Energia Eólica 04

CONTROLE E GESTÃO DE ENERGIA
VISTA EXPLODIDA DE UMA NACELE
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CONTROLE E GESTÃO DE ENERGIA
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PRINCIPIOS BÁSICOS DE AERODINÂMICA
CD e CL ÆSão funções do ângulo de ataque e do perfil da ASA (PÁ).
Sustentação é uma força produzida pelo movimento de um aerofólio pelo ar,
porque o ar em movimento exerce em sua superfície inferior uma pressão maior do
que na superfície superior. Um aerofólio cria essa diferença de pressão por causa
de sua forma especial, chamada curvatura, e da deflexão do ar.
Arrasto é uma força que oferece resistência ao movimento de um objeto para
diante. A forma do objeto aumenta a força de arrasto. Veículos produzidos com
formas destinadas a produzir o mínimo possível de arrasto são chamados de
aerodinâmicos. Os aviões, automóveis, trens, caminhões, barcos etc. construídos
segundo esses princípios precisam de motores menos potentes para se locomover.
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PÁS DE UMA TURBINA EÓLICA AGIRÃO AO CONTRÁRIO E A TURBINA
IRÁ GIRAR...
• A força de arrasto dobra se dobrar a densidade do fluido ou a área do corpo que
entra em contato com o fluido.
• Quando dobra a velocidade do corpo, a força de arrasto é multiplicada por
quatro. (DAÍ O AUMENTO EXPONENCIAL DE PO COM O AUMENTO DA
VELOCIDADE DO VENTO)
VELOCIDADE DOS VENTOS versus NÚMERO DE HORAS POR ANO
horas por
ano
1200
1000
800
600
400
200
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
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velocidade do vento
m/s
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CURVA DE POTÊNCIA DE UMA TURBINA
POTÊNCIA
ELÉTRICA
kW
200
150
100
50
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
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velocidade do vento m/s
• Usualmente, a geração elétrica se inicia com velocidades de vento de 2,5 a
3,0m/s; abaixo disso, o conteúdo energético do vento não justifica
aproveitamento Æ velocidade de corte inferior = 2,5 m/s (9 km/h).
• Velocidades superiores a 15,0 m/s (55 km/h)ativam os sistemas de limitação de
potência da máquina, que pode ser por controle de ângulo de passo das pás ou
por estol aerodinâmico, dependendo do modelo de turbina Æ velocidade de
corte superior = 24 m/s (86 km/h).
No intervalo de 15 a 24 m/s os sistemas de limitação não permitem a aceleração
do rotor e a potência permanece no limite. Notar também que o tempo de
existência de ventos com essas velocidades é muito pequeno.
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• TURBINAS EOLICAS SÃO PROJETADAS PARA PRODUZIR MAXIMA
POTÊNCIA EM TORNO DE 15 m/s. (55 km/h), (NÃO COMPENSA PARA
VELOCIDADES MAIORES EM VIRTUDE DA NÃO OCORRÊNCIA DE
VENTOS CONSTANTES COM ESSA VELOCIDADE).
• EM CASO DE VENTOS MAIS FORTES, É NECESSÁRIO DISSIPAR O
EXCESSO DE ENERGIA E EVITAR DANOS ÀS TURBINAS E TORRES.
ESSA DISSPIAÇÃO SE FAZ ATRAVÉS DE UM DOS DOIS CONTROLES:
o CONTROLE PITCH (PASSO DE PÁS MÓVEIS)
AS PÁS SÃO MOVIDAS E AJUSTADAS DE MODO
APROVEITAR OU DISPERSAR A ENERGIA DOS VENTOS;
A
o CONTROLE STALL (ESTOL – SUSTENTAÇÃO DAS PÁS FIXAS)
A GEOMETRIA DO PERFIL DAS PÁS FIXAS DO ROTOR É TAL
QUE NOS MOMENTOS EM QUE A VELOCIDADE DO VENTO SE
TORNE MUITO ELEVADA, SEJA CRIADA TURBUÊNCIA E A PÁ
ENTRA EM PERDA, (PERDENDO SUSTENTAÇÃO). SEM
SUSTENTAÇÃO, O ROTOR DEIXA DE ACELERAR.
(NO CASO DO AVIÃO – O AVIÃO CAI).
OBS. EXISTEM OUTROS TIPOS DE CONTROLES.
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GRÁFICOS DA VELOCIDADE DO VENTO (anemômetro)
Um dia
Uma semana
1 mes
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CONTROLE E GESTÃO DE ENERGIA
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PASSOS NO PLANEJAMENTO E DESENVOLVIMENTO DE UM
SISTEMA DE ENERGIA EÓLICA
AVALIAR O LOCAL
PARA A FONTE DE
VENTO
AVALIAR AS
NECESSIDADES
ENERGÉTICAS
SELECIONAR O TIPO DE
CATA-VENTO
CALCULAR O TAMANHO
DO CATA-VENTO
SELECIONAR PARTES
INTEGRANTES DO
CATA-VENTO
REFINAR O DESENHO
DO SISTEMA
SELECIONAR TORRE
E OUTROS
COMPONENTES
AVALIAR OS CUSTOS
DO SISTEMA
AVALIAR AS MEDIDAS
DE CONSERVAÇÃO
DA ENERGIA
AVALIAR TODO O
PROJETO
IMPACTO
AMBIENTAL, SOCIAL
E LEGAL
DESENHO FINAL DO
SISTEMA
•
COMPARAÇÃO ENTRE SISTEMAS EÓLICO, BIOMASSA E FOTOVOLTÁICO:
SISTEMA DE GERAÇÃO
ÁREA NECESSÁRIA
Eólico
área da turbina
56 m2 ou 0,0056 hectares
Biomassa
área desmatada
154 hectares
Fotovoltaica
superfície de células
1,4 hectares
kWh/ano
1,2 a 1,8 milhões
1,3 milhões
1,3 milhões
1 hectare
10.000 m2
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IMPACTOS NO USO DA ENERGIA EÓLICA PARA PRODUÇÃO DE
ENERGIA ELÉTRICA
NEGATIVOS
•
•
•
•
•
estéticos – as turbinas de grande porte são objetos de muita visibilidade;
ruído – as turbinas de grande porte geram ruído audível significativo, que é
proveniente de duas fontes: o próprio fluxo de ar nas pás e os mecanismos
(gerador, caixa de redução, etc);
sombras/reflexos – as pás das turbinas produzem sombras e/ou reflexos
móveis;
interferências eletromagnéticas – transmissão de rádio, TV e
telecomunicações;
aves – em fazendas eólicas pode ocorrer mortalidade de aves por impacto
com as pás das turbinas;
POSITIVOS
• É RENOVÁVEL
• NÃO PRODUZ RESÍDUOS OU EMISSÕES PREJUDICIAIS
• O NÍVEL DE RUÍDO ESTÁ SENDO CADA VEZ MAIS BAIXO, PELAS
MELHORIAS AERODINÂMICAS E MECÂNICAS;
• DESENHOS E CORES DE TURBINAS E TORRES SÃO ESTUDADOS
PARA HARMONIZAR COM OS LOCAIS DE INSTALAÇÃO
• DISTÂNCIA ENTRE TORRES – DE 3 A 9 VEZES O DIÂMETRO DAS
TURBINAS, ENTÃO ACESSOS RODOVIÁRIOS, INSTALAÇÕES
AUXILIARES, TORRES OCUPAM 1% DA ÁREA DO SÍTIO EÓLICO – O
RESTANTE PODE SER USADO PARA PASTAGENS,
PLANTIO,
TURISMO E LAZER.
• A MORTALIDADE DE PÁSSAROS É:
o MAIOR EM LINHAS DE TRANSMISSÃO DE ENERGIA DO QUE
NOS SÍTIOS EÓLICOS
o MUITO MAIOR EM RODOVIAS DO QUE NOS SÍTIOS EÓLICOS
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FAZENDAS EOLICAS EM OPERAÇÃO NO BRASIL
LOCAL
Fernando de
Noronha (PE)
Fernando de
Noronha (PE)
Morro do Camelinho
(MG)
Mucuripe (CE)
POTENCIA
75 kW
275 kW
1 MW
2,4 MW
Palmas (PR)
2,5 MW
Taíba (CE)
5 MW
Prainha (CE)
10 MW
Bom Jardim da Serra
(SC)
600 Kw
Olinda (PE)
225 kW
Macau (RN)
TOTAL
1,8 MW
23875 MW
RESPONSAVEL
instalada pela CELPE (Companhia
Energética de Pernambuco);
instalada pelo Centro Brasileiro de Energia
Eólica (empresa privada);
instalada pela CEMIG (Companhia
Energética de Minas Gerais);
instalada pela COELCE (Companhia
Energética do Ceará); recentemente foi
repotencializada pela Wobben Windpower;
instalada pela COPEL (Companhia
Paranaense de Energia Elétrica);
instalada pela Wobben Windpower
(empresa privada alemã);
instalada pela Wobben Windpower
(empresa privada alemã); a primeira
fazenda eólica do mundo construída sobres
dunas;
instalada pela Wobben Windpower
(empresa privada alemã). Para
desenvolvimento de projetos no estado de
Santa Catarina, foi criada a empresa
Parque Eólico de Santa Catarina Ltda;
instalada pelo Centro Brasileiro de Energia
Eólica (empresa privada);
instalada pela PETROBRÁS.
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POSIÇÃO MUNDIAL (2005)
---
País
Potência
(MW)
1
Alemanha
16628
2
Espanha
8263
3
Estados Unidos
6752
4
Dinamarca
3118
5
Índia
2983
6
Itália
1265
7
Holanda
1078
8
Japão
940
9
Inglaterra
897
10
China
764
11
Áustria
607
12
Portugal
523
32
Brasil
24
O total mundial instalado de energia eólica é de 47.574 MW, um valor
superior à potência de Itaipu, a maior usina hidroelétrica do mundo com
12.000MW.
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A ENERGIA EÓLICA É CONSIDERADA A FONTE ALTERNATIVA
COM MAIOR POTENCIAL DE CRESCIMENTO NO BRASIL.
NO MUNDO
• INVESTIMENTOS ATÉ 2020 – US$ 721 BILHÕES – 1.200 GW
• CUSTO MÉDIO DE INVESTIMENTO:
ƒ 1999 – US$ 975/Kw
ƒ 2020 – US$ 556/Kw
• POTÊNCIA TOTAL INSTALADA:
ƒ 1999 – 14 GW
ƒ 2020 – 1500 GW (21 anos, aumento de 107 vezes)
• 1,7 MILHÕES DE EMPREGOS ATÉ 2020
REDUÇÃO TOTAL DE 4.757 MILHÕES DE TONELADAS DE CO2
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