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1
Sistemas de Geração Eólica
Prof. Romeu ReginatoOutubro de 2010
2
Cronograma
• Aula 1. Panorâma de geração eólica– 22/11
• Aula 2. Operação de sistemas de geração eólica– 29/11
• Aula 3. Tecnologias de geração eólica– 06/12
• Aula 4. Modelagem de sistemas de geraçãoeólica– 13/12
3
Bibliografia
• Ackermann, T.; Wind Power in PowerSystems; Wiley; 2005.
4
Aula 1Panorâma da Geração Eólica
Ano-base: 2010
5
Conselhos e Associações• Global Wind Energy Council (GWEC)
– www.gwec.net– Fórum global para o setor de energia eólica (industrias e associações
representativas• World Wind Energy Association (WWEA)
– www.wwindea.org– Associação de promoção e desenvolvimento mundial da tecnologia de
energia eólica • European Wind Energy Association (EWEA)
– www.ewea.org– Voz da indústria de energia éolica na Europa (Bruchelas)
• American Wind Energy Association (AWEA)– www.awea.org– Associação comercial representante da indústria de energia eólica
• Associação Brasileira de Energia Eólica (ABEEólica) – www.abeeolica.org.br– Empresas da cadeia geradora de energia eólica
6
Conselhos e Associações
• US Department of Energy (DOE) – www.energy.gov
• US Energy Information Administration (EIA)– www.eia.doe.gov– Análises e estatísticas independentes
• Brasil– MME - Ministério das Minas e Energias, www.mee.gov.br– ONS - Operador Nacional do Sistema Elétrico, www.ons.org.br– Aneel – Agência Nacional de Energia Elétrica, www.aneel.gov.br
7
Potencial Eólico
• 13% da superfície terrestre apresenta ventos com velocidade média acima de 6.9m/s
– Stanford University´s Global Climate and Energy Project (apud GWEC)
– 7500 pontos de medição a 80m de altura– 500 estações de monitoramento por balão
Fontes: Aneel (Atlas de Enegia Elétrica do Brasil); EIA (Energy Information Adm.)GWEC (Global Wind Energy Council)
8
Potencial Eólico
• Potêncial eólico mundial aproveitável– German Advisory Council on Global Change (apud GWEC)– medidas de vento de 14 anos (1979-1992)– Considera aproveitável 10-15% do total
• 53.000 TWh/ano – sem offshore
• 278.000 TWh/ano – com offshore
Fontes: Aneel (Atlas de Enegia Elétrica do Brasil); EIA (Energy Information Adm.)GWEC (Global Wind Energy Council)
9
Potencial Eólico
• Potêncial eólico mundial aproveitável– 53.000 TWh/ano – sem offshore– 278.000 TWh/ano – com offshore
• Energia elétrica mundial gerada em 2008 – 19.103,196 TWh – total
• 36% do sem offshore
– 3.654,093 TWh – energias renováveis • 6,9% do sem offshore
– 209,915 TWh – energia eólica • 0,4% do sem offshore
Fontes: EIA (Energy Information Adm.) GWEC (Global Wind Energy Council)10
Energia Eólica no Mundo
Global Wind Energy Council (GWEC)
• Global Wind 2009 Report, GWEC, March 2010 -www.gwec.net
• Global Wind 2007 Report, GWEC, May 2008 -www.gwec.net
• Global Wind Outlook 2010, GWEC, Oct 2010 –www.gwec.net
11
Geração EólicaCrescimento global acumulado – 1996-2009
Global Wind 2009 Report, GWEC, March 2010 - www.gwec.net12
Geração EólicaCrescimento global acumulado – 1996-2009
Global Wind 2009 Report, GWEC, March 2010 - www.gwec.net
Taxa de crescimento média28% ao ano – exp(0.25t)
13
Geração EólicaCrescimento anual – 1996-2009
Global Wind 2009 Report, GWEC, March 2010 - www.gwec.net
Taxa de crescimento média28% ao ano – exp(0.25t)
14
Geração EólicaCapacidade anual instalada por região 2003-2009
Global Wind 2009 Report, GWEC, March 2010 - www.gwec.net
Taxa de crescimento média28% ao ano – exp(0.25t)
15
Global Wind 2009 Report, GWEC, March 2010 - www.gwec.net
Geração Eólica Capacidade instalada por país - 2009
16
2007
Global Wind 2007 Report, GWEC, May 2008. Global Wind 2009 Report, GWEC, March 2010.
17
Global Wind 2007 Report, GWEC, May 2008. Global Wind 2009 Report, GWEC, March 2010.
2007
18
Valores e projeções
24,2%21,2%Taxa de crescimento anual
38.343 MW19.865 MWPotência anual instalada
3%1%Percentual da energia elétrica mundial
209,9 TWh(2008)
163,5 TWhEnergia anual produzida
158.505 MW93.864 MWPotência instalada mundial
20092007Indicador
19
Global Wind 2009 Report, GWEC, March 2010 - www.gwec.net
20
Pure Power: Wind energy targets for 2020 and 2030, EWEA, Nov. 2009.
Penetraçãoda geração
eólica
Europa
21
Projeção de crescimento
• Global Wind 2009 Report, GWEC, March 2010.
– Projeção para os próximos 5 anos.– Período 2009-2014.
– Variáveis:• Capacidade anual instalada (MW adicionados a cada ano).
• Taxa de crescimento da capacidade anual instalada.
• Capacidade acumulada (MW).• Taxa de crescimento da capacidade acumulada.
22
Geração Eólica Projeção do mercado
Global Wind 2009 Report, GWEC, March 2010 - www.gwec.net
23
Geração Eólica Projeção de crescimento anual
Global Wind 2009 Report, GWEC, March 2010 - www.gwec.net24
Geração Eólica Projeção de crescimento cumulativo
Global Wind 2009 Report, GWEC, March 2010 - www.gwec.net
25
Projeção de crescimento
• Global Wind Outlook 2010, GWEC, Oct 2010.
– Projeção para os próximos 20 a 30 anos.– Período 2010-2030.
– Variáveis:• Capacidade anual instalada (MW adicionados a cada ano).
• Taxa de crescimento da capacidade anual instalada.
• Capacidade acumulada (MW).• Taxa de crescimento da capacidade acumulada.
26
Projeção de crescimento
• Global Wind Outlook 2010, GWEC, Oct 2010.
4%9%27%Cenário avançado
5%9%26%Cenário moderado
3%3% (2015)17%Cenário referência
203020202010Taxa de Crescimento
27
Global Wind Energy Outlook 2010, GWEC, Oct. 2010 - www.gwec.net28
Global Wind Energy Outlook 2010, GWEC, Oct. 2010 - www.gwec.net
29
1/5 da energia elétrica produzida por geração eólica
Global Wind Energy Outlook 2010, GWEC, Oct. 2010 - www.gwec.net30
Geração EólicaProjetos de Crescimento
• Wind Force 12 - Mundial
• Pure Power - Europa
• 20% Wind Energy by 2030 – EUA
• Plano Nacional de Energia 2030 - Brasil
31
Wind Force 12
• EWEA & Greenpeace• Junho/2005
12% da energia elétrica mundial produzida por energia eólica
em 2020
32
Pure Power:Wind Energy Scenarios up to 2030
• EWEA – European Wind Energy Association• Março/2008
25% da energia elétrica da Europa produzida por energia eólica
em 2030
• Relatório de revisão e atualização (refere a 2009 EU Renewable Energy Directive)
• Novembro/09
33
Crescimento da energia eólica na Europa (previsão 2008)
25,5%18,1%9,9%5,4%Participação geração eólica
3001808040Capacidade eólica instalada (GW)
1.176997811744Capacidade instalada (GW)
2030202020102005
Pure Power, EWEA, May 2008 - www.ewea.org34
Crescimento da energia eólica na Europa (revisão 2009)
4002308365Capacidade eólica instalada (GW)
2501908063,5Onshore
1504031,5Offshore
37,7%24,2%9,9%8,1%Participação geração eólica(capacidade)
1061951841801Capacidade instalada (GW)
2030202020102008
Pure Power: Wind energy targets for 2020 and 2030, EWEA, Nov. 2009.
35
Crescimento de Geração Eólica na Europa
Pure Power: Wind energy targets for 2020 and 2030, EWEA, Nov. 2009.36
Crescimento Anual de Geração Eólica
Pure Power: Wind energy targets for 2020 and 2030, EWEA, Nov. 2009.
37
Participação de Geração Eólica na Europa
Pure Power: Wind energy targets for 2020 and 2030, EWEA, Nov. 2009.38
20% Wind Energy by 2030
• US Department of Energy (DOE)• http://www.20percentwind.org/
20% da energia elétrica dos EUA
produzida por energia eólica
em 2030
39
Energia Eólica no Brasil
40
Participação da Energia Eólica no Brasil
100111.094,62 114.183,52 2.310 Total
1,812.007,00 2.007,00 2 UTN
25,3528.161,18 30.024,90 1.382 UTE
68,9776.624,67 77.783,59 174 UHE
00,086 0,086 4 SOL
2,953.282,23 3.342,28 378 PCH
0,75835,34 838,93 46 EOL
0,17184,12 186,73 324 CGH
%
Potência Fiscalizada
(MW)
PotênciaOutorgada
(MW) Quantidade Tipo
Central de Informações de Geração; Aneel.
41
Situação da Energia Eólica no Brasil
835,37 Em operação46
273,30 Em construção8
3.049,83 Outorgados96
Potência(MW) Situação Empreendimentos
Central de Informações de Geração; Aneel.Aneel, Atlas de Energia Elétrica do Brasil – Energia Eólica (cap. 6)
Potencial eólico brasileiro: 143.500 MW
42
Geração EólicaEvolução da capacidade instalada
Capacidade Instalada (MW)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
43
Geração EólicaEvolução da participação
Participação da Geração Eólica (%)
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
44
Parques Eólicos noBrasil
Operação +Outorgados(09/2003)
(Atlas EólicoBrasileiro; Aneel)
45
Geração EólicaPotência dos empreendimentos
Potëncia dos Empreendimentos (MW)
0
20
40
60
80
100
120
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45
Maior potência (Praia Formosa, CE): 104,4MWPotência média dos empreendimentos: 18,16MW 46
Geração EólicaCapacidade instalada por estado
Capacidade instalada por estado (MW)
0
100
200
300
400
500
600
CE RS PB RN PE PI SC PR
518,934 150 55,2 49,3 24,75 18 13,8 2,5
Região Nordeste: 80,02% Região Sul: 19,98%
47
Alguns parques eólicos instalados
200101 x 225 kW0,25PEFernando de Noronha
199801 x 300 kW0,3PEOlinda
200201 x 600 kW0,6SCBom Jardim da Serra
199404 x 500 kW1MGMorro Camelinho
200303 x 600 kW1,8RNMacau
199604 x 600 kW2,4CEPorto de Muçuripe
199905 x 500 kW2,5PRPalmas
200308 x 600 kW4,8SCHorizonte
199810 x 500 kW5CETaiba - São Gonçalo do Amarante
200515 x 600 kW9SCÁgua Doce
199710 x 500 kW10CEPrainha (Aquiraz)
200662 x 800 kW49,6RNRio do Fogo
200625 x 2 MW50RSÍndios
200625 x 2 MW50RSSangradouro
200625 x 2 MW50RSOsório
AnoTurbinasCapacidade (MW)EstadoLocalidade da Usina
48
Plano Nacional de Energia 2030 (PNE-2030)
• Ministério das Minas e Energia, Brasil• Novembro de 2007
4.700 MW de geração eólica instalados
em 2030, representando
2% da energia elétrica produzida no Brasil
49
Caso Ilustrativo
50
Parque eólico de Osório, RSPotência instalada: 50 MWNúmero de aerogeradores: 25Potência por aerogerador: 2 MWFator de capacidade médio: 34% Previsão de retorno: 12 anos
51
Turbinas Wobben/Enercon E-70
Peso da torre810 toneladas
Peso da turbina100 toneladas
70m
98m
52
Visão Geral dos Tipos de Turbinas Eólicas
53
Aerogeradores de eixo horizontal
• São os mais utilizados atualmente
• Opções com diferentes números de pás, com operação em diferentes faixas de velocidade de vento
• Modelo de 3 pás mais utilizado• Necessita de controle de
orientação do vento para garantir bom aproveitamento do vento disponível 54
Duas pás11kW
Três pás – 100kW
MultipásTrês pás – residencial
55
Aerogeradoresde eixo vertical
• Vantagem. Responde bem para ventos em todas direções – não necessita de controle de orientação.
• Desvantagens. – Velocidades baixas na parte inferior
das hélices– Precisa de arranque auxiliar– Manutenção mais complexa– Necessidade de cabos auxiliares
para sustentação56
Eixo vertical – 1kW
Torre tubular X em treliça
57
Eixo horizontal3 pás
Estado da arte
• Altura: 138 m
• Diâmetro: 126 m
• Potência: 6 MW
• Enercon (Alemanha)
(Wind Power; http://www.thewindpower.net)
58
Evolução das turbinas eólicas
Adaptado de: Molly, J.P.; Global Renewable Energy Forum; Foz do Iguaçu, 2008.
59
Possível tecnologia
60
Tecnologias Emergentes
• Altura: 300m
• 10-15kW
• Eficiência: 50%
• Em teste: 2008
• MARS – Magenn Power Air Rotor System
• Empresa Canadense. Sistema baseado nos princípios do dirigível Magnus.
(Inovação Tecnológica; Balão que gera eletricidade a partir do vento começ a a ser testado; 13.05.08)
(Magenn, Wind Power Anywhere; www.magenn.com)
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