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Sistemas de Geração Eólica

Prof. Romeu ReginatoOutubro de 2010

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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

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Bibliografia

• Ackermann, T.; Wind Power in PowerSystems; Wiley; 2005.

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Aula 1Panorâma da Geração Eólica

Ano-base: 2010

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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

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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

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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)

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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)

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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



14

Geração EólicaCapacidade anual instalada por região 2003-2009



15


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


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


23

Geração Eólica Projeção de crescimento anual

Global Wind 2009 Report, GWEC, March 2010 - www.gwec.net24

Geração Eólica Projeção de crescimento cumulativo


25


• 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


• 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


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


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

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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)

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Evolução das turbinas eólicas

Adaptado de: Molly, J.P.; Global Renewable Energy Forum; Foz do Iguaçu, 2008.

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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)

bibliografia - foz.unioeste.brromeu/topicos/aula1.pdf · • aula 4. modelagem de sistemas de...

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