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Geração térmica e renovável Prof. Francisco Daniel Slide 10 Eólica Tópicos Tópicos energia eólica Lista de livros de referência 10. Energia geotérmica e das marés 5GECT Geração de Energia Térmica e Renovável Data Título Conteúdo 26/04 9. Energia eólica -Funcionamento -Componentes de um aerogerador; -Arquitetura de sistemas eólicos; -Potencial e uso de energia eólica no Brasil e no mundo; -Custos de implantação e da energia gerada; -Tipos, fabricantes e custos; -Eólica na área urbana. 5GECT Geração de Energia Térmica e Renovável Data Título Conteúdo 26/04 9. Energia eólica -Funcionamento -Componentes de um aerogerador; -Arquitetura de sistemas eólicos; -Potencial e uso de energia eólica no Brasil e no mundo; -Custos de implantação e da energia gerada; -Tipos, fabricantes e custos; -Eólica na área urbana. Eólica A seguir, um resumo em forma de lista dos principais argumentos que envolvem o uso ou não uso de fontes eólicas. - Argumentos favoráveis à energia eólica em comparação a outras fontes: Renovabilidade, perenidade, disponibilidade e rentabilidade; Independência de importações em âmbito nacional; Custo zero para obtenção do suprimento (ao contrário das fontes fósseis); Não necessidade da água como elemento motriz ou fluido de refrigeração; http://disciplinas.stoa.usp.br/mod/page/view.php?id=253436 Eólica A seguir, um resumo em forma de lista dos principais argumentos que envolvem o uso ou não uso de fontes eólicas. - Argumentos favoráveis à energia eólica em comparação a outras fontes: Reaproveitamento de 99% das áreas para outras atividades (como agricultura e pecuária); Processos que não envolvem emissão de poluentes (no ar, no solo ou na água); Vantagem direta na redução dos gases do efeito estufa e na diminuição do CO2 atmosférico em comparação com outras fontes sujas; Geração de investimentos e empregos em zonas desfavorecidas e benefício financeiro de proprietários e zonas camarárias. http://disciplinas.stoa.usp.br/mod/page/view.php?id=25343 6 Eólica - Argumentos contrários à energia eólica em comparação a outras fontes: Custo elevado de tecnologia, que embora esteja em queda, ainda é elevado em comparação com outras fontes, por exemplo: em 2008, energie eólica custava em média cerca de 230 reais por MWh gerado, enquanto que a hidrelétrica, 100 reais; Produção de poluição sonora a partir de ruídos audíveis de origem mecânica e aerodinâmica; Interferência eletromagnética nas zonas dos parques eólicos; Ofuscamento e danos à fauna (em pequena escala), principalmente aves em rotas migratórias. http://disciplinas.stoa.usp.br/mod/page/view.php?id=253436 Eólica Com planejamento adequado e uso de inovações tecnológicas, é possível minorar os aspectos negativos supracitados com muita eficiência. Logo, os aspectos negativos em quase nada descartam as claras vantagens da energia eólica. A tabela a seguir esclarece em níveis gerais de intensidade as características de diversas fontes de energia. Em verde, aquelas consideradas renováveis, e em vermelho, as consideradas não renováveis. Em relação à contribuição para o efeito estufa, apenas a energia solar seria comparável à eólica. http://disciplinas.stoa.usp.br/mod/page/view.php?id=253436 Fonte de energia Investimento inicial Custo de operação Impacto Socioambiental Contribuição para o efeito estufa Eólica elevado baixo baixo nenhuma Hidrelétrica elevado baixo-médio médio-alto baixa Biomassa médio-alto médio médio média-nenhuma Energia solar médio-alto baixo baixo-nenhum nenhuma Carvão Mineral baixo-médio elevado elevado elevada Petróleo baixo-médio elevado elevado elevada Energia Nuclear elevado elevado elevado elevada Gás Natural baixo-médio elevado médio-alto média-baixa Tópicos eólica Modelo Aerodinâmica Coeficiente de potência Cp Fator de capacidade Fator de forma Weibull Curva de potência Sítio eólico http://www2.secti.ba.gov.br/atlasWEB/apendice_p1.html Tópicos eólica Modelo Aerodinâmica Coeficiente de potência Cp Fator de capacidade Fator de forma Weibull Curva de potência Sítio eólico http://www2.secti.ba.gov.br/atlasWEB/apendice_p1.html Modelo Devido ao movimento de rotação da Terra, a circulação da atmosférica planetária é influenciada pela conservação do momento do sistema Terra-Atmosfera. A Figura a seguir apresenta um modelo conceitual de circulação atmosférica planetária chamado de modelo de três células. Neste modelo, a circulação em cada hemisfério é descrita por três células meridionais de circulação, cada qual apresentando direções de vento predominantes à superfície. Apesar de algumas limitações este modelo é considerado o melhor modelo simples da circulação global atmosférica. http://www.sbfisica.org.br/rbef/pdf/301304.pdf Modelo 02/05/2018 Modelo conceitual da circulação global atmosférica, indicando as células meridionais e as direções dos ventos próximos à superfície. Também são indicadas as latitudes típicas de baixas e altas pressões. http://www.sbfisica.org.br/rbef/pdf/301304.pdf Tópicos eólica Modelo Aerodinâmica Coeficiente de potência Cp Fator de capacidade Fator de forma Weibull Curva de potência Sítio eólico http://www2.secti.ba.gov.br/atlasWEB/apendice_p1.html Aerodinâmica https://pt.slideshare.net/JadiVentin/energia-elica-7772343 Aerodinâmica Além do comportamento turbulento devido às interações superfície atmosfera, outro aspecto importante a ser considerado /e o cisalhamento do vento. A velocidade do vento é nula a alturas próximas à superfície e aproximadamente geostrófica na atmosfera livre. Na camada superficial observa-se um perfil vertical aproximadamente logarítmico do módulo da velocidade do vento, como apresentado graficamente na Figura. http://www.scielo.br/pdf/rbef/v36n4/v36n4a07.pdf Perfil da velocidade do vento Tópicos eólica Modelo Aerodinâmica Fator de capacidade Coeficiente de potência Cp Fator de forma Weibull Curva de potência Sítio eólico http://www2.secti.ba.gov.br/atlasWEB/apendice_p1.html Fator de capacidade A média mundial do fator de capacidade de parques eólicos é de 30%. Isso significa que durante 30% do ano há produção de energia, e nos outros 70% a produção não é significativa. O fator de capacidade de uma estação de geração de energia elétrica é a proporção entre a produção efetiva da usina em um período de tempo e a capacidade total máxima neste mesmo período. https://pt.wikipedia.org/wiki/Fator_de_capacidade Fator de capacidade 02/05/2018 • O fator de capacidade é uma forma de avaliar o potencial eólico da região, e pode ser interpretado como o percentual de aproveitamento, efetivo ou estimado, do total da potência máxima instalada. Portanto seu cálculo depende das características do aerogerador instala do e das características do local. • Alguns estados do Brasil, como Ceará e Rio Grande do Norte, apresentam um fator de capacidade eólico entre 40% e 45%. • Este é considerado um ótimo resultado, uma vez que, estudos sobre o potencial eólico mostram que a média mundial do fator de capacidade é de 27%, https://pt.wikipedia.org/wiki/Fator_de_capacidade Fator de capacidade • O fator de capacidade é uma forma de avaliar o potencial eólico da região, e pode ser interpretado como o percentual de aproveitamento, efetivo ou estimado, do total da potência máxima instalada. • Portanto seu cálculo depende das característicasdo aerogerador instalado e das características do local. http://www.maxwell.vrachttp://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/19308/19308_3.PDF.puc-rio.br/19308/19308_3.PDF Fator de capacidade • Alguns estados do Brasil, como Ceará e Rio Grande do Norte, apresentam um fator de capacidade eólico entre 40% e 45%. • Este é considerado um ótimo resultado, uma vez que, estudos sobre o potencial eólico mostram que a média mundial do fator de capacidade é de 27%, http://www.maxwell.vrachttp://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/19308/19308_3.PDF.puc-rio.br/19308/19308_3.PDF Fator de capacidade 02/05/2018 • Importante observar que a produção eólica no mar (offshore) apresenta quase o dobro do fator de capacidade da produção terrestre, podendo ultrapassar o valor de 50%. • Apesar de demandar maior investimento com equipamentos, instalação, transmissão e manutenção, a produção offshore tem outras vantagens como a localização em área plana, não ocupa espaço em terra e não apresenta obstáculos à circulação do vento. http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/19308/19308_3.PDF Fator de capacidade 02/05/2018 • O fator de capacidade é diretamente influenciado por condições naturais que precisam ser favoráveis, tais como o perfil de velocidade do vento e a turbulência do local. • A turbulência deve ser baixa, possibilitando a instalação de turbinas maiores com maior potência de geração. • Outras condições favoráveis podem ser atingidas e aumentar o fator de capacidade médio, como a otimização da curva de potência da turbina. • Essa prática faria a turbina operar por mais tempo em potência ótima, isso significaria produzir energia por mais tempo, com menor estresse estrutural no equipamento e redução de manutenção, (Figura 2-11). http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/19308/19308_3.PDF Mundo – Potência Instalada e Geração por país (2013) (Fonte: MME, Brasil, 2013) http://disciplinas.stoa.usp.br/mod/page/view.php?id=253436 Fator de capacidade O fator de capacidade de uma estação de geração de energia elétrica é a proporção entre a produção efetiva da usina em um período de tempo e a capacidade total máxima neste mesmo período. https://pt.wikipedia.org/wiki/Fator_de_capacidade Fator de capacidade • Alguns estados do Brasil, como Ceará e Rio Grande do Norte, apresentam um fator de capacidade eólico entre 40% e 45%. • Este é considerado um ótimo resultado, uma vez que, estudos sobre o potencial eólico mostram que a média mundial do fator de capacidade é de 27%, http://www.maxwell.vrachttp://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/19308/19308_3.PDF.puc-rio.br/19308/19308_3.PDF Fator de capacidade 02/05/2018 http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/19308/19308_3.PDF Tópicos eólica Modelo Aerodinâmica Fator de capacidade Coeficiente de potência Cp Fator de forma Weibull Curva de potência Sítio eólico http://www2.secti.ba.gov.br/atlasWEB/apendice_p1.html Coeficiente de potência (cp) A quantidade de potência disponível no vento que pode ser convertida em potência mecânica por uma turbina eólica é chamada de coeficiente de potência (cp), normalmente utilizado para comparar a eficiência de diferentes turbinas eólicas. http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/19308/19308_3.PDF Coeficiente de potência (cp) o coeficiente de potência (cp), que caracteriza o nível de rendimento de uma turbina eólica, é uma medida adimensional e pode ser definido pela razão: http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/19308/19308_3.PDF Energia e potência extraída do vento A energia eólica utilizada para geração de energia elétrica é a energia cinética E do vento que se desloca com certa velocidade v que é dada pela Eq. : onde m é a massa da coluna de vento. Considere uma geometria G constituída por um cilindro de área transversal A e comprimento d, conforme Fig. Geometria G atravessada por um fluido com velocidade v. http://www.scielo.br/pdf/rbef/v36n4/v36n4a07.pdf http://www.scielo.br/pdf/rbef/v36n4/v36n4a07.pdf Potência Extraída do Vento A potência extraída pela turbina eólica de um fluxo de ar de densidade ρ, movendo-se a uma velocidade v, perpendicular a uma seção transversal de área A de um cilindro varrido pelas hélices da turbina, pode ser expressa como: Potência Extraída do Vento Onde Cp é o coeficiente de potência da turbina. Este coeficiente representa a eficiência aerodinâmica da turbina e mostra quanto de energia do vento a turbina é capaz de converter em potência mecânica, para cada velocidade de vento. Como a geração é proporcional ao cubo da velocidade do vento, as variações de geração de potência podem ser muito grandes. Cp ( Eficiência) A quantidade da energia que o vento transfere para o rotor dependerá da densidade do ar (ρ), da área de varredura do rotor (A) e do deslocamento de uma massa de ar (m) a uma velocidade (v1). A potência do vento (Pv) associada ao deslocamento da massa de ar é definida por, http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/19308/19308_3.PDF Onde t representa o tempo. Como o fluxo de massa de ar que atravessa as pás do rotor é dado por: Cp ( Eficiência) Substituindo a Eq.((2.2) na Eq.((2.1), a potência mecânica disponível no vento irá variar com o cubo da velocidade e pode ser dada pela seguinte equação: http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/19308/19308_3.PDF Onde: Pv = potência média do vento em Watts (W); ρ = densidade do ar seco = 1,225 kg/m3; A= área de varredura do rotor (m2); v1 = velocidade média do vento (m/s). Cp ( Eficiência) http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/19308/19308_3.PDF Onde: Pv = potência média do vento em Watts (W); ρ = densidade do ar seco = 1,225 kg/m3; A= área de varredura do rotor (m2); v1 = velocidade média do vento (m/s). Coeficiente de potência (cp) o coeficiente de potência (cp), que caracteriza o nível de rendimento de uma turbina eólica, é uma medida adimensional e pode ser definido pela razão: http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/19308/19308_3.PDF Coeficiente de potência (cp) 02/05/2018 02/05/2018 http://ecen.com/eee83/eee83p/viabilidade_energia_eolica.htm Tópicos eólica Coeficiente de potência Cp Fator de capacidade Aerodinâmica Fator de forma Weibull Curva de potência Sítio eólico 02/05/2018 http://www2.secti.ba.gov.br/atlasWEB/apendice_p1.html Tópicos eólica Modelo Aerodinâmica Fator de capacidade Coeficiente de potência Cp Fator de forma Weibull Curva de potência Sítio eólico http://www2.secti.ba.gov.br/atlasWEB/apendice_p1.html Tópicos eólica Modelo Aerodinâmica Fator de capacidade Coeficiente de potência Cp Fator de forma Weibull Curva de potência Sítio eólico http://www2.secti.ba.gov.br/atlasWEB/apendice_p1.html Tópicos eólica Fator de forma Weibull Curva de potência Sítio eólico http://www2.secti.ba.gov.br/atlasWEB/apendice_p1.html Weibull Se medimos a velocidade do vento ao longo de um ano em que a maioria de fortes vendavais são raros, isso quer dizer que os ventos calmos e moderados são bastantes comuns. A variação do vento em uma localização típica sugere ser descrita pela chamada distribuição de Weibull. http://www.scielo.br/pdf/ca/v17n2/a06v17n2.pdf Weibull 02/05/2018 http://www.scielo.br/pdf/ca/v17n2/a06v17n2.pdf Weibull 02/05/2018 http://mtc-m16c.sid.inpe.br/col/sid.inpe.br/mtc-m18@80/2008/10.10.20.26/doc/CBMET2008_resumo%20expandido%20Daniel%20Fiorin.pdf Weibull 02/05/2018 http://mtc-m16c.sid.inpe.br/col/sid.inpe.br/mtc-m18@80/2008/10.10.20.26/doc/CBMET2008_resumo%20expandido%20Daniel%20Fiorin.pdfTópicos eólica Modelo Aerodinâmica Fator de capacidade Coeficiente de potência Cp Fator de forma Weibull Curva de potência Sítio eólico http://www2.secti.ba.gov.br/atlasWEB/apendice_p1.html Tópicos eólica Curva de potência Sítio eólico 02/05/2018 http://www2.secti.ba.gov.br/atlasWEB/apendice_p1.html Curva de potência A potência de uma turbina eólica varia com a velocidade do vento e cada turbina eólica tem uma curva característica de desempenho de energia. Com essa curva é possível prever a produção de energia de uma turbina eólica, sem considerar os detalhes técnicos de seus vários componentes. A curva de potência de uma turbina eólica é um gráfico que indica a produção máxima de energia elétrica em diferentes velocidades do vento. 02/05/2018 http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/19308/19308_3.PDF Curva de potência O gráfico aponta três pontos importantes para análise do desempenho da turbina: a velocidade mínima, A velocidade nominal e a velocidade de corte. 02/05/2018 http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/19308/19308_3.PDF Curva de potência O gráfico aponta três pontos importantes para análise do desempenho da turbina: (i) Velocidade mínima (Vm): a velocidade do vento em que a turbina começa a gerar energia. (ii) Velocidade nominal (Vn): a velocidade do vento em que a turbina eólica atinge sua energia nominal. Isso, muitas vezes, significa a sua potência máxima. (iii) Velocidade de corte (Vc): a velocidade do vento em que a turbina eólica desliga para evitar que a potência do gerador trabalhe em níveis prejudiciais. 02/05/2018 http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/19308/19308_3.PDF Curva de geração de energia elétrica extraída da turbina eólica 02/05/2018 http://catalogo.weg.com.br/files/wegnet/WEG-geracao-de-energia-eolica-tecnologias-atuais-e-futuras-artigo-tecnico-portugues-br.pdf Diagrama típico da curva de potência de um gerador eólico. 02/05/2018 http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/19308/19308_3.PDF Diagrama típico da curva de potência de um gerador eólico. 02/05/2018 http://www.scielo.br/pdf/ca/v17n2/a06v17n2.pdf 5GECT Geração de Energia Térmica e Renovável Data Título Conteúdo 26/04 9. Energia eólica -Funcionamento -Componentes de um aerogerador; -Arquitetura de sistemas eólicos; -Potencial e uso de energia eólica no Brasil e no mundo; -Custos de implantação e da energia gerada; -Tipos, fabricantes e custos; -Eólica na área urbana. Função dos Componentes COMPONENTE FUNÇÃO Pás do Rotor Capturar a energia eólica e converte-la em energia rotacional no eixo Eixo Transferir a energia de rotação para o gerador Nacele Carcaça onde são abrigados os componentes Caixa de Engrenagens Aumentar a velocidade de rotação do eixo entre o gerador e o cubo do rotor Gerador Usar a energia rotacional para gerar eletricidade utilizando eletromagnetismo Unidade de Controle Eletrônico Monitorar todo o sistema, realizar o desligamento da turbina em caso de falha e ajustar o mecanismo de alinhamento da turbina com o vento Controlador Alinhar o rotor com a direção do vento Freios Em caso de falha no sistema ou sobrecarga de energia, detêm a rotação do eixo Torre Sustentar o rotor e a nacele, além de erguer todo o conjunto a uma altura onde as pás possam girar com segurança e distantes do solo Equipamentos Elétricos Transmitir a eletricidade do gerador pela da torre e controlar os elementos de segurança da turbina Fonte: Aneel (2007) http://ecen.com/eee83/eee83p/viabilidade_energia_eolica.ht m 5GECT Geração de Energia Térmica e Renovável Data Título Conteúdo 26/04 9. Energia eólica -Funcionamento -Componentes de um aerogerador; -Arquitetura de sistemas eólicos; -Potencial e uso de energia eólica no Brasil e no mundo; -Custos de implantação e da energia gerada; -Tipos, fabricantes e custos; -Eólica na área urbana. Brasil http://www.brasil247.com/pt/247/economia/181132/Brasil-atinge-recorde-na-produ%C3%A7%C3%A3o-de-energia-e%C3%B3lica.htm 02/05/2018 http://planetavento.blogspot.com.br/2011_06_15_archive.html Brasil http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/pdf/06-energia_eolica%283%29.pdf Brasil http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/pdf/06-energia_eolica%283%29.pdf Brasil http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/pdf/06-energia_eolica%283%29.pdf http://www.ebah.com.br/content/ABAAABT4QAI/turbinas-eolicas?part=2 https://www.portal-energia.com/componentes-e-aplicacoes-de-um-sistema-micro-eolico/ http://casa.abril.com.br/materia/cinco-sistemas-domesticos-de-geracao-de-energia-eolica http://casa.abril.com.br/materia/cinco-sistemas-domesticos-de-geracao-de-energia-eolica http://casa.abril.com.br/materia/cinco-sistemas-domesticos-de-geracao-de-energia-eolica http://casa.abril.com.br/materia/cinco-sistemas-domesticos-de-geracao-de-energia-eolica http://casa.abril.com.br/materia/cinco-sistemas-domesticos-de-geracao-de-energia-eolica http://casa.abril.com.br/materia/cinco-sistemas-domesticos-de-geracao-de-energia-eolica Parque eólico Um parque eólico ou usina eólica (brasileiro) é um espaço, terrestre ou marítimo, onde estão concentrados vários aerogeradores destinados a transformar energia eólica em energia elétrica. Para a construção desses parques é necessário, dependendo do entendimento do orgão ambiental estadual, a realização de EIA/RIMA (Estudo e Relatório de Impacto Ambiental) pois a sua má localização pode causar impactos negativos como a morte de aves e a poluição sonora, já que as hélices produzem um zumbido constante. Os fabricantes, no entanto, alegam que os modelos mais recentes não geram mais ruído que o próprio vento que faz girar as turbinas, por não usarem mais engrenagens no acoplamento entre a turbina e o gerador. https://pt.wikipedia.org/wiki/Parque_e%C3%B3lico Parques eólicos http://primeiralinha.org/home/?p=8077 http://blog.jornalpequeno.com.br/johncutrim/grupo- nacional-investe-r-1-bilhao-em-parques-eolicos-no- maranhao-2/ Parques eólicos https://www.ambienteenergia.com.br/index.p hp/2014/12/empresa-francesa-inaugura-tres- parques-eolicos-rn/24918 neapomachado.blogspot.com.br/2015/03/parque-eolico- de-258-mw-de-energia-e.html Parques eólicos http://institutoecoacao.blogspot.com.br/2014/ 06/o-conselho-nacional-de-meio-ambiente.html http://www.enerfin.com.br/galeria-de-imagens-br.html Parques eólicos http://techne.pini.com.br/engenharia- civil/175/artigo286859-1.aspx http://blogdocaminhoneiro.com/2015/05/falta-de- verba-da-prf-ameaca-construcao-de-parques-eolicos/ Parques eólicos https://www.youtube.com/watch?v=B6odL5an9Kg http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/pdf/06-energia_eolica%283%29.pdf http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/pdf/06-energia_eolica%283%29.pdf 2003 http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/pdf/06-energia_eolica%283%29.pdf http://www.osetoreletrico.com.br/web/a-empresa/1473-cabos-para-aplicacao-na-geracao-de-energia-eolica.html Tendências e desenvolvimentos econômicos recentes De acordo com o relatório de energia eólica mundial de 2012 da Associação Mundial de Energia Eólica (WWEA – World Wind Energy Association), podemos ressaltar os seguintes números: • A capacidade eólica mundial chegou a 282 GW, dos quais 44,6 GW foram adicionados somente em 2012, o maior acréscimo anual registrado. China e EUA juntos adicionaram em 2012 uma potência de 26 GW com novas turbinas eólicas; • O setor de energia eólica mostrou uma taxa de crescimento de 19,2% em 2012; http://www.osetoreletrico.com.br/web/a-empresa/1473-cabos-para-aplicacao-na-geracao-de-energia-eolica.htmlTendências e desenvolvimentos econômicos recentes • Todas as turbinas eólicas instaladas no mundo até o final de 2012 podiam fornecer 580 TWh/ano, mais de 3% da demanda de energia elétrica mundial; • O setor de energia eólica em 2012 registrou um volume de negócios de 75 bilhões de dólares; • 100 países já utilizam o poder do vento para geração de energia elétrica; http://www.osetoreletrico.com.br/web/a-empresa/1473-cabos-para-aplicacao-na-geracao-de-energia-eolica.html Tendências e desenvolvimentos econômicos recentes • Ásia representou a maior parcela de novas instalações (36,3%), seguida pela América do Norte (31,3%) e Europa (27,5%). • América Latina aparece com 3,9% e Austrália/Oceania com 0,8% das novas instalações. África praticamente não atuou no mercado de geração eólica com apenas 0,2%; • América Latina e Europa Oriental são as regiões promissoras para instalações de novos parques eólicos; • A WWEA espera uma capacidade global acima de 500 GW até 2016, e prevê cerca de 1.000 MW de geração de energia eólica até o ano de 2020. http://www.osetoreletrico.com.br/web/a-empresa/1473-cabos-para-aplicacao-na-geracao-de-energia-eolica.html http://www.osetoreletrico.com.br/web/a-empresa/1473-cabos-para-aplicacao-na-geracao-de-energia-eolica.html http://www.osetoreletrico.com.br/web/a-empresa/1473-cabos-para-aplicacao-na-geracao-de-energia-eolica.html Mundo – Potência Instalada e Geração por país (2013) (Fonte: MME, Brasil, 2013) http://disciplinas.stoa.usp.br/mod/page/view.php?id=253436 Brasil Nesse panorama, as centrais eólicas assumem um papel de destaque, atribuído especialmente ao baixo impacto imposto ao ambiente em sua fase de implantação. A essa vantagem soma-se o desenvolvimento de sua base tecnológica industrial e a experiência operativa acumulada nos últimos anos em todo o mundo. http://www.osetoreletrico.com.br/web/a-empresa/1473-cabos-para-aplicacao-na-geracao-de- energia-eolica.html Brasil Atualmente, o Brasil possui 181 usinas instaladas com capacidade total de 4,6 GW, representando apenas 3% da capacidade de geração de energia do país. http://www.osetoreletrico.com.br/web/a-empresa/1473-cabos-para-aplicacao-na-geracao-de-energia-eolica.html Brasil Como pode ser observada, a expansão da geração eólica concentra-se na região Nordeste, no litoral do Ceará e do Rio Grande do Norte; no interior da Bahia; e, na Região Sul, predominantemente no litoral do Rio Grande do Sul. A expansão da geração de energia eólica no Brasil, já contratada e em construção está apresentada na tabela a seguir: http://www.osetoreletrico.com.br/web/a- empresa/1473-cabos-para-aplicacao-na-geracao-de- energia-eolica.html Gráfico 1. Evolução da capacidade eólica instalada antes de 2004 Fonte: EPE – Balanço Energético Nacional, 2013. http://d3nehc6yl9qzo4.cloudfront.net/downloads/15_6_2015_wwf_energ_eolica_final_web.pdf Brasil http://zminvento.com/ Brasil Referência mundial • O Brasil encerrou 2014 com 4.974,13 MW em operação comercial, entre os dez maiores produtores mundiais, segundo relatório anual do Global Wind Energy Council. • O crescimento mais surpreendente ocorreu no Rio Grande do Norte que, em maio de 2014, foi o primeiro Estado a atingir a marca de 1.000 MW e agora passa de 2 mil MW. • O site Energia Mapeada, que faz o acompanhamento diário dos dados da ANEEL, elaborou o quadro abaixo com o ranking atual dos Estados que produzem energia eólica e ainda a projeção para 2018: http://www.brasil247.com/pt/247/economia/181132/Brasil-atinge-recorde-na-produ%C3%A7%C3%A3o-de-energia-e%C3%B3lica.htm Brasil http://www.brasil247.com/pt/247/economia/181132/Brasil-atinge-recorde-na-produ%C3%A7%C3%A3o-de-energia-e%C3%B3lica.htm Brasil http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/pdf/06-energia_eolica%283%29.pdf Qual a interpretação deste gráfico? Mundo – Potência Instalada e Geração por país (2013) (Fonte: MME, Brasil, 2013) http://disciplinas.stoa.usp.br/mod/page/view.php?id=253436 Brasil http://www.brasil247.com/pt/247/economia/181132/Brasil-atinge-recorde-na-produ%C3%A7%C3%A3o-de-energia-e%C3%B3lica.htm http://blogbelomonte.com.br/2011/02/14/por-que-belo-monte/ ICB = Índice Custo – Benefício 02/05/2018 http://planetavento.blogspot.com.br/2011_06_15_archive.html 02/05/2018 http://ecen.com/eee83/eee83p/viabilidade_energia_eolica.htm 5GECT Geração de Energia Térmica e Renovável Data Título Conteúdo 26/04 9. Energia eólica -Funcionamento -Componentes de um aerogerador; -Arquitetura de sistemas eólicos; -Potencial e uso de energia eólica no Brasil e no mundo; -Custos de implantação e da energia gerada; -Tipos, fabricantes e custos; -Eólica na área urbana. Custo https://evolucaoenergiaeolica.wordpress.c om/custo/ Custo https://evolucaoenergiaeolica.wordpress.c om/custo/ Tabela 3 – Comparativo de Custos entre Energias TIPO DE RECURSO CUSTO MÉDIO (CENTAVOS DE US$ POR MWH) Hidrelétrica 20-50 Nuclear 30-40 Carvão 40-50 Gás natural 40-50 Vento 40-100 Geotérmica 50-80 Biomassa 80-120 Célula combustível a hidrogênio 100-150 Solar 150-320 http://ecen.com/eee83/eee83p/viabilidade_energia_eolica.htm Fontes: Associação Americana de Energia Eólica, Wind Blog, Stanford School of Earth Sciences http://ambiente.hsw.uol.com.br/energia-eolica2.htm 5GECT Geração de Energia Térmica e Renovável Data Título Conteúdo 26/04 9. Energia eólica -Funcionamento -Componentes de um aerogerador; -Arquitetura de sistemas eólicos; -Potencial e uso de energia eólica no Brasil e no mundo; -Custos de implantação e da energia gerada; -Tipos, fabricantes e custos; -Eólica na área urbana. Tipos de Aerogeradores Eixo Vertical Tipo Savonius 02/05/2018 http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/19308/19308_3.PDF Tipos de Aerogeradores Eixo Vertical Tipo Gorlov 02/05/2018 http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/19308/19308_3.PDF Tipos de Aerogeradores Eixo Vertical Tipo Giromill 02/05/2018 http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/19308/19308_3.PDF Tipos de Aerogeradores Eixo Horizontal 02/05/2018 http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/19308/19308_3.PDF Tipos de Aerogeradores Eixo Horizontal 02/05/2018 http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/19308/19308_3.PDF Função dos Componentes COMPONENTE FUNÇÃO Pás do Rotor Capturar a energia eólica e converte-la em energia rotacional no eixo Eixo Transferir a energia de rotação para o gerador Nacele Carcaça onde são abrigados os componentes Caixa de Engrenagens Aumentar a velocidade de rotação do eixo entre o gerador e o cubo do rotor Gerador Usar a energia rotacional para gerar eletricidade utilizando eletromagnetismo Unidade de Controle Eletrônico Monitorar todo o sistema, realizar o desligamento da turbina em caso de falha e ajustar o mecanismo de alinhamento da turbina com o vento Controlador Alinhar o rotor com a direção do vento Freios Em caso de falha no sistema ou sobrecarga de energia, detêm a rotação do eixo Torre Sustentar o rotor e a nacele, além de erguer todo o conjunto a uma altura onde as pás possam girar com segurança e distantes do solo Equipamentos Elétricos Transmitir a eletricidade do gerador pela da torre e controlar os elementos de segurança da turbina Fonte: Aneel (2007) http://ecen.com/eee83/eee83p/viabilidade_energia_eolica.ht m Para calcular a real quantidade de potência que uma turbina pode gerar a partir do vento, você precisa conhecer a velocidade do vento no local da turbina e a capacidade nominal da turbina. A maioria das turbinas grandes produz sua potênciamáxima com velocidades do vento ao redor de 15 m/s (54 km/h). Considerando velocidades do vento estáveis, é o diâmetro do rotor que determina a quantidade de energia que uma turbina pode gerar. Tenha em mente que, à medida que o diâmetro de um rotor aumenta, a altura da torre também aumenta, o que significa maior acesso a ventos mais rápidos. 02/05/2018 http://www.laboratoriodefisica.com.br/noticias/energiaeolica.html 02/05/2018 http://www.laboratoriodefisica.com.br/noticias/energiaeolica.html Tamanho do rotor e geração máxima de potência Diâmetro do rotor (metros) Geração de potência (kW) 10 25 17 100 27 225 33 300 40 500 44 600 48 750 54 1000 64 1500 72 2000 80 2500 Fontes: Associação Dinamarquesa da Indústria Eólica, Associação Americana de Energia Eólica 02/05/2018 http://ecen.com/eee83/eee83p/viabilidade_energia_eolica.htm 02/05/2018 http://www.laboratoriodefisica.com.br/noticias/energiaeolica.html A 54 km/h, a maioria das grandes turbinas gera sua capacidade nominal de potência, e a 72 km/h (20 m/s), a maioria das grandes turbinas se desliga. Existem diversos sistemas de segurança que podem desligar a turbina se a velocidade do vento ameaçar a estrutura, incluindo um simples sensor de vibração usado em algumas turbinas, que consiste basicamente de uma esfera metálica presa a uma corrente e equilibrada sobre um minúsculo pedestal. Se a turbina começar a vibrar acima de um certo limite, a esfera cai do pedestal e puxa a corrente, ativando o mecanismo de desligamento. 02/05/2018 http://www.laboratoriodefisica.com.br/noticias/energiaeolica.html Provavelmente, o sistema de segurança mais comumente ativado em uma turbina é o sistema de "frenagem", que é ativado por velocidades do vento acima do limite. Esse arranjo usa um sistema de controle de potência que, essencialmente, aciona os freios quando a velocidade do vento se eleva em demasia e depois "libera os freios" quando o vento diminui abaixo de 72 km/h. Os modernos projetos de grandes turbinas usam diversos tipos diferentes de sistemas de frenagem. 02/05/2018 http://www.laboratoriodefisica.com.br/noticias/energiaeolica.html Controle de passo: o controlador eletrônico da turbina monitora a geração de potência. Com velocidades do vento acima de 72 km/h, a geração de potência será excessiva, a ponto de o controlador ordenar que as pás alterem seu passo de modo que fiquem desalinhadas com o vento. Isto diminui a rotação das pás. Os sistemas de controle de passo requerem que o ângulo de montagem das pás (no rotor) seja ajustável. 02/05/2018 http://www.laboratoriodefisica.com.br/noticias/energiaeolica.html Controle passivo de perda de eficiência aerodinâmica: as pás são montadas no rotor em um ângulo fixo, mas são projetadas de modo que a torção das próprias pás aplique a frenagem quando o vento for excessivo. As pás estão dispostas em ângulo, assim os ventos acima de uma certa velocidade causarão turbulência no lado contrário da pá, induzindo à perda da eficiência aerodinâmica. Em termos simples, a perda da eficiência aerodinâmica ocorre quando o ângulo da pá voltado para a chegada do vento se torna tão acentuado que começa a eliminar a força de empuxo, diminuindo a velocidade das pás. 02/05/2018 http://www.laboratoriodefisica.com.br/noticias/energiaeolica.html Controle ativo de perda de eficiência aerodinâmica: as pás neste tipo de sistema de controle de potência possuem passo variável, como as pás do sistema de controle de passo. Um sistema ativo de perda de eficiência aerodinâmica lê a geração de potência do mesmo modo que um sistema de passo controlado, mas em vez de mudar o passo das pás para desalinhá- las com o vento, ele as altera para gerar perda de eficiência aerodinâmica. http://www.laboratoriodefisica.com.br/noticias/energiaeolica.html Projeto Conceitual e Análise de Viabilidade Econômica de Unidade de Geração de Energia Elétrica Eólica na Lagoa dos Patos – RS 02/05/2018 http://www.laboratoriodefisica.com.br/noticias/energiaeolica.html Quantos Watts? · Watt (W) - capacidade de geração de eletricidade 1 megawatt (MW, 1 milhão de watts) de energia eólica pode produzir de 2,4 a 3 milhões de quilowatt-hora de eletricidade em um ano. · Quilowatt-hora (kWh): um quilowatt (kW, 1 mil watts) de eletricidade gerada ou consumida em uma hora. O watt é uma unidade de potência, o watt-hora é uma unidade de energia gerada e o watt/hora indica uma taxa de variação da potência consumida com o tempo. Veja os exemplos: •Uma lâmpada cuja potência é 100 W consome energia a uma taxa de 100 joules por segundo. Em uma hora consome 360.000 joules ou, equivalentemente, 100 Wh. Se ficar acesa durante 10 horas, consumirá 1000 Wh ou 1 kWh. 100 W * 10 h = 1000 Wh •A unidade watt por hora (W/h) deve ser usada para indicar "potência por unidade de tempo". Seu múltiplo, o megawatt por ano (MW/a), é usado para expressar a variação da potência consumida em certo sistema de carga; por exemplo: "A potência consumida tem sido aumentada a uma taxa de 10 megawatts por ano (10 MW/a)." Isso significa que a capacidade de fornecimento/geração de energia (medida em unidades de potência) vem aumentando em 10 MW a cada ano ou 10 MW/a. https://pt.wikipedia.org/wiki/Watt-hora Qual a potência gerada por uma turbina? A potência, nas turbinas grandes, depende do diâmetro das pás (o conjunto é denominado rotor). Para um rotor de 10 m de diâmetro, a potência pode chegar a 25 kW; para um rotor de 80 m, até 2,5 MW. Estes valores de potência são tomados com a velocidade das hélices a 15 m/s (54 km/h aproximadamente). http://www.nominuto.com/noticias/brasil/20-perguntas-energia-eolica/43382/ Em média, quanto uma turbina grande pode fornecer de energia? Calcula-se, sob condições ideais, que uma turbina grande possa gerar 1,8 megawatts de potência; ou cerca de 5,2 milhões de kWh (quilowatts-hora) por ano. Tomando-se como base uma casa que tenha um consumo médio de 165 quilowatts-hora por mês, uma turbina grande em condições ideais permitiria abastecer umas 2.626 casas (o que corresponde, por exemplo, a 95% do Conjunto Santarém, na Zona Norte de Natal, conjunto que tem ao todo 2.764 casas) durante um ano inteiro. http://www.nominuto.com/noticias/brasil/20-perguntas-energia-eolica/43382/ E se a velocidade do vento passar de um certo valor, as coisas não se tornam perigosas? De fato. Para isso, as turbinas têm mecanismos de segurança - em geral, quando o vento chega a 20 m/s (72 km/h), ou a turbina se desliga automaticamente ou sistemas especiais forçam de algum modo as pás a girarem menos rápido, como se fosse um "freio", até que a velocidade do vento volte a uma margem segura. http://www.nominuto.com/noticias/brasil/20-perguntas-energia-eolica/43382/ Tipos de Aerogeradores Eixo Vertical Tipo Darrieus 02/05/2018 http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/19308/19308_3.PDF Parque eólico Um parque eólico ou usina eólica (brasileiro) é um espaço, terrestre ou marítimo, onde estão concentrados vários aerogeradores destinados a transformar energia eólica em energia elétrica. Para a construção desses parques é necessário, dependendo do entendimento do orgão ambiental estadual, a realização de EIA/RIMA (Estudo e Relatório de Impacto Ambiental) pois a sua má localização pode causar impactos negativos como a morte de aves e a poluição sonora, já que as hélices produzem um zumbido constante. Os fabricantes, no entanto, alegam que os modelos mais recentes não geram mais ruído que o próprio vento que faz girar as turbinas, por não usarem maisengrenagens no acoplamento entre a turbina e o gerador. https://pt.wikipedia.org/wiki/Parque_eólico Fluxograma http://www.atomra.com.br/energia-eolica/ Sistemas eletroeletrônicos 02/05/2018 http://www.atomra.com.br/energia-eolica/ Dimensões típicas das turbinas eólicas no mercado atual comparando com as dimensões do Boeing 747 02/05/2018 http://catalogo.weg.com.br/files/wegnet/WEG-geracao-de-energia-eolica- tecnologias-atuais-e-futuras-artigo-tecnico-portugues-br.pdf - Componentes principais de um aerogerador 02/05/2018 http://www.scielo.br/pdf/rbef/v36n4/v36n4a07.pdf Esquema geral de funcionamento de um aerogerador 02/05/2018 http://www.scielo.br/pdf/rbef/v36n4/v36n4a07.pdf Tecnologia eólica Existem, basicamente, duas filosofias tecnológicas aplicadas atualmente aos grupos eólico-elétrico, ou seja: 1- Grupos Eólico-Elétricos Assíncronos 2- Grupos Eólico-Elétricos Síncronos 02/05/2018 http://catalogo.weg.com.br/files/wegnet/WEG-geracao-de-energia-eolica-tecnologias-atuais-e-futuras-artigo-tecnico-portugues- br.pdf Máquinas elétricas MOTORES ELÉTRICOS CORRENTE CONTÍNUA • IMÃ PERMANENTE • CAMPO SÉRIE • CAMPO PARALELO • COMPOSTO MOTOR UNIVERSAL CORRENTE ALTERNADA MOTOR LINEAR MOTOR TRIFÁSICO SÍNCRONOINDUÇÃO • IMÃ PERMANENTE • ROTOR BOBINADO • RELUTÂNCIA • GAIOLA DE ESQUILO • ROTOR BOBINADO MOTOR MONOFÁSICO INDUÇÃO GAIOLA DE ESQUILO ROTOR BOBINADO • FASE DIVIDIDA • CAP. PARTIDA • CAP. PERMANENTE • DUPLO CAPACITOR SÍNCRONO • IMÃ PERMANENTE • HISTERESE • RELUTÂNCIA • INDUTOR CORRENTE PULSANTE MOTOR DE PASSO ( Step Motor ) • RELUT. VARIÁVEL • IMÃ PERMANENTE • HÍBRIDO • CAMPO DISTORCIDO 02/05/2018 02/05/2018 02/05/2018 http://ifgjatai.webcindario.com/maqui.html Tecnologia eólica Passaremos agora a mostrar esquematicamente os principais grupos eólico- elétrico utilizados atualmente ao redor do planeta na conversão eletromecânica da energia cinética dos ventos. Mostraremos em cada caso o tipo de gerador, a conexão à rede, as principais vantagens e desvantagens de cada caso. 02/05/2018 http://catalogo.weg.com.br/files/wegnet/WEG-geracao-de-energia-eolica-tecnologias-atuais-e-futuras-artigo-tecnico-portugues- br.pdf Tecnologia eólica a) O gerador está conectado diretamente à rede elétrica operando com velocidade fixa 02/05/2018 http://catalogo.weg.com.br/files/wegnet/WEG-geracao-de-energia-eolica-tecnologias-atuais-e-futuras-artigo-tecnico-portugues- br.pdf Grupo eólico-elétrico conectado diretamente à rede elétrica. a) Gerador assíncrono de gaiola. b) Gerador síncrono com excitação independente Tecnologia eólica b) O gerador está conectado à rede elétrica através de um conversor http://catalogo.weg.com.br/files/wegnet/WEG-geracao-de-energia-eolica-tecnologias-atuais-e-futuras-artigo-tecnico-portugues- br.pdf Grupo eólico-elétrico conectado à rede elétrica através de um conversor. a) Gerador assíncrono de gaiola. b) Gerador síncrono com excitação independente Tecnologia eólica c) Gerador Assíncrono Trifásico de Rotor Bobinado Duplamente Alimentado com Escovas [GATDACE] http://catalogo.weg.com.br/files/wegnet/WEG-geracao-de-energia-eolica-tecnologias-atuais-e-futuras-artigo-tecnico-portugues- br.pdf Grupo eólico-elétrico constituído de gerador assíncrono trifásico duplamente alimentado com escovas [GATDACE] Tecnologia eólica http://catalogo.weg.com.br/files/wegnet/WEG-geracao-de-energia-eolica-tecnologias-atuais-e-futuras-artigo-tecnico-portugues- br.pdf Grupo eólico-elétrico conectado à rede elétrica através de um conversor. a) Gerador síncrono com excitação independente b) Gerador síncrono de ímãs permanente d) Gerador Síncrono Trifásico conectado à rede através de um conversor sem multiplicador de velocidade Novos projetos Novos projetos http://engenhariae.com.br/meio-ambiente/este-viaduto-na-italia-ira-gerar-energia-eolica-e-solar/ https://www.xataka.com/energia/la-turbina-eolica-mas-potente-del-mundo-sera-mas-alta-que-el-empire-state-building Novos projetos https://vivagreen.com.br/greenarq/ponte-sustentavel- tem-turbinas-eolicas-em-vao-livre/ http://fisicadaora.blogspot.com.br/ http://fisicadaora.blogspot.com.br/ https://www.vakinha.com.br/vaquinha/eolics-e-1-gerador-eolico-residencial http://atmg.com.br/site/sistema-eolico/ http://atmg.com.br/site/sistema-eolico/ http://www.ecodesenvolvimento.org/posts/2011/janeiro/gerador-portatil- de-energia-eolica-e-solar-ja-esta?tag=ciencia-e-tecnologia https://www.aecweb.com.br/cont/m/rev/energia- eolica-ganha-guia-de-instalacao_11534_0_1 http://www.forumdaconstrucao.com.br/conteudo.php?a=18&Cod=1709 http://obviousmag.org/archives/2007/12/uma_turbina_eol.html http://www.ecoeficientes.com.br/a-turbina-eolica- amiga-das-aves-migratorias/ https://sustentarqui.com.br/energia- equipamentos/pequena-turbina-eolica-bacia-plastica/ Livros Fim da era do petróleo e a mudança do paradigma energético mundial http://funag.gov.br/loja/index.php?route=product/pro duct&product_id=194 02/05/2018 Livros Mecanismos de suporte para inserção da energia solar fotovoltaica na matriz elétrica brasileira http://d3nehc6yl9qzo4.cloudfront.net/downloads/mec anismos_de_suporte_para_insercao_da_energia_solar_1 .pdf 02/05/2018 Livros Desafios e oportunidades para energia solar fotovoltaica no Brasil http://d3nehc6yl9qzo4.cloudfront.net/downloads/15_ 6_2015_wwf_energ_solar_final_web_3.pdf 02/05/2018 Livros Desafios e oportunidades para energia eólica no Brasil http://d3nehc6yl9qzo4.cloudfront.net/downloads/15_ 6_2015_wwf_energ_eolica_final_web.pdf 02/05/2018 Livros Manual de engenharia para sistemas fotovoltaicos http://www.cresesb.cepel.br/publicacoes/download/Manu al_de_Engenharia_FV_2014.pdf 02/05/2018 Livros Os sistemas de Energia solar fotovoltaica http://programaintegradoronline.com.br/wp- content/uploads/2016/03/Livro-Digital-de- Introdu%C3%A7%C3%A3o-aos-Sistemas-Solares-novo.pdf 02/05/2018 Referências 17.12.2014 O impacto do petróleo no agronegócio http://www.afcp.com.br/?p=17485 http://e- lee.ist.utl.pt/realisations/EnergiesRenouvelables/FiliereEolienne/Generalites/exercices/ExercicesEolie n_exo1.htm http://www.osetoreletrico.com.br/web/a-revista/1722-plantas-eolicas-modelagem-para-estudos-de- curto-circuito-e-criterios-de-ajustes-das-protecoes-de-planta-eolica.html http://www.cresesb.cepel.br/index.php?section=com_content&cid=221 02/05/2018