Este documento discute a geração de energia eólica, incluindo os tipos de aerogeradores, tecnologias, sistemas de controle, conexão e micrositing. Detalha os componentes dos aerogeradores, como as pás, cubo e torre, e os diferentes tipos de geradores elétricos. Também aborda o controle das pás, cálculo da energia eólica, fatores que afetam o recurso eólico e softwares de avaliação de potencial eólico.

1. Geração de Energia Elétrica
Eólica
Paulo Andrade Souza

2. Tópicos
1. Tipos de Aerogeradores
2. Tecnologias
3. Sistemas de Controle
4. Conexão
5. Micrositing
6. Considerações Finais

3. Energia eólica no Mundo

4. Energia eólica no Mundo

5. Energia eólica no Mundo

6. Energia eólica no Brasil

7. Energia eólica no Brasil

8. Tecnologia dos
Aerogeradores

9. Aerogeradores
• Eixo vertical
– Menor eficiência
– Complexidade operacional
– Poucos fabricantes
• Eixo horizontal
– Maior velocidade de
partida inicial
– Tecnologia comercial
– Melhores aproveitamentos

10. Tecnologia dos aerogeradores
• Tipos dos
aerogeradores
– Eixo Horizontal
• Uma pá
• Duas pás
• Três pás
• Multipás

11. Aerogeradores

12. Aerogeradores
Fonte: HowStuffWorks (2006)

13. Tecnologia dos aerogeradores
• Componentes do
aerogerador:
– Nacele
– Torre
– Pás
– Cubo

14. Tecnologia
• Componentes do
aerogerador:
– Pás
• Resinas reforçadas com
fibra de vidro/carbono
– Pode incluir aço na
composição

15. Tecnologia
• Componentes do
aerogerador:
– Cubo
– Torre
– Caixa mul8plicadora
– Geradores
• CC
• CA – síncrono
• CA – assíncrono
• Imã permanente
• DIFG

16. Vista Cubo

17. Tecnologia dos aerogeradores
• Componentes do
aerogerador:
– Nacele

18. Vista Nascele

19. Vista GearBox

20. Aerogerador tipo GIGE

21. Aerogerador tipo GSRB

22. Acoplamento Mecânico

23. Aerogerador tipo DIFG
Fonte: Diagrama de uma turbina DIFG (SINGH, FARIA e SANTOSO, 2009)

24. Aerogerador Cpo DFIG

25. Aerogerador Cpo GSIP

26. Geradores de Imã Permanente

27. Aerogerador tipo GICP

28. Aspectos Transitórios

29. Curto-Circuito

30. Crowbar

31. Turbinas mais Vendidas
Empresa País MW negociado % Gerador Elétrico
Vestas Dinamarca 5.647 19,0 DFIG
GE Energy Estados Unidos 5.350 18,0 DFIG
Gamesa Espanha 3.270 11,0 DFIG
Enercon Alemanha 2.675 9,0 EESG
Suzlon Índia 2.080 7,0 DFIG
Siemens Alemanha 2.080 7,0 DFIG
Sinovel China 1.486 5,0 DFIG
Goldwind China 1.189 4,0 PMSG
Acciona WP Espanha 1.189 4,0 DFIG
Nordex Alemanha 1.189 4,0 DFIG
Total 29.724 100

32. Tecnologia de aerogeradores

34. Offshore X Onshore

35. Tecnologia
• Classes de turbinas
– Fatores determinantes (IEC 61400)
• Velocidade média anual
• Turbulência
Fonte: Atlas Eólico da
Bahia (2013)

36. Tecnologia dos aerogeradores
• Classes de turbinas
– Fatores determinantes (IEC 61400)
• Velocidade média anual
• Turbulência
WTG Class I II III IV
Vave average wind speed at hub-height
(m/s)
10.0 8.5 7.5 6.0
V50 extreme 50-year gust (m/s) 70 59.5 52.5 42.0
I15 characteristic turbulence Class A 18%
I15 characteristic turbulence Class B 16%
α wind shear exponent 0.20

37. Aerogeradores Instalados

38. Controle das Pás

39. CaracterísCcas das Pás
• O comprimento que determina a área varrida pelo
rotor;
• O perfil das pás que é semelhante ao perfil das pás
aeronáuEcas;
• A largura que é determinada pelo comprimento da
corda do perfil (afeta a velocidade de arranque);
• A corda (distância entre os pontos extremos do
perfil);
• O ângulo que forma a corda do perfil e a direção da
corrente de ar.

40. Movimento das Pás
• A força produzida advém então da diferença de
pressão criada entre o extradorso - região de baixa
pressão e o intradorso - região de alta pressão (parte
inferior da pá).

41. Rotação Eólica

42. Rotação Eólica

43. Exemplo Modelagem

44. Exemplo Modelagem

45. Exemplo Modelagem

46. Sistema de Controle – Exemplo 1

47. Sistema de Controle – Exemplo 2

48. Esforços

49. Evolução

50. Aerogeradores
• Evolução dos aerogeradores
Fonte: DEWI (2005)

51. Aerogeradores
• Evolução dos aerogeradores

52. Aerogeradores
O equipamento Siemens está em
implantação no campo de Osterild na
Dinamarca e cada uma das pás mede 75
metros de comprimento, o rotor de 154
metros produzirá 6 MW.

53. Altura e Rotor

54. Offshore

55. Offshore

56. Barulho

57. Conexão

58. Conexão dos Aerogeradores

59. Conexão dos Aerogeradores

60. Conexão dos Aerogeradores

61. Geração

62. Conceitos
• Fatores que influenciam o regime dos ventos
– Velocidade
• Altura
– Rugosidade
• Vegetação, relevo, construções
Fonte: Eletrobras (1998)

63. Recurso eólico
• Energia cinéEca
• Potencia eólica
– Potência mecânica
Fonte: Cresesb

64. Tecnologia dos aerogeradores
Potência (kW)
Velocidade nominal Velocidade de corte
Potência Nominal - P
Velocidade
Mínima
Conteúdo energético
A partir de 3,5 m/s

65. Recurso eólico
• Lei da con2nuidade de
fluxo
• Cp: Coeficiente de Betz
– Téorico (59,26%)
– PráEco
• Efeito esteira
• Número de pás e perdas na
ponta associada
• Força de arrasto não nula
• Perfil aerodinâmico das pás
Fonte: Megajoule
Fonte: Cresesb

66. Densidade do Ar

67. Recurso eólico
• Variação da potência
com a altura
– Vo = velocidade na altura
de referência
– a = coeficiente
caracterís8co do local
(rugosidade)

68. Rugosidade do Solo

69. Recurso eólico

70. Fator K

71. Weibull
• Como alternaEva surge a distribuição de Weibull que
é biparamétrica exigindo, para sua definição
(parâmetros c e k), o conhecimento da velocidade
média e do desvio padrão. A função densidade de
probabilidade de Weibull é dada por:

72. Cálculo

73. Cálculo
1 < K < 3 // K=2

74. Cálculo

75. Cálculo

76. Tecnologia dos aerogeradores
• Curva de potência
• Mecanismos de
controle
– Passo (Pitch)
– Estol (Stall)

77. Cálculo da Energia
X

78. Perdas

80. Fator de Capacidade

81. Energia

82. Micrositing

83. Distância entre Aerogeradores

84. Incertezas

85. SoWwares

86. 86
Rosa dos Ventos

87. Cenários

88. Exemplo

89. Exemplo

90. Vortex

96. Obrigado!
Paulo Andrade Souza