGIA EÓLICA Aproveitamento da força de massas de ar em movimento (ventos) para girar turbinas (aerogeradores) e obter energia: Elétrica Mecânica (moinhos, bombeamento de água) Utilizada há milhares de anos 1 a turbina comercial ligada a rede: 1976 (Dinamarca) Junho de 2012: + de 30 mil no mundo e a capacidade instalada é mais de 250 GW 1
É um dos tipos de energia cujo aproveitamento mais cresce no mundo. Em 2015 foram adicionados 63 GW, ou seja, um crescimento de 11%. http://www.wwindea.org/the-world-sets-new-wind-installations-record-637-gw-new-capacity-in-2015/ (*) World Wind Energy Association. Portal da Associação. Disponível em http://www.wwindea.org Potencial: 500.000TWh ao ano ~28 x o consumo de eletricidade mundial Impactos ambientais mínimos: Poluição visual Acidentes com aves Ruídos Interferência eletromagnética (transformação e distribuição) Transporte das pás 2
Vantagens Complementaridade com: energia solar (-sol, + vento) energia hidráulica (-chuva, + vento) no Brasil ANEEL, Attlas Nacional de Energia Elétrica. Brasília-DF, 2003. Disponível em http://www.aneel.gov.br Tecnologia Substituição de aço e alumínio por compósitos de termofixos com fibras de carbono e/ou vidro; Tamanho médio aumentou (de 100 kw para 1000 kw); Vida útil ~ 20 anos. Tendência: Devolução das pás usadas nas trocas por novas. 1 a Etapa contrato; 2 a Etapa: legislação Custos (caíram desde 1980) Instalação - U$ 1.000/kWh instalado (1981 U$ 2600 / kwh) Operação e Manutenção - U$ 0,006 a 0,01 por kwh gerado Offshore 30-50% mais caras, porém produzem ~30% mais Para instalação: Obtenção de dados sobre velocidade e direção dos ventos Preliminares aeroportos e estações meteorológicas Específicos anemógrafos computadorizados sensores especiais 3
Para a construção de uma usina eólica (wind farm), uma área é considerada tecnicamente aproveitável quando a potência instalada possa ser maior que 500W/m 2 a uma altura de 50 m ou seja V vento 7 m/s Isso só ocorre em 13% da superfície da Terra ANEEL, Attlas Nacional de Energia Elétrica. Brasília-DF, 2003. Disponível em http://www.aneel.gov.br Dos 500.000 TWh ao ano de potencial eólico mundial, estimase que somente 53.000 sejam realmente aproveitáveis (+ de 2 vezes o consumo mundial). O restante, diz respeito a áreas densamente povoadas, industrializadas ou com restrições naturais, como montanhas. Potencial Líquido por grande região do globo: África 10.600 TWh/ano Austrália 3.000 TWh/ano América do Norte 14.000 TWh/ano América Latina 5.400 TWh/ano Europa Ocidental 4.800 TWh/ano Europa Oriental e ex-urss 10.600 TWh/ano Ásia (- ex-urss) 4.900 TWh/ano Mundo 53.300 TWh/ano E o mar? Ventos no mar são geralmente 1m/s mais rápidos que na praia. 4
Turbinas Desenho aerodinâmico visando a máxima resultante que empurre a pá para cima; Sensor de vento e controle de giro para adaptação; Número pequeno de pás (2 ou 3), para facilitar o escoamento do vento. Para ventos de baixa velocidade, mais pás; Entre turbinas: 5 diâmetros de distância lateral; 10 diâmetros de distância longitudinal. altura, ventos geralmente mais velozes, + energia; Turbinas de até 1 MW, ventos a 50m litoral; Turbinas de mais de 2 MW, ventos a 70m interior; Para sistemas comerciais: elevação de tensão e ligação na rede de transmissão (normalmente tem prioridade); Eficiência máxima de 59%. se fosse 100% não haveria fluxo de ar Potência total do fluxo de ar, por exemplo, em kg/s m& = ρav (i) Energia Cinética E c = 1 2 mv 2 ( ii) Derivando em relação ao tempo (ii): Substituindo (i) em (iii): P = 1 2 mv & 2 (iii) 1 3 P = ρav 2 5
Assim a energia eólica obtida é proporcional a v 3. ANEEL, Attlas Nacional de Energia Elétrica. Brasília-DF, 2003. Disponível em http://www.aneel.gov.br P = ½ ρ ar. Área. V 3. Cp Onde: P= [W]; ρ ar ~ 1,10 kg/m 3 ; Área = π D 2 /4, [m 2 ]; V = [m/s]; Cp = eficiência do rotor = 0,59 Classificação de Turbinas: < 500 kw pequenas Entre 500kW e 1.000 kw médias > 1.000 kw - grandes https://www.youtube.com/watch?v=rzardywprby (*) http://www.wwindea.org/the-world-sets-new-wind-installations-record-637-gw-new-capacity-in-2015/ 6
Usinas Eólicas no Mar OFFSHORE A primeira data de 1991. 2004 aproximadamente 600 MW instalados 16 fazendas com um total de 316 turbinas- todos no Mar do Norte. Aparentemente, a região do Oceano Pacífico, na fronteira EUA/Canadá, também é propícia. Planos da Europa para energia eólica offshore: 2020 20 GW Horns Rev Offshore Wind Farm, Dinamarca, com 160 MW http://www.hornsrev.dk/engelsk/default_ie.htm Usinas Offshore na Europa Usina País Partida MW Turbinas Vindeby Dinamarca 1991 4.95 11 Lely (Ijsselmeer) Holanda 1994 2.0 4 Tunø Knob Dinamarca 1995 5.0 10 Dronten (Ijsselmeer) Holanda 1996 11.4 19 Gotland (Bockstigen) Suécia 1997 2.5 5 Blyth Offshore Reino Unido 2000 3.8 2 Middelgrunden Dinamarca 2001 40 20 Uttgrunden, Kalmar Sound Suécia 2001 10.5 7 Yttre Stengrund Suécia 2001 10 5 Horns Rev Dinamarca 2002 160 80 Frederikshaven Dinamarca 2003 10.6 4 Samsø Dinamarca 2003 23 10 North Hoyle Reino Unido 2003 60 30 Nysted Dinamarca 2004 158 72 Arklow Bank Irlanda 2004 25.2 7 Scroby Sands Reino Unido 2004 60 30 http://www.bwea.com/offshore/worldwide.html 7
Usinas Offshore na Europa (continuação) Usina País Partida MW Turbinas Kentish Flats Reino Unido 2005 90 30 Egmond aan Zee Holanda 2006 108 36 Barrow Reino Unido 2006 90 30 Lilligrund Suécia 2007 110.4 48 Beatrice Reino Unido 2007 10 2 Burbo Bank Reino Unido 2007 90 25 Lynn & Inner Dowsing Reino Unido 2009 194.4 54 Princess Amalia Holanda 2008 120 60 Thornton Bank 1 Bélgica 2009 30 6 Rhyl Flats Reino Unido 2009 90 25 Total 1.527,55 632 http://www.bwea.com/offshore/worldwide.html. Usinas Offshore na Europa (continuação) http://www.ewea.org/fileadmin/files/library/publications/statistics/ewea-european- Offshore-Statistics-2015.pdf 8
http://www.ewea.org/statistics/offshore/ Usinas Offshore no Mundo World Wind Energy Association. Portal da Associação. Disponível em http://www.wwindea.org 9
http://www.bwea.com/offshore/how.html 1 Apoio ; 2 Pás; 3 Nacele; 4 Cabos Submarinos 5 Transformador Primário, eleva tensão para mais de 30 kv; 6 Transformador Secundário As usinas em operação atualmente tem profundidade máxima de 45m e estão, no máximo, a 30 km da praia. Na teoria, uma área de 100 km 2 poderia abrigar uma usina de 650 MW. SMALL WIND Turbinas de até 100 kw http://small-wind.org/small-wind-world-market-back-on-track-again/ (*) Para aproveitamento caseiro (raríssimo no Brasil), os requisitos são menores (EUA): Área de 4.000 m 2 ; Ventos médios de 4m/s; Instalação de turbina de 5 a 15 kw; Torres de 25 a 40m; US$ 6.000 US$ 22.000; Nos sistemas modernos, não há necessidade de baterias. Nos EUA, a casa recebe energia da distribuidora quando não gera (ventos abaixo de 4m/s) não acionam o sistema gerador. Quando gera eletricidade, a casa deixa de receber eletricidade da distribuidora. Quando gera em excesso essa energia é automaticamente enviada à distribuidora. A conta no final do mês, virá com os créditos e a economia varia de 50-90% em nove meses do ano. Detalhes em http://www.awea.org/faq/rsdntqa.html 10
Potencial Eólico Brasileiro ANEEL, Attlas Nacional de Energia Elétrica. Brasília-DF, 2003. Disponível em http://www.aneel.gov.br Fonte: Balanço Energético Nacional 2010 - Disponível em www.mme.gov.br 11
U.F. Usina CE Algumas usinas da Wobben ou com sua Tecnologia - Potência (MW) Partida N o turbinas Altura do eixo do rotor (m) Diâmetro do rotor (m) Taíba* 5 1998 10 45 40 Prainha* 10 1999 20 45 40 Mucuripe* 2,4 2002 4 45 40 Beberibe** 25,6 2008 32 50-76 48 PB Millennium** 10,4 2007 13 50-76 48 Vale dos Ventos** 48 2009 60 50-76 48 PI Pedra do Sal** 18 2009 20 45 44 PR Palmas 2,5 1999 5 45 40 SC Bom Jardim da Serra 0,6 2002 1 45 40 Horizonte 4,8 2003 8 45 40 Água Doce** 9 2005 15 45 40 RN Macau 1,8 2003 3 45 10 RS * Usinas da Wobben ** PROINFA Rio do Fogo** 49,6 2006 62 50-76 48 Osório** 50 2006 25 64-113 70 Sangradouro** 50 2006 25 64-113 70 Índios** 50 2006 25 64-113 70 http://www.wobben.com.br/empresa/wobben/apresentacao-da-epresa/ (*) Algumas Outras Usinas antigas no Brasil: Fernando de Noronha I (PE) - 75 kw Fernando de Noronha II (PE) - 275 kw Morro do Camelinho (MG) - 1 MW Olinda (PE) - 225 kw Mais Recentes e Maiores: Santa Clara (RN) 188 MW 94 aerogeradores de 2MW cada Rotor de 82 m Partida: 2012 Proprietário: CPFL Santa Vitória do Palmar (RS) 258 MW 128 aerogeradores de 2MW cada Rotor de 97 m, torres de 78m Partida: 2015 http://www.pac.gov.br/noticia/48d35480 (*) 12
Energia Eólica no Brasil em 2009 Total = 602 MW em 36 usinas 260 MW em construção Produção de 1.238 GWh Energia Eólica no Brasil em 2011 Total = 1.426 MW, Produção de 2705 GWh Energia Eólica no Brasil em 2013 (http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/capacidadebrasil/capacidadebrasil.cfm) Total = 2.0744 MW em 94 usinas 2.101 MW em construção (85 usinas), 5.388 MW outorgados (203 usinas) Energia Eólica no Brasil em 2016 http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/capacidadebrasil/capacidadebrasil.cfm (*) Total = 8,6 GW em 354 usinas 3, 5 GW em construção (148 usinas), G GW outorgados (249 usinas) PROINFA Programa de Incentivo ao Uso de Fontes Alternativas de Energia Elétrica Criado em 2002; BNDES financia até 70% do empreendimento; Garantia de compra, por até 20 anos, no preço de mercado de até 1100 MW; +1.100 MW para biomassa e 1.100 MW para PCHs; Eólicas tem prioridade de entrar na rede de transmissão. Dezembro de 2009 ANEEL faz o primeiro leilão exclusivo de energia eólica; 71 novas usinas (63 no NE) até 2012; Acrescentaram 1,8 GW; Garantia de compra por 20 anos a R$ 148 / MWh. 13
Potencial eólico brasileiro Estimativa (APEB, 2001) 143 GW Capacidade instalada (GWEC, 2010; ANEEL, 2016) Ano 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2016 MW 29 237 247 341 606 931 8.600 Fonte: Balanço Energético Nacional 2015 - Disponível em www.mme.gov.br 14
2013 http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/capacidadebrasil /capacidadebrasil.cfm 2016 ANEEL, Attlas Nacional de Energia Elétrica. Brasília-DF, 2008. Disponível em http://www.aneel.gov.br 15
Usina Eólica da Prainha, Ceará 20 turbinas de 500 kw Proprietária: Wobben Usina Eólica do Mucuripe Fortaleza-CE (Avenida Beira Mar) 4 turbinas de 600 kw Proprietária: Wobben Repotenciada em 2002 16
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