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Curso de Bacharelado em Engenharia Agrícola
SISTEMAS DE ENERGIA
ELÉTRICA: ENERGIA EÓLICA
PROF. Douglas de Oliveira Adolpho
douglasadolpho@unipampa.edu.br
Alegrete, 25 de Fevereiro de 2021
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Velocidade Média Anual – Atlas do
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Fonte: Dutra, 2001
Usinas Eólicas e Respectivas Potências
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Usina Potência (kW) Município
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RN 15 - Rio do Fogo 49.300 Rio do Fogo - RN
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Millenium – Paraíba – 10,4 MW
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Algumas centrais
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Tamanho Potência Instalada
Pequeno Até 80 kW
Médio De 81 a 500 kW
Grande > 500 kW
Classificação dos Aerogeradores
50 kW
400 W
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10 kW
10 kW
50 kW
400 W
3 kW
10 kW
10 kW
10 kW
10 kW
Pequeno
porte
Grande porte
Aplicações
 Alimentação de cargas isoladas
 Centrais de grande porte conectadas à rede
instaladas em terra
 Centrais de grande porte conectadas à rede
instaladas no mar
50 kW
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3 kW
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10 kW
10 kW
Características da tecnologia eólica
 Tecnologia altamente sofisticada
 Grandes desenvolvimentos na área de controle, aerodinâmica e
materiais
 Alto crescimento no tamanho das pás e potência da turbina
 Materiais mais resistentes e menos ruidosos
 Aplicações em terra e no mar
 Significativa redução nos custos com políticas de incentivo
 Mais de oito fábricas instaladas no Brasil nos últimos 04 anos
Curva de potência de uma
turbina eólica
Ve – Velocidade a partir da qual a turbina
começa produzir energia
Vn – Velocidade do vento em que a turbina
atinge a sua potência nominal
Vc – velocidade do vento a partir da qual a
turbina é desligada para evitar problemas
estruturais

 



 3
2
1
v
A
Pe
A potência elétrica gerada é:
Na prática, a potência “Pe” fornecida por uma turbina eólica em função da
velocidade do vento é determinada pela curva de potência da turbina
A curva de potência ilustra três importantes velocidades características:
V - velocidade na altura desejada
Vo - velocidade na altura conhecida
H - altura desejada
Ho - altura conhecida
n - fator de rugosidade do terreno
 
V V H H
o o
n
 /
Distribuição da velocidade do vento
com a altura
Lei da potência
Descrição do terreno n
Terreno sem vegetação 0,10
Terreno gramado 0,12
Terreno cultivado 0,19
Terreno com poucas árvores 0,23
Terreno com : muitas árvores, cerca
viva ou poucas edificações
0,26
Florestas 0,28
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CAMADA LIMITE
Velocidade Média Anual – Atlas do
Potencial Eólico Brasileiro
Fonte: Dutra, 2001
Fundamentos: Potência Eólica
3
2
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Av
E 
 Joules/s = Watts
Potência por unidade de área:
3
2
1
V
A
P


  Watts / m2
2
4
D
A

 D = diâmetro do rotor
POTÊNCIA EÓLICA(Pv):
Potência mecânica = Cp
Av
Pm 3
2
1




 m
P
Pel
Potência Elétrica =
 = eficiência dos diversos componentes do sistema
ρ = Densidade do ar (1.225kg/m3)
Cp = Coeficiente de Potência
ENERGIA GERADA PELO PARQUE
Produção de energia bruta: considera apenas as perdas por
interferência das esteiras entre rotores das turbinas.
Produção líquida :
Devem ser incluídas :
•Perdas elétricas: circuito
interno + transmissão até o
ponto de entrega
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do sistema elétrico e dos
aerogeradores (indisponibilidade
forçada e programada)
5 D
10 D
D = Diâmetro do rotor (m)
Avaliação do efeito esteira provocado por turbinas eólicas adjacentes – Norma IEC 61400. Convém salientar que no
caso de um espaçamento entre turbinas inferior a 3 diâmetros, o projeto deve ser melhor avaliado de acordo com a
norma..
Curva da potência do vento
em função da velocidade
3
2
1
v
A
P 


 
 = 1,2256 kg/m3
V = 16 m/s
8 vezes mais potência
Potência por unidade de área =
Densidade de potência – Watts/m2
3
2
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V
A
P
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
 
(Watts)
(Watts/m2)
314Watts = 5 lâmpadas de 60 Watts
P = 314W / m2
V= 8m/s
P= 2509 W / m2
Eficiência de Aerogeradores
Energia
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45%-52%
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Energia
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Energia
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  • 1. Curso de Bacharelado em Engenharia Agrícola SISTEMAS DE ENERGIA ELÉTRICA: ENERGIA EÓLICA PROF. Douglas de Oliveira Adolpho douglasadolpho@unipampa.edu.br Alegrete, 25 de Fevereiro de 2021
  • 13. Velocidade Média Anual – Atlas do Potencial Eólico Brasileiro Fonte: Dutra, 2001
  • 14. Usinas Eólicas e Respectivas Potências Fiscalizadas (15 maiores) Total = 111 usinas com potência total = 2.272 MW Usina Potência (kW) Município Praia Formosa 105.000 Camocim - CE Alegria II 100.650 Guamaré - RN Parque Eólico Elebrás Cidreira 1 70.000 Tramandaí - RS Canoa Quebrada 57.000 Aracati - CE Eólica Icaraizinho 54.600 Amontada - CE Alegria I 51.000 Guamaré - RN Parque Eólico de Osório 50.000 Osório - RS Parque Eólico Sangradouro 50.000 Osório - RS Parque Eólico dos Índios 50.000 Osório - RS Bons Ventos 50.000 Aracati - CE RN 15 - Rio do Fogo 49.300 Rio do Fogo - RN Volta do Rio 42.000 Acaraú - CE Dunas de Paracuru 42.000 Paracuru - CE
  • 15. Millenium – Paraíba – 10,4 MW Rio do Fogo – RGN – 49,3 MW Osório – Rio Grande do Sul - 50 MW Algumas centrais em operação
  • 27. Tamanho Potência Instalada Pequeno Até 80 kW Médio De 81 a 500 kW Grande > 500 kW Classificação dos Aerogeradores 50 kW 400 W 3 kW 10 kW 10 kW 50 kW 400 W 3 kW 10 kW 10 kW 10 kW 10 kW Pequeno porte Grande porte
  • 28. Aplicações  Alimentação de cargas isoladas  Centrais de grande porte conectadas à rede instaladas em terra  Centrais de grande porte conectadas à rede instaladas no mar 50 kW 400 W 3 kW 10 kW 10 kW 50 kW 400 W 3 kW 10 kW 10 kW 10 kW 10 kW
  • 29. Características da tecnologia eólica  Tecnologia altamente sofisticada  Grandes desenvolvimentos na área de controle, aerodinâmica e materiais  Alto crescimento no tamanho das pás e potência da turbina  Materiais mais resistentes e menos ruidosos  Aplicações em terra e no mar  Significativa redução nos custos com políticas de incentivo  Mais de oito fábricas instaladas no Brasil nos últimos 04 anos
  • 30. Curva de potência de uma turbina eólica Ve – Velocidade a partir da qual a turbina começa produzir energia Vn – Velocidade do vento em que a turbina atinge a sua potência nominal Vc – velocidade do vento a partir da qual a turbina é desligada para evitar problemas estruturais        3 2 1 v A Pe A potência elétrica gerada é: Na prática, a potência “Pe” fornecida por uma turbina eólica em função da velocidade do vento é determinada pela curva de potência da turbina A curva de potência ilustra três importantes velocidades características:
  • 31. V - velocidade na altura desejada Vo - velocidade na altura conhecida H - altura desejada Ho - altura conhecida n - fator de rugosidade do terreno   V V H H o o n  / Distribuição da velocidade do vento com a altura Lei da potência Descrição do terreno n Terreno sem vegetação 0,10 Terreno gramado 0,12 Terreno cultivado 0,19 Terreno com poucas árvores 0,23 Terreno com : muitas árvores, cerca viva ou poucas edificações 0,26 Florestas 0,28 Zonas urbanas sem edificações altas 0,32 CAMADA LIMITE
  • 32. Velocidade Média Anual – Atlas do Potencial Eólico Brasileiro Fonte: Dutra, 2001
  • 33. Fundamentos: Potência Eólica 3 2 1 Av E   Joules/s = Watts Potência por unidade de área: 3 2 1 V A P     Watts / m2 2 4 D A   D = diâmetro do rotor POTÊNCIA EÓLICA(Pv): Potência mecânica = Cp Av Pm 3 2 1      m P Pel Potência Elétrica =  = eficiência dos diversos componentes do sistema ρ = Densidade do ar (1.225kg/m3) Cp = Coeficiente de Potência
  • 34. ENERGIA GERADA PELO PARQUE Produção de energia bruta: considera apenas as perdas por interferência das esteiras entre rotores das turbinas. Produção líquida : Devem ser incluídas : •Perdas elétricas: circuito interno + transmissão até o ponto de entrega • Consumo próprio • Perdas por indisponibilidade do sistema elétrico e dos aerogeradores (indisponibilidade forçada e programada) 5 D 10 D D = Diâmetro do rotor (m) Avaliação do efeito esteira provocado por turbinas eólicas adjacentes – Norma IEC 61400. Convém salientar que no caso de um espaçamento entre turbinas inferior a 3 diâmetros, o projeto deve ser melhor avaliado de acordo com a norma..
  • 35. Curva da potência do vento em função da velocidade 3 2 1 v A P       = 1,2256 kg/m3 V = 16 m/s 8 vezes mais potência Potência por unidade de área = Densidade de potência – Watts/m2 3 2 1 V A P     (Watts) (Watts/m2) 314Watts = 5 lâmpadas de 60 Watts P = 314W / m2 V= 8m/s P= 2509 W / m2
  • 36. Eficiência de Aerogeradores Energia Cinética Rotor 45%-52% (max. é 59.3%, Betz limit) Energia Mecânica Energia Elétrica Caixa de Engrenagens 95%–97% Gerador + Conversor 90%–95% 40%–48% eficiência total hoje 67%-81% do máximo teórico (Betz limit)