Disciplina

Energia

EólicaAULA 1

BIBLIOGRAFIA

Tolmasquim, Mauricio Tiomno (organizador) – “Fontes Renováveis de Energia no Brasil”, Editora Interciência, Rio de Janeiro 2003, 515pp;

Patel, Mukund R. – “Wind and Solar PowerSystems”,CRC Press, 1999, 351pp;

Bibliografia – Continuação 1

Gipe, Paul - “Wind Power for Home andBusiness”, A Real Goods Solar Living Book, 1993, 413pp;

Gipe, Paul - “Wind Energy Basics – A Guideto Small and Micro Wind Systems”, A RealGoods Solar Living Book, 1999, 122pp;

Bibliografia – Continuação 2

Reis, Lineu Belico dos – “Geração de Energia Elétrica – Tecnologia, Inserção Ambiental, Planejamento, Operação e Análise de Viabilidade”. Editora Manole, 2003, 324 pp;

Farret, Felix Alberto – “Aproveitamento de Pequenas Fontes de Energia Elétrica”. Editora UFSM,1999, 245 pp.

Avaliação

1o Teste – 29 de abril - Valor: 35 pontos

2o Teste – 17 de junho - Valor: 35 pontos

1 trabalho, apresentação escrita e oral Dias - 24 de junho e 1o de julhoValor: 30 pontos

ENERGIA EÓLICALivro: Fontes Renováveis de Energia no Brasil

(Cap. 4 – pp 207 a 237 )

Marcos Vinícius Gusmão do Nascimento (Coordenador) - CEPELJorge H. Greco Lima – CEPELFábio Gino Franscescutti - CEPELRicardo Marques Dutra - CEPELPatrícia de Castro Silva - CEPELMárcio Giannini – CEPELAffonso Vianna Júnior - CEPEL

1. ESTADO DA ARTE DA ENERGIA EÓLICA

• Há 5000 anos os egípcios utilizavam o vento para navegação no rio Nilo;

• Mais tarde foram construídos os primeiros sistemas para moagem de grãos que tinham pás parecidas com remos;

1. ESTADO DA ARTE DA ENERGIA EÓLICA

• No século XIV os holandeses lideram os projetos de moinhos de vento (drenar os pântanos e lagos do delta do rio Rohone);

• Na América os imigrantes vindos da Europa usaram os moinhos de vento para moagem de trigo, bombeamento de água e prover trabalho mecânico para serrarias;

1. ESTADO DA ARTE DA ENERGIA EÓLICA

• No século XX os pequenos moinhos de vento foram utilizados para bombeamento de água e geração de energia elétrica;

• Nos anos 70, com o primeiro choque do petróleo, a geração de energia elétrica via sistemas eólicos se tornou a opção economica e estrategica para muitos países;

1. ESTADO DA ARTE DA ENERGIA EÓLICA

Atualmente, mesmo com o preço internacional do petróleo em patamar estável e abaixo ao verificado no período dos dois choques, o uso dessa fonte de energia renovável tem grande importância por se tratar de uma geração livre de emissões e custos de implantação progressivamente baixos.

1. ESTADO DA ARTE DA ENERGIA EÓLICA

A utilização da energia eólica no mundo para a produção de eletricidade em larga escala vem sendo cada vez mais difundida entre os países de todos os continentes.

1. ESTADO DA ARTE DA ENERGIA EÓLICA

Países que inicialmente adotaram a utilização de energia eólica para geração de energia elétrica:

• Alemanha• Dinamarca• Holanda• Estados Unidos

1. ESTADO DA ARTE DA ENERGIA EÓLICA

A utilização de energia eólica para geração de energia elétrica também está presente em:

• Espanha• Portugal• Itália• Bélgica• Reino Unido• Países da América Latina, África e Ásia

1. ESTADO DA ARTE DA ENERGIA EÓLICA

O desenvolvimento tecnológico levou à necessidade de novos modelos de turbinas eólicas de

maiores capacidades, num mercado dominado por indústrias

dinarmaquesas e alemãs.

1. ESTADO DA ARTE DA ENERGIA EÓLICA

Evolução das turbinas:

Início da década de 90: 20 m de diâmetro com 100 kW

Final dos anos 90: 50 a 60 m de diâmetro com 1,5 MW

1. ESTADO DA ARTE DA ENERGIA EÓLICA

Cada vez mais turbinas de grande porte encontram espaço no mercado de geração eólica de

energia elétrica.

(Tabela 1)

1. ESTADO DA ARTE DA ENERGIA EÓLICA

1. ESTADO DA ARTE DA ENERGIA EÓLICA

Aplicação em

terra

1. ESTADO DA ARTE DA ENERGIA EÓLICA

AplicaçãoOffshore

1. ESTADO DA ARTE DA ENERGIA EÓLICA

A utilização de energia eólica é uma das que mais cresce no mundo.

Entre 1996 e 2000:

a potência média instalada cresceu a uma taxa > 28% aa;

a potência acumulada cresceu 31% aa.

1. ESTADO DA ARTE DA ENERGIA EÓLICA

1. ESTADO DA ARTE DA ENERGIA EÓLICA

1. ESTADO DA ARTE DA ENERGIA EÓLICA

Os vários países que já utilizam a energia eólica para a geração de energia elétrica são mostrados na

Tabela 4.

1. ESTADO DA ARTE DA ENERGIA EÓLICA

1. ESTADO DA ARTE DA ENERGIA EÓLICA

As Figuras 1a e 1b apresentam a evolução recente da capacidade

instalada e uma projeção realizada em 1999.

1. ESTADO DA ARTE DA ENERGIA EÓLICA

Figura 1a – Evolução e previsões da capacidade instalada.

1. ESTADO DA ARTE DA ENERGIA EÓLICA

Figura 1b – Evolução da capacidade instalada.

2. A EVOLUÇÃO DA DINÂMICA TECNOLÓGICA DO SETOR NO BRASIL

A dinâmica da tecnologia de produção de energia eólica no Brasil está dispersa em ações isoladas de:

Universidades;Centros de pesquisas;Concessionárias.

2. A EVOLUÇÃO DA DINÂMICA TECNOLÓGICA DO SETOR NO BRASIL

1976-82 – IAE/CTA: foram desenvolvidas e instaladas turbinas de 2 kW e 5 kW. Projeto DEBRA, turbinas de 100 kW e 165 kW;

Na década de 80: UFRGS instala aerogeradores wind-charger de duas pás no meio rural do RS;

2. A EVOLUÇÃO DA DINÂMICA TECNOLÓGICA DO SETOR NO BRASIL

1985: Na UFRGS é desenvolvido um aerogerador Darrieus de 3 kW;

1988: publicado o mapa eólico do RS, formado por isolinhas baseadas em análise de 42 estações anemométricas;

2. A EVOLUÇÃO DA DINÂMICA TECNOLÓGICA DO SETOR NO BRASIL

1991: convênio entre a firma italiana Riva-Calzoni e UFRGS com a instalação de 10 torres com anemômetros no RS;

1985-92: instalação e operação de três geradores de 2,2 kW;

2. A EVOLUÇÃO DA DINÂMICA TECNOLÓGICA DO SETOR NO BRASIL

Início da década de 90 – CELPE: instalação de um aerogerador de 75 kW (rotor de 13 m) na ilha de Fernando de Noronha ;

2. A EVOLUÇÃO DA DINÂMICA TECNOLÓGICA DO SETOR NO BRASIL

Década de 90: a UFRGS instala cinco turbinas eólica sendo quatro de 3 kW e uma de 5,2 kW;

1993: tentativa de se instalar cinco turbinas de 199 kW em Santa Vitória do Palmar/RS. Foram realizadas apenas as medições de vento por um ano pela UFRGS.

2. A EVOLUÇÃO DA DINÂMICA TECNOLÓGICA DO SETOR NO BRASIL

Agosto/94 – CEMIG: instalação de quatro aerogeradores de 250 kW no morro do Camelinho;

2. A EVOLUÇÃO DA DINÂMICA TECNOLÓGICA DO SETOR NO BRASIL

Janeiro/1996: Instalada no Brasil a primeira fábrica de aerogeradores Wobben Windpower Ind. e Com. (Sorocaba), subsidiária de empresa alemã com o objetivo de produção para exportação;

Março/1996 – UFPE: Início de operação do Centro de Testes de Turbinas Eólicas em Olinda/PE

2. A EVOLUÇÃO DA DINÂMICA TECNOLÓGICA DO SETOR NO BRASIL

1997 – CELPA:Instalado na Ilha de Marajósistema híbrido com 4 turbinas eólicas de 10 kW e um sistema fotovoltaico de 10 kW;

Fevereiro 2002: Wobben Windpower Ind. e Com.(Sorocaba) inaugura filial no CE com capacidade de produção conjunta de 600 MW para 2003;

2. A EVOLUÇÃO DA DINÂMICA TECNOLÓGICA DO SETOR NO BRASIL

1999-2002: realizados no Rs levantamento de potencial eólico com 27 torres de medição(alturas entre 40 e 50 m);

2002:publicado Atlas Eólico do RS. Potencial eólico de estado é estimado em 15.840 MW. Detectada a exploração offshore com capacidade de 18.520 MW.

2. A EVOLUÇÃO DA DINÂMICA TECNOLÓGICA DO SETOR NO BRASIL

Na Tabela 5 são apresentadas os principaisParques Eólicos no Brasil

2. A EVOLUÇÃO DA DINÂMICA TECNOLÓGICA DO SETOR NO BRASIL

3. DESCRIÇÃO DA TECNOLOGIA EÓLICA

A energia eólica é a energia cinética do ar em movimento

(ventos), que pode ser aproveitada pelo homem para

realizar trabalho útil.

3. DESCRIÇÃO DA TECNOLOGIA EÓLICA

Inicialmente a utilização da energia eólica consistia de aplicação na agricultura:

o Bombeamento d’água;o Moagem de grãos.

3. DESCRIÇÃO DA TECNOLOGIA EÓLICA

A utilização da energia eólica para a geração de energia elétrica teve seu início no

final do século XIX.

3. DESCRIÇÃO DA TECNOLOGIA EÓLICA

A Figura 2 mostra o desenvolvimento do tamanho e da potência de turbinas eólicas

desde 1985

3. DESCRIÇÃO DA TECNOLOGIA EÓLICA

Figura 2 – Evolução do tamanho dos aerogeradores.

3.1 POTÊNCIA EXTRAÍDA POR UMA TURBINA EÓLICA

A potência teórica extraída pela turbina eólica pode ser descrita pela equação:

3ip2

1 VAηcρP ⋅⋅⋅⋅=

ρ = massa específica do ar;Cp = coeficiente de potência;η = eficiência de conversão eletromecânica;A = Área do rotor;Vi = Velocidade frontal.

3.1 POTÊNCIA EXTRAÍDA POR UMA TURBINA EÓLICA

Em condições ideais o valor máximo teórico da energia contida no fluxo de ar que pode ser extraída por uma turbina eólica é de 59,3%.

(Valor máximo de Cp = 0,593)

3.2 COMPONENTES DE UM SISTEMA EÓLICO

Um sistema eólico é constituído por vários componentes que devem trabalhar em harmonia de forma a propiciar um maior rendimento final.

O Quadro1 apresenta seus principais componentes

3.2 COMPONENTES DE UM SISTEMA EÓLICO

3.2 COMPONENTES DE UM SISTEMA EÓLICO

rotordoáreanaventonodisponívelbrutaenergiaredeàsistemapeloentregueenergiaglobalndRe =

Uma turbina eólica tem o seu rendimento máximo a uma dada velocidade do vento, chamada de

velocidade nominal

3.3 APLICAÇÕES DOS SISTEMAS EÓLICOS

O sistema eólico tem três aplicações distintas:

Sistemas isolados;Sistemas híbridos;Sistemas interligados à rede.

3.3.1 SISTEMAS ISOLADOS

De pequeno porte, em geral utilizam alguma forma de armazenamento de energia:

• Baterias;• Energia gravitacional (água bombeada em

reservatórios elevados para posterior utilização).

3.3.1 SISTEMAS ISOLADOS

Alguns sistemas isolados não necessitam de armazenamento:

sistemas para irrigação onde toda a água bombeada é diretamente consumida

3.3.1 SISTEMAS ISOLADOS

Para o armazenamento em baterias é necessário utilizar o controlador de cargapara controlar a carga e descarga da bateria. Principal objetivo:

não deixar que haja danos aos sistemas de baterias por sobrecargas

ou descargas profundas

3.3.1 SISTEMAS ISOLADOS

Para alimentação de equipamentos que operam em CA é necessário a utilização de um inversor que pode ser:

estado sólido (eletrônico);

Rotativo (mecânico).

3.3.2 SISTEMAS HÍBRIDOS

Os sistemas híbridos apresentam mais de uma fonte de geração de energia:

turbinas eólicas;

Geradores diesel;

Módulos fotovoltaicos.

3.3.2 SISTEMAS HÍBRIDOS

Os sistemas híbridos são empregados em sistemas de

médio porte destinados a atender um número maior

de usuários

3.3.3 SISTEMAS INTERLIGADOS À REDE

Os sistemas interligados à rede não necessitam de

armazenamento de energia, pois toda a geração é

entregue diretamente à rede elétrica

3.3.3 SISTEMAS INTERLIGADOS À REDE

Os sistemas eólicos interligados á rede

apresentam as vantagens inerentes aos sistemas de

geração distribuída

3.3.3 SISTEMAS INTERLIGADOS À REDE

Redução de perdas;Custo evitado de expansão de

rede;Geração na hora de ponta

quando o regime de ventos coincide com o pico da curva de carga.