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EoliPass 2 MÓDULO 1 - FUNDAMENTOS DO SETOR EÓLICO ................................04 MÓDULO 2 - TURBINAS EÓLICAS ...........................................................39 MÓDULO 3 - DO ZERO A CONTRATAÇÃO NO SETOR EÓLICO .........128 4 MÓDULO 1 - FUNDAMENTOS DO SETOR EÓLICO faelr Sublinhado 5 1. Geração da Energia Eólica 1.1. Contexto Geral e Histórico Energia Eólica é o nome que se dá à energia elétrica gerada através da força dos ventos. Uma vez que a sua produção utiliza um recurso natural inesgotável, a eólica é considerada um tipo de energia renovável. O conceito para o uso da energia eólica se refere a conversão da energia cinética contida no vento em outra forma de energia, seja mecânica e/ou elétrica. A energia eólica é gerada por meio de turbinas eólicas ou aerogeradores, que convertem a energia cinética do vento em energia elétrica. Ou seja, esse deslocamento de massa contém uma energia e a ideia da energia eólica é converter e aproveitar essa energia que está contida nesse fluxo e transformar em energia elétrica. 1.1.1. Primeiros Registros Os primeiros registros da utilização de energia eólica são de 5.000 a.C., aproximadamente. As primeiras formas de aproveitamento da energia dos ventos foram por veleiros e em moinhos de vento. 6 1.1.2. Marcos da Energia eólica no mundo ● ANTIGUIDADE: Surgimento das 1ªs turbinas eólicas. ● SÉCULO 19: Evolução das tecnologias eólicas. ● ANOS 70: Crise do Petróleo. ● ANOS 80 e 90: Crescimento e expansão na Europa e nos EUA. ● ANOS 2000: Crescimento em outras áreas do mundo, como Ásia, América Latina e África, e início da expansão dos parques offshore. 1.1.3. Marcos da Energia Eólica no Brasil ● ANOS 90: Início das pesquisas e estudos relacionados à energia renovável. ● ANOS 2000: Instalação dos primeiros parques eólicos comerciais, incentivados pelo Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica (PROINFA). 7 ● ANOS 2010: Consolidação do Brasil como um dos principais mercados de energia eólica do mundo. ● ATUALIDADE: Conquista da 6ª posição entre os países que mais produzem energia eólica no mundo. 1.1.4. Tamanho das turbinas 1.2. Geração Eólica na Prática Para entender a energia eólica, é necessário conhecer os conceitos básicos: Energia Cinética: É um tipo de energia que está relacionada com o movimento dos corpos. O resultado da energia cinética está intrinsecamente ligado ao valor da massa do objeto e a sua velocidade de movimento. Energia mecânica : É a energia produzida pelo trabalho de um corpo que pode ser transferida entre os corpos. Então, o vento que chega até as pás em forma de energia cinética, é transformada em energia mecânica e daí através do campo gerado pela sua rotação é gerada a energia elétrica. 1.2.1. Princípio de funcionamento 8 1.3. Eólica no mundo Matriz Energética: Muitas pessoas confundem a matriz energética com a matriz elétrica, mas elas são diferentes. Pois, a matriz energética representa o conjunto de fontes de energia utilizadas para movimentar os carros, e gerar eletricidade. 9 CAPACIDADE INSTALADA ATUAL: A energia eólica no mundo, tanto em terra como no mar, superou em junho de 2023 a marca de 01 Terawatt-hora (TWh) em capacidade instalada, disse, o Conselho Mundial de Energia Eólica (GWEC), uma organização profissional do setor. A capacidade instalada é o potencial ou o volume máximo de produção. Levou 40 anos para se atingir essa marca, e a expectativa é que a marca de 2T seja alcançada em 2030, e 8T até 2050. 10 1.3.1. Eólica Onshore e Offshore no Mundo 11 1.4. Eólica no Brasil MATRIZ ELÉTRICA BRASILEIRA em GW 12 Evolução da capacidade instalada: Tendência de crescimento. Ranking nacional de capacidade instalada: 13 Perspectivas do setor para os próximos anos: ● Parques offshore (mar); ● Produção de hidrogênio verde (produção de hidrogênio a partir de energia renovável); 14 ● Desenvolvimento da indústria naval; ● Geração de 120 mil empregos diretos. 1.5. Desafios e Oportunidades 1.5.1. Desafios: ● Desafios de Conexão elétrica Um dos principais desafios enfrentados pelo setor eólico é a conexão das usinas eólicas à rede elétrica. A expansão desses projetos geralmente ocorre em áreas remotas ou de difícil acesso ou offshore, o que pode exigir investimentos significativos em infraestrutura de transmissão e distribuição para garantir o escoamento eficiente da energia produzida. A integração das usinas eólicas à rede existente envolve questões técnicas, regulatórias e econômicas, tornando essencial uma cooperação sólida entre o setor privado e o setor público. ● Desafio de licenciamento ambiental O licenciamento ambiental é um desafio crítico para o desenvolvimento de projetos eólicos. A instalação de parques eólicos muitas vezes requer estudos detalhados de impacto ambiental para garantir a preservação dos ecossistemas locais, a proteção da fauna e flora e a minimização dos efeitos sobre as comunidades vizinhas. A burocracia associada a esse processo pode prolongar o tempo de desenvolvimento dos projetos e acarretar custos adicionais para as empresas do setor. ● Desafio de Financiamento Os projetos eólicos exigem altos investimentos iniciais, desde aquisição de terrenos e equipamentos até a instalação das turbinas eólicas. Os desafios de financiamento incluem a atração de investidores e a obtenção de recursos a taxas viáveis. ● Desafio da Indústria Nacional Em muitos países, a dependência de tecnologia e equipamentos importados é um obstáculo para o crescimento do setor eólico. A criação e o desenvolvimento de uma indústria nacional de fabricação de componentes eólicos podem gerar empregos locais, reduzir custos de importação e fortalecer a independência tecnológica. No entanto, no Brasil, essa realidade ainda é muito baixa. ● Desafio de mão de obra A falta de mão de obra qualificada é um desafio crescente para o setor eólico. O desenvolvimento, construção e operação de parques eólicos requerem profissionais com conhecimento técnico específico. A capacitação de trabalhadores para atender 15 à demanda do setor eólico e a atração de talentos qualificados são fundamentais para garantir a eficiência e a sustentabilidade dos projetos no longo prazo. 1.5.2. Oportunidades ● Para PROFISSIONAIS: ● Técnicos de campo; ● Gestores; ● Téc. logística; ● Engenheiros; ● Projetistas; ● Administrativos. ● Para EMPRESAS ● Terceirizadas; ● Pousadas; ● Restaurantes / bares; ● Posto de combustível; ● Supermercados; ● Locação de imóveis. 2. Contexto do setor eólico 2.1. Cadeia Produtiva Medição do vento: Tem por objetivo realizar medições de velocidade dos ventos de um determinado local por um determinado período de tempo. 16 Projeto eólico: Trata-se do conjunto de ações para tornar viável a construção de um parque eólico, desde sua concepção até a geração de energia. Leilão de energia: É a forma que o governo federal compra energia das empresas que são proprietárias dos parques eólicos. Parques Eólicos: É o conjunto de turbinas eólicas responsáveis pela geração de energia que será distribuída entre residências e empresas de todo país. Geração de energia: Através das massas de ar que chegam na pás em forma de vento, a energia cinética é transformada em energia mecânica. 17 Distribuição de Energia: A energia gerada pelo aerogeradores vão para uma central de onde fazem o caminho parachegar aos destinos finais. 2.2. Medição dos ventos A campanha de medição dos ventos tem como propósito final conhecer os processos relacionados na medição e análise posterior de dados de vento em um local pré-determinado. Aplicações: ● Indústria Aeronáutica; ● Aerodinâmica; ● Meteorologia. 2.2.1. Meteorologia relativa ao vento 18 O vento é gerado a partir de uma massa de ar que se encontra em alta pressão e se desloca para um local de baixa pressão. 2.2.2. Perfil do vento 2.2.3. Efeito Esteira Trata-se da alteração produzida no vento ao passar pelo rotor do aerogerador, depois do rotor, a velocidade do vento (v) diminui e forma uma esteira de vento turbulento. 19 Para evitar esse tipo de situação nos projetos, é proposto pela engenharia um layout obedecendo as distâncias vistas na ilustração abaixo. 2.2.4. Princípios de Anemometria A IEC 61400-12-1: Especifica os procedimentos para medir as características de desempenho de potência dos aerogeradores. A Medição do Desempenho da Potência dos Aerogeradores é feita com base no quanto ele gera em função da velocidade do vento. A velocidade do vento é medida por meio de uma torre de medição com características específicas. 20 2.2.5. Processo de medição ● Seleção e Configuração da Torre de Medição (Torre Anemométrica); ● Determinação dos sensores e das Variáveis a serem medidas ; ● Quantidade de Torres e Local de instalação; ● Quantidade e altura dos sensores na Torre; ● Duração da Campanha; ● Tempo da Campanha de Medição (Instruções para Solicitação de Cadastramento e Habilitação Técnica com vistas à participação nos Leilões de Energia Elétrica) “As medições anemométricas devem ser feitas em pelo menos duas alturas distintas, sendo a altura mínima de 50 (cinquenta) metros, por período não inferior a 24 (vinte e quatro) meses consecutivos , sempre iniciado a partir de dados válidos, devendo ser realizadas a cada segundo (frequência de 1Hz) e integralizadas em intervalos de 10 (dez) minutos e ter uma taxa de perda de dados inferior a 10% (dez por cento), destacando-se que o período contínuo de ausência de medições e/ou medidas inválidas não poderá superar 30 (trinta) dias.” 2.2.6. Torres e Equipamentos de Medição ● Torre Metálica (Estrutura Tubular, Treliçada) ● Estaios ● instrumentada com sensores ● Sistema de Energia Isolado ● Sistema de Aquisição de Dados ● Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas ● Sistema de Transmissão de Dados 21 ● Sensores de medição ● Resultados e Estatísticas dos dados 22 2.3. Projeto Eólico Um projeto eólico é o documento oficial, no qual consta todo o detalhamento das informações necessárias para a instalação de um empreendimento eólico em uma determinada área, bem como todo o planejamento executivo do projeto, o qual deverá estar de acordo com todas as regras e regulamentações requeridas pelo setor. 23 2.3.1. Fases do desenvolvimento do projeto ● Chamada pública; ● Estudos de viabilidade; ● Leilão; ● Projeto e licenciamento; ● Engenharia; ● Construção dos parques; ● Comissionamento; ● Operação e manutenção; ● Descomissionamento. Exemplo de chamada pública: 24 2.4. Leilão de Energia Um leilão de energia é um processo realizado pelo governo ou agência reguladora de energia com o objetivo de contratar projetos de geração de energia elétrica, seja de fontes renováveis ou não renováveis. Nesse processo, os empreendedores apresentam propostas para a venda de energia, especificando a capacidade e o 25 preço ofertado. Os projetos são selecionados com base em critérios técnicos, econômicos e ambientais, e os contratos são firmados com os vencedores do leilão. O que significa as siglas A-5, A-6, etc? A empresa que ganha um leilão tem a obrigação de começar a fornecer energia em um determinado tempo contado em anos, esse tempo é justamente a numeração após a letra A desta sigla. Por exemplo, uma empresa que ganha um leilão A-5, precisa obrigatoriamente começar a fornecer energia em 5 anos. Em um leilão comum vence quem paga mais. No caso dos leilões de energia, é diferente, vence quem oferece o menor preço. O vencedor de um leilão de energia ganha o direito de assinar um contrato para oferecer energia em longo prazo (média 20 anos), então mesmo estando em um preço baixo, existe a segurança do longo prazo. 2.4.1. Etapas de um Leilão de energia ● Funcionamento de um leilão de energia; ● Regras gerais; ● Chamada pública; ● Etapa competitiva; ● Resultado do leilão; ● Contratação e implantação dos projetos. Exemplo de formulário de cadastro: 26 Exemplo de comprovante de cadastro: 27 Exemplo de documentação Exigida: ● Registro na ANEEL; ● Memorial Descritivo: ● Identificação do Empreendimento ● Desenhos de Localização ● Diagrama Unifilar ● Anotação de Responsabilidade Técnica (ART) ● Licença e Estudos de Impacto Ambiental: ● Licença ambiental ● Estudos e Relatórios de Impacto Ambiental ● Parecer de Acesso, Informação de Acesso e Documento de Acesso para Leilão (DAL) ● Certificação de Medições Anemométricas e Certificação de Produção Anual de Energia ● Direito de Usar ou Dispor do Local da EOL ● Cadastramento e Habilitação Técnica de Empreendimentos Eólicos Exemplo de documento de orientação: 28 29 2.5. Parques Eólicos Um parque eólico é composto por: ● Componentes de um parque eólico; ● Infraestrutura do parque; ● Turbinas eólicas; ● Transformadores; ● Subestações; ● Rede de distribuição; Infraestrutura: 30 Um parque eólico requer uma infraestrutura adequada para garantir a produção de energia eficiente e segura, como por exemplo as vias de acesso livre. Outra parte importante da infraestrutura é a subestação, que é construída no parque eólico para coletar a energia gerada pelas turbinas eólicas. A subestação converte a energia elétrica de média tensão para alta tensão, permitindo a sua transmissão eficiente na rede elétrica. Turbinas Eólicas: As turbinas eólicas são o coração de um parque eólico. Elas são instaladas em locais estrategicamente escolhidos, onde a velocidade e a direção do vento são favoráveis. As turbinas são responsáveis por captar a energia do vento e convertê-la em energia elétrica. Rede de Distribuição: 31 As redes de distribuição até um tempo atrás eram responsabilidade do governo, mas atualmente, os empreendedores que instalam os parques que são responsáveis pela linha de transmissão. A rede de distribuição é responsável por transportar a energia gerada pelo parque eólico para a rede elétrica. Essas linhas podem percorrer longas distâncias até chegar a uma subestação de transmissão ou conectar-se diretamente à rede de distribuição local. 2.6. Turbinas Eólicas 2.6.1. Principais componentes ● Fundação, concretagem; ● Torres; ● Nacelle, hub e gearbox; ● Pás; ● sistema de pitch e yaw; ● Geradores, transformadores e switchgear ● Gabinetes, sensores e conversores de frequência 32 Princípio de funcionamento 2.6.2. Turbinas Offshore É a fonte de energia limpa e renovável que se obtém a partir do aproveitamento da força do vento que sopra em alto-mar, onde este alcança uma velocidade maior e mais constante. Isso acontece devido à inexistência de barreiras. 33 Para explorar ao máximo esse recurso no setor elétrico, são desenvolvidas megaestruturas assentadas sobre o leito marinho e dotadas das últimas inovações tecnológicas. Tipos de Turbinas offshore: Exemplos: Turbinas Flutuantes: As turbinas flutuantes são ancoradasao fundo do mar por cabos ou estruturas de ancoragem. Essas turbinas são ideais para áreas com profundidades maiores, onde a fixação das turbinas no leito marinho é inviável. Elas permitem a exploração de recursos eólicos offshore em locais mais distantes da costa. Turbinas de Fundação Fixa: As turbinas de fundação fixa são instaladas em estruturas fixas ancoradas no leito marinho. Turbinas Semi-Submersíveis : As turbinas semi-submersíveis são instaladas em plataformas flutuantes ancoradas ao fundo do mar por cabos ou sistemas de ancoragem. Essas turbinas são adequadas para águas mais profundas e apresentam maior capacidade de adaptação a condições marítimas adversas. 2.7. Segurança do Trabalho A segurança do trabalho nos parques eólicos é definitivamente a única coisa inegociável, pois os riscos de trabalhos são constantes e para isso são tomadas 34 medidas muito restritivas para que se possa minimizar os acidentes de trabalho dentro do parque. ● Treinamento constante; ● Exames médicos detalhados; ● Palestras de conscientização 2.7.1. Treinamentos ● NR´S (10, 11, 12, 23, 33 e 35) ● GWO BST ● CONHECIMENTO DE TURBINA NR-10: Estabelece as medidas de segurança e saúde no trabalho em instalações elétricas, abordando aspectos relacionados à prevenção de acidentes, riscos elétricos, treinamento dos trabalhadores e procedimentos de trabalho seguros. NR-11: Estabelece os requisitos de segurança para o transporte, movimentação, armazenagem e manuseio de materiais, abrangendo aspectos como equipamentos de içamento, empilhadeiras e outros meios de transporte utilizados no parque eólico. NR-12: Estabelece requisitos para a segurança no trabalho em máquinas e equipamentos, abrangendo aspectos como proteção de partes móveis, sistemas de bloqueio e etiquetagem, além de treinamentos específicos para operação e manutenção segura. 35 NR-23: Estabelece as medidas de prevenção de incêndios dentro das empresas e ambientes de trabalho. Seu objetivo é garantir a segurança dos trabalhadores, proteger o patrimônio da empresa e minimizar os riscos de acidentes relacionados a incêndios. NR-33: Estabelece os requisitos mínimos para a segurança e saúde nos trabalhos em espaços confinados, considerando os riscos de asfixia, intoxicação, explosão, entre outros, presentes em atividades realizadas em determinados locais no parque eólico. NR-35: Estabelece as medidas de segurança para trabalhos em altura, definindo procedimentos, equipamentos de proteção e treinamentos necessários para a execução segura de atividades em locais elevados. 2.7.2. EPC´s ( Equipamento de proteção coletiva) O equipamento de proteção coletiva protege todos ao mesmo tempo, pois todos observam, usam ou são beneficiados. São exemplos de equipamentos de proteção coletiva: ● Avisos, Sinalizações; ● Sensores de máquinas; ● Corrimão; ● Fitas antiderrapantes de degrau de escada; ● Piso antiderrapante. ● Barreiras de proteção contra luminosidade e radiação 2.7.3. EPI´s ( Equipamento de proteção individual) É todo dispositivo ou produto, de uso individual utilizado pelo trabalhador, destinado à proteção de riscos suscetíveis de ameaçar a segurança e a saúde no trabalho’. São diversos os tipos de EPI’s, mas podemos citar abaixo os mais populares: ● Óculos de proteção; ● Protetores auriculares; ● Talabartes; ● Cintos; ● Capacetes; ● Luvas; 36 ● Botas. 2.8. Impactos Ambientais Assim como outros tipos de energia, a energia eólica possui suas desvantagens, especialmente em questões ambientais. Embora tenha um impacto ambiental menor que outras fontes de energia, as turbinas eólicas apresentam um perigo real para diversos animais. Vejamos agora exemplos dos principais impactos gerados: ● Impactos na fauna: voltado principalmente para aves. ● Impactos na flora: durante a etapa de construção ou por alteração nas condições hidrológicas devido à fundação, valas dos cabos, entre outras. 37 ● Impactos Visuais: o layout de um parque é realizado se atentando também para impacto visual dentro da região que possa afetar, por exemplo, a economia local, que pode ser baseada no turismo. ● Impactos de ruído 38 2.8.1. Redução dos impactos ● Avaliação prévia do impacto que será gerado; ● Planejamento da infraestrutura para minimizar os impactos ambientais; ● Monitoramento e mitigação da fauna e flora, em especial, de espécies protegidas; ● Gestão adequada de resíduos gerados durante a construção e operação do parque; ● Educação ambiental das comunidades locais, informando sobre os benefícios e impactos da energia eólica, incentivando a participação ativa na conservação ambiental. 39 MÓDULO 2 - TURBINAS EÓLICAS 40 1. Conceitos básicos que definem um aerogerador Turbinas eólicas ou aerogeradores são as formas mais comuns de designar os sistemas de conversão de energia eólica em energia elétrica. O princípio de funcionamento é baseado na conversão da energia cinética associada ao deslocamento de massas de ar (vento) em energia mecânica de rotação, pela incidência do vento nas pás do rotor, seguindo-se a conversão da energia mecânica em energia elétrica pelo gerador elétrico. 1.1. Evolução das turbinas eólicas O aumento da potência nominal dos aerogeradores é traduzido num melhor aproveitamento das infraestruturas elétricas e de construção civil com reduções graduais e significativas no custo do kW instalado e consequentemente no custo do kWh gerado. 1.2. Classificação dos aerogeradores Se dá por: Local de instalação : Offshore ou Onshore. Potência : Pequena, Média e Grande. Posição do rotor: Horizontal ou Vertical. 41 Estratégia do controle de potência: Controle por Stall ou Pitch Control ● Local de instalação Instalação Offshore A energia eólica offshore consiste em construir parques eólicos ao longo da costa marítima. Esta tecnologia possibilita aumentar a potência instalada de energia eólica e ainda proporciona algumas vantagens face aos parques eólicos terrestres: ● Há mais vento no mar que em terra, devido a inexistência de obstáculos no mar e a menor rugosidade da superfície marítima quando comparada com a terrestre. ● É mais fácil transportar os elementos constituintes dos aerogeradores por mar do que por terra. Inclusive, ficam abertas as portas à fabricação de aerogeradores de maior porte, que permitirão retirar mais energia do vento. Contudo também existem dificuldades e inconvenientes na implementação desta tecnologia: ● O custo da fabricação das fundações é elevado assim como é necessário fabricar torres mais altas, pois parte da estrutura fica submersa. ● O custo da manutenção é mais elevado, pois o mar é um ambiente mais corrosivo. Por outro lado, o deslocamento de técnicos fica mais caro. ● Esta tecnologia fica limitada a 40 metros de profundidade, para instalar aerogeradores a profundidades maiores, está a ser desenvolvida uma tecnologia flutuante, que está em fase de testes. 42 Instalação Onshore A energia eólica onshore consiste em construir parques eólicos em terra. ● Apresenta uma maior facilidade de instalação e O&M; ● Equipamentos mais baratos; 43 Contudo também existem dificuldades e inconvenientes na implementação desta tecnologia: ● Vento de pior qualidade; ● Turbinas menores; ● Logística para instalação (transporte e etc); ● O impacto ambiental nos ecossistemas terrestres e sociais em alguns lugares. 44 ● Potência Os aerogeradores podem serdivididos em três categorias de potência: pequeno, médio e grande portes. Pequeno porte Os de pequeno porte têm capacidade de gerar até 10 kW e são ideais para abastecer residências e fazendas em localidades remotas, onde o custo de uma rede de transmissão é demasiadamente alto. Médio porte: Os equipamentos de médio porte têm capacidade entre 10 kW e 250 kW e são usados tanto por residências quanto por usinas eólicas mais antigas. ECOTECNIA ECO 28 de 250 KW 45 Grande porte Ou também multi megawatts, turbinas acima de 250 KW. VESTAS V164 8.0 MW ● Posição do rotor 46 Rotores Verticais Aerogeradores de eixo vertical tendem a ser mais seguros, mais fáceis de construir, podem ser montados mais perto do solo e lidam muito melhor com condições de turbulência. Possuem torres baixas, entre 0,1 e 0,5 vezes a altura do próprio rotor. Além disso, neste tipo de aerogerador não é necessário o dispositivo de orientação da turbina face ao vento. Possuem também uma velocidade de arranque mais baixa do que a dos aerogeradores de eixo horizontal, o que lhes dá vantagem em condições de vento reduzido. Baixa eficiência porque o vento junto ao solo é de mais fraca intensidade, o que implica um menor rendimento deste tipo de aerogeradores e a torre fica sujeita a elevados esforços mecânicos. Este tipo de aerogeradores é especialmente indicado para meios urbanos: silencioso, aproveita o vento mesmo que a direção deste não seja constante e haja 47 a formação de turbilhões, o que acontece frequentemente em áreas com edifícios, árvores e outros obstáculos. Rotor de Savonius. Baseia-se no princípio do acionamento diferencial. O Rotor do tipo Savonius é um dos mais simples, é movido principalmente pela força de arrasto do ar. Sua maior eficiência se dá em ventos fracos, e pode chegar a 20% 48 Rotor de Darrieus: Baseia-se no princípio da variação cíclica de incidência. 49 O rotor do tipo darrieus é constituído por 2 ou 3 pás, funciona através de força de sustentação tendo assim uma eficiência melhor que a do rotor savonius, podendo chegar a 40% em ventos fortes. Desvantagens dos aerogeradores verticais : ● Incapacidade de partida sem equipamento auxiliar; ● Incapacidade de controle da potência de saída pela ausência de um controle de passo; ● Manutenção de alto custo das pás de alumínio. Rotor de Darrieus-Savonius Turbina eólica híbrida com os sistemas Darrieus e Savonius acoplados ao mesmo eixo. 50 Rotores Horizontais Os aerogeradores de eixo horizontal baseiam-se no princípio de funcionamento dos moinhos de vento. São constituídos por turbinas de uma a três pás ou multipás (acima de três pás), com um perfil aerodinâmico. Rotores de 3 pás são os mais comuns, pois constituem um bom compromisso entre coeficiente de potência, custo e velocidade de rotação, bem como uma melhor estética comparada às turbinas de 2 pás. Apesar dos rotores com 2 pás serem mais eficientes, são mais instáveis e propensos a turbulências, trazendo risco a sua estrutura, o que não acontece nos rotores de 3 pás que são muito mais estáveis, barateando seu custo e possibilitando a construção de aerogeradores de mais de 100 metros de altura e com capacidade de geração de energia que pode chegar a 5 MW (megawatts). Seu pico de geração de energia é atingido com ventos fortes e sua eficiência pode passar dos 45%. Aerogeradores de eixo horizontal são os mais utilizados: Vantagens: ● Acesso a ventos melhores; ● Melhor controle de produção (pitch); 51 ● Alta eficiência Desvantagens: ● Custo de instalação; ● Logística; ● Tempo de busca por vento; ● Complexidade da torre. 52 Classificação de rotores horizontais: Downwind Upwind 53 Rotores Horizontais por Quantidade de Pás ● 1 Pá Riva Calzoni M33 Single Bladed Wind Turbine – 350KW 54 ● 2 pás WES 250KW 55 ● 3 pás ● Multipás 56 Comparativo de eficiência entre rotores Albert Betz foi um físico alemão que em 1919 concluiu que nenhuma turbina eólica pode converter mais do que 16/27 (59.3%) da energia cinética do vento em energia mecânica no rotor. Até aos dias de hoje isto é conhecido pelo limite de Betz ou a lei de Betz. Este limite nada tem a ver com ineficiências no gerador mas sim na própria natureza das turbinas eólicas. Os aerogeradores extraem energia ao travar o vento. Para um aerogerador ser 100% eficiente precisaria provocar uma parada total na massa de ar em deslocamento - mas nesse caso em vez de pás seria necessário uma massa sólida cobrindo 100% da área de passagem e o rotor não rodaria e não converteria a energia cinética em mecânica. No outro extremo se tivéssemos uma turbina com apenas uma pá a maior parte do vento passaria "falhando" essa pá e mantendo toda a energia cinética. 57 2. Aerodinâmica dos aerogeradores 2.1. Força de Arrasto Quando um corpo se movimenta por um fluido, a interação de suas partículas com as do fluido no qual se movimenta gera uma força que vai contra o sentido do movimento desse corpo. Essa força pode ser facilmente observada quando um paraquedista diminui sua velocidade ao abrir o paraquedas. 2.2. Força de Sustentação Sustentação é a componente da Resultante Aerodinâmica perpendicular ao vento relativo. É uma força que surge em virtude do diferencial de pressão entre o intradorso e o extradorso do aerofólio e tende a empurrá-lo para cima, auxiliada ainda pela reação do ar (Terceira Lei de Newton) na parte inferior da mesma. 58 2.3. Controle Estratégico de Potência Controle Stall: ● A potência máxima gerada é limitada pela capacidade aerodinâmica máxima da pá (não consegue captar o vento em determinada velocidades do vento); ● Reduz a eficiência aerodinâmica; ● Sistema mais simples e mais barato. Stall: Um fenômeno natural. Turbulência formada na borda traseira da lâmina acima de uma determinada velocidade do ar. Controle do Pitch: ● As pás giram ao longo do seu eixo longitudinal para manter a potência máxima gerada a nível constante ● Otimiza a eficiência aerodinâmica ● Mais complexo e menos confiável Pitch control: Ao girar a lâmina, o ponto de ataque da borda frontal será alterado. Isso pode ser usado para controle de energia. 2.4. Tendências A tecnologia eólica busca sempre novas formas de aproveitar o máximo de energia do vento, então novos conceitos como o multi rotor da Vestas surge como uma alternativa: 59 Outras formas de aproveitamento do ventos como este aerogerador sem pás que se utiliza do efeito vortex para geração. O Aerogerador BAT possui corpo inflável com gás hélio e pode elevar sua turbina a grandes altitudes (superior as maiores turbinas eólicas existentes) onde os ventos 60 são consideravelmente mais fortes e constantes, gerando até 8x mais energia em comparação com os convencionais aerogeradores de torre. 3. Estrutura geral 3.1. Fundação 61 A Fundação é a base da torre. Consiste em uma estrutura de concreto armado enterrada. Foi concebida por engenheiros estruturais para suportar o peso de todo o WTG bem comoabsorver as forças criadas no WTG em funcionamento. Existem diversos modelos de fundação que permitem a fixação da torre, como por anchor bolts, tramos enterrados, com porão para tensionamento de proteção, etc. 3.2. Torres ● As torres podem ser metálicas, de concreto ou mistas; ● São compostas por várias seções que são aparafusadas entre si para formar uma estrutura capaz de suportar o peso da nacelle. 62 Tipos de torres Torres eólicas são geralmente dos seguintes tipos: ● Aço tubular; ● Aço treliçado; ● Concreto e Estaiada. As torres que elevam os rotores a altura desejada, estão sujeitas a inúmeros esforços. Primeiramente forças horizontais devem ser levadas em conta: resistência do rotor ("drag") e da própria torre à força do vento. Em seguida, forças torsionais, impostas pelo mecanismo de controle de rotação da gávea giratória e esforços verticais (peso do próprio equipamento), não devem ser desprezadas. Processo de Fabricação de Torres Metálicas ● Recebimento de Material 63 ● Controle de Qualidade ● Curvatura 64 ● Soldas ● Solda dos flanges 65 ● Abertura de porta ● Solda de seções 66 ● Pintura 67 ● Montagem Interna 68 ● Estocagem ● Pesagem e expedição 69 Torres treliçadas A torre treliça é composta por elementos pré-moldados e pretende ser uma solução alternativa para torres de mais de 80 m de altura e competitiva em termos econômicos. As pequenas dimensões dos elementos pré-moldados não necessitam de transporte especial, proporcionando a liberdade de escolha da geometria da torre (diferente número de colunas e diferentes espaçamentos entre elas, etc), otimizando a capacidade de carga e o controle da frequência natural de vibração. A solução apresenta também reduções no custo das fundações. 70 Em contrapartida, para a manutenção é mais difícil, pois para escalar até o topo o técnico fica exposto. No Brasil não é comum esse tipo de torre, é mais encontrada na Europa. Torres de concreto As torres construídas com concreto pré-moldado podem ser constituídas por: i) segmentos pré-moldadas com juntas horizontais e, geralmente, protendido verticalmente; ii) segmentos semicirculares na base da torre e segmentos fechadas no topo, com juntas verticais e horizontais, e geralmente protendido verticalmente; iii) elementos pré-moldados planos (faces laterais) e curvos (cantos), sendo a dimensão vertical dos elementos a mais longa , com protensão no interior; iv) estrutura de treliça com elementos pré-moldados em concreto protendido ligados entre si. As soluções de concreto pré moldado têm vantagens indiscutíveis em comparação com soluções em aço: ● Capacidade para atingir grandes alturas e suportar geradores de energia de grandes dimensões, quer onshore , quer offshore; ● Melhoria do comportamento dinâmico, reduzindo a fadiga, aumentando a vida útil do equipamento e reduzindo a manutenção; ● Ligações estruturais fiáveis , testadas, sem manutenção, proporcionando uma montagem rápida e as vantagens do monolitismo (a peça se configura como uma só); ● Excelente resposta a ações sísmicas; 71 ● Menor necessidade de manutenção em contraste com torres de aço; ● Maior durabilidade das estruturas de concreto em relação às torres de aço, principalmente em ambientes marinhos; ● Menor ruído gerado pelo efeito de amortecimento do concreto; ● Redução das emissões de CO2 na fabricação das torres (entre 55% e 65% das emissões envolvidas na fabricação de uma torre de aço); ● Os materiais das torres são totalmente recicláveis; ● A durabilidade de torres de concreto é muito maior do que a das turbinas, permitindo a futura substituição das turbinas por outras com maior potência. Torres Estaiada A torre estaiada é a solução mais econômica por atingir grandes alturas e com elevada capacidade de carga, porém exige-se disponibilidade de terreno para sua instalação. Possui seção transversal triangular ou quadrada, estaiada com cordoalhas galvanizadas. 72 Interior da torre A torre possui outras finalidades fora a elevação da nacelle: – Escada/equipamento de acesso ao topo; – Abrigo de painéis e/ou outros equipamentos; – Descida de cabos de alimentação; – Outros. 73 3.3. Nacelle e Hub Arquitetura da Turbina 74 Nacelle A Nacelle abriga todos os principais componentes mecânicos projetados para orientar o rotor em direção do vento além do trem de potência (caixa de velocidades e do rotor),e o sistema hidráulico. Estes serão explicados em maiores detalhes mais adiante. Seu exterior é geralmente feito de fibra de vidro ou alumínio. 75 Hub (cubo) Com todas as três pás anexadas aos seus lados, permite que canalize a energia de rotação do vento para o sistema de transmissão. Ele é feito de ferro fundido e aço e pode abrigar os componentes de Pitch. Ele inclui as caixas elétricas e os motores encarregados de movimentar as pás. Trem de Potência Também conhecido como o trem de força, é o sistema que aproveita a energia cinética do vento e a converte em energia mecânica de rotação e, em última análise, transformada em energia elétrica. O trem de acionamento é composto por quatro componentes: 76 ● Acoplamento frontal ● Eixo de baixa velocidade(LSS) ● Gearbox ● Eixo de alta velocidade (HSS). O eixo de baixa velocidade é fixado ao hub. Essa fixação pode ser feita de diversos modos, dependendo do fabricante. A multiplicadora é unida ao eixo de baixa velocidade por meio de uma flange aparafusadas. 3.4. Multiplicadora (Gearbox) A Multiplicadora é um tipo de elemento de transmissão composto por um sistema paralelo e outro planetário que está localizado acima do bastidor principal, por meio de almofadas elastoméricas (blocos de borrachas que servem de amortecimento) e a sua saída de alta velocidade está ligado ao eixo de alta velocidade de condução do gerador. 77 O eixo de alta velocidade tem um acoplamento elástico ligado em ambas as extremidades (gerador e multiplicador) por meio de discos. Um dos componentes mais importantes da turbina eólica é a caixa de velocidade (multiplicadora). Localizado entre o eixo principal e o gerador, a sua função é aumentar a velocidade de rotação lenta das pás do rotor para a velocidade de rotação do gerador de 1000 ou 1800 rotações por minuto (rpm). No nosso caso a caixa de velocidade tem sempre uma constante e crescente relação de velocidade, de modo que, se uma turbina eólica têm diferentes velocidades operacionais, é porque ela tem dois geradores de diferentes tamanhos, cada um com sua própria velocidade de rotação diferente (ou um gerador com dois enrolamentos do estator diferentes). No nosso caso, a caixa de velocidades tem sempre uma constante e crescente relação. Nas engrenagens epicicloidais, várias engrenagens retas distribuídas uniformemente em volta, entre uma engrenagem com endentado interno e externo, rodam em uma órbita concêntrica. A circulação das engrenagens retas é feita por analogia à órbita dos planetas no sistema solar. Portanto, as engrenagens epicicloidais também são conhecidas como multiplicadores de planetário ou redutoresplanetários. 78 A transmissão, que envolve a caixa multiplicadora, possui a finalidade de transmitir a energia mecânica entregue pelo rotor até o gerador. É composta por eixos, mancais, engrenagens de transmissão e acoplamentos. O projeto tradicional de uma turbina eólica consiste em colocar a caixa de transmissão mecânica entre o rotor e o gerador de forma a adaptar a baixa velocidade do rotor à velocidade de rotação mais elevada dos geradores convencionais. 79 ATENÇÃO: Seja cuidadoso ao trabalhar em torno do eixo de alta velocidade. Ele gira a mais de 1000 rpm. Como precaução, as proteções do acoplamento HSS devem estar sempre montadas. 3.5. Sistema hidráulico A hidráulica é um sistema que fornece energia por meio de fluidos sob pressão. 80 Um sistema hidráulico é composto basicamente por: ● Reservatório: reservatórios ou tanques têm por finalidade armazenar e facilitar a manutenção do fluido utilizado. O fluido hidráulico é extraído do tanque e retorna para ele após ser transmitido através do circuito. ● Bomba: é utilizada para converter energia mecânica em energia hidráulica, empurrando o fluido hidráulico para todo o sistema. ● Válvula controladora de pressão: dispositivo de segurança que permite que o fluido seja drenado de volta para o reservatório. ● Válvula de controle direcional: dá a direção por onde o fluido hidráulico precisa ir. Permite que o fluido flua por caminhos diferentes, a fim de controlar os elementos dentro do sistema hidráulico. As válvulas de controle direcional possuem variados números de portas, dependendo dos requisitos do sistema. ● Atuador: os atuadores hidráulicos convertem o fluido transmitido em energia mecânica para mover a carga. A forma mais comum de atuador usado em sistemas hidráulicos é um cilindro ou atuador linear e também o motor hidráulico. 81 Sistema hidráulico que faz o bloqueio da gearbox (o freio da gearbox): Sistema hidráulico de travamento de pá: 82 Filtros Muito importante para o funcionamento da turbina, o filtro é quem retira as impurezas e sujeira do óleo, dessa forma ele impede que o óleo carregue partículas em alta velocidade e as mesmas danifiquem pedaços de blocos, de mangueiras, etc. Por isso, ele deve ser trocado periodicamente. Esquema de sistema hidráulico: 83 Sistema hidráulico do Hub: ● Partes hidráulicas no sistema: 84 3.6. Sistema de orientação (Yaw) O sistema de orientação posiciona o rotor da turbina para o vento. Está localizado entre a nacelle e a torre e é equipado com um dispositivo de produção de torque que é capaz de rodar toda a nacelle contra a torre e estacionar com base nos sinais dos sensores automáticos de direção do vento ou, em caso de acionamento manual. 85 O sistema de orientação é geralmente composto por: ● Adaptador da coroa do Yaw ● Rolamento de fixação ● Freios ativos e pistas orientadoras passivas ● Quadro Central ● Quatro atuadores motoredutores 86 ● Freios ativos e pistas passivas ● Motores redutores A quantidade de motores depende diretamente do peso do conjunto, indo de 3 até 12 motores. Motores redutores estão engrenados com o adaptador da coroa do yaw permitindo a rotação da nacelle, possuindo um freio elétrico acoplado. 87 CONCEITO: ● O sistema yaw é formado por pistas de deslizamento fixas no Central Frame, correndo em torno do adaptado coroa do yaw. ● O adaptador coroa do yaw é um cilindro de ferro fundido esférico aparafusado ao topo da torre, em que a coroa está solidamente ligada. ● Os motorredutores planetárias acionados eletricamente formam o sistema de acionamento, que permite a rotação da gôndola (nacelle) em torno do seu eixo vertical. ● Há também de 3 a 6 pastilhas de freio (dependendo da plataforma). Observação: quando o motor está parado, sem energia, os sistemas de freio ficam acionados, e a partir do momento que o motor é ligado, primeiro se libera o freio e só depois o motor vai em busca da direção ideal do vento . ACIONAMENTO DO YAW O motores podem ser acionados de 2 formas: ● Usando variadores individuais (automático); ● E acionamento direto; Uso de variadores para controlar os motores de yaw reduz o stress mecânico e vibrações excessivas durante o movimento. 88 SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO DO YAW Para que o sistema de orientação funcione corretamente, tem de ser constantemente lubrificado para permitir o bom funcionamento da máquina. FOCO Tenha muito cuidado ao mover-se no convés do Yaw (Yaw Deck), a nacelle girando em torno do adaptador coroa pode causar ferimentos graves (esmagamentos e lesões). 89 3.7. Pás As pás são os motores da turbina eólica responsáveis pela carga e desempenho de toda a estrutura. Elas são feitas de materiais compostos como fibra de vidro, epóxi, poliéster, etc. Devido ao seu tamanho, a fabricação é um processo delicado. Elas devem estar de acordo com uma curva de potência específica, diferentes configurações de carga e redução de ruído. ● A regra geral é que quanto maior a pá, maior será a área varrida, o que se traduz em mais watts gerado. ● Uma área maior aumenta efetivamente a relação entre a velocidade de ponta de uma turbina a uma dada velocidade de vento, aumentando assim a sua extração de energia. 90 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS As pás são montadas no hub da turbina por meio de buchas embutidas na na sua raiz. Buchas são feitas de uma liga de aço cromo que tem uma rosca interna. A alta qualidade da ligação de rosca do parafuso é o resultado de o fio ser posicionado a uma dada distância a partir da face de contato da bucha. 91 Pás geralmente consistem de duas conchas coladas na ponta e bordo de fuga e ao longo das duas estruturas principais posicionado centralmente. A função principal da estrutura é manter uma distância entre conchas lâmina e transferir forças de corte transversal da carga de vento. As lâminas das turbinas eólicas são feitas de materiais compósitos, essencialmente plásticos reforçados com fibras. Elas são leves e resistentes, mas também são caras. 92 3.8. Sistema de Pitch Em sistemas eólicos de grande porte (na área de megawatts) a velocidade de rotação é controlada através do sistema de pitch. O sistema de pitch regula o ângulo de ataque das pás do rotor, gerando assim mais ou menos empuxo nas mesmas. O sistema de pitch completo, incluindo o controlador, encontra-se na parte dianteira, no cubo da turbina eólica (hub). SISTEMA PITCH BLOQUEIO Para entrar na máquina e realizar a manutenção, é preciso fazer o bloqueio do pitch e sempre fazer a verificação no hub, se está tudo conforme. 93 ACIONAMENTO ELÉTRICO DO PITCH Em um sistema de pitch elétrico, o ângulo das pás do rotor é regulado por motores que estão montados em vários estágios de engrenagem. O conector rotativo que está ligado à parte posterior da multiplicadora e é responsável por fornecer os sinais de energia e de controle hidráulico a partir da nacelle ao hub. 94 Motoredutor: É o motor que engata a coroa da pá, a fim de atingir um determinado ângulo. Tem as seguintes características:● Corrente contínua (escovas) ● Com freio elétrico ● Excitação padrão Encoder Ele fornece ao motor o sinal de posição e deve ser reposto a 86 graus após o arranque. Tem a capacidade de manter a sua posição sem tensão. Limites switch ● Estas switches são ativadas quando a pá atinge o ângulo de 86 graus ou mais. ● 3 sensores por pá (dupla redundância) ACIONAMENTO HIDRÁULICO DO PITCH Em caso de sistema de pitch hidráulico, o ajuste do ângulo das pás do rotor é realizado por meio de cilindros hidráulicos. 95 O conector rotativo que está ligado à parte posterior da multiplicadora e é responsável por fornecer os sinais de energia e de controle hidráulico a partir da nacelle ao hub. União Rotativa Coletor e Escovas 96 BATERIAS E CARREGADOR DE BATERIAS (QUANDO O PITCH É ELÉTRICO) • Contém as baterias DC que movem as pás para uma posição segura (86 graus), quando o sistema de pitch perde energia a partir da fonte principal. 97 3.9. Sistema de interligação Arquitetura dos sistemas Nesta plataforma quase todos os equipamentos estão na nacelle, menos a Switchgear. Foco É absolutamente proibido trabalhar em sistemas vivos de alta tensão. O sistema deve estar desenergizado e conectado à terra antes de qualquer trabalho. Deve-se ter muito cuidado quando se trabalha em circuitos de baixa tensão “vivos”, é uma atividade perigosa e pode causar danos severos. 3.10. Transformador e Switchgear Por que precisamos de alta tensão nesses sistemas? 98 A lei de Ohm afirma: Tensão = Resistência * Corrente Potência = Tensão * Corrente Quando nós aumentamos o comprimento do cabo, aumentamos a resistência do cabo que transfere eletricidade. = perdas Joule (Rl²). Para evitar essas perdas, o nível de tensão tem de ser elevado a um valor mais alto. Transformador O transformador tem como função elevar a tensão enviada pelo gerador a um nível que possa ser entregue a subestação e ainda baixar a tensão de rede a um valor que possa ser utilizado pelos equipamentos auxiliares na nacelle. Apenas eletricistas certificados estão autorizados a trabalhar em sistemas de alta tensão. Transformador a óleo Suas bobinas ficam imersas em um óleo mineral, esse óleo isola, refrigera e mantém os componentes internos sem enferrujar. ● Menor e mais leve ● Maior densidade de potência ● Suportar faixa de temperatura mais ampla ● Fluido biodegradável ● Possível armazenagem ao ar livre Transformador Seco ● Auto-extinguíveis e não liberam gases tóxicos. 99 ● Não agridem a natureza. ● Segurança em caso de explosão pela não propagação de fogo na ocorrência de incêndio. ● Isentos de manutenção. ● Não são necessárias condições especiais de instalação. ● Redução na matéria-prima utilizada e dimensões finais. ● Isento de descargas parciais. ● Baixo nível de ruído. Relação de transformação Nesta turbina o transformador possui os seguintes níveis de transformação: ● Bobinado primário à Entre 10 KV a 34,5 KV (dependendo da rede do site) ● Bobinado secundário ● Bobinado terciário ● Bobinado quaternário 100 Switchgear O termo refere-se à combinação de conectores elétricos, fusíveis e disjuntores utilizados para isolar equipamentos elétricos na torre ou da rede de outras turbinas. Ele é usado para desenergizar o equipamento para que você possa trabalhar com ele livre de falhas a jusante. A switchgear isola o transformador principal da turbina a partir da rede, ou, dependendo da configuração do parque eólico, separa a turbina de outras turbinas no mesmo circuito. Componentes 101 Foco Antes de realizar qualquer trabalho no transformador ou cabos de alta tensão, você tem que desenergizar e isolar o equipamento da manobra. Somente credenciado ou eletricistas treinados estão autorizados a trabalhar equipamentos de alta tensão. 3.11. Gabinetes Elétricos Quadros elétricos são usados para abrigar componentes protetores de baixa tensão, disjuntores, dispositivos de comunicação, conectores, e todos os equipamentos elétricos necessários para executar e monitorar a turbina eólica. Eles distribuem o fluxo de potência do gerador para o transformador e do transformador para os diferentes sistemas auxiliares que se encontram em volta da nacelle. Gabinete de Potência Este gabinete dirige e controla o fluxo de potência da turbina: ● Potência do gerador para a rede através do transformador principal. Os cabos de energia correm a partir do estator do gerador para o contator principal e através do barramento para o transformador através do disjuntor principal. ● Energia da rede através do transformador principal para os diferentes circuitos auxiliares que alimentam-se da nacelle. 102 Gabinete de Controle Este gabinete contém todos os componentes de controle de turbina eólica (dispositivo de rede, CLP principal), e todos os dispositivos de comunicação para incluir o equipamento de comunicação externa. Ela também tem vários disjuntores e fusíveis para fins de proteção. 103 Gabinetes auxiliares Estes gabinetes contém todos os sistemas auxiliares (motores, sensores, ligações, proteções, disjuntores, etc) que fazem a nacelle funcional. A tensão dentro desses armários varia de 400V AC a 24V DC; Dependendo da versão de turbina / modelo, os seguintes gabinetes são normalmente encontrados na torre. Caixa do elevador Localizado na base da torre, esta caixa contém todo o sistema elétrico elevador (Levante inversor, disjuntores, contatores, circuitos auxiliares, etc) 104 Caixa da iluminação aérea Localizado geralmente na parte traseira da nacelle, que contém o circuito auxiliar do farol BTI. 3.12. Sensores e Linha de Segurança Os sensores são considerados como sendo crucial para a operação da turbina eólica. Sua principal função é fornecer informações para o computador principal do WTG sobre o status atual dos diferentes sistemas que está monitorando. Existem dezenas de sensores instalados em diferentes locais ao redor da turbina, cada um com uma função especial e propósito diferente. Eles são importantes para a segurança da turbina eólica, bem como para os operadores que trabalham no interior da torre. A linha de segurança é uma linha de 24V DC, que liga alguns desses sensores com botoeiras de emergência e é capaz de instantaneamente desligar a turbina. Essa linha percorre toda a turbina passando pelo controle, sistema de pitch e do conversor. Sensores Os sensores desempenham um papel importante recolhendo os valores de parâmetros diferentes (temperatura, pressão, velocidade, posição, vibrações) de campo e enviá-lo para o PLC de processo. 105 Estes valores são analisados pelo CLP e armazenados no sistema. O CLP determina se a turbina está operando dentro de uma faixa normal ou ele precisa levantar um alarme ou até mesmo parar a máquina se vê uma condição insegura. Cabo torcido Ele controla a posição da nacelle com respeito à torre e determina quantas voltas da nacelle fez. Isto é feito para calcular o quão os cabos da torre estão torcidos e depois comunica o valor para o controle CLP. Quando a nacelle gira mais de 3 voltas na mesma direção, ele tripa a linha de segurança e restabelece-se.O CLP irá executar um total de 3 voltas no sentido contrário para distorcer os cabos da torre. Outros sensores Biruta e anemômetro 106 Localizado no teto da nacelle, eles se comunicam com CLP indicando a direção e velocidade do vento. A biruta é um instrumento que determina a direção do vento e envia o seu valor para o controle CLP. O PLC, então, calcula o quanto a nacelle precisa girar e ordena o sistema de yaw para mover até que as pás fiquem de frente para o vento em um ângulo ideal. O anemômetro é um dispositivo que mede a velocidade do vento. Ao saber este valor, o controle CLP pode determinar quando iniciar a turbina e maximiza a capacidade de geração de energia em diferentes velocidades de vento. Sensor de velocidade e Vibração É muito importante também medir se o rolamento está bom e se não está com muita folga, provocando assim muita vibração. Outros sensores Sensores hidráulicos Monitorar os diferentes componentes hidráulicos na turbina que são a estação hidráulica e sistema de refrigeração da Gearbox, sistemas de refrigeração de geradores e inversores. 107 Estes sensores são na sua maioria interruptores de pressão, indicadores de nível, sensores de fluxo, e sensores de óleo saturados. O sistema hidráulico é responsável por movimentos muito sensíveis no sistema da turbina, então é de extrema importância sensores para esse componente. Interruptores térmicos Também conhecido como termo-switches, que consistem basicamente em um circuito que abre ou fecha, com base em valores de temperatura. Alguns deles podem ser ajustados. 108 Chaves fim de curso Os fins de curso são projetados para ligar / desligar quando envolvidos em ou perto do limite de um percurso de um objeto em movimento. Ele é utilizado para controlar o circuito elétrico do objeto em movimento de manobra. Linha de segurança A linha de segurança é uma linha de 24 V DC conectando os sensores críticos às botoeiras de emergência que param a turbina imediatamente. 109 Foco A linha de segurança é uma linha capaz de parar imediatamente a turbina em caso de algum sensor identificar algo crítico ou ter sido pressionada alguma botoeira de emergência. Sensores são muito importantes para o funcionamento da turbina. Tenha especial cuidado com eles (manter limpos, cabos em boas condições, etc). Se o sensor não estiver trabalhando corretamente , a turbina também não estará. 3.13. Gerador Este dispositivo transforma a energia mecânica fornecida pelo eixo principal da turbina em energia elétrica. A operação dos geradores elétricos é baseado no fenômeno de indução eletromagnética. A tensão induzida (chamada força eletromotriz ou f.e.m) vai criar uma corrente através de um circuito externo (estator) ligado aos terminais da bobina, resultando em energia a ser fornecida para a carga. Assim, a energia cinética (gerada pela turbina de vento) que gira a fonte do campo magnético, é convertida em energia elétrica. Note-se que a corrente que flui através de uma carga exterior, por sua vez cria um campo magnético que se opõe à variação no fluxo da bobina, de modo que a bobina 110 se opõe ao movimento. Quanto maior for a corrente, maior será a força que deve ser aplicada para o ímã para mantê-lo a partir do abrandar. Compensação de fase Na energia elétrica por hidrelétrica tem sempre uma lâmina de água correndo no sentido certo e a válvula de entrada do aqueduto ajustada, dessa forma a velocidade da água é sempre muito constante. Já na energia gerada pela eólica não tem como garantir a velocidade do vento, ele oscila muito rápido em um curto espaço de tempo, essa variação faz com que a geração da energia seja prejudicada. Para minimizar esse efeito, são usados capacitores, que servem como armazenadores de campo elétrico e na ausência de tensão elétrica ele descarrega seu campo elétrico. 111 Thyristors Transistores que simulam uma senóide através de modulação por largura de pulso (PWM). Fazendo isso, se consegue uma corrente alternada mais bem feita do que a própria corrente alternada fornece. Para isso, é preciso transformar corrente alternada em corrente contínua e em cima da corrente contínua é feita a corrente alternada ideal. 112 ILUSTRAÇÕES 113 Tipos de Gerador Tipos de Gerador ● TIPO 01 Consiste em um Gerador de indução de Gaiola de Esquilo (GIGE) ; Opera em velocidade fixa, levemente acima da frequência da rede. Para compatibilizar a baixa frequência de rotação do eixo das pás (20 rpm a 150 rpm) com a rotação exigida para o rotor do gerador (1.200 rpm a 1.800 rpm), utiliza-se uma caixa de engrenagens (CE) multiplicadora. A partida da unidade é realizada por um soft-start, o qual é curto-circuitado por um contator de by-pass durante a operação normal. Para compensar o fraco suporte reativo fornecido à rede por este tipo de aerogerador, na saída do enrolamento do estator encontram-se instalados vários estágios de banco de capacitores para correção do fator de potência, os quais são chaveados on/off de acordo com a potência gerada. ● TIPO 02 Um Gerador de Indução de Rotor Bobinado (GIRB) ; 114 Sendo que neste enrolamento é conectado, por meio de escovas e anéis, um grupo de resistores variáveis. O valor efetivo desses resistores é ajustado pelo controle de carga do aerogerador; Esse tipo de aerogerador opera com velocidade super síncrona; Como ocorre com o tipo I, possui partida por soft-start e capacitores chaveados para controle do fator de potência. ● TIPO 03 Denominado Gerador de Indução Duplamente Alimentado (GIDA) , faz uso dos conversores eletrônicos de potência para viabilizar o controle completo das potências ativa e reativa fornecidas à rede. Semelhante ao tipo II, também utiliza um gerador de indução de rotor bobinado, sendo que os enrolamentos do rotor são conectados em paralelo com os enrolamentos do estator por um conversor bidirecional de potência, AC/AC. Esse conversor é projetado para fornecer uma potência de até 30% da potência total do aerogerador e permite uma faixa de velocidade de operação muito mais ampla que os tipos anteriores; Isso torna o aerogerador mais eficiente na extração da potência do vento e na redução do stress; Do lado do rotor, por meio do ajuste da amplitude, fase e frequência da tensão aplicada nesses enrolamentos, o sistema de controle do conversor regula, de forma desacoplada e usando técnicas de controle vetorial, os fluxos de potência ativa e reativa; Devido à diferença de velocidade entre os eixos das pás e do gerador, a caixa de engrenagens multiplicadora ainda é necessária. Durante a ocorrência de curtos-circuitos próximos ao gerador, elevadas correntes podem ser induzidas nos enrolamentos do rotor; Isso leva à necessidade da utilização de um sistema de proteção do conversor lado rotor, conhecido como crowbar. Quando atuado, o crowbar desabilita o conversor e curto-circuita os enrolamentos do rotor por meio de um resistor adequado, levando ao amortecimento das correntes induzidas neste enrolamento. Asdiferentes formas de controle do conversor e do crowbar influenciam fortemente o comportamento dinâmico das correntes fornecidas pelo gerador durante a falta. 115 ● TIPO 04 Nesta solução, os enrolamentos do estator são conectados à rede por um conversor AC-AC, bidirecional, projetado, neste caso, para 100% da potência nominal do aerogerador; Diversos tipos de geradores podem ser utilizados com esta solução: gerador síncrono (GS) de rotor bobinado; gerador síncrono de ímã permanente; gerador de indução (GI). O arranjo mecânico também permite variações, como a eliminação da caixa de engrenagens quando utilizado um gerador síncrono multipolo, de imã permanente. Devido ao conversor, a velocidade de rotação é completamente desacoplada da frequência da rede, permitindo a operação do aerogerador em uma ampla faixa de velocidades e a minimização das oscilações mecânicas e elétricas no sistema. As mesmas técnicas de controle vetorial, utilizadas no Tipo III, podem ser implementadas, possibilitando o controle desacoplado das potências ativa e reativa injetadas na rede. Foco O Gerador transforma energia mecânica entregue pelo trem de potência em energia elétrica, por isso, se você precisa trabalhar em ambos os sistemas, você tem que isolar os dois sistemas: Mecanicamente: Ao bloquear o trem de força. Elétrica: Isolando as possíveis fontes de energia do para o gerador. 3.14. Conversor de Frequência O conversor de Frequência é o sistema que controla e otimiza a energia gerada a partir da turbina e injetada na rede através de uma ampla gama de velocidade do gerador. É o componente chave para a qualidade da energia e cumprimento dos códigos de rede. Sua principal função é regular automaticamente a excitação do rotor do gerador para que a sua tensão de saída, que é entregue a rede, tenha uma frequência constante. 116 No gerador de dois pólos (um par de pólos), não será exatamente uma onda senoidal a cada volta de modo a relação entre a velocidade do gerador de frequência de onda e é fixa: - 50Hz significa 50 voltas / sec. = 3000 voltas / min - 60Hz significa 60 voltas / sec. = 3600 voltas / min Gerador mais rápido = maior frequência. Se aumentar o número de pólos a 4 (2 pares de pólos), teremos o seguinte: - 50Hz significa 25 voltas / sec. = 1500turns / min. - 60Hz significa 30 voltas / sec. = 1800turns / min O gerador pode girar mais lento para obter a frequência desejada.. CONCEITOS BÁSICOS DE OPERAÇÃO 117 Conforme mencionado na lição anterior, geradores duplamente alimentados têm enrolamentos em ambas as partes fixas e rotativas, onde ambos os enrolamentos transferem a potência entre o eixo e o sistema elétrico. Estes geradores são utilizados em aplicações que requerem uma velocidade do eixo variável da turbina para um sistema de energia de frequência fixa. Em uma turbina eólica, a unidade primária (pás e trem de potência) estão sempre mudando devido às condições de velocidade do vento, mas a frequência de ligação à rede tem de ser fixa (50/60 Hz). Este problema é resolvido através de um gerador de dupla alimentação e um sistema conversor onde a frequência do estator é a soma da unidade primária (frequência mecânica), além da frequência do campo magnético do rotor induzido: fStator = fmec + fIRotor - f stator = Hertz - f mec = Hertz à (rpm/60)* nº de pares de polos - f I rotor = Hertz 118 DIAGRAMAS E COMPONENTES O conversor é uma peça muito complexa das máquinas que contém placas eletrônicas e controladores que custam muitos dólares, a fim de garantir o bom funcionamento da turbina e em conformidade com os requisitos da rede. Ele se comunica constantemente com o controlador e recebe dados numerosos em tempo real a partir de sensores de campo (medição atual, rpm turbina, etc), tudo para otimizar o desempenho de WTG e gerar o maior número de Quilowatts na velocidade do vento disponível. Foco O conversor opera sob “alta” tensão e possui capacitores que armazenam energia. Tome muito cuidado ao realizar qualquer trabalho no conversor. Certifique-se de que o seu circuito de potência está desenergizado e bloqueado. O inversor é um sistema muito importante para a turbina. Pontos Chaves Existem muitos modelos de turbinas eólicas. Mesmo se você estiver familiarizado com um armário elétrico, verifique seus desenhos elétricos antes de trabalhar. Tenha sempre em mente a localização das botoeiras de parada de emergência, a fim de acionar em caso de emergência. Os sensores têm uma função importante no desempenho da turbina, por isso tome cuidado especial com eles. O sistema inversor é bem complicado, normalmente ela precisa de uma formação específica para trabalhar com ele, para ter certeza do que você está fazendo, enquanto trabalha. Em caso de dúvida, entre em contato com o suporte técnico. 119 3.15. Sistema de equipotencialização Um bom sistema de aterramento é muito essencial para a torre para evitar danos quando um raio atinge a turbina. É um sistema de aterramento que conecta todos os componentes da torre de metal para um terreno comum, de modo que no evento infeliz de um raio atingir a torre possa levar a descarga ao solo. Sistema de Pára-raios A pá é equipada com um sistema de pára-raios e receptores. Os receptores de raios atraem descargas atmosféricas e liberam a corrente do raio através do cabo interno para a flange de raiz. 120 121 Além de proteger a turbina contra raios, um sistema de aterramento revela-se muito eficaz na proteção dos sistemas de controle e comunicação de ruído eletromagnético. Observação: O sistema de aterramento é importante não só para proteger contra a raios, verifique se está bem conectado sempre. É um passo comum no serviço de manutenção. 3.16. Infraestrutura de comunicação e controle de turbinas Controle da Turbina Eólica Além do controle manual as turbinas são comandadas pelo controlador lógico programável. Basicamente, é um sistema eletrônico composto principalmente de uma unidade central de processamento, placas transdutoras e placas I / O. O CLP tem a capacidade de controlar todos os aspectos da turbina de geração elétrica e monitoramento de máquinas para a supervisão de operação e gestão de comunicação. Comunicação Esta é a infra-estrutura de monitoramento e controle local/remoto das turbinas eólicas, a sala de controle e o mundo exterior. 122 Se tornou possível através de cabos (Ethernet, fibra óptica, RS232 ...) e os equipamentos de comunicação (roteadores, switches, modems ...) que estão instalados em todo o parque. A obtenção de dados das diferentes componentes do parque eólico é feito através de: OPC DA 2.0 para dados instantânea. Serviços da Web para recuperar dados e alarmes históricos, bem como informações adicionais vinculados a esses alarmes. A estrutura de dados é baseada nos IEC 61400-25-2-padrão (Comunicações para monitoramento e controle de energia eólica modelo usinas de informações). Infraestrutura de comunicação SERVIDOR (COMPUTADOR CENTRAL também chamado RAC). 123 Ele consiste em um PC (Server) e sua infra-estrutura associada. O servidor contém todo o hardware necessáriopara a software SCADA. O sistema de computador central é constituído pelos seguintes elementos: - O próprio servidor - Unidade de bateria - Computador auxiliar SCADA O sistema Scada é um software que facilita a transmissão de dados do processamento e representação do sistema. 124 LAN (Local Area Network) LAN é a rede de comunicação que liga as turbinas de parques eólicos em conjunto, bem como com o sistema central de computação na sala de controle. Em alguns casos, a rede LAN está ligada às estações anemómetro e a outros elementos fixos da subestação. ● Computadores para acesso e monitorar a rede LAN ● Gabinete de Comunicação Central na sala de controle (eth2, eth3, eth4) ● Ligações de fibra óptica entre turbinas eólicas e sala de controle (padrão 100BaseFX) de multimodo ou modo único tipo, dependendo da distância ● Switches e Conversores de Mídia, instalados em diferentes áreas do parque eólico. ● Equipamentos de conversão: o modo multimode para sigle mode. ● Equipamentos de comunicação para a turbina: ■ Switch ■ Caixa Conexões ■ Dois pares de fibras ópticas multimodo entre a base e a nacelle ● Torre de Meteorologia (se for solicitado) ● Equipamentos de comunicação da subestação. Foco A maioria dos problemas de WAN tem que ser resolvido através de seu provedor ISP ou quem está se conectando à rede local para o mundo exterior. 125 SCADA é diferente do servidor. SCADA é o software que permite que você execute o sistema de monitoramento do parque, enquanto que o servidor é o hardware que contém o SCADA Pontos Chaves O sistema de controle gerencia todas as operações na WTG. Ele supervisiona o estado geral da máquina e monitora todos os valores do campo. Você não pode iniciar sua turbina sem a aprovação do CLP. Os dados históricos sobre o sistema é uma ferramenta muito útil que deve ser usada em uma base diária para identificar quaisquer alarmes, erros ou tendências para qualquer WTG. Nunca olhe diretamente para o final de cabos de fibra até que você tenha certeza de que não há nenhuma fonte de luz na outra extremidade. Embora seja de baixa intensidade, o laser vermelho pode causar dano retina. 4. Estrutura de Operação e Manutenção 4.1. Operação As turbinas são equipamentos autônomos, dotadas de um CLP que monitora e aciona os elementos necessários para o funcionamento ininterrupto da mesma. Assim a operação de uma turbina consiste em pôr ou tirar de operação a mesma quando houver uma necessidade. Outras ações de operação consistem em mudar variáveis como potência e etc. O&M Aerogeradores Equipes pertencentes aos fabricantes das turbinas, ou empresas especializadas que realizam a manutenção dos aerogeradores; Serviço semelhante a autorizada dos automóveis; O principal produto é a disponibilidade. Manutenção “Conjunto de ações que permitam manter ou restabelecer um bem dentro de um estado específico ou na medida para assegurar um serviço determinado” Ter não significa necessariamente possuir. Mas possuir significa necessariamente manter. Adriana Cristina Razia 126 4.2. A importância das manutenções A manutenção deve ser prática constante nas organizações, pois caso o equipamento quebre ou apresente defeitos em operação, o produto não terá o mesmo padrão de qualidade que poderia oferecer caso o equipamento não tivesse apresentado problemas. Além do mais, a interrupção do processo gera uma série de problemas que poderiam ser evitados caso tivesse sido realizada manutenção, tais como: ● reclamações e perda de confiabilidade dos clientes que não serão atendidos no prazo especificado; ● receitas que deixam de ser obtidas; ● custos de reparos dos equipamentos; ● aumento nos índices de acidentes de trabalho, entre outros. 4.3. Tipos de manutenção Manutenção corretiva : tem como objetivo recuperar a capacidade produtiva de um equipamento que tenha perdido ou diminuído sua capacidade de produção. Manutenção preventiva: significa prevenir a ocorrência de um problema no processo através da realização de algumas atividades, como trocar peças e óleo, engraxar, limpar etc. A operação jamais poderá ser interrompida para manutenção sem a mesma ter sido programada. A empresa deve estabelecer um cronograma de manutenções para que não haja interrupção no processo. Manutenção preditiva: é realizada através da análise e acompanhamento de alguns aspectos ou condições de equipamentos e instalações, com o objetivo de prevenir o problema para que não ocorra no futuro. Por exemplo, a análise do óleo de uma máquina ou o monitoramento das vibrações de uma turbina, poderá evitar um problema futuro. Manutenção produtiva total (TPM): este tipo de manutenção vai muito além da forma de se fazer manutenção, ou seja, é uma filosofia gerencial que atua na forma organizacional, no comportamento das pessoas, no modo com que tratam os problemas, não só os de manutenção, mas todos ligados ao processo produtivo. Objetiva atingir “zero falha” ou “zero quebra”, buscando evitar que o equipamento quebre em operação. É um tipo de manutenção que não se preocupa somente com 127 a melhoria dos equipamentos, mas principalmente com a melhoria das pessoas que são as responsáveis pela qualidade do produto ou serviço. Alguns produtos podem chegar ao mercado apresentando falhas devido à falta de manutenção dos equipamentos, assim como da mesma forma, muitos serviços são deficientes devido à falta de treinamento dos colaboradores. Sabendo que depois das pessoas, os equipamentos são o maior recurso da empresa, precisamos ter equipamentos que favoreçam o desempenho de nossas funções e também estarmos preparados para fabricar um produto ou prestar um serviço com qualidade. 128 MÓDULO 3 - DO ZERO A CONTRATAÇÃO NO SETOR EÓLICO 129 1. Introdução 1.1. A importância de saber vender seu peixe Saber "vender seu peixe" ou apresentar-se de forma convincente e destacar suas habilidades relevantes é muito importante para conseguir uma vaga no setor eólico. O setor é altamente competitivo, com muitos candidatos disputando as mesmas posições, por isso destacar-se da concorrência é essencial para garantir que você seja notado pelos recrutadores e empregadores. Além disso, o setor eólico exige conhecimentos e habilidades técnicas específicas, como engenharia, tecnologia de turbinas eólicas, operações e manutenção, entre outras. Ao "vender seu peixe", você pode demonstrar como suas habilidades se alinham com as necessidades do setor. 1.2. Realmente existem oportunidades? O setor eólico está em alto crescimento. Notícias: 1.3. Quem consegue entrar no setor? 1° caminho: Ter um peixe 130 2° caminho: Ter experiência 3° caminho: Ter qualificação estratégica 1.4. Como conseguir uma oportunidade Passo 1: Ter um bom currículo Passo 2: Ter acesso às vagas e oportunidades certas Passo 3: Saber vender seu peixe na hora da entrevista 2. Mercado de Trabalho O que é o mercado de trabalho? Comparando o Mercado do Trabalho com um supermercado: Assim como nos supermercados, os candidatos precisam se destacar entre outros produtos semelhantes para chamar a atenção dos recrutadores e garantir que sejam "comprados" (contratados) para a vaga disponível. A diversidade e a concorrência
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