PEA 2200 Energia Meio Ambiente e Sustentabilidade Aula

PEA 2200 Energia, Meio Ambiente e Sustentabilidade Aula 9 – Fontes Renováveis de Energia Eólica PEA 2200 Aula 9: Fontes Renováveis de Energia 02/12/2020 slide 1 / 21

Produção de Energia Elétrica – Geração Eólica Parque Eólico Osório – Osório/RS PEA 2200 Aula 9: Fontes Renováveis de Energia 02/12/2020 Foto: Carlos Vieira slide 2 / 21

Detalhes de um aerogerador de eixo horizontal Pás de rotor Caixa de multiplicação Freio do rotor Caixa de interruptores elétricos e de controle Gerador Sistema de orientação Eixo do rotor com mecanismo de controle do ângulo das pás Torre Conexão à rede Seção de uma turbina eólica típica conectada à rede. Tomada de ar Cobertura Pára-raios Sistema de freio Anemômetrodireção Dissipador Eixo principal G. de serviço Acoplamento do Eixo principal Carenagem Sistema de refrigeração Luminária Painel de controle Gerador Acoplamento Multiplicador Mancal PEA 2200 Aula 9: Fontes Renováveis de Energia Motor de orientação 02/12/2020 slide 3 / 21

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Classificação dos Aerogeradores Pequen o porte PEA 2200 Aula 9: Fontes Renováveis de Energia Grande porte 02/12/2020 slide 5 / 21

Aplicações • Alimentação de cargas isoladas • Centrais de grande porte conectadas à rede instaladas em terra • Centrais de grande porte conectadas à rede instaladas no mar PEA 2200 Aula 9: Fontes Renováveis de Energia 02/12/2020 slide 6 / 21

Características da tecnologia eólica • Tecnologia altamente sofisticada • Grandes desenvolvimentos na área de controle, aerodinâmica e materiais • Alto crescimento no tamanho das pás e potência da turbina • Materiais mais resistentes e menos ruidosos • Aplicações em terra e no mar • Significativa redução nos custos com políticas de incentivo • Mais de oito fábricas instaladas no Brasil nos últimos 04 anos PEA 2200 Aula 9: Fontes Renováveis de Energia 02/12/2020 slide 7 / 21

Fundamentos: Potência Eólica Joules/s = Watts POTÊNCIA EÓLICA(Pv): ρ = Densidade do ar (1. 225 kg/m 3) Potência por unidade de área: Watts / m 2 D = diâmetro do rotor Potência mecânica = Potência Elétrica = Cp = Coeficiente de Potência = eficiência dos diversos componentes do sistema PEA 2200 Aula 9: Fontes Renováveis de Energia 02/12/2020 slide 8 / 21

Potência por unidade de área = Densidade de potência – Watts/m 2 (Watts) (Watts/m 2) = 1, 2256 kg/m 3 V = 8 m/s P = 314 W / m 2 V = 16 m/s P= 2509 W / m 2 8 vezes mais potência 314 Watts = 5 lâmpadas de 60 Watts Curva da potência do vento em função da velocidade PEA 2200 Aula 9: Fontes Renováveis de Energia 02/12/2020 slide 9 / 21

Eficiência de Aerogeradores Energia Cinética Energia Mecânica Energia Elétrica Caixa de Engrenagens 95%– 97% (max. é 59. 3%, Betz limit) 40%– 48% eficiência total hoje 67%-81% do máximo teórico (Betz limit) Rotor 45%-52% PEA 2200 Aula 9: Fontes Renováveis de Energia 02/12/2020 Gerador + Conversor 90%– 95% slide 10 / 21

Evolução Comercial das Turbinas de Grande Porte Fonte: DEWI PEA 2200 Aula 9: Fontes Renováveis de Energia 02/12/2020 slide 11 / 21

Distribuição da velocidade do vento com a altura Lei da potência PEA 2200 Aula 9: Fontes Renováveis de Energia CAMADA LIMITE 02/12/2020 slide 12 / 21

Velocidade Média Anual – Atlas do Potencial Eólico Brasileiro Fonte: Dutra, 2001 PEA 2200 Aula 9: Fontes Renováveis de Energia 02/12/2020 slide 13 / 21

Curva de potência de uma turbina eólica A potência elétrica gerada é: Na prática, a potência “Pe” fornecida por uma turbina eólica em função da velocidade do vento é determinada pela curva de potência da turbina A curva de potência ilustra três importantes velocidades características: Ve – Velocidade a partir da qual a turbina começa produzir energia Vn – Velocidade do vento em que a turbina atinge a sua potência nominal Vc – velocidade do vento a partir da qual a turbina é desligada para evitar problemas estruturais PEA 2200 Aula 9: Fontes Renováveis de Energia 02/12/2020 slide 14 / 21

Fator de capacidade O FC representa um importante critério de decisão de escolha da viabilidade técnica e econômica da usina. É um indicador da produção energética e conseqüentemente do potencial de instalação de turbinas eólicas em um local. Diferentes locais (estações) usando o mesmo modelo de turbina apresenta diferentes fatores de capacidade, função da velocidade média dos ventos. Valores típicos para locais que possuem um bom regime de vento: 35%< FC < 45% PEA 2200 Aula 9: Fontes Renováveis de Energia 02/12/2020 slide 15 / 21

ENERGIA GERADA PELO PARQUE Produção de energia bruta: considera apenas as perdas por interferência das esteiras entre rotores das turbinas. Produção líquida : D = Diâmetro do rotor (m) Devem ser incluídas : • Perdas elétricas: circuito interno + transmissão até o ponto de entrega • Consumo próprio 5 D 10 D • Perdas por indisponibilidade do sistema elétrico e dos aerogeradores (indisponibilidade forçada e programada) Avaliação do efeito esteira provocado por turbinas eólicas adjacentes – Norma IEC 61400. Convém salientar que no caso de um espaçamento entre turbinas inferior a 3 diâmetros, o projeto deve ser melhor avaliado de acordo com a norma. . PEA 2200 Aula 9: Fontes Renováveis de Energia 02/12/2020 slide 16 / 21

Energia anual gerada por uma turbina Energia anual gerada por uma central eólica Energia gerada por cada turbina n. T = número de turbinas Perdas na central PEA 2200 Aula 9: Fontes Renováveis de Energia 02/12/2020 slide 17 / 21

Capacidade Instalada 1996 -2012 – Mundo (GWEC GW 2012 R) Fonte: GWEC PEA 2200 Aula 9: Fontes Renováveis de Energia 02/12/2020 slide 18 / 21

Capacidade Instalada 2005 -2012 – Por Região (GWEC GW 2012 R) Fonte: GWEC PEA 2200 Aula 9: Fontes Renováveis de Energia 02/12/2020 slide 19 / 21

Crescimento da Capacidade – Mundo (GWEC GW 2012 R) Fonte: GWEC PEA 2200 Aula 9: Fontes Renováveis de Energia 02/12/2020 slide 20 / 21

Usinas Eólicas e Respectivas Potências Fiscalizadas (15 maiores) Usina Potência (k. W) Município Praia Formosa 105. 000 Camocim - CE Alegria II 100. 650 Guamaré - RN Parque Eólico Elebrás Cidreira 1 70. 000 Tramandaí - RS Canoa Quebrada 57. 000 Aracati - CE Eólica Icaraizinho 54. 600 Amontada - CE Alegria I 51. 000 Guamaré - RN Parque Eólico de Osório 50. 000 Osório - RS Parque Eólico Sangradouro 50. 000 Osório - RS Parque Eólico dos Índios 50. 000 Osório - RS Bons Ventos 50. 000 Aracati - CE RN 15 - Rio do Fogo 49. 300 Rio do Fogo - RN Volta do Rio 42. 000 Acaraú - CE Dunas de Paracuru 42. 000 Paracuru - CE Total = 111 usinas com potência total = 2. 272 MW PEA 2200 Aula 9: Fontes Renováveis de Energia 02/12/2020 Fonte: BIG/ANEEL - 2014 slide 21 / 21

Rio do Fogo – RGN – 49, 3 MW Millenium – Paraíba – 10, 4 MW Algumas centrais em operação Osório – Rio Grande do Sul - 50 MW PEA 2200 Aula 9: Fontes Renováveis de Energia 02/12/2020 slide 22 / 21