Física - Energia 06 - Energia Eolica II

8/14/2019 Fsica - Energia 06 - Energia Eolica II

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Centro de Referncia para Energia Solar

e Elica Srgio de Salvo Brito

ENERGIA ELICAPRINCPIOS E APLICAEShttp://www.cresesb.cepel.br

E-mail: [email protected]

SISTEMA ELETROBRS .


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2 - ENERGIA ELICA - PRINCPIOS E APLICAES


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ENERGIA ELICA - PRINCPIOS E APLICAES - 3

ENERGIA ELICA - PRINCPIOS E APLICAES

1. O RECURSO ELICO 4

1.1. Mecanismos de Gerao dos Ventos 4

1.2. Movimento das Massas de Ar 5

2. COMPONENTES DE UM SISTEMA ELICO 6

2.1. Rotor Elico 8

2.2. Transmisso e Caixa Multiplicadora 10

2.3. Mecanismos de Controle 102.3.1. Controle de Passo 112.3.2. Controle Estol 12

2.4. Gerador 13

2.5. Torre 14

2.6. Sistema de Armazenamento de Energia 14

2.7. Acessrios 14

3. APLICAES DOS SISTEMAS ELICOS 15

3.1. Sistemas Isolados 15

3.2. Sistemas Hbridos 15

3.3. Sistemas Interligados Rede 15

4. PROJETOS IMPLEMENTADOS NO BRASIL 17


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1. O RECURSO ELICO

A energia elica provm da radiao solar uma vez que os ventos so gerados peloaquecimento no uniforme da superfcie terrestre. Uma estimativa da energia total disponveldos ventos ao redor do planeta pode ser feita a partir da hiptese de que, aproximadamente,2% da energia solar absorvida pela Terra convertida em energia cintica dos ventos. Estepercentual, embora parea pequeno, representa centena de vezes a potncia anual instaladanas centrais eltricas do mundo.

Os ventos que sopram em escala global e aqueles que se manifestam em pequenaescala so influenciados por diferentes aspectos entre os quais destacam-se a altura, arugosidade, os obstculos e o relevo.

A seguir sero descritos os mecanismos de gerao dos ventos e os principais fatoresde influncia no regime dos ventos de uma regio.

1.1. Mecanismos de Gerao dos Ventos

A energia elica pode ser considerada como uma das formas em que se manifesta aenergia proveniente do Sol, isto porque os ventos so causados pelo aquecimento diferenciadoda atmosfera. Essa no uniformidade no aquecimento da atmosfera deve ser creditada, entreoutros fatores, orientao dos raios solares e aos movimentos da Terra.

As regies tropicais, que recebem os raios solares quase que perpendicularmente, somais aquecidas do que as regies polares. Consequentemente, o ar quente que se encontranas baixas altitudes das regies tropicais tende a subir, sendo substitudo por uma massa de armais frio que se desloca das regies polares. O deslocamento de massas de ar determina a

formao dos ventos. A Figura 1 a seguir apresenta esse mecanismo.

Figura 1 - Formao dos ventos devido ao deslocamento das massas de ar.

Existem locais no globo terrestre nos quais os ventos jamais cessam de soprar pois osmecanismos que os produzem (aquecimento no Equador e resfriamento nos plos) estosempre presentes na natureza. So chamados de ventos planetrios ou constantes e podemser classificados em:

Alsios: ventos que sopram dos trpicos para o Equador, em baixas altitudes. Contra-Alsios: ventos que sopram do Equador para os plos, em altas altitudes. Ventos do Oeste: ventos que sopram dos trpicos para os plos.


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Polares: ventos frios que sopram dos plos para as zonas temperadas.

Tendo em vista que o eixo da Terra est inclinado de 23,5o em relao ao plano de suarbita em torno do Sol, variaes sazonais na distribuio de radiao recebida na superfcieda Terra resultam em variaes sazonais na intensidade e durao dos ventos, em qualquerlocal da superfcie terrestre. Como resultado surgem os ventos continentais ou peridicos e

compreendem as mones e as brisas.As mones so ventos peridicos que mudam de direo a cada seis mesesaproximadamente. Em geral, as mones sopram em determinada direo em uma estao doano e em sentido contrrio em outra estao.

Em funo das diferentes capacidades de refletir, absorver e emitir o calor recebido doSol inerentes cada tipo de superfcie (tais como mares e continentes) surgem as brisas quecaracterizam-se por serem ventos peridicos que sopram do mar para o continente e vice-versa. No perodo diurno, devido maior capacidade da terra de refletir os raios solares, atemperatura do ar aumenta e, como conseqncia, forma-se uma corrente de ar que sopra domar para a terra (brisa martima). noite, a temperatura da terra cai mais rapidamente do quea temperatura da gua e, assim, ocorre a brisa terrestre que sopra da terra para o mar.

Normalmente, a intensidade da brisa terrestre menor do que a da brisa martima devido menor diferena de temperatura que ocorre no perodo noturno.

Sobreposto ao sistema de gerao dos ventos descrito acima encontram-se os ventoslocais, que so originados por outros mecanismos mais especficos. So ventos que sopramem determinadas regies e so resultantes das condies locais, que os tornam bastanteindividualizados. A mais conhecida manifestao local dos ventos observada nos vales emontanhas. Durante o dia, o ar quente nas encostas da montanha se eleva e o ar mais friodesce sobre o vale para substituir o ar que subiu. No perodo noturno, a direo em quesopram os ventos novamente revertida e o ar frio das montanhas desce e se acumula nosvales.

1.2. Movimento das Massas de Ar

De uma forma geral, os movimentos das massas de ar na atmosfera (vento) processam-se em regime turbulento. Sendo assim, a velocidade instantnea do vento descritasimplificadamente como um valor mdio acrescido de um desvio a partir da mdia (flutuao),tal que:

,'vVV +=

onde V a velocidade mdia do vento e v a flutuao. Na prtica, para algumas aplicaes,

leva-se em considerao apenas a intensidade da velocidade mdia V . A maioria dosinstrumentos de medio, devido a sua configurao, filtra as flutuaes e fornece somente ovalor da velocidade mdia.

A direo do vento tambm um importante parmetro a ser analisado pois mudanasde direo freqentes indicam situaes de rajadas de vento. Alm disso, a medida da direodo vento auxilia na determinao da localizao das turbinas em um parque elico. Devido existncia do problema de sombra, isto , a interferncia das esteiras das turbinas, fundamental o conhecimento da direo predominante.


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Do ponto de vista do aproveitamento da energia elica, importante distinguir os vriostipos de variaes temporais da velocidade dos ventos, a saber: variaes anuais, sazonais,dirias e de curta durao.

Variaes Anuais - Para se obter um bom conhecimento do regime dos ventos no suficiente basear-se na anlise de dados de vento de apenas um ano; o ideal dispor dedados referentes a vrios anos. medida que uma maior quantidade de dados anuais

coletada, as caractersticas levantadas do regime local dos ventos tornam-se mais confiveis.Variaes Sazonais - O aquecimento no uniforme da superfcie terrestre resulta emsignificativas variaes no regime dos ventos, resultando na existncia de diferentes estaesdo ano. Considerando que, em funo da relao cbica entre a potncia disponvel e avelocidade do vento (na altura do eixo da turbina), em algumas faixas de potncia, umapequena variao na velocidade implica numa grande variao na potncia. Sendo assim, autilizao de mdias anuais (ao invs de mdias sazonais) pode levar a resultados que seafastam da realidade.

Variaes Dirias - As variaes dirias na velocidade do vento (brisas martimas eterrestres, por exemplo) tambm so causadas pelo aquecimento no uniforme da superfcieda Terra. Essas variaes so importantes quando, aps a escolha de uma regio, procura-se

o local mais adequado para a instalao do sistema elico dentro dessa rea. Ao comparar aevoluo da velocidade mdia ao longo do dia percebe-se que h uma significativa variao deum ms para os outros. Com esse tipo de informao pode-se projetar melhor o sistema elico.Por exemplo, nos locais em que os ventos no perodo do dia so mais fortes do que os ventosno perodo da noite e a carga de pico ocorre durante o dia, a carga base pode ser fornecidapelo sistema existente e a carga adicional pelo sistema elico. Entretanto, se a carga de picoocorre durante a noite, provavelmente a demanda ser maior que o disponvel e um sistema deestocagem pode se fazer necessrio.

Variaes de Curta Durao- As variaes de curta durao esto associadas tanto spequenas flutuaes quanto s rajadas de vento. Num primeiro momento, essas variaes noso consideradas na anlise do potencial elico de uma regio, desde que no assumamgrandes propores. As flutuaes e a turbulncia do vento podem afetar a integridadeestrutural do sistema elico, devido fadiga que ocorre especialmente nas ps da turbina. Poroutro lado, as rajadas, caracterizadas por aumentos bruscos de curta durao da velocidade dovento, geralmente acompanhadas por mudanas de direo, merecem maior ateno.

2. COMPONENTES DE UM SISTEMA ELICO

Um sistema elico constitudo por vrios componentes que devem trabalhar emharmonia de forma a propiciar um maior rendimento final. Para efeito de estudo global daconverso elica devem ser considerados os seguintes componentes:

Vento: Disponibilidade energtica do local destinado instalao do sistema elico. Rotor: Responsvel por transformar a energia cintica do vento em energia mecnica

de rotao. Transmisso e Caixa Multiplicadora: Responsvel por transmitir a energia mecnica

entregue pelo eixo do rotor at a carga. Alguns geradores no utilizam estecomponente; neste caso, o eixo do rotor acoplado diretamente carga.


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Gerador Eltrico: Responsvel pela converso da energia mecnica em energiaeltrica.

Mecanismo de Controle: Responsvel pela orientao do rotor, controle develocidade, controle da carga, etc.

Torre: Responsvel por sustentar e posicionar o rotor na altura conveniente. Sistema de Armazenamento: Responsvel por armazenar a energia para produo de

energia firme a partir de uma fonte intermitente. Transformador: Responsvel pelo acoplamento eltrico entre o aerogerador e a rede

eltrica. Acessrios: So os componentes perifricos.

A Figura 2 apresenta as diversas partes constituintes de um sistema elico.

O rendimento global do sistema elico relaciona a potncia disponvel do vento com apotncia final que entregue pelo sistema. Os rotores elicos ao extrarem a energia do ventoreduzem a sua velocidade; ou seja, a velocidade do vento frontal ao rotor (velocidade noperturbada) maior do que a velocidade do vento atrs do rotor (na esteira do rotor). Umareduo muito grande da velocidade do vento faz com que o ar circule em volta do rotor, aoinvs de passar atravs dele.

A condio de mxima extrao de energia verifica-se para uma velocidade na esteirado rotor igual a 1/3 da velocidade no perturbada. Em condies ideais, o valor mximo daenergia captada por um rotor elico limitado pela eficincia de Betz dada pelo fator 16/27 ou0,593. Em outras palavras, 59,3% da energia contida no fluxo de ar pode ser teoricamenteextrada por uma turbina elica. Na prtica, entretanto, o rendimento aerodinmico das psreduz ainda mais este valor. Para um sistema elico, existem ainda outras perdas, relacionadascom cada componente (rotor, transmisso, caixa multiplicadora e gerador). Alm disso, o fatodo rotor elico funcionar em uma faixa limitada de velocidade de vento tambm ir contribuir

para reduzir a energia por ele captada.Todo sistema elico somente comea a funcionar a partir de uma certa velocidade,chamada de velocidade de entrada, que necessria para vencer algumas perdas. Quando osistema atinge a chamada velocidade de corte um mecanismo de proteo acionado com afinalidade de no causar riscos ao rotor e estrutura.

Para os sistemas elicos, a velocidade de rotao tima do rotor varia com a velocidadedo vento. Um sistema elico tem o seu rendimento mximo a uma dada velocidade do vento(chamada de velocidade de projeto ou velocidade nominal) e diminui para velocidadesdiferentes desta.

Projetar um sistema elico, para um determinado tamanho de rotor e para uma cargapr-fixada, supe trabalhar no intervalo timo de rendimento do sistema com relao a curva

de potncia disponvel do vento local. Isto requer encontrar uma relao de multiplicao, demaneira que se tenha um bom acoplamento rotor/carga. necessrio tambm, termecanismos de controle apropriados para melhorar o rendimento em outras velocidades devento e aumentar o intervalo de funcionamento do sistema elico.

Um exemplo de mecanismo de controle a utilizao de rotores com ngulo de passovarivel. Com este controle, a medida que a velocidade do vento varia, as ps mudam deposio, variando o rendimento do rotor. Com isto, pode-se aumentar o intervalo defuncionamento do sistema elico e ainda manter uma determinada velocidade de rotao, quecorresponde a eficincia mxima do gerador.

Como uma primeira aproximao, o rendimento global de um sistema elico simplespode ser estimado em 20%.


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Figura 2 - Apresentao das diversas partes constituintes de um sistema elico.

2.1. Rotor Elico

O rotor o componente do sistema elico responsvel por captar a energia cintica dosventos e transform-la em energia mecnica de rotao. o componente mais caractersticode um sistema elico. Por este motivo, a configurao do rotor influenciar diretamente norendimento global do sistema.

Os rotores elicos podem ser classificados segundo vrios critrios e o mais importante aquele que utiliza a orientao do eixo como fator de classificao. Assim, tem-se os rotoresde eixo horizontal e os rotores de eixo vertical.

Rotores de Eixo HorizontalOs rotores de eixo horizontal so os mais comuns e grande parte da experincia mundial

est voltada para a sua utilizao. So movidos por foras aerodinmicas chamadas de forasde sustentao (lift) e foras de arrasto (drag). Um corpo que obstrui o movimento do ventosofre a ao de foras que atuam perpendicularmente ao escoamento (foras de sustentao)e de foras que atuam na direo do escoamento (foras de arrasto). Ambas so proporcionaisao quadrado da velocidade relativa do vento. Adicionalmente, as foras de sustentao

1- Cubo do rotor2- Ps do rotor

3- Sistema hidrulico4- Sistema de posicionamento danacele

5- Engrenagem de posicionamento6- Caixa multiplicadora de rotao7- Disco de freio8- Acoplamento do gerador eltrico9- Gerador eltrico10- Sensor de vibrao11- Anemmetro12- Sensor de direo13- Nacele, parte inferior14- Nacele, parte superior

15- Rolamento do posicionamento16- Disco de freio do posicionamento17- Pastilhas de freio18- Suporte do cabo de fora19- Torre


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dependem da geometria do corpo e do ngulo de ataque (formado entre a velocidade relativado vento e o eixo do corpo).

Os rotores que giram predominantemente sob o efeito de foras de sustentaopermitem liberar muito mais potncia do que aqueles que giram sob efeito de foras de arrasto,para uma mesma velocidade de vento.

Os rotores de eixo horizontal ao longo do vento (aerogeradores convencionais) so

predominantemente movidos por foras de sustentao e devem possuir mecanismos capazesde permitir que o disco varrido pelas ps esteja sempre em posio perpendicular ao vento.Tais rotores podem ser constitudos de uma p e contrapeso, duas ps, trs ps ou mltiplasps (multivane fans). Construtivamente, as ps podem ter as mais variadas formas e empregaros mais variados materiais. Em geral, utilizam-se ps rgidas de madeira, alumnio ou fibra devidro reforada.

Quanto posio do rotor em relao torre, o disco varrido pelas ps pode estar ajusante do vento (down wind) ou a montante do vento (up wind). No primeiro caso, a sombrada torre provoca vibraes nas ps. No segundo caso, a sombra das ps provoca esforosvibratrios na torre. Sistemas a montante do vento necessitam de mecanismos de orientaodo rotor com o fluxo de vento, enquanto nos sistemas a jusante do vento, a orientao realiza-

se automaticamente.Os rotores mais utilizados para gerao de energia eltrica so os de eixo horizontal do

tipo hlice, normalmente compostos de 3 ps ou em alguns casos (velocidades mdias muitoaltas e possibilidade de gerao de maior rudo acstico) 1 ou 2 ps. A Figura 3 ilustra as psde uma turbina elica de grande porte.

Figura 3 Ilustrao das ps de uma turbina elica de grande porte.

Rotores de Eixo VerticalEm geral, os rotores de eixo vertical tm a vantagem de no necessitarem de

mecanismos de acompanhamento para variaes da direo do vento, o que reduz acomplexidade do projeto e os esforos devidos as foras de Coriolis.

Os rotores de eixo vertical tambm podem ser movidos por foras de sustentao ( lift) epor foras de arrasto (drag). Os principais tipos de rotores de eixo vertical so Darrieus,Savonius e turbinas com torre de vrtices.


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Os rotores do tipo Darrieus so movidos por foras de sustentao e constituem-se delminas curvas (duas ou trs) de perfil aerodinmico, atadas pelas duas pontas ao eixo vertical.

2.2. Transmisso e Caixa Multiplicadora

A transmisso, que engloba a caixa multiplicadora, possui a finalidade de transmitir aenergia mecnica entregue pelo eixo do rotor at o gerador. composta por eixos, mancais,engrenagens de transmisso e acoplamentos. A Figura 2 apresenta a localizao da caixamultiplicadora dentro do sistema de gerao elica.

O projeto tradicional de uma turbina elica consiste em colocar a caixa de transmissomecnica entre o rotor e o gerador de forma a adaptar a baixa velocidade do rotor velocidadede rotao mais elevada dos geradores convencionais.

A velocidade angular dos rotores geralmente varia na faixa de 20 a 150 RPM, devido srestries de velocidade na ponta da p (tip speed). Entretanto, geradores (sobretudogeradores sncronos) trabalham a rotaes muito mais elevadas (em geral, entre 1200 a 1800RPM), tornando necessrio a instalao de um sistema de multiplicao entre os eixos.

Mais recentemente, alguns fabricantes desenvolveram com sucesso aerogeradores sema caixa multiplicadora e abandonaram a forma tradicional de construir turbinas elicas. Assim,ao invs de utilizar a caixa de engrenagens com alta relao de transmisso, necessria paraalcanar a elevada rotao dos geradores, utilizam-se geradores multipolos de baixavelocidade e grandes dimenses.

Os dois tipos de projetos possuem vantagens e desvantagens e a deciso de utilizar omultiplicador ou fabricar um aerogerador sem caixa de transmisso antes de tudo umaquesto de filosofia do fabricante.

2.3. Mecanismos de Controle

Os mecanismos de controle destinam-se orientao do rotor, ao controle develocidade, ao controle de carga, etc. Pela variedade de controles, existe uma enormevariedade de mecanismos que podem ser mecnicos (velocidade, passo, freio), aerodinmicos(posicionamento do rotor) ou eletrnicos (controle da carga).

Devido a atuao das foras aerodinmicas nas ps do rotor, uma turbina elicaconverte a energia cintica do vento em energia mecnica rotacional. Estas forasaerodinmicas so geradas ao longo das ps do rotor que necessitam de perfis especialmente

projetados e que so muito similares queles usados para asas de avies. Com a velocidadedo fluxo de ar aumentando, as foras de sustentao aerodinmica aumentam com a segundapotncia e a energia extrada da turbina com a terceira potncia da velocidade do vento, umasituao que necessita de um controle de potncia do rotor muito efetivo e rpido de modo aevitar sobrecarregamento eltrico e mecnico no sistema de transmisso.

Os modernos aerogeradores utilizam dois diferentes princpios de controle aerodinmicopara limitar a extrao de potncia potncia nominal do aerogerador. So chamados decontrole estol (stall) e controle de passo (pitch). No passado, a maioria dos aerogeradoresusavam o controle estol simples; atualmente, entretanto, com o aumento do tamanho dasmquinas, os fabricantes esto optando pelo sistema de controle de passo que oferece maiorflexibilidade na operao das turbinas elicas.


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2.3.1. Controle de Passo

O controle de passo um sistema ativo que normalmente necessita de uma informao

vinda do controlador do sistema. Sempre que a potncia nominal do gerador ultrapassada,devido um aumento da velocidade do vento, as ps do rotor giram em torno do seu eixolongitudinal; em outras palavras, as ps mudam o seu ngulo de passo para reduzir o ngulode ataque. Esta reduo do ngulo de ataque diminui as foras aerodinmicas atuantes e,consequentemente, a extrao de potncia. Para todas as velocidades do vento superiores velocidade nominal, o ngulo escolhido de forma que a turbina produza apenas a potncianominal. Sob todas as condies de vento, o escoamento em torno dos perfis das ps do rotor bastante aderente superfcie produzindo sustentao aerodinmica e pequenas foras dearrasto.

Sob todas as condies de vento, o fluxo em torno dos perfis da p do rotor bemaderente superfcie (veja Figura 4), produzindo, portanto, sustentao aerodinmica a

pequenas foras de arrasto.

Figura 4 - Fluxo aderente ao perfil (Fonte: DEWI).

Turbinas com controle de passo so mais sofisticadas do que as de passo fixo,controladas por estol porque estas necessitam de um sistema de variao de passo. Por outro

lado, elas possuem certas vantagens:

permitem controle de potncia ativo sob todas as condies de vento, tambm sobpotncias parciais;

alcanam a potncia nominal mesmo sob condies de baixa massa especfica do ar(grandes altitudes dos stios, altas temperaturas);

maior produo de energia sob as mesmas condies (sem diminuio da eficincia naadaptao ao estol da p);

partida simples do rotor pela mudana do passo; fortes freios desnecessrios para paradas de emergncia do rotor;

cargas das ps do rotor decrescentes com ventos aumentando acima da potncia nominal; posio de embandeiramento das ps do rotor para cargas pequenas em ventos extremos; massas das ps do rotor menores levam a massas menores dos aerogeradores.

Na Alemanha cerca de 50% de todos os aerogeradores instalados so do tipo controlede passo porque dois dos maiores fabricantes preferem este tipo de controle de aerogeradores.Na nova gerao de turbinas da classe de megawatt, muitos fabricantes mudaram parasistemas de controle de passo.


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Figura 5 - Curva de potncia tpica de um aerogeradorcom controle de passo (Fonte: DEWI).

2.3.2. Controle EstolO controle estol um sistema passivo que reage velocidade do vento. As ps do rotor

so fixas em seu ngulo de passo e no podem girar em torno de seu eixo longitudinal. Ongulo de passo escolhido de forma que, para velocidades de vento superiores a velocidadenominal, o escoamento em torno do perfil da p do rotor descola da superfcie da p (estol),reduzindo as foras de sustentao e aumentando as foras de arrasto. Sob todas ascondies de ventos, superiores velocidade nominal, o escoamento em torno dos perfis dasps do rotor , pelo menos parcialmente, descolado da superfcie produzindo menores forasde sustentao e elevadas foras de arrasto. Menores sustentaes e maiores arrastos atuamcontra um aumento da potncia do rotor. Para evitar que o efeito estol ocorra em todas as

posies radiais das ps ao mesmo tempo, o que reduziria significativamente a potncia dorotor, as ps possuem uma pequena toro longitudinal que as levam a um suavedesenvolvimento deste efeito.

Sob todas as condies de ventos superiores velocidade nominal o fluxo em torno dosperfis das ps do rotor , pelo menos, parcialmente descolado da superfcie (veja Figura 6),produzindo, portanto sustentaes menores e foras de arrasto muito mais elevadas.

Figura 6 - Fluxo separado (estol) em volta do perfil (Fonte: DEWI).

Turbinas com controle estol so mais simples do que as de controle de passo porqueelas no necessitam de um sistema de mudana de passo. Os aerogeradores com controleestol, em comparao com os aerogeradores com controle de passo possuem, em princpio, asseguintes vantagens:

Vpart. Vnominal Velocidade do vento


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inexistncia de sistema de controle de passo; estrutura de cubo do rotor simples; menor manuteno devido a um nmero menor de peas mveis; auto-confiabilidade do controle de potncia.

Em termos mundiais, o conceito de controle atravs de estol domina. A maioria dos

fabricantes utiliza esta possibilidade simples de controle de potncia, que sempre necessita deuma velocidade constante do rotor, geralmente dada pelo gerador de induo diretamenteacoplado rede.

Mais recentemente surgiu uma concepo que mistura os mecanismos de controle porestol e de passo (denominada estol ativo). Neste caso, o passo da p do rotor gira na direodo estol e no na direo da posio de embandeiramento (menor sustentao), como feitoem sistemas de passo normais. As vantagens deste sistema so:

necessidade de reduzidas mudanas no ngulo do passo; possibilidade de controle da potncia sob condies de potncia parcial (baixas

velocidades de vento); a posio de embandeiramento das ps do rotor para cargas pequenas em situao de

altas velocidades de vento.

Figura 7 - Curva de potncia tpica de um aerogeradorcom controle estol (Fonte: DEWI).

2.4. Gerador

A transformao da energia mecnica de rotao em energia eltrica atravs deequipamentos de converso eletro-mecnica um problema tecnologicamente dominado e,portanto, encontram-se vrios fabricantes de geradores disponveis no mercado.

Entretanto, a integrao de geradores a sistemas de converso elica constitui-se emum grande problema, que envolve principalmente:

variaes na velocidade do vento (extensa faixa de rotaes por minuto para a gerao); variaes do torque de entrada (uma vez que variaes na velocidade do vento induzem

variaes de potncia disponvel no eixo); exigncia de freqncia e tenso constante na energia final produzida;

Vpart. Vnominal Velocidade do vento


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facilidade de instalao, operao e manuteno devido ao isolamento geogrfico de taissistemas, sobretudo em caso de pequena escala de produo (isto , necessitam ter altaconfiabilidade).

Atualmente, existem vrias alternativas de conjuntos moto-geradores, entre eles:geradores de corrente contnua, geradores sncronos, geradores assncronos, geradores de

comutador de corrente alternada. Cada uma delas apresenta vantagens e desvantagens quedevem ser analisadas com cuidado na sua incorporao a sistemas de converso de energiaelica.

2.5. Torre

As torres so necessrias para sustentar e posicionar o rotor a uma altura convenientepara o seu funcionamento. um item estrutural de grande porte e de elevada contribuio nocusto inicial do sistema. Em geral, as torres so fabricadas de metal (trelia ou tubular) ou deconcreto e podem ser ou no sustentadas por cabos tensores.

2.6. Sistema de Armazenamento de Energia

Como o comportamento do vento muda ao longo do tempo, pode ser necessrio autilizao de um sistema de armazenamento de energia que garanta o fornecimento adequado demanda.

Nos casos em que a energia elica utilizada para complementar a produo de energiaconvencional, a energia gerada injetada diretamente na rede eltrica, no sendo necessrio oarmazenamento de energia, bastando que o sistema eltrico convencional de base esteja

dimensionado para atender demanda durante os perodos de calmaria.Quando a energia elica utilizada como fonte primria de energia, uma forma dearmazenamento se faz necessria para adaptar o perfil aleatrio de produo energtica aoperfil de consumo, guardando o excesso de energia durante os perodos de ventos de altavelocidade, para us-la quando o consumo no puder ser atendido por insuficincia de vento.

As formas mais conhecidas de armazenamento de energia elica so atravs debaterias e sob a forma de energia potencial gravitacional.

2.7. Acessrios

Os acessrios englobam todos os itens de apoio necessrios ao funcionamento dosistema elico. Incluem-se transmisses, freios, embreagens, eixos, acoplamentos e mancaisque no apresentam nenhum problema tecnolgico aos sistemas elicos.


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3. APLICAES DOS SISTEMAS ELICOS

Um sistema elico pode ser utilizado em trs aplicaes distintas: sistemas isolados,sistemas hbridos e sistemas interligados rede. Os sistemas obedecem a uma configuraobsica, necessitam de uma unidade de controle de potncia e, em determinados casos,conforme a aplicao, de uma unidade de armazenamento.

3.1. Sistemas Isolados

Os sistemas isolados de pequeno porte, em geral, utilizam alguma forma dearmazenamento de energia. Este armazenamento pode ser feito atravs de baterias ou naforma de energia potencial gravitacional com a finalidade de armazenar a gua bombeada emreservatrios elevados para posterior utilizao. Alguns sistemas isolados no necessitam de

armazenamento, como no caso dos sistemas para irrigao onde toda a gua bombeada diretamente consumida.Os sistemas que armazenam energia em baterias necessitam de um dispositivo para

controlar a carga e a descarga da bateria. O controlador de carga tem como principal objetivono deixar que haja danos ao sistema de bateria por sobrecargas ou descargas profundas.

Para alimentao de equipamentos que operam com corrente alternada (CA) necessrioa utilizao de um inversor. Este inversor pode ser de estado slido (eletrnico) ou rotativo(mecnico).

3.2. Sistemas Hbridos

Os sistemas hbridos so aqueles que apresentam mais de uma fonte de energia como, porexemplo, turbinas elicas, geradores Diesel, mdulos fotovoltaicos, entre outras. A utilizao devrias formas de gerao de energia eltrica aumenta a complexidade do sistema e exige aotimizao do uso de cada uma das fontes. Nesses casos, necessrio realizar um controle detodas as fontes para que haja mxima eficincia e otimizao dos fluxos energticos naentrega da energia para o usurio.

Em geral, os sistemas hbridos so empregados em sistemas de mdio porte destinados aatender um nmero maior de usurios. Por trabalhar com cargas em corrente alternada, osistema hbrido tambm necessita de um inversor. Devido grande complexidade de arranjos emultiplicidade de opes, a forma de otimizao do sistema torna-se um estudo particular acada caso.

3.3. Sistemas Interligados Rede

Os sistemas interligados rede no necessitam de sistemas de armazenamento deenergia pois toda a gerao entregue diretamente rede eltrica. Estes sistemasrepresentam uma fonte complementar ao sistema eltrico de grande porte ao qual estointerligados.


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Os sistemas elicos interligados rede apresentam as vantagens inerentes aos sistemasde gerao distribuda tais como: a reduo de perdas, o custo evitado de expanso de rede ea gerao na hora de ponta quando o regime dos ventos coincide com o pico da curva decarga.


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4. PROJETOS IMPLEMENTADOS NO BRASIL

Estado Local Geradores CapacidadeInstalada

ProduoAnual Prevista

Estado Atual

Taba ENERCON 5 MW 17.500 MWh OperaoPrainha ENERCON 10 MW 35.000 MWh OperaoMucuripe TAKE 1,2 MW 3.800 MWh OperaoParacur - 30 MW - Estudo

Cear

Camocim - 30 MW - Estudo

Minas GeraisMorro doCamelinho

TAKE 1,0 MW 800 MWh Operao

Vila Joanes BERGEY 40 KW - OperaoPar

Costa NE - 100 MW - EstudoPalmas I ENERCON 2,5 MW 7.000 MWh OperaoPalmas II ENERCON 9,5 MW - EstudoParanPalmas III ENERCON 75 MW - Estudo

Pernambuco F. Noronha FOLKCENTER 75 KW - OperaoRio de Janeiro Cabo Frio - 10 MW - Estudo

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