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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

INSTITUTO DE PESQUISAS HIDRÁULICAS

Relatório interno

Estudo de caso para implantação de usina hidrelétrica reversível para operação conjunta com aproveitamentos eólicos no Litoral Norte do Estado do Rio Grande do Sul

José D’Agostini Neto, Lucas Montado Pasquali Rogério Dornelles Maestri, Alexandre Beluco

Porto Alegre, 08 de novembro de 2005.

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SUMÁRIO

1. Introduçlão. 2. Sistemas híbridos eólicos hidrelétricos. 3. O sistema híbrido eólico hidrelétrico em estudo. 4. Simulações numéricas. 5. Conclusões.

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1. Introdução A energia eólica é a energia cinética do ventos(massas de ar em movimento), que pode ser aproveitada pelo homem para realizar trabalho útil. O uso da energia cinética dos ventos para a realização de trabalhos e a produção de energia elétrica é uma alternativa das mais importantes dado ao seu relativo baixo impacto sócio-ambiental e sua principal característica que é muito valorizada, a energia limpa e renovável.

Os ventos são causados pelo aquecimento diferenciado da superfície da Terra. Essa não uniformidade na temperatura da superfície da Terra, e conseqüentemente, na atmosfera, é devida principalmente à orientação da Terra no espaço e a seus movimentos de rotação e translação. Em resumo, os regimes de ventos são causados pela desigual distribuição de incidência de energia solar na superfície da Terra.

A atividade de exploração dos ventos para a geração de energia é perfeitamente compatível com os principais usos do solo, em especial a agropecuária, atividade econômica predominante em muitas das regiões que apresentam os melhores potenciais.

A energia eólica é medida através de sensores de velocidade e direção do vento, denominados anemômetros, operados por instituições com diferentes objetivos. Em geral, a velocidade do vento é medida em m/s (metros por segundo), podendo ainda ser medida em outras unidades, tais como nós, km/h, etc. O parâmetro mais importante é a velocidade média do vento, mas é desejável conhecer também a sua distribuição estatística de velocidades.

Baseado no Atlas eólico do rio Grande do Sul é possível afirmar que, em geral, grande parte do litoral brasileiro, em particular o da região Nordeste, apresenta velocidades de vento propícias ao aproveitamento da energia eólica em larga escala. O litoral do Estado do Rio Grande do Sul é também considerado bastante favorável. No interior do país, em áreas montanhosas também se encontram diversos sítios propícios. A região Norte é a menos favorecida em relação à energia eólica. O potencial eólico brasileiro pode ser conhecido em caráter geral através de consultas aos átlas eólicos regionais.

A tecnologia para aproveitamento da energia eólica não é nova. As máquinas movidas pelo vento são utilizadas desde a Idade Antiga e podem ser consideradas como um dos primeiros avanços tecnológicos da humanidade. O

primeiro registro histórico de utilização da força motriz do vento para bombeamento de água e moagem de grãos através de cata ventos remonta à Pérsia (atual Iraque), por volta do ano 200 AC, sendo que máquinas semelhantes têm sido utilizadas continuamente na Europa há muitos séculos. Os cata ventos multipás, para bombeamento d’água, são bastante conhecidos e utilizados há muitas décadas, inclusive no interior do Brasil. As máquinas eólicas de pequeno porte para geração de energia elétrica (sistemas isolados) também têm sido bastante utilizadas, há cerca de 20 anos. A primeira máquina eólica de grande porte para geração de energia elétrica remonta à década de 1950 e esta tecnologia tem tido grande impulso na Europa desde a década de 1980.

A utilização do vento para a geração de eletricidade, em escala comercial, teve início há pouco mais de 30 anos. Através de conhecimentos da indústria aeronáutica, os equipamentos para geração eólica evoluíram rapidamente em termos de idéias e conceitos para produtos de alta tecnologia. No início da década de 70, com a crise mundial do petróleo, houve um grande interesse de países europeus e dos Estados Unidos em desenvolver equipamentos para produção de eletricidade que ajudassem a diminuir a dependência do petróleo e carvão.

Conforme Galdino et alli (www.cresesb.cepel.br), a energia eólica tem apresentado crescimento acelerado em todo o mundo, atingindo cerca de 32% ao ano no período de 1998-2002. Normalmente os investimentos são feitos pela iniciativa privada, mas contam com muitos incentivos governamentais. Os locais do mundo com maior utilização de energia eólica é: Europa - na costa do Mar do Norte, incluindo Dinamarca, Alemanha, Holanda e Inglaterra; na Dinamarca já existe inclusive uma fazenda eólica "off-shore", ou seja, instalada no mar, e os Estados Unidos nas montanhas do Estado da Califórnia e no Estado do Texas. A tabela a seguir mostra, além do Brasil, os 12 países de maior utilização de energia eólica no mundo, juntamente com a potência eólica instalada (MW) nestes países. O Brasil, com cerca de 22MW instalados, ocupa a 25a. posição.

No Brasil, embora o aproveitamento dos recursos eólicos tenha sido feito tradicionalmente com a utilização de cata ventos multipás para bombeamento d'água, algumas medidas precisas

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de vento, realizadas recentemente em diversos pontos do território nacional, indicam a existência de um imenso potencial eólico ainda não explorado.

No Brasil, existem inúmeras instituições que coletam dados de vento. Entre elas, o Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) do Ministério da Agricultura, o Ministério da Marinha (BNDO/CHM), o Ministério da Aeronáutica (DEPV e INFRAERO), o Centro de Pesquisas de Energia Elétrica (CEPEL), diversas

concessionárias de energia elétrica (CEMIG, COELCE, COELBA, COPEL, entre outras), Secretarias de Energia de vários Estados, etc.

A capacidade instalada no Brasil é de aproximadamente 22 MW, com turbinas eólicas de médio e grande porte conectadas à rede elétrica. Além disso, existem turbinas eólicas de pequeno porte funcionando em locais isolados da rede convencional para aplicações diversas - bombeamento, carregamento de baterias, telecomunicações e eletrificação rural.

TABELA 1. Potência eólica instalada (MW) em diversos países. Fonte: Galdino et alli (www.cresesb.cepel.br).

País Potência (MW) 1 Alemanha 12.001 2 Espanha 4.830 3 Estados Unidos 4.685 4 Dinamarca 2.880 5 Índia 1.702 6 Itália 785 7 Holanda 688 8 Inglaterra 552 9 China 468 10 Japão 415 11 Suécia 328 12 Grécia 276 25 Brasil 22

Conforme site www.eolica.com.br, apesar de vários trabalhos e pesquisas realizadas nas décadas de 70 e 80, a geração de energia a partir de turbinas eólicas no Brasil teve início apenas em julho de 1992, com a instalação de uma turbina de 75kW na ilha de Fernando de Noronha, através de iniciativa pioneira do Centro Brasileiro de Energia Eólica (CBEE), na época conhecido como Grupo de Energia Eólica da Universidade Federal de Pernambuco. Na mesma época existia na Universidade Federal do Rio Grande do Sul um grupo de pesquisa associado ao núcleo de energia da escola de engenharia e da pró-reitoria de extensão, sob a coordenação do Professor Doutor Debi Padha Sadhu.

No Brasil existem em operação várias fazendas eólicas. O centro brasileiro de energia eólica (www.eolica.com.br) apresenta a seguir, alguns casos geração eólica no Brasil. No estado de Pernambuco, na Ilha de Fernando de existe dois aerogeradores eólicos com capacidade de 275 kW e 75kW instalados pela CELPE (Companhia Energética de Pernambuco) e pelo

Centro Brasileiro de Energia Eólica (empresa privada) respectivamente. Ainda no Estado de Pernambuco, na cidade de Olinda foi instalada pelo Centro Brasileiro de Energia Eólica (empresa privada) uma usina eólica com capacidade de 225 kW. Em Minas Gerais no Morro do Camelinho está em funcionamento uma usina eólica com capacidade de 1 MW, instalada pela CEMIG (Companhia Energética de Minas Gerais). No Estado do Ceará, em Mucuripe a COELCE (Companhia Energética do Ceará) instalou uma usina com capacidade de 2,4 MW e a Wobben Windpower (empresa privada alemã) instalou em Taíba, 5 MW e na Prainha, 10 MW ambas no Estado do Ceará, sendo esta última a primeira do mundo construída sobre dunas. Em Palmas no Estado do Paraná foi instalado pela COPEL (Companhia Paranaense de Energia Elétrica) um conjunto de aerogeradores com capacidade de 2,5 MW. Em Bom Jardim da Serra no Estado de Santa Catarina possui um aerogerador com capacidade de 600 kW, instalado pela Wobben Windpower.Para desenvolvimento de projetos

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no estado de Santa Catarina, foi criada a empresa Parque Eólico de Santa Catarina Ltda.

Conforme atlas eólico do estado do rio Grande do Sul (2002), a energia eólica é considerada a fonte alternativa que apresenta maior potencial de crescimento no Brasil a curto e médio prazo e existem inúmeras outras fazendas eólicas em planejamento ou em projeto, a maioria com investimentos feitos pela iniciativa privada (empresas estrangeiras).

O Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica - PROINFA foi criado no âmbito do Ministério de Minas e Energia - MME pela Lei no 10.438 de 26 de abril de 2002 e tem como objetivo a diversificação da matriz energética brasileira e a busca por soluções de cunho regional com a utilização de fontes renováveis de energia, mediante o aproveitamento econômico dos insumos disponíveis e das tecnologias aplicáveis, a partir do aumento da participação da energia elétrica produzida com base nas fontes eólica, pequenas centrais hidrelétricas - PCH e biomassa no Sistema Elétrico Interligado Nacional - SIN.

O PROINFA, na sua primeira etapa, promoverá a implantação de 3.300 MW de capacidade em instalações de produção com início de funcionamento previsto para até 30 de dezembro de 2006, sendo assegurada a compra da energia a ser produzida durante 15 anos, a partir da data de entrada em operação definida em contrato.

No estado do Rio Grande do Sul ao longo de seus 630 km de litoral, existem 986 km² de areia e dunas sopradas por ventos intensos e constantes. A este cenário, soma-se um sistema elétrico que nos últimos anos tem recebido investimentos e reforços importantes na geração e transmissão, exigidos pelas altas taxas de crescimento da demanda energética resultante da industrialização e do desenvolvimento econômico estadual.

A energia eólica representa uma alternativa capaz de contribuir no fortalecimento do sistema elétrico estadual e até mesmo do sistema interligado brasileiro, dada a grande complementaridade sazonal entre os regimes naturais eólicos e hidráulicos no país.

No âmbito sócio-econômico, destacam-se as características positivas reconhecidamente associados à geração eólica-elétrica em escala: a sustentabilidade, pelo uso de recursos naturais, a atração de investimentos produtivos, tais como usinas de geração elétrica e fábricas de componentes de aerogeradores, geração de empregos, fixação de tecnologias, desenvolvimento econômico descentralizado,

além da importante preservação do patrimônio ambiental.

Com o predomínio da geração hidrelétrica no Brasil, superior a 90% (sendo que a participação expressiva das hidrelétricas é caracterizada por grandes usinas, especialmente aquelas com potência instalada superior a 250 MW), a estabilização sazonal da oferta de energia tem sido um desafio histórico ao planejamento da operação dos sistemas interligados, pois os regimes hidrológicos têm caráter estocástico com flutuações sazonais de amplitude significativa. A grande maioria das usinas hidrelétricas do Brasil depende do regime hidrológico do Sudeste, o qual é caracterizado por flutuações sazonais de amplitude significativa. O risco de déficit da capacidade de armazenamento nas estações secas críticas vem crescendo nos últimos anos, como conseqüência da postergação de investimentos em novas usinas de geração devido à reestruturação do setor elétrico e à privatização das concessionárias de energia.

Nas últimas décadas, o aproveitamento eólico-elétrico mundial demonstrou aptidão às escalas de gigawatts, necessárias a uma contribuição efetiva a sistemas elétricos. Este trabalho demonstra seus possíveis efeitos na estabilização sazonal da oferta de energia no sistema elétrico interligado, aproveitando-se os amplos recursos naturais disponíveis no País.

Devido à complementaridade sazonal existente na região Sul do País e o alto potencial para instalação de aerogeradores, este trabalho propõe a instalação de um sistema híbrido eólico hidrelétrico. O sistema é baseado na complementação da energia eólica através da geração de energia hidrelétrica, tornando a energia eólica mais confiável. O projeto em estudo tem como área de abrangência o litoral Norte do Estado do Rio Grande do Sul, onde existe um grande potencial eólico e grandes áreas para implantação do sistema.

Sistemas híbridos de energia são sistemas autônomos de geração elétrica que combinam fontes de energia renováveis e geradores convencionais, podendo também conter apenas geradores renováveis. O seu objetivo é produzir o máximo de energia possível das fontes renováveis (sol e vento), mantendo a qualidade da energia e a confiabilidade especificada para cada projeto.

Estes sistemas são adequados para atender as necessidades energéticas de locais isolados devido ao alto custo da eletrificação de lugares com baixa demanda e de difícil acesso. Geralmente, os sistemas isolados eletrificados utilizam geração termelétrica com grupos

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geradores diesel. Entre os anos 1910 e 1927, as primeiras usinas

reversíveis foram construídas na Itália, Alemanha e Suíça. Suas potências instaladas não passavam de alguns MW. Usinas com capacidades entre 20 e 40MW foram construídas na Alemanha, entre 1928 e 1938. Após 1949, vários projetos com turbinas reversíveis foram executados na França, Itália, Alemanha, Grã Bretanha e Suiça.

A usina reversível mais antiga de que se tem conhecimento, entrou em operação em Schaffhausen, na Suíça, em 1909, e ainda está em operação. Existem em torno de 300 usinas reversíveis no mundo, tanto em operação como em funcionamento. O maior investimento em usinas reversíveis está nos EUA, que usam mais usinas reversíveis que qualquer outro país no mundo.

O domínio técnico da usina reversível já é de conhecimento mundial. Este trabalho será desenvolvido para otimizar este sistema com a participação da energia eólica, através de simulações computacionais.

No Litoral Norte do Estado Do Rio Grande Do Sul, devido ao relevo e ao grande potencial eólico divulgado recentemente pelo Altas Eólico do Estado, foi detectada algumas variáveis imprescindíveis para o funcionamento de um sistema híbrido como este proposto. Entre as variáveis que influenciarão este estudo, estão a serra geral que, devido ao relevo, existe um grande potencial para possível implantação dos reservatórios superiores e inferiores e valores de queda bruta que podem chegar a até mil metros de queda bruta; o grande potencial eólico na região do Litoral Norte e a localização das linhas de transmissão para encaminhamento da energia, as quais encontram-se próxima a área em estudo.

A partir destas variáveis surgiu a idéia do estudo para um melhor aproveitamento da energia eólica através de um sistema integrado com os reservatórios de acumulação hidráulica.

Para implantação desta proposta é necessário que exista um conjunto de variáveis como a serra geral com disponibilidade para implantar reservatórios, um grande potencial de energia eólica, local para implantação do parque eólico, e ainda uma rede de distribuição de energia

próximo ao sistema. O local escolhido para a implantação desta proposta em estudo abrigada todas estas particularidades.

No capítulo 03 será apresentado todos os detalhes deste sistema, inclusive as áreas de implantação com mapas ilustrativos.

Este texto consiste em uma dissertação e é constituído por cinco capítulos. Este primeiro, a introdução, descreve o panorama no qual se insere este trabalho e caracteriza o sistema híbrido eólico hidrelétrico que se pretende propor juntamente com os principais objetivos, enquanto o segundo capítulo apresenta uma breve revisão bibliográfica centrada em sistemas híbridos semelhantes ao que é motivo deste trabalho. O terceiro capítulo descreve o sistema proposto. No quarto capítulo é apresentado as simulações numéricas e resultados obtidos com este estudo, juntamente com a metodologia utilizada. As conclusões e recomendações do sistema serão analisadas no quinto e último capítulo que antecede à bibliografia.

O objetivo deste estudo é avaliar a utilização de um sistema híbrido eólico hidrelétrico no Litoral Norte do Estado do Rio Grande do Sul, visando um melhor aproveitamento da energia eólica disponível. A configuração desse sistema híbrido considera o emprego de reservatórios de água para armazenamento de energia potencial gravitacional no alto e no pé da Serra Geral, associados a uma casa de máquinas com capacidade para bombeamento e turbinamento, e a implantação de um conjunto de geradores eólicos, interligados ao sistema energético nacional.

Os objetivos específicos deste estudo são: [1] Estudar a configuração do aproveitamento

híbrido eólico hidrelétrico proposto, avaliando as possíveis configurações da casa de máquinas e identificando de modo expedito áreas no Litoral Norte do RS apropriadas para implantação dos reservatórios e para implantação dos geradores eólicos;

[2] Estudar, através de simulações computacionais, o incremento no aproveitamento da energia eólica disponível que pode ser obtido com a acumulação de energia nos reservatórios identificados no objetivo anterior.

2. Sistemas híbridos eólicos hidrelétricos Este capítulo relata um breve resumo sobre a energia eólica e em seguida descreve projetos de pesquisa e implementações de sistemas híbridos

encontrados na literatura. A maior dificuldade foi sobre o tema em geral, onde não foram encontradas referências específicas sobre

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Sistemas Híbridos Eólicos Hidrelétricos. Alguns casos de sistemas estudados e em funcionamento no Brasil correspondem a sistemas híbridos combinando na maioria das vezes a energia solar e diesel com outras formas de energias alternativas. Em seguida, serão apresentados alguns dados encontrados na literatura sobre o assunto, julgados importantes para o trabalho, além de uma descrição resumida dos sistemas híbridos encontrados em funcionamento no Brasil e estudos relacionados a sistemas híbridos eólicos hidrelétricos em funcionamento no mundo.

A principal contribuição foi encontrada entre artigos de pesquisadores alemães e gregos, que relatam experiências sobre projeto e funcionamento de Sistemas Híbridos Eólicos Hidrelétricos.

A grande maioria dos trabalhos sobre sistemas híbridos trata de sistemas baseados nas combinações de energias eólica e solar e de eólica e diesel, e em menor número de solar e diesel. Um grande número de sistemas em estudo, e a maioria em funcionamento consideram a utilização de uma fonte renovável apoiada por uma fonte convencional, com o gerador a base de combustível fóssil sendo acionado quando a fonte renovável encontra-se indisponível.

A dinâmica de sistemas híbridos baseados em geradores eólicos e diesel é abordada pelos trabalhos de Tripathy et alii, 1996 e 1992, Tripathy, 1997, e de Bhatti et alii, 1997. Esses trabalhos discutem também a influência de acumuladores de energia de vários tipos (bancos de baterias, dispositivos capacitivos, dispositivos magnéticos supercondutores e volantes) ou do controle de carga sobre o desempenho do sistema.

A disponibilidade de energia eólica não é constante ao longo o ano. Na prática, verifica-se que o recurso eólico apresenta variações temporais em várias ordens de grandeza: variações anuais (em função de alterações climáticas), variações sazonais (em função das diferentes estações do ano), variações diárias (causadas pelo microclima local), variações horárias (brisa terrestre e marítima, por exemplo) e variações de curta duração (rajadas). A variação espacial da energia eólica também é muito grande.

A variação da disponibilidade de energia eólica varia para diferentes alturas. Para qualquer fluido em movimento, a velocidade do fluxo aumenta na medida em que este se afasta das superfícies que o delimitam. Portanto, a velocidade do vento aumenta com a altura em relação à superfície da terra de forma

dependente da rugosidade do terreno. Em terrenos planos (baixa rugosidade) esta variação é muito menos significativa do que em terrenos irregulares (alta rugosidade), sendo as áreas urbanas classificadas nesta segunda categoria. Por isso, as máquinas eólicas são geralmente instaladas em torres elevadas, onde as velocidades são significativamente maiores do que na superfície.

Aerogeradores, turbinas eólicas, geradores eólicos, máquinas eólicas e cata-ventos são os diversos nomes utilizados para as máquinas capazes de transformar a energia cinética dos ventos em energia mecânica ou em energia elétrica, para uso em diversas aplicações. O uso da energia mecânica é utilizado para acionamento direto de bombas d’água, moinhos, etc. Já a energia elétrica, a mesma gerada pode ser injetada diretamente na rede elétrica convencional (normalmente máquinas de grande porte) ou utilizada em sistemas isolados – eletrificação rural (geralmente máquinas de pequeno porte).

O princípio de funcionamento da energia eólica baseia-se na conversão da energia cinética, que é resultante do movimento de rotação causado pela incidência do vento nas pás da máquina eólica. As pás das máquinas modernas são dispositivos aerodinâmicos com perfis especialmente desenvolvidos, equivalentes às asas dos aviões, e que funcionam pelo princípio físico da sustentação.

O comportamento da maquina eólica varia de acordo com a velocidade do vento. Ventos com baixa velocidade não têm energia suficiente para acionar as máquinas eólicas, que só funcionam a partir de uma determinada velocidade mínima, que normalmente varia entre 2,5m/s e 4,0m/s. Com o aumento da velocidade do vento, a potência no eixo da máquina aumenta gradativamente até atingir a potência nominal da máquina, que ocorre a uma determinada velocidade nominal do vento, a qual varia geralmente entre 9,5m/s e 15,0m/s. Para velocidades do vento superiores à nominal, em muitas máquinas, a potência permanece constante até uma velocidade de corte superior, na qual a máquina deve sair automaticamente de operação para evitar que sofra danos estruturais. É importante saber que a energia disponível varia com o cubo da velocidade do vento, de forma que o dobro de velocidade representa um aumento de oito vezes em energia, segundo a fórmula universal que é encontrada no do atlas eólico do Estado do Rio Grande do Sul de 2002 e é apresentada a seguir:

P = ½ ρ Ar ν3 Cpη

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P = Potência em Watts ρ = densidade do ar; varia de 1 a 1,2 kg/m3 ; Ar = área varrida pelo rotor; ν = Velocidade do vento Cp= coeficiente aerodinâmico de potência do

rotor 9valor máximo teórico = 0,593, na prática atinge 0,45 e é variável com o vento, rotação e parâmetros de controle da turbina;

η = eficiência do conjunto gerador - transmissões mecânicas e elétricas (0,93 a 0,98)

Atualmente existem vários tipos de máquinas eólicas. As máquinas de grande porte disponíveis são em grande maioria máquinas tripás de eixo horizontal. Contudo, existem inúmeros outros tipos de máquinas eólicas, tais como as máquinas bipás, monopás, quadripás e multipás de eixo horizontal, além das máquinas Darrieus e Savonius de eixo vertical, bem como diversos outros dispositivos. Estas inúmeras variantes são normalmente utilizadas apenas para máquinas de pequeno porte.

A turbina eólica para geração de energia elétrica é composta pelos seguintes subconjuntos, o rotor, nacele, e torre. O rotor é o componente que efetua a transformação da energia cinética dos ventos em energia mecânica de rotação. No rotor são fixadas as pás da turbina. Todo o conjunto é conectado a um eixo que transmite a rotação das pás para o gerador, muitas vezes através de uma caixa multiplicadora. A nacele é o compartimento instalado no alto da torre e que abriga todo o mecanismo do gerador, o qual pode incluir: caixa multiplicadora, freios, embreagem, mancais, controle eletrônico, sistema hidráulico, etc. A torre é o elemento que sustenta o rotor e a nacele na altura adequada ao funcionamento da turbina eólica. É um item estrutural de grande porte e de elevada contribuição no custo inicial do sistema. Em geral, as torres são fabricadas de metal (treliçada ou tubular) ou de concreto. As torres das turbinas eólicas de pequeno porte são estaiadas (sustentadas por cabos tensores) enquanto as das turbinas de médio e grande porte são auto-portantes.

As potências disponíveis comercialmente para geração de energia elétrica são classificada de acordo com a potência gerada, ou seja, pequeno, médio e grande porte. A potência de pequeno porte possuem potências nominais na faixa de centenas de W a unidades de kW e diâmetros de rotor de 2m a 8m, sendo destinadas tipicamente à utilização em sistemas isolados, as de médio porte são potências nominais na faixa de unidades a dezenas de kW e diâmetros de rotor de 10m a 15m. O sistema de grande porte é caracterizado por potências nominais variando

de centenas de kW a unidades de MW e diâmetros de rotor de 30m a 100m, sendo destinadas à utilização em fazendas eólicas. As maiores máquinas disponíveis comercialmente têm potência nominal de 4,5MW e diâmetro do rotor de 112m.

As máquinas que aproveitam diretamente a energia eólica para bombeamento d’agua, são dispositivos puramente mecânicos, nos quais o rotor, geralmente do tipo multipás, é acoplado a um eixo de manivelas (girabrequim) horizontal que transforma o movimento rotativo em um movimento linear, o qual por meio de uma longa haste metálica vertical aciona uma bomba d’água submersa do tipo piston. No caso de bombeamento de água de poços, o equipamento é montado diretamente acima do poço. Este tipo de dispositivo é muito comum no interior do Brasil, sendo também bastante utilizado nas salinas localizadas em alguns pontos do litoral (RJ e RN). Estas máquinas são denominadas popularmente, no Brasil, de cata-ventos.

Para estimar com confiabilidade a energia produzida por uma máquina eólica é necessário conhecer, além das características da máquina que será utilizada (curva potência x velocidade do vento), a distribuição estatística da velocidade do vento no local onde ela será instalada. Tais dados de vento normalmente só são obtidos por meio de levantamentos específicos do potencial eólico efetuados no próprio local de interesse.

A velocidade média mínima do vento que permite a utilização de maquinas eólicas depende da sua aplicação. Geralmente, para aplicações em larga escala, com máquinas de grande porte, se requer uma velocidade média de, no mínimo, 6,5m/s a 7,5m/s, para que os sistemas sejam economicamente viáveis. Já para a utilização em sistemas isolados pequenos, incluindo os sistemas mecânicos para bombeamento d’água, assume-se que uma média de 3,5m/s a 4,5m/s é o mínimo admissível. Estes valores consideram tanto a viabilidade técnica quanto econômica.

Mundialmente existem dezenas de fabricantes de turbinas eólicas. A título de informação podemos citar: Enercon (Alemanha), Neg Micon (Alemanha), Vestas (Dinamarca), Nordex (Alemanha), Jacobs (Alemanha), Bergey Windpower (Estados Unidos), Zond (Estados Unidos), Wobben Windpower (Brasil), etc.

As principais aplicações dos sistemas eólicos para geração de energia elétrica são divididos em duas vertentes: os sistemas de grande porte interligados à rede elétrica, normalmente denominados "fazendas eólicas" e os sistemas isolados. As fazendas eólicas constituem

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sistemas de grande porte, com potência instalada na faixa de unidades a dezenas de MW. As fazendas eólicas podem ser dotadas de várias dezenas de máquinas eólicas e injetam toda a energia gerada na rede elétrica convencional, funcionando como uma usina geradora; são também denominadas usinas eólicas. Os sistemas isolados são sistemas autônomos de pequeno porte, com potência instalada na faixa de centenas de W a unidades de kW, normalmente destinados à eletrificação rural. Tais sistemas podem destinar-se a alimentar uma residência rural, uma fazenda, uma aldeia ou outro tipo de instalação.

O investimento em turbinas eólicas é viável nos locais onde os ventos são favoráveis uma vez que a viabilidade de tais empreendimentos está condicionada à velocidade dos ventos no local.

No caso dos sistemas isolados de pequeno porte a viabilidade é obtida naturalmente para velocidades de vento baixas, pois deve-se comparar os custos dos sistemas eólicos com os elevados custos de extensão da rede elétrica convencional.

No caso das fazendas eólicas, a viabilidade ainda só é alcançada para velocidades de vento elevadas, pois têm que competir com os custos de energia obtidos com as formas de geração convencional (hidroelétrica, térmica, etc). Nos locais favoráveis, os investimentos em energia eólica são bastante rentáveis e têm sido explorados em todo o mundo pela iniciativa privada. Em alguns países (Dinamarca e Alemanha) a energia eólica já é complementar à geração convencional e tem participação expressiva na matriz energética nacional.

Os equipamentos que compõem um sistema eólico autônomo para geração de energia elétrica é a turbina eólica, banco de baterias, controlador de carga e inversor. A turbina eólica, já descrita, que a partir da energia cinética dos ventos, funciona como gerador de energia elétrica; um banco de baterias que é composto por uma ou mais baterias, normalmente baterias Chumbo-ácido 12V seladas, funciona como elemento armazenador de energia elétrica para uso durante os períodos de calmaria, quando não há disponibilidade de vento; pelo controlador de carga que é um dispositivo eletrônico que protege as baterias conta sobrecarga ou descarga excessiva; e um inversor que é um dispositivo eletrônico que converte a energia elétrica em corrente contínua (CC) para corrente alternada (CA), de forma a permitir a utilização de eletrodomésticos convencionais. Alguns sistemas pequenos não empregam inversor e utilizam cargas (luminárias, TV, etc.) alimentadas

diretamente por corrente contínua (CC). Aqui foi considerado que a turbina eólica já

produz energia em um nível de tensão CC compatível com o do banco de baterias; caso contrário, são ainda necessários outros dispositivos para efetuar a conversão.

As turbinas eólicas de grande porte são conectadas à rede elétrica convencional por meio de conversores e transformador. O conversor é um equipamento eletrônico (composto por retificador, inversor, etc.) que converte a energia gerada pela turbina, em geral AC de tensão e freqüência variáveis, para níveis adequados à injeção na rede. O transformador é um equipamento elétrico que aumenta o nível de tensão gerado pelo conversor para a tensão da rede, da ordem de dezenas ou centenas de kV (linha de transmissão).

Os sistemas conectados à rede geralmente não são dotados de armazenamento de energia (baterias), de forma que produzem energia somente quando existe disponibilidade de vento.

Os sistemas eólicos para bombeamento de água são compostos pelos seguintes equipamentos: turbina eólica, já descrita anteriormente, controlador de bomba, conjunto motor/bomba e um sistema hidráulico. O controlador de bomba é um dispositivo eletrônico que condiciona a energia gerada pela turbina de forma a ser utilizada de forma eficiente pelo conjunto motor elétrico/bomba d’água. O conjunto motor/bomba pode ser de diversos tipos e utilizar motores elétricos CC ou CA (depende do fabricante). O sistema hidráulico é constituído de reservatório, registros, etc.

A descrição acima se refere ao sistema de bombeamento elétrico; os sistemas puramente mecânicos já foram descritos anteriormente.

Quanto aos impactos ambientais, os equipamentos de pequeno porte têm impacto ambiental pequeno. Já os impactos ambientais das fazendas eólicas podem ser classificados em quatro tipos, os efeitos estéticos, os ruídos, as sombras e reflexos e as aves. Os efeitos estéticos são devido às turbinas de grande porte que são objetos de muita visibilidade (um rotor girante de dezenas de metros de diâmetro é visível a muitos quilômetros de distância) e interferem significativamente nas paisagens naturais; por isso podem existir restrições à sua instalação em algumas áreas (por exemplo, em áreas turísticas ou áreas de grande beleza natural). O ruído que a turbina de grande porte gera é um ruído audível significativo, de forma que existe regulamentação relativa à sua instalação na vizinhança de áreas residenciais, muito embora

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nas turbinas mais modernas o nível de ruído tem sido reduzido; o ruído é proveniente de duas fontes: o próprio fluxo de ar nas pás e os mecanismos (gerador, caixa de redução, etc). As pás das turbinas produzem sombras e/ou reflexos móveis que também são indesejáveis nas áreas residenciais; este problema é mais evidente em pontos de latitudes elevadas, onde o sol tem posição mais baixa no céu. Em fazendas eólicas pode ocorrer mortalidade de aves por impacto com as pás das turbinas (acredita-se que as aves não conseguem enxergar as pás em movimento), por isso não é recomendável a sua instalação em áreas de migração de aves, áreas de reprodução, áreas de proteção ambiental, etc.

Atualmente os sistemas mais comuns de fornecimento de energia utilizando energia eólica são:

[1] Sistemas eólicos de grande porte interligados a rede pública de distribuição, bastante viáveis por dispensarem sistemas de armazenamento, representando a maior evolução em sistemas eólicos. Já apresenta custos comparáveis aos das hidrelétricas.

[2] Sistemas híbridos diesel-eólico de médio porte, onde os geradores eólicos podem representar fator de economia de combustível com custos atraentes para locais onde a rede de distribuição interligada é indisponível e exista dependência de geradores a diesel para fornecimento de energia elétrica. Como o motor diesel garante a regularidade e estabilidade no fornecimento de energia, dispensando sistemas de armazenamento e o transporte do diesel representa um custo adicional, a implementação de aerogeradores neste sistema e atrativo.

[3] Sistemas eólicos autônomos, conjugados com sistemas de armazenamento, devido às complicações dos sistemas de armazenamento, que devem compensar não só as variações instantâneas e diárias, mas também compensar a variação da disponibilidade nos períodos do ano, torna-se um sistema complexo de avaliação.

No Brasil existem mais de quatrocentos sistemas isolados que utilizam óleo diesel como fonte geradora de energia. Sistemas híbridos de energia podem representar uma solução mais econômica para muitas aplicações e também proporcionar uma fonte mais segura de eletricidade devido à combinação de diversas fontes de energia. Além disso, o uso de energia renovável reduz de poluição ambiental associados ao uso do diesel.

O único sistema híbrido eólico-diesel de grande porte instalado no Brasil é o sistema da Ilha de Fernando de Noronha. A geração de energia elétrica a partir de óleo diesel na Ilha tem

uma capacidade instalada de aproximadamente 2MW, com 02 grupos geradores de 350kVA e 3 de 450kVA. (Total de 2050 kVA, ou seja, 2,05MVA. A diferença entre kVA e kW, ou entre MVA e MW, está no fator de potência, que tem a ver com a defasagem entre tensão e corrente nos cabos de transmissão e distribuição de energia elétrica. Se o fator de potência for de 0,92, o valor atual da CEEE aqui no RS, então a potência em MW será de 0,92 vezes 2,05, ou seja, 1,886MW). Existem ainda vários grupos geradores de pequeno porte. Duas turbinas eólicas, 75kW e 225kW de potência nominal, estão conectadas diretamente à rede elétrica formando um sistema integrado.

Entre os anos 1910 e 1927, as primeiras usinas reversíveis foram construídas na Itália, Alemanha e Suíça. Suas potências instaladas não passavam de alguns MW. Usinas com capacidades entre 20 e 40MW foram construídas na Alemanha, entre 1928 e 1938. Após 1949, vários projetos com turbinas reversíveis foram executados na França, Itália, Alemanha, Grã Bretanha e Suíça.

O trabalho de Cheng Xuemin (1993), apresenta a descrição de 05 usinas reversíveis, as quais serão apresentadas a seguir. O autor relata que após reforma econômica que a china sofreu em 1978, o crescimento no consumo doméstico de energia foi de 15% ao ano. Nos anos de 1986 a 1990, dobrou o consumo residencial e o aumento da iluminação pública ficou na faixa de 25%. Devido a este grande crescimento em pouco tempo o fornecimento de energia em horários de pico ficou comprometido A solução adotada, devido as condicionantes locais, foi construção de usinas reversíveis, onde em horários com pouca demanda seria usado bombas para o bombeamento de água para os reservatórios superiores para posterior turbinamento em horários de pico. O bombeamento começou na década de 80 em regiões costeiras. Na época estavam em construção 5 usinas reversíveis, sendo 4 delas em regiões costeiras. A capacidade total de instalação dos 5 projetos é de 4.332,5 MW, que representada no ano de 1991, 3% da capacidade elétrica da china. As principais características dos 5 projetos serão descritos a seguir:

A Usina de Panjiakou foi construída entre os anos de 1975 e 1981. possui uma média anual de geração de 589 GWh, sendo 238 GWh do tipo convencional e o restante proveniente do sistema reversível. A capacidade do reservatório superior é de 2.93 x 109 m3, a barragem é de concreto gravitacional com altura de 107,5 metros. Em 1981 o sistema gerava 150MW com

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turbinas convencionais e tinha 3 turbinas reversíveis de 90MW cada. O reservatório inferior é localizado em um riacho que possui barragem do tipo concreto gravitacional com altura de 28,5 metros. A água liberada do reservatório superior deve respeitar os requisitos a jusante, pois é operada como usina convencional entre abril e junho e reversível entre julho e março.

A usina de Guangzhou está localizada na China e possui dois reservatórios. A topografia é favorável, pois através de uma pequena barragem consegue-se um grande volume d’agua. A diferença de cota do reservatório superior para o inferior é de 530 metros em menos de 4 Km de extensão. O reservatório superior é construído em um pequeno riacho, onde a vazão ecológica controlada é de 0,209 m3/s. A altura da barragem superior é de 68 metros com volume total de 10x106 m3. o reservatório inferior possui 13 km2 de área de inundação, uma vazão ecológica de 0,544m3/s e barragem com 43,3 metros de altura. A estrutura contava com 2 chaminés de equilíbrio, condutos forçados de 3500metros de extensão com diâmetro médio de 8 metros. As turbinas usadas são do tipo Francis com diâmetro de 3,895 metros. Em 1989 a capacidade instalada do sistema era de 7000MW, sendo que neste mesmo ano a energia vendida pelo sistema foi de 31,5 TWh. Grandes consumidores construíram seus reservatórios por causa da deficiência do sistema energético local. Esta usina foi construída para operar juntamente com uma usina nuclear com capacidade total de 1800 MW.

A usina de Yangzhuyong Lake encontra-se em uma altitude de 4.440 metros em relação ao nível do mar. O ser reservtório superior trata-se de um lago com área de 620 km2 e um volume de 15 x 109 m3. A diferença de nível para o reservatório inferior é de 840 metros. O reservatório inferior é um riacho que enconra-se a 9,5 km de distância. A idéia pincipal do projeto é utilizar a energia de base para bombear água para o lago e bombear nos horários de pico. O bombeamento é efetuado em estações chuvosas e turbinada para o rio em estações de seca. A estrutura conta com 04 turbinas reversíveis de 22,5 MW cada, mais três turbinas convencionais do tipo Pelton de eixo vertical. A construção desta usina começou em 1989 e sua conclusão em 1995 com um custo total de $ 111 milhões de dólares.

A usina de Ming Tombs começou a ser construída em março de 1989. Conta com uma casa de força subterrânea com 04 turbinas reversíves tipo Francis de 200 MW cada. O

reservatório superior é composta de uma barragem de 70 metros de altura do tipo enrocamento que na época (1993) estava em reparos por apresentar alguns problemas de vazamentos. O sistema dispões de 02 túneis para 04 turbinas. Cada túnel tem diâmetro de 5,2 metros e comprimento aproximado de 2.000 metros.

A usina reversível de Tianhuangping está localizada no rio Yangtze, a 175 km de Changai, onde existe a maior demanda a ser suprida de energia e que registra um crescimento de 10% ao ano da demanda energética (dados de 1993). A população atendida nesta região é de aproximadamente 170 milhões de pessoas. A maioria dos potenciais hidrelétricos na região já estava praticamente ocupado. A energia hidrelétrica corresponda a 10% da energia total produzida. A grande fonte de energia era gerada por usinas termoelétricas. Por estes motivos foi justificável a idéia da implantação de uma usina reversível para o atendimento nos horários de pico. Em seu reservatório superior possui uma barragem de 72 metros de altura do tipo enrocamento. O reservatório inferior possui a barragem do mesmo tipo com 92 metros de altura. Possui 03 condutos forçados com 3,2 metros de diâmetro e 1.400 metros de comprimento, uma casa de força com 06 unidades reversíveis de 300MW cada.

Em 1993 quando Cheng Xuemin descreveu estes sistemas estavam em andamento mais 06 projetos com capacidade total de 07 GW.

No trabalho de V. Spudulis e A.Vasilyev (1993), é apresentada as principais características da usina reversível de Kruonis na Lithuania. A usina está localizada a 25 km da Lithuania e a capacidade de geração de 1.600 MW. o reservatório superior possui um volume de 40,9 x 106 m3, 08 condutos forçados de 7,5 metros de diâmetro e 845 metros de comprimento cada. O horário do bombeamento varia de 06 a 07 horas diaias durante a madrugada com carga máxima de 223 MW/unidade e mais dois ciclos de 3 a 4 horas diáias durante manhã e a tarde com capacidade variando entre 180MW e 200 MW. Durante o restante do tempo encontra-se em stand-by. Esta usina é fundamental para o noroeste da ex União Soviética e para a Lithuanis (hoje estado independente). Em 1993 a Lithuania possuía 2.500MW de geração de energia nuclear e 1.800MW de energia gerada por termoelétrica. Kruonis regula o sistema cobrindo o pico e armazenando o excedente. O sistema não opera isoladamente. A energia nuclear mais a energia proveniente da usina reversível é muito importante para cobrir a base e o pico dos países

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bálticos. O restante da energia ainda é exportado para países vizinhos.

Na edição de julho de 1997 a revista Water Power & DAM construction publicou uma relação de usinas reversíveis que estavam em fase de projeto. Somente os USA tinha 07 projetos de usinas com uma capacidade total de 10.645 MW, seguido da china com 3.980 MW.

A variação da demanda durante as 24 horas do dia pode ser atendida com um sistema que possua um bom rendimento econômico, como por exemplo, usinas com turbinas a gás ou turbinas hidráulicas estas quando o reservatório tem volume útil suficiente grande para acumular água durante períodos de pequena carga e posteriormente turbiná-la durante as cargas altas. Essa compensação pode ser diária ou semanal aproveitando-se da carga reduzida, durante os fins de semana, para a acumulação da água.

As usinas hidrelétricas a fio d’água, as usinas térmicas a vapor seriam aproveitadas da melhor maneira e com maior rendimento se pudessem trabalhar, dia e noite, com potência constante, em vez de reduzir a potência durante as horas de pequena carga e deixar passar a água pelo vertedouro das usinas hidrelétricas a fio d’água ou apagar as caldeiras das usinas térmicas a vapor, deixar esfriá-las e acendê-las outra vez de manhã, o que significa um desperdício de combustível e conseqüentemente de dinheiro. Porém, para isso, deve existir a possibilidade de acumular energia não absorvida pelo consumo durante as horas de pequena carga.

Um método de acumulação de energia consiste na acumulação hidráulica, onde a energia elétrica que sobra durante períodos de pequena carga na rede elétrica é aproveitada para bombear água para um reservatório superior, de onde volta, durante os períodos de grande carga, para um reservatório inferior acionando as turbinas.

Os reservatórios podem ser construídos independentes de um rio, de modo que um certo volume d’água oscila entre os dois reservatórios e é necessário apenas uma pequeno afluxo para restituir as perdas por evaporação e infiltração; ou podem ser formados pelas barragens construídas sobre um rio para uma usina hidrelétrica de ponta. Neste caso, durante a noite as turbinas param e a água é rebombeada para o reservatório superior, aumentando-se, assim, a descarga da turbina durante as horas de pico.

Na Suíça onde o consumo de energia elétrica é fornecido quase exclusivamente por usinas hidrelétricas, durante o inverno, as precipitações caem em forma de neve que não derretem por

causa das baixas temperaturas e a vazão dos rios cai ao mínimo, enquanto o consumo de energia alcança o máximo. O contrário acontece no verão. Nas usinas hidrelétricas com reservatórios para regularização anual ou plurienal, com casas de força situadas na margem de um rio cuja vazão não ou só parcialmente é captada pelo reservatório, são instaladas bombas que, durante o período de cheia, bombeiam água do ro para o reservatório, aumentando a acumulação natural.

A maior parte das usinas no Brasil têm reservatórios de volume suficiente para a compensação diária ou semanal. Os rios são aproveitados por usinas em cascata, de modo que o remanso de uma barragem alcança a saída das turbinas da usina de montante. Um rebombeamento d’água seria possível pressupondo-se que as oscilações do nível d’água na barragem de jusante fosse pequenas que garantissem sempre o afluxo d’água às bombas da usina de montante. As usinas hidrelétricas, desse modo podiam suprir os horários de pico, mesmo quando a construção de usinas nucleares, ou similares, vierem a aumentar o fornecimento de energia de base, nos casos em que a potência instalada nas usinas hidrelétricas o permitir, ou se a instalação adicional de turbinas reversíveis for possível.

As condições geográficas do Brasil têm particularidades especiais: os grande potenciais hidrelétricos encontram-se no interior do país, longe dos centros de grande consumo e já explorados. A transmissão de energia de ponta em tais distâncias exigem investimentos enormes e provoca grandes perdas. Em cada caso deve ser estudado se a redução da potência instalada, nessas usinas para o fornecimento de energia de base e conseqüentemente da capacidade das linhas de transmissão, justifica a construção de usinas reversíveis perto dos centros de consumo.

Vários projetos de sistemas híbridos eólico/solar/diesel de pequeno porte foram desenvolvidos no Brasil para comunidades isoladas e outras aplicações. O site www.eolica.com.br descreve vários trabalhos, entre eles estão: o sistema para testes do CBEE, em Recife (PE), o sistema híbrido para telecomunicações da Embratel, em Fernando de Noronha, o sistema híbrido para Joanes, o sistema híbrido para Tamarutena, o sistema híbrido para Praia Grande, no Estado do Pará.

O Sistema Híbrido Para Testes Do CBEE, em Recife, Pernambuco, foi instalado em agosto de 1995 para pesquisa e demonstrações, contendo uma turbina eólica de 1,5kW de potência nominal, com diâmetro do rotor de 3m (3 pás) e uma torre de 18m de altura. Os módulos

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fotovoltaicos somam 360WP (Watt Pico). Um controlador central é responsável pelo funcionamento automático do sistema. A instrumentação do sistema permite a monitoração e a coleta de dados.

O Sistema Híbrido Para Telecomunicações Da Embratel, na ilha de Fernando de Noronha, Pernambuco, foi instalado em maio de 1997 pelo CBEE, para geração de energia para a estação terrena da Embratel na ilha de Fernando de Noronha. O sistema é composto de uma turbina eólica com potência nominal de 6kW em CC, diâmetro do rotor de 7m (3 pás) e torre de 24m de altura, módulos fotovoltáicos com 4,2WP (Watt Pico) e banco de baterias com 806,4kWh de capacidade. Consiste no maior sistema híbrido eólico/solar/baterias para telecomunicações da América.

O Sistema Híbrido Para Joanes, na ilha de Marajó, Pará, foi instalado em julho de 1997 pelo Centro de Estudos e Pesquisas da Eletrobrás, CEPEL e NREL dos Estados Unidos, para eletrificação rural de uma vila com 150 consumidores. O apoio técnico foi fornecido pela Companhia Energética do Pará, CELPA. O sistema contém quatro turbinas eólicas de 6kW, um sistema fotovoltáico de 10,2kWP (KWatt Pico), um banco de baterias, e um conversor. Este sistema foi conectado à rede elétrica do sistema diesel de Salvaterra que tem capacidade instalada de 1,2MVA.

O Sistema Híbrido Para Tamaruteua, em Marapanim, Pará, foi instalado em julho de 1999 pelo Grupo de Estudos e Desenvolvimento de Alternativas Energéticas - GEDAE e pelo Centro Brasileiro de Energia Eólica para eletrificação rural de uma vila com 40 famílias. O sistema contém um grupo gerador diesel de 30kVA, duas turbinas eólicas de 10kW e um sistema fotovoltaico de 1,9WP (Watt Pico).

O Sistema Híbrido Para Praia Grande, na ilha de Marajó, Pará, foi instalado em julho de 1999 pelo Grupo de Estudos e Desenvolvimento de Alternativas Energéticas, GEDAE, para geração de energia para a estação terrena da Embratel na ilha. O sistema contém dois geradores diesel de 7,5kW cada e duas turbinas eólicas de 10kW e 15kW. Esta última foi projetada e construída pelo GEDAE.

Os trabalhos mais importantes relacionados a sistemas híbridos eólicos hidrelétricos foram de Christinakis et alii, 1999, e de Theodoropoulos et alii, 2000, que avaliam o emprego de sistemas híbridos eólico hidrelétricos em ilhas gregas através de resultados obtidos em simulações computacionais. Os autores simularam o funcionamento de sistemas híbridos, calculando

o índice de falhas no atendimento a partir de dados de disponibilidade energética, dados de demanda e de uma estratégia de operação sugerida para o sistema que será apresentada a seguir. Toda a programação para as simulações foi feita em Matlab. A simulação utiliza uma série de tempo. Os dados para esta entrada nesta simulação são das turbinas eólicas (características de curvas de velocidade foram tiradas de modelos variáveis de velocidades diferentes), dados das bombas, turbinas e todo o sistema de apoio local com o gerador a diesel.

A maioria das ilhas gregas no mar Egeu possui um excelente potencial de vento, em muitas regiões com velocidades de vento médias anuais a 10 m de altitude excedendo 9 m/s. Na maior parte das ilhas o consumo de eletricidade durante o verão (entre junho e agosto) representa mais do que 40% do total de consumo anual.

O sistema em análise é constituído por: turbinas eólicas; uma pequena usina hidrelétrica com turbinas reversíveis; uma estação de bombeamento de água, que em combinação com as turbinas reversíveis (operando como bombas) deve ter uma capacidade de absorção do excesso de vento no sistema de energia; dois (ou mais) reservatórios de água, trabalhando em circuito fechado junto com as tubulações correspondentes (o tamanho do reservatório de água é caracterizado pelos dias de autonomia do local); e um sistema auxiliar utilizado para geração de energia. O sistema auxiliar para geração de energia, baseado em motor de combustão interno pode ser utilizado para complementar a demanda elétrica das comunidades das ilhas.

O objetivo do sistema proposto nas simulações é cobrir, de forma autônoma, a demanda de eletricidade requerida pela comunidade local. O projeto do sistema deve responder às seguintes estratégias de operação: [1] a energia produzida pelo vento é maior do que a demanda de energia do sistema, apesar de que o excesso de energia seja estocado hidraulicamente no reservatório mais alto; [2] a energia produzida pelo vento é maior do que a demanda de energia do sistema, já com o reservatório mais alto plenamente preenchido; havendo, portanto consumo dessa energia no processo de dessalinização de água do mar; [3] a demanda da energia elétrica é maior do que a energia gerada pelas turbinas eólicas; havendo turbinamento da energia acumulada no reservatório superior; [4] a demanda de energia elétrica é maior do que a energia eólica gerada pelas turbinas eólicas, com o reservatório superior praticamente esgotado; devendo haver

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acionamento do sistema auxiliar de geração de energia.

Após um processo de simulação de dados, com base em medições e informações reais, o aproveitamento dos ventos é de 98% para as áreas com altas velocidades de vento.

O fornecimento de eletricidade para a maioria das ilhas do mar Egeu é realizada através de usinas geradoras a base de óleo diesel.

A simulação proposta é aplicada para selecionar as ilhas do mar Egeu com grande potencial para instalação dos sistemas híbridos. Os casos escolhidos incluem duas ilhas de médio porte, Ikaria com uma população de 6.000 habitantes, Karpathos com população de 7.000 habitantes e uma pequena ilha, Kithnos com aproximadamente 1.700 habitantes.

Ikaria é uma ilha de tamanho médio, mas que no verão a população aumenta de 6.000 para 30.000 habitantes devido ao turismo.

A simulação na ilha de Ikaria é composta por um sistema de uma usina hidrelétrica reversível de 6MW, um sistema de turbinas eólica variando o número entre 13 e 27 turbinas de 300KW cada, um sistema auxiliar de energia de 6,9MW (este sistema entra em operação quando o sistema convencional de fornecimento de energia não é suficiente para atender a demanda). A capacidade dos reservatórios variam de entre 150 x 10³m³ a 450 x 10³m³, com uma autonomia entre 1 e 3 dias. Nos gráficos a seguir a variável (d) significa o número de dias que o sistema de reservatórios possui de autonomia para suprir a demanda na ilha.

Os resultados das simulações permitem avaliar o aproveitamento da disponibilidade da energia eólica. Baseado no FIGURA 1, para simulações com 27 turbinas e 03 dias de autonomia do sistema de reservatórios, chega-se a um resultado de 98%.

ILHA DE IKARIA

75

80

85

90

95

100

12 14 16 18 20 22 24 26 28

N° de Turbinas eólicas

Ap

rov

eit

am

en

to d

a e

ne

rgia

e

óli

ca d=1,0

d=1,5

d=2,0

d=2,5

d=3,0

FIGURA 1. Aproveitamento da energia eólica x n° de turbinas eólicas instaladas associadas à autonomia dos reservatórios em dias (d).

Para todas as combinações existe um bom aproveitamento da energia eólica superando 80% da energia eólica disponível, independente das dimensões do reservatório.

A partir das simulações efetuadas com o funcionamento da 20° turbina, conforme gráfico 3.1, é possível analisar a influencia do reservatório no resultado, ou seja, o tamanho e autonomia dos reservatórios influenciam diretamente sobre um melhor aproveitamento do sistema eólico.

As simulações na ilha de Karpathos, leva em consideração um sistema de energia hidráulica de 6MW, um APS de 9MW e grupos geradores eólicos variando entre 13 e 27 turbinas de

300KW. As dimensões do reservatório de água variam entre 250 x 10³m³ e 750x10³m³ para autonomia entre um e três dias de uso.

Os resultados obtidos, conforme figura abaixo, demonstram que o aproveitamento da energia eólica passa de 95% trabalhando com 27 turbinas eólicas e considerando a autonomia de reservatório de 03 dias.

Em relação ao número de turbinas eólicas, podemos observar que a partir da simulação efetuada com a 20°(vigésima) máquina o tamanho do reservatório influencia diretamente no resultado do aproveitamento da energia eólica.

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ILHA DE KARPATHOS

60

65

70

75

80

85

90

95

100

12 14 16 18 20 22 24 26 28

N° de Turbinas eólicas

Ap

rov

eit

am

en

to d

a e

ne

rgia

e

óli

ca

d=1,0

d=1,5

d=2,0

d=2,5

d=3,0

FIGURA 2. Aproveitamento da energia eólica x n° de turbinas eólicas instaladas associadas a autonomia dos reservatórios em dias (d).

A ilha de Kithnos é muito menor que Ikaria e Karphatos, com médias de velocidade de vento menores, enquanto a capacidade de energia local é suprida por um gerador de 2.3MW.

A proposta para as simulações é composta de uma usina hidrelétrica de 3MW, o sistema eólico variando entre 5 e 20 aerogeradores de 30 0KW cada. O sistema de reservatório é dimensionado

entre 50 x 10³ m³ e 150 x 10³m³, com autonomia variando de 01 a 03 dias.

O aproveitamento da energia eólica em Kithnos foi menor que nas outras ilhas analisadas, pois o máximo do aproveitamento chega a 91% para 20 aerogeradores e três dias de autonomia, conforme demonstra o gráfico abaixo.

ILHA DE KITHNOS

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

4 6 8 10 12 14 16 18 20

N° de Turbinas eólicas

Ap

rov

eit

am

en

to d

a e

ne

rgia

e

óli

ca

d=1,0

d=1,5

d=2,0

d=2,5

d=3,0

FIGURA 3. Aproveitamento da energia eólica x n° de turbinas eólicas instaladas associadas a autonomia dos reservatórios em dias (d).

Nesta ilha, como nas outras descritas, pode-se concluir que o aproveitamento da energia eólica é afetado diretamente pelo número de aerogeradores utilizados. Com 05 máquinas obtemos um aproveitamento de 55% e para 20 máquinas este aproveitamento chega a 90% Essa variação nesta ilha é maior que nas outras nas outras analisadas, pois a média das velocidades do vento são menores e como a variação da

energia gerada varia ao cubo da velocidade do vento, o sistema precisaria de mais turbinas para conseguir uma maior geração de energia, conseqüentemente, um maior aproveitamento da energia eólica.

A conclusão destas simulações é que a construção do sistema híbrido em Ikaria é um investimento que pode garantir uma autonomia do sistema isolado, utilizando o vento como

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fonte principal de energia, ou seja, os sistemas atuais passariam a ser secundários, diminuindo os impactos ambientais, como por exemplo, a diminuição da queima de óleo diesel ou armazenamento de energia em baterias. Além disso, se calcularmos os lucros não financeiros,

como por exemplo, a proteção do meio ambiente e a criação de um pólo de atração turística para cientistas, a implantação do sistema híbrido de Ikaria pode, em breve, se tornar realidade.

3. O sistema híbrido eólico hidrelétrico em estudo Este capítulo apresenta o estudo da configuração para um sistema híbrido eólico hidrelétrico com acumulação hidráulica, idealizado para operar integrado ao sistema energético, atendendo ao litoral norte do Estado do Rio Grande do Sul. O próximo capítulo apresenta as simulações numéricas efetuadas para estudar o efeito dos reservatórios no aproveitamento da energia eólica disponível

As demandas energéticas do Litoral Norte apresentam uma forte sazonalidade, pelo aumento da população no período que vai de dezembro até março. As populações das cidades da região em estudo são multiplicadas várias vezes durante os meses de veraneio. A região encontra-se entre o mar e a serra geral, onde podem ser verificadas altitudes compreendidas entre 350 e 900 metros.

A sugestão para o aproveitamento da energia eólica consiste em um sistema híbrido conforme o ilustrado abaixo. Um conjunto de turbinas eólicas instaladas na região e inseridas no sistema energético, um conjunto de reservatórios (superior e inferior) caracterizando uma usina reversível.

As usinas reversíveis consistem em usinas hidrelétricas munidas de máquinas que podem operar tanto para a geração de energia elétrica, turbinando a água contida no reservatório superior, quanto para consumir energia elétrica, bombeando novamente a água (turbinada) do reservatório inferior para o superior. Essas usinas mostram-se bem adequadas para operarem em sistemas com tarifas diferenciadas em função do horário no dia, bombeando durante a madrugada e turbinando nos horários de pico. Aa tarifas sugeridas pela Eletrobrás são de $40,00 MWh (quarenta dólares) para horário de base e $240 MWh (duzentos e quarenta dólares) para horário de pico.

FIGURA 4. O sistema híbrido eólico hidrelétrico em estudo.

As usinas reversíveis funcionariam como bombas durante a baixa estação, consumindo

energia eólica não absorvida pelo sistema energético. Durante o veraneio, funcionariam

Turbinas

eólicas

Reservatórios

UHE(s)

Reversíveis

Sistema

energético

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como turbinas consumindo a energia potencial armazenada no reservatório superior, complementando a demanda atendida pelas turbinas eólicas.

Um sistema desse tipo permite um melhor aproveitamento da disponibilidade de energia eólica. Usualmente, a energia média produzida por turbinas eólicas conectadas a sistemas energéticos de médio e grande porte é equivalente a uma potência igual a 40% da potência instalada. O sistema proposto pode levar a um aproveitamento próximo de 100%, em função dos volumes de armazenamento.

Esse sistema permite então armazenar em reservatórios de água a energia não aproveitada pelo sistema energético durante a baixa estação para atendimento à demanda nos meses de veraneio.

Este trabalho pretende contribuir com a identificação de áreas apropriadas para reservatórios inferiores e superiores para o sistema proposto juntamente com uma avaliação do efeito dos reservatórios sobre o uso da energia eólica disponível e das simulações numéricas computacionais onde será possível analisar a vantagem da operação do sistema.

O sistema em estudo foi dimensionado, tendo em vista este trabalho, para a cobertura da demanda do litoral norte do Estado do Rio Grande do Sul, que engloba os municípios de Arroio do Sal, Atlândida, Atlândida Sul, Capão Novo, Osório, Pinhal, Torres, Terra de Areia e Tramandaí. A FIGURA 5 mostra a abragência

destas cidades no contexto do Estado. Os valores médios anuais da demanda na região foram conforme a CEEE (2003), são de 56,3MW na baixa estação e 190,3 MW no veraneio. No capítulo 4 é apresentado o comportamento da demanda na região em estudo no ano de 2003.

O estudo de áreas para implantação dos reservatórios teve como ponto de partida a busca em cartas do exército em escala 1:250.000. O passo seguinte foi a identificação mais detalhada e aseleção de áreas em cartas do eército na escala 1:500.000. em seguida foi realizada uma visita a campo1 permitindo conhecer os locais identificados nas cartas.

Foram identificadas três áreas para implantação dos reservatórios denominados de conjunto 01, conjunto 02 e conjunto 03. A FIGURA 6 apresenta as localizações dos reservatórios inferior e superior desses três conjuntos. As figuras dos mapas apresentados a seguir estão associadas a uma escala gráfica, para não serem alteradas com a por software. A curva cota x volume é apresentada no próximo capítulo após a definição, pelas simulações numéricas, do volume de água necessário para armazenamento.

O conjunto de reservatório 01 apresenta uma peculiaridade em relação aos outros dois conjuntos, pois neste conjunto é possível instalar dois reservatórios inferiores. As figuras seguintes apresentam respectivamente o reservatório superior e os reservatórios inferiores.

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FIGURA 5. Região no Estado do Rio Grande do Sul com potencial eólico e que pode ser utilizada no sistema híbrido eólico hidrelétrico em estudo. Em amarelo aparece a região dos reservatórios e em verde a região apropriada para instalação de turbina eólicas.

FIGURA 6. Região onde foram estudadas as possibilidades para os reservatórios. Em amarelo aparecem as linhas de transmissão e em vermelho as tubulações. As extremidades das linhas em vermelho marcam as localizações dos reservatórios superiores e inferiores. No canto inferior direito da figura está a localização da figura no Estado do Rio Grande Do Sul.

O conjunto 02 é o que mais dista do sistema atual das linhas de transmissão, conforme visto na FIGURA 6 apresentada anteriormente. A FIGURA 9 apresenta a localização do conjunto 02.

O conjunto 03 mostrou-se mais adequado para o sistema em estudo. Os reservatórios inferior e superior do conjunto 03 possuem um abastecimento natural, ou seja, estão localizados em vales cortados por pequenos córregos. Esse abastecimento dos reservatórios pode representar uma quantidade adicional de água que pode ser turbinada nos horários de pico. A FIGURA 10 mostra os reservatórios desse conjunto. As simulações no próximo capítulo não consideram perdas de água dos

reservatórios por evapotranspiração. A FIGURA 11, à esquerda, mostra uma vista

do reservatório inferior do conjunto 01. A FIGURA 11, à direita, mostra a área prevista para o barramento. A FIGURA 12 mostra a área prevista para implantação de barramento para o reservatório superior do conjunto 2. A FIGURA 13, à esquerda, mostra o local para o barramento do reservatório inferior do conjunto 3. A FIGURA 13, à direita, mostra uma vista do vale a jusante do futuro possível barramento do reservatório superior do conjunto 3. A FIGURA 14 ilustram algumas residências encontradas na região. A FIGURA 15 mostram mais vistas da região dos reservatórios.

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FIGURA 7. Conjunto 01. Reservatório superior.

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FIGURA 8. Localização do conjunto 01. Reservatório inferior 01 e 02, onde existe a possibilidade da implantação reservatórios independentes.

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FIGURA 9. Localização do conjunto 02. Reservatório superior e inferior.

FIGURA 10. Área para implantação do conjunto 03. Reservatório inferior e superior

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FIGURA 11. Esquerda: Registro feito no pé do reservatório do conjunto inferior 01, onde é possível analisar as condições atuais do local. Direita: Vista da possível área para implantação da barragem do conjunto do reservatório inferior 01, onde é possível registrar o terreno rochoso e acentuado.

FIGURA 12. Esquerda: Área possível de implantação da barragem do conjunto 02, reservatório inferior. Direita: Vista da topografia onde é proposta a instalação da barragem do reservatório superior do conjunto 02

FIGURA 13. Esquerda: Grande declive e possível local para instalação da barragem do conjunto 03, no reservatório inferior. Direita: Vista do vale do conjunto 03, no reservatório superior.

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FIGURA 14. Esquerda: Registro de uma residência local. Direita: Residência local, ao fundo é possível analisar as condições do terreno e dificuldade em exploração devido à topografia.

FIGURA 15. Esquerda: Área não explorada pela agricultura ou outra atividade. Direita: Região montanhosa com declive acentuado e mata rasteira nativa A proposta para o sistema hidráulico engloba o arranjo e dimensões (alturas) das barragens, definidas de acordo com a curva cota x volume que será descrito no próximo capítulo. Neste estudo foi levado em conta somente dois reservatórios (superior e inferior), com a maior diferença de nível possível entre eles. Este sistema pode ter sua capacidade ampliada. Existe a possibilidade de ser criado pequenos reservatórios em diferentes níveis funcionando em série, mas esta análise estará descrita novamente no capítulo 4 como recomendações para um próximo estudo. O arranjo básico do sistema hidráulico pode ter a seguinte variação: Uma única tubulação para cada conjunto de máquinas hidráulicas, sendo instalada turbinas reversíveis na extremidade inferior desta tubulação; Uma tubulação exclusiva para turbinar a água do reservatório superior para o inferior e outra tubulação para o bombeamento da água do reservatório inferior para o superior;

Uma única tubulação com uma conexão do tipo Y na extremidade inferior, sendo utilizada a mesma tubulação para turbinar e bombear a água. Neste caso é necessário um estudo mais aprofundado sobre as manobras nas máquinas hidráulicas. Para a escolha das alternativas acima citadas, é necessário conhecer a fundo dados técnicos, topográficos, geotécnico e local exato de implantação, associados a uma análise econômica do sistema proposto. Neste trabalho, a proposta é considerar apenas as vazões totais turbinada e bombeada. O funcionamento do sistema é apresentado no capítulo 4. A armazenagem hidráulica através de bombas é capaz de armazenar grande quantidade de energia, contrária a outros tipos de armazenagem, a eólica, por exemplo. O sistema pode ser expandido, não necessariamente utilizando a mesma estrutura e sim executando a ligação de reservatórios menores e em diferentes níveis, conforme necessidade do sistema. A água é reaproveitada, ou seja, praticamente não é

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requerido um fluxo contínuo da bacia mais elevada. Os reservatórios podem ter outras utilidades, como irrigação de água, proteção de incêndio de florestas, esportes náuticos e pescarias. Através da demanda do sistema e do conjunto de reservatório escolhido, é apresentado uma pré dimensionamento da estrutura hidráulica necessária para o atendimento do sistema híbrido que foi simulado no capítulo 4. Através da fórmula P= δ.Q.h, onde P = Potência, δ = 9,81 (água), Q = vazão e h = desnível, é possível determinar a vazão do sistema. o valor adotado para a potência instalada é de 190 MW, energia necessária para o atendimento da demanda em caso de pane no sistema eólico. O desnível encontrado no conjunto de reservatórios é de 350metros. Através dos dados apresentados a vazão do sistema é de 55,5 m3/ s. Utilizando 03 turbinas de 65 MW, cada tubulação de chegada do sistema deve conduzir uma vazão de 18,5 m3/ s. Adotando a velocidade de escoamento de 5m/s, e aplicando a fórmula Q = V.A, é necessário para cada conduto forçado uma tubulação com 3,7m2 de área. Com os dados apresentados é possível concluir que cada tubulação terá 2,2 metros de diâmetro e aproximadamente 8 km de extensão. Nestes cálculos não foram consideradas as perdas de cargas locais e contínuas. O conjunto de barragem As áreas destinadas à implantação das fazendas eólicas localizam-se no litoral norte do Estado do Rio Grande do Sul. Como a demanda do sistema chega ao pico de 190 MW, os dimensionamentos das fazendas serão baseados neste valor. O dimensionamento dos aerogeradores não será abordado neste trabalho, apenas a capacidade total do sistema, pois este assunto merece um

estudo à parte associado a uma análise econômica. A proposta é de que as fazendas eólicas estejam distribuídas em grupos e interligadas em um sistema secundário, o qual é conectado à rede principal de distribuição de energia. Segundo TITO (2004), novas tecnologias estão sendo desenvolvidas na área de meteorologia, entre elas um sistema que permite a previsão do comportamento dos ventos com um período de 48 horas de antecedência. Este sistema está sendo desenvolvido atualmente na Alemanha. A figura 3.17 apresenta possíveis áreas co potencial eólico, relacionadas com velocidades de vento para implantação das fazendas eólicas. Atualmente a geração eólica é apresentada como uma fonte alternativa de energia, ou seja, é usada para complementar uma fonte principal energia. O sistema híbrido proposto neste trabalho apresenta a energia eólica como a principal fonte de geração de energia do sistema, juntamente com o sistema hidráulico de acumulação que se insere como fonte alternativa no sistema proposto. Este trabalho foi desenvolvido de acordo com as seguintes etapas: Estudo de áreas apropriadas para implantação do sistema: as principais características já foram descritas anteriormente e no próximo capítulo é apresentada a justificativa da escolha do conjunto de reservatório. Simulações numéricas onde serão efetuadas análises do sistema em funcionamento utilizando uma programação efetuada em visual basic utilizando como interface gráfica o Excel, obedecendo ao fluxograma que será apresentado a seguir no próximo capítulo.

4. Simulações numéricas Este capítulo apresenta a metodologia usada nas simulações numéricas do sistema híbrido proposto, associado aos fluxogramas, os quais formam a base para o desenvolvimento da programação do sistema proposto. As simulações foram programadas em visual basic utilizando com interface gráfica o Excel, obedecendo ao fluxograma 01 que será apresentado a seguir. Para um melhor entendimento da proposta apresentada, primeiramente é apresentada, de forma resumida, a idéia principal das simulações, efetuando a análise de forma unitária. Posteriormente é feita a descrição de todo o sistema de simulações baseado em dados

reais. A Figura 4.1 apresenta, de forma esquemática, a idéia principal de funcionamento do sistema. As linhas de potência eólica e de demanda são apresentadas, sobrepondo-as no mesmo gráfico e mesma unidade de tempo. Quando a linha de energia gerada for superior à demanda o sistema tem a possibilidade de bombear água do reservatório inferior ou vender a energia excedente. Caso a demanda for superior a energia eólica gerada, o sistema passa a turbinar água do reservatório superior para o inferior ou compara da rede interligada o défict de energia. As manobras do sistema serão apresentada mais detalhadamente através dos fluxogramas

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apresentados a seguir. Para simular o comportamento do sistema, os dados de entrada devem estar todos definidos, ou seja, a capacidade do sistema hidráulico (turbinas e bombas), velocidades máximas e mínimas para o aproveitamento eólico, volume mínimo que os reservatórios poderão atingir para o sistema continuar em funcionamento, volume máximo dos reservatórios superior e inferior e a série temporal da velocidade do vento e demanda energética a ser atendida. Dos dados citados anteriormente, apenas a velocidade do vento e demanda têm sua variação ao longo do tempo, sendo que o restante dos dados e a justificativa dos mesmos serão apresentados mais adiante. No início da simulação é feita a seleção dos dados de vento. O programa considera aqueles que se encontram na faixa de funcionamento das turbinas eólicas (2m/s a 24m/s), conforme apresentado na figura do fluxograma 1a. Quando a velocidade não estiver na faixa de geração de energia a programação obedecerá a figura do fluxograma 1b, sendo analisadas as condições de funcionamento do sistema (horário correspondente, volume armazenado nos reservatórios, capacidade hidráulica instalada). Quando a velocidade de vento estiver na faixa de funcionamento, os dados são transformados em potência eólica, através da fórmula geral de potência eólica, citada no capítulo 2. Com a potência instantânea determinada, é inserido o dado de demanda, associado pela série de tempo. Caso a potência eólica seja maior que a demanda requerida, o programa executa a análise do horário correspondente (pico ou base), das condições do reservatório superior e a capacidade instalada do sistema hidráulico, conforme figura do fluxograma 1c. A potência eólica, sendo menor que a demanda, a simulação seguirá o caminho apresentado na figura do fluxograma 1d, sendo analisado o horário correspondente no instante da simulação e volume armazenado no reservatório superior. A capacidade do sistema hidráulico foi definida de acordo com o pico da demanda, conforme CEEE (2003), que é de 190MW para a área em estudo. Conseqüentemente, como foi considerado um sistema fechado, as maquinas hidráulicas são do tipo turbinas reversíveis. A capacidade total do sistema de bombas e turbinas está fixada em 190 MW, ou seja, o dimensionamento do sistema hidráulico obedeceu ao pico da demanda. A geração de energia elétrica, através do aproveitamento eólico, tem início com

velocidades de vento da ordem de 2m/s a 3m/s; abaixo desses valores, o conteúdo energético do veto não justifica o aproveitamento. Velocidades superiores a aproximadamente 12m/s a 15m/s ativam o sistema automático de limitação de potência da máquina, que pode ser por controle de ângulo de passo das pás ou por estol aerodinâmico, dependendo do modelo de turbina. Em ventos muito fortes (velocidade maior que 25m/s), atua o sistema automático de proteção. Ventos muito fortes têm ocorrência rara e negligenciável em termos de aproveitamento e a turbulência associada é indesejável par a estrutura da máquina. As turbinas eólicas de grande porte têm controle inteiramente automático, através de atuadores rápidos, software e microprocessadores. Usualmente, usa-se telemetria de dados para o monitoramento de operação e auxílio a diagnósticos e manutenção. Na entrada de dados é limitada a velocidade do vento entre 2m/s e 24m/s. Conforme descrito anteriormente, a potência gerada varia ao cubo da velocidade e a partir de 12m/s até 24m/s a potência permanece constante. Em relação aos reservatórios, foi arbitrado um volume mínimo útil de funcionamento (volume morto) em 10% do volume total. Este valor justifica-se pela implantação dos reservatórios em vales que, devido à topografia local, pequenas barragens armazenam um grande volume d’água. O volume máximo dos reservatórios superior e inferior serão limitados pelo volume utilizado no sistema, que é determinado pelas simulações. Para chegar ao volume ideal foi necessário rodar a simulação com valores diferenciados para o volume e potência hidráulica associados entre si, com o objetivo de avaliar a melhor combinação para o sistema, pois o custo de implantação das estruturas hidráulicas pode se tornar inviável se o volume exigido quanto maior for o volume de água exigido pelo sistema. O valor ideal é aquele em que supre a necessidade do sistema eólico quando o sistema hidráulico é ativado. Em compensação, a altura da barragem influencia diretamente no custo de implantação do sistema. Quanto mais alta for a barragem, mais energia é possível armazenar e posteriormente vendê-la no horário que for mais adequado. No início das simulações o reservatório superior deve ser considerado vazio, pois a única diferença encontrada é que o sistema venderá mais energia em um primeiro momento até o reservatório conseguir se adequar e fechar o ciclo anual, ou seja, terminar o ano com o mesmo volume que começou. O comportamento do

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volume do reservatório superior, inicialmente vazio e em seguida cheio, é apresentado nas figuras 4.6 e 4.7 respectivamente. Os dados de velocidade do vento e demanda energética inserida nas simulações, foram obtidos através de empresas atuantes nas áreas de energia eólica e transmissão de energia. Os dados das leituras de vento foram gentilmente cedidos pela empresa Camargo Schubert, uma das elaboradoras do altlas eólico do Estado do Rio Grande do Sul. Os dados de demanda energética, da região foram cedidos pela CEEE. A série de entrada de dados, leitura da velocidade do vento e demanda, estão segmentadas em horas. A leitura anual da velocidade do vento (m/s) e o comportamento da demanda (kwh) são apresentados nas figuras 4.8 e 4.9 respectivamente. Com os dados de leitura da velocidade do vento, através da fórmula apresentada no capítulo 2, foi possível gerar o gráfico do comportamento da potência eólica no mesmo intervalo de tempo, conforme figura 4.10. Como resultado da simulação são gerados dados de saída do sistema, entre eles, o volume utilizado dos reservatórios, cotas máximas e mínimas atingidas, porcentagem da energia eólica efetivamente utilizada, vazões instantâneas do sistema hidráulico. Os valores de potência hidráulica e volume dos reservatórios são dados de entrada, arbitrados, ou seja é limitado a um valor de potência ou volume de armazenamento, pois caso contrário a geração de energia e o volume armazenado tenderiam ao infinito, regra que não acontece. Neste trabalho, nas simulações foi associado aos volumes de 3,00Hm3, 5,00Hm3 9,00Hm3 e 16,00Hm3 as diferentes potencias do sistema hidráulico, 100 MW, 150 MW, 190MW. Através desta associação, é possível analisar os resultados das simulações efetuando da análise comparativa de compra e venda de energia em horário de base e pico para cada situação. Nas tabelas 4.1 e 4.2 são apresentados os resultados das simulações para cada caso mencionado anteriormente, levando em consideração inicialmente o reservatório superior cheio e posteriormente vazio. Nas figuras 4.11, 4.12, 4.13 e 4.14 são apresentados os dados das tabelas 4.1 em forma de gráfico associando o volume do reservatório à potência instalada do sistema hidráulico, considerando inicialmente o reservatório superior cheio, calssificados em venda de energia em horário de base, venda de energia em horário de pico, compra de energia em horário de base e compra de energia em horário de pico, respectivamente. Nas figuras

4.15, 4.16, 4.17 e 4.18, os dados apresentados diferenciam-se dos anteriores apenas pelo volume inicial do reservatório, ou seja, neste caso o reservatório superior é considerado, inicialmente, vazio. Através da análise das tabelas e dos gráficos citados anteriormente, chegou-se a algumas conclusões satisfatórias deste trabalho, que são descritas a seguir. Quanto maior for a potência hidráulica do sistema, mantendo-se o mesmo volume dos reservatórios, a venda de energia em horário de base tente a diminuir e a venda de energia em horário de pico tende a aumentar, pois a programação dá preferência à venda em horário de pico. A compra e venda em horário de base e pico influenciam apenas quando o dimensionamento das máquinas hidráulicas for de 100MW. Quando são arbitrados valores de 150MW e 190MW, a compra de energia não existe, ou seja, o sistema atendeu toda a demanda necessária. Quanto maior for o volume do reservatório e a potência do sistema hidráulico, menor será a venda de energia em horário de base maior será a venda de energia em horário de pico. Quanto maior for o volume e potência, o número de horas que o reservatório superior fica vazio diminui. Quando o volume permanece o mesmo e a potência do sistema hidráulico aumenta, o número de horas em que o reservatório superior permanece vazio aumenta, pois a capacidade de venda de energia em horário de pico é maior, conseqüentemente cresce o número de MW vendido em horário de pico. Quando a potência hidráulica do sistema é aumentada, e o volume permanece o mesmo, a venda de energia em horário de base decresce, é dada preferência para o bombeamento, ou seja, quanto maior a potência maior consumo em horário de base para posterior venda desta energia em horário de pico. O aproveitamento da energia eólica, utilizando o sistema híbrido proposto chega a 100%, pois em todos os momentos em que existe a geração de energia através dos ventos, é feito um aproveitamento, seja ele em forma de armazenamento (bombas) ou inserindo diretamente na rede que interliga o sistema energético. Executando a simulação, somente utilizando o sistema eólico, o aproveitamento da energia eólica é de 37%. Através das colocações anteriormente citadas, é certo afirmar que quanto maior o volume dos reservatórios e a potência hidráulica do sistema, maior será o benefício financeiro. É neste ponto

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que entra a análise de custo x benefício, tempo de retorno e objetivo de implantação do sistema, pois neste trabalho o objetivo é atender a demanda da região em estudo, merecendo um estudo mais aprofundado para a ampliação do sistema visando retorno financeiro e continuando a atender a demanda proposta. Com os dados fornecidos pela simulação, para o atendimento da demanda proposta, é necessário um sistema eólico de 190MW, um sistema hidráulico composto por turbinas reversíveis com capacidade de 150MW com reservatórios superior e inferior, cada um com 3Hm3 de volume útil para armazenamento d’água. Com o volume de armazenamento definido, é possível efetuar a escolha do conjunto de reservatório que consiga armazenar este volume com menor altura possível da barragem. A seguir á apresentado tabelas associando a variação da cotas e volumes dos 3 conjuntos de reservatórios apresentados no capítulo 3. A tabela 4.3 apresenta os valores de cota x área alagada x volume do reservatório superior do conjunto 01 enquanto a tabela 4.4 apresenta os mesmos dados para reservatório inferior deste conjunto. Na tabela 4.5 e 4.6, é apresentado os dados de cota x área alagada x volume, e a variação dos reservatórios superior e inferior respectivamente, do conjunto 02. Os mesmo dados apresentados anteriormente para os reservatórios, são apresentados nas tabelas 4.7 e 4.8 para o reservatório superior e inferior do conjunto 03. Com os dados anteriormente apresentados nas tabelas, o conjunto de reservatório que melhor se insere no panorama em estudo é o conjunto 02, pois com a barragem de aproximadamente 20 metros de altura, é possível atingir o volume que o sistema híbrido necessita para o atendimento da demanda proposta, com um desnível de aproximadamente 600 metros. Para uma análise custo benefício do sistema híbrido, avaliando-o exclusivamente pelo lado financeiro, ou seja, chegar ao ponto onde o aumento da altura da barragem, elevando o volume armazenado e conseqüentemente vendendo mais energia em horário de pico, é viável, ou seja, é um assunto para continuidade deste trabalho.

A série de resultados apresentados foram divididas em três, de acordo com as potências eólica, e hidrelétrica instaladas, sendo estas de 100MW, 200MW e 300MW. Treze gráficos e uma tabela são apresentados, contendo informações básicas sobre o desempenho da simulação para cada caso, ao longo de um ano.

Resumidos na tabela estão os seguintes

dados: Volumes iniciais e total dos reservatórios superior e inferior Dados do conjunto de turbinas eólicas, como potência total, faixa de operação, e rendimento. Fator simplificado de conversão vento/potência, aplicado na fórmula P = k * V3 , sendo que o fator k engloba o rendimento, densidade do ar e área das turbinas. Faixa de operação e rendimento das turbinas e bombas hidráulicas. Valores anuais de compra e venda de excedente de energia (Wh) em horários de base (CB, VB) e de pico (CP, VP).

Os gráficos apresentados representam a variação do nível d’água no reservatório superior, evidenciando os períodos de reservação ou suprimento de energia. O primeiro gráfico apresentado apresenta a variação anual do nível no reservatório superior. Devido à grande densidade de informações apresentadas, e visando uma melhor visualização, foram criados doze gráficos mensais, de grande utilidade para a avaliação de cada período do ano.

A série de dados para potências de 100MW, apresenta uma grande variação do nível dos reservatórios no mês de abril. Uma análise da série de dados de potência eólica e demanda no período mostra uma brusca queda na demanda, com um pequeno aumento da potência gerada. Esta potência mostra ser incapaz de grande reservas de energias nos períodos de vento acima da média, durante no verão, assim como a partir do mês de maio. Devido a esta insuficiência, os valores de compra de energia superam com folga os valores de venda, não havendo desta forma grande vantagem na adoção do sistema para esta potência instalada.

Para máquinas eólicas e hidráulicas de 200MW, há um ganho considerável, tanto visual como numericamente na reservação e venda de energia. O valor de venda de energia na base sofreu um acréscimo pouco significativo. No entanto a venda de energia no pico aumentou em 60MWh.

Apesar do pouco acréscimo de energia vendida na base nos dois primeiros caso, para a

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potência de 300MW instalados, há uma acréscimo de 6,9MWh, mostrando que a relação entre a energia vendida na base ou pico não está linearmente relacionada à potência instalada, e requer uma discretização maior do incremento de potência instalada para uma melhor análise do fenômeno.

A mesma análise feita para a venda de

excedente de energia pode ser feita para a compra de energia. As séries de dados de 200 e 300MW mostram uma decréscimo na necessidade de compra de energia, correspondendo à expectativa de funcionamento do sistema.

5. Conclusões preliminares Este estudo teve a intenção de apresentar uma proposta de aplicação de um sistema híbrido eólico hidrelétrico. O primeiro passo consistiu na pesquisa de sistemas híbridos em utilização e pesquisas efetuadas nesta área. Após a elucidação desta etapa partimos para análise do sistema proposto, mas para isso precisaríamos de um local com potencial eólico, e hidrelétrico, sendo que o potencial hidrelétrico deveria possuir as particularidades que estão descritas do capítulo 4.

Com a definição da área em estudo, o levantamento de implantação dos reservatórios e com os dados de demanda da região e velocidade do vento, foi executado o programa de simulações baseado no programa elaborado por Beluco (2001).

O resultado destas simulações nos mostra que a implantação de um sistema híbrido eólico hidrelétrico é viável. É importante considerar que a topografia e o potencial eólico das regiões analisadas são similares ao da região proposta neste trabalho

Por fim, podemos concluir que o sistema híbrido é viável tecnicamente. Analisando sob o ponto de vista de investimentos, a energia eólica não possui uma energia firme, mas associada com outro sistema (conforme proposto neste trabalho), podemos atingir uma meta de atendimento da energia requerida pelo sistema

de no mínimo 80%, podendo mesmo chegar a 100%.

Prosseguimentos do trabalho: Este trabalho abre frentes de pesquisas em algumas áreas muito importantes para a continuação e complementação deste estudo, já que este trabalho teve como principal objetivo a análise e funcionamento do sistema híbrido. Estudo mais aprofundado deste mesmo sistema levando em consideração o estudo da hidrologia local, assim como características técnicas aprofundadas, como determinação do tipo de estrutura hidráulica (barragem), traçado das linhas de energia das tubulações e definição dos diâmetros. Levantamento de custos para implantação deste sistema; Efetuando uma análise financeira sob o ponto de vista de investidor.

O estudo continua sendo executado. Um aluno de Mestrado está em ultimando os preparativos para apresentação de sua dissertação, prevista para este primeiro semestre de 2005.

Esse estudo será complementado por outro aluno de Mestrado, que continuará o estudo implementando levantamentos de custos detalhados das estruturas envolvidas. Como resultado, espera-se alcançar uma impressão bastante satisfatória da viabilidade técnica econômica do sistema híbrido eólico hidrelétrico estudado.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Al Jabri, A.K. Alolah, A.I. 1990a. “Capacitance requirement for isolated self excited induction generator”, IEE Proceedings, v.137, pt.B, n.3, p.154-159.

Al Jabri, A.K. Alolah, A.I. 1990b. “Limits on the performance of the three phase self excited induction generators”, IEEE Transactions on Energy Conversion, v.5, n.2, p.350-356.

Al-Bahrani, A.H. 1996. “Analysis of self excited induction generators under unbalanced conditions”, Electric Machines and Power Systems, v.24, p.117-129.

Al-Bahrani, A.H. Malik, N.H. 1990. “Steady state analysis and performance characteristics of a three phase induction generator self excited with a single capacitor”, IEEE Trans. on Energy Conv., v.5, n.4, p.725-732.

Al-Bahrani, A.H. Malik, N.H. 1993. “Voltage control of parallel operated self excited induction generators”, IEEE Transactions on Energy Conversion, v.8, n.2, p.236-242.

Alghuwainem S.M. 1996a. “Performance analysis of a PV powered dc motor driving a 3 phase self excited induction generator”, IEEE Trans. on En. Conv., v.11, n.1, p.155-161.

Alghuwainem S.M. 1996b. “Speed control of a PV powered dc motor driving a self excited 3 phase induction generator for maximum utilization efficiency”, IEEE Trans. Energy Conv., v.11, n.4, p.768-773.

Atlas eólico do Estado do Rio Grande Do Sul.

Barkle, J.E. Ferguson, R.W. 1954. “Induction generator theory and application”, AIEE Transactions (Electrical Engineering), v.83, fev, p.12-19.

Basset, E.D. Potter, F.M. 1935. “Capacitive excitation for induction generators”, AIEE Transactions (Electrical Engineering), v.54, mai, p.540-544.

Beluco, A. 1994. Viabilidade de microcentrais hidrelétricas baseadas no emprego de equipamentos de mercado, Dissertação de mestrado, Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica (PROMEC), Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). 170p.

Beluco, A. Brito, R.M. Homrich, R.P. Livi, F.P. Motchalov, I.A. 1996. “Controle de tensão e freqüência em geradores assíncronos independentes”, 7. Congreso Latinoamericano de Control Automatico, v.1, p.133-139, Buenos Aires, 9-13 set.

Beluco, A. Costa, F.G.I. Prieb, C.W. Souza, P.K. Krenzinger, A. 2001. “Resultados experimentais obtidos durante a preparação da tese ‘Bases para uma metodologia de dimensionamento de aproveitamentos híbridos baseados em energias hidrelétrica e fotovoltaica’”. Relatório interno, Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica (PROMEC), Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS).

Beluco, A. Souza, P.K. Krenzinger, A. 2001a. “Programas para software MATLAB utilizados na tese ‘Bases para uma metodologia de dimensionamento de aproveitamentos híbridos baseados em energias hidrelétrica e fotovoltaica’”. Relatório interno, Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica (PROMEC), Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS).

Beluco, A. Souza, P.K. Krenzinger, A. 2001b. “Resultados de simulações computacionais utilizados na tese ‘Bases para uma metodologia de dimensionamento de aproveitamentos híbridos baseados em energias hidrelétrica e fotovoltaica’”. Relatório interno, Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica (PROMEC), Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS).

Bim, E. Szajner, J. Burian, Y. 1989. “Voltage compensation of an induction generator with long shunt connection”, IEEE Transactions on Energy Conversion, v.4, n.3, p.526-530.

Bonert, R. Hoops, G. 1990. “Stand alone induction generator with terminal impedance controller and no turbine controls”, IEEE Trans. on Energy Conv., v.5, p.28-31.

BRASIL, Ministério de Minas e Energia. [1999] “Diretrizes para estudos e projetos de pequenas Centrais Hidrelétricas”, Brasília.

30

Brito, R.M. Motchalov, I.A. Lupion, G.M. Beluco, A. 1996. “Análise de estabilidade pelos métodos probabilísticos dos algoritmos de controle extremal”, 7. Congreso Latinoamericano de Control Automatico, v.1, p.1030-1039, Buenos Aires, 9-13 set.

Casacca, M.A. Capobianco, M.R. Salameh, Z.M. 1996. “Lead acid battery storage configurations for improved available capacity”, IEEE Trans. on En. Conv., v.11, n.1, p.139-145.

CASE (International Centre for Application of Solar Energy) 1997. Project summary sheet n.5: Micro hydro solar diesel hybrid RAPS system, Perth, Australia.

CASE (International Centre for Application of Solar Energy) 1999. Project summary sheets, Perth, Australia. Material de divulgação.

Chan, T.F. 1993. “Capacitance requirements of self excited induction generators”, IEEE Transactions on Energy Conversion, v.8, n.2, p.304-311.

Chan, T.F. 1994. “Steady state analysis of self excited induction generators”, IEEE Transactions on Energy Conversion, v.9, n.2, p.288-296.

Chan, T.F. 1996. “Self excited induction generators driven by regulated and unregulated turbines”, IEEE Transactions on Energy Conversion, v.11, n.2, p.338-343.

Chedid, R. Akiki, H. Rahman, S. 1998. “A decision support technique for the design of hybrid solar wind power systems”, IEEE Trans. on Energy Conv., v.13, n.1, p.76-83.

Chiang, S.J. Liaw, C.M. Chang, W.C. Chang, W.Y. 1996. “Multi module parallel small battery energy storage system”, IEEE Trans. on Energy Conv., v.11, n.1, p.146-154.

Chowdhury, B.H. 1992. “Optimizing the integration of photovoltaic systems with electric utilities”, IEEE Transactions on Energy Conversion, v.7, n.1, p.72-78.

Companhia Estadual de Energia Elétrica (CEEE), Instituto de Pesquisas Hidráulicas (IPH). 1991. “Regionalização de vazões do Rio Grande do Sul”, Porto Alegre. 5v.

Companhia Estadual de Energia Elétrica (CEEE). 2001. Resposta por correio eletrônico à solicitação de informações sobre custos de microcentrais hidrelétricas construídas no âmbito de Projetos Institucionais em Convênio com a Secretaria de Estado de Minas, Energia e Telecomunicações.

Couto, M.B. 2000. “Ensaios de equipamentos de consumo típicos utilizados em sistemas fotovoltaicos”, Dissertação de mestrado, Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica (PROMEC), Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). 124p.

DEWI Magazin nr15, Agosto 1999

Do AMARANTE, º and SCHULTZ, D. – Wind energy resource Map of he State of Rio Grande Do Sul.

Dokopoulos, P.S. Saramourtsis, A.C. Bakirtzis, A.G. 1996. “Prediction and evaluation of the performance of wind diesel energy sustems”, IEEE Trans. on Energy Conversion, v.11, n.2, p.385-393.

Duffie, J.A. Beckmann, W.A. 1980. “Solar engineering of thermal processes”, John Wiley & Sons: Nova Iorque, Estados Unidos. 762p.

Enslin, J.H.R. 1991. “Renewable energy as an economic energy source for remote areas”, Renewable Energy, v.1, n.2, p.243-248.

Farag, A.S. Al-Baiyat, S. 1997. “Optimal design of power systems under constraints of reliability and cost”, Energy Conversion and Management, v.38, n.7, p.637-645.

FEPAGRO (Fundação Estadual de Pesquisas Agropecuárias), Seção de Ecologia Agrícola, 1989. “Átlas agroclimático do Estado do Rio Grande do Sul”, Porto Alegre. 3v.

FEPAGRO (Fundação Estadual de Pesquisas Agropecuárias), Seção de Ecologia Agrícola, 2000. “Séries de dados utilizadas para preparação do ‘Átlas agroclimático do Estado do Rio Grande do Sul’”, Dados não publicados, obtidos pessoalmente.

Fitzgerald, A.E. Kingsley Jr., C. Umans, S.D. 1992. “Electric Machinery”, McGraw-Hill: Londres, Inglaterra, 600p. 5.ed.

Fraidenraich, N. Vilela, O.C. 1999. “Avanços em sistemas de abastecimento de água com bombeamento

31

fotovoltaico para comunidades rurais”, Revista Brasileira de Recursos Hídricos, v.4, n.3, p.69-81.

Garcia, F.H. 1999. “Dimensionamento de sistemas eólicos e fotovoltaicos autônomos e sua integração como sistemas híbridos”, Dissertação de mestrado, Programa de Pós Graduação em Engenharia Elétrica (PPGEE). Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS). 149p.

Gonzalez, A. Mayer, D. 1991. “Design of a hybrid PV/diesel system from the analysis of the present PV system performance in a dairy farm in Pozoblanco, Spain”, 10th European Photovoltaic Solar Energy Conference, p.746-749, 8-12 abr, Lisboa, Portugal.

Grantham, C. Sutanto, D. Mismail, B. 1989. “Steady state and transient analysis of self excited induction generators”, IEE Proceedings, v.136, pt.B, n.2, p.61-68.

Grebe, R. Koch, H. 1991. “ISEE: Renewable Energy Information System”, 10th European Photovoltaic Solar Energy Conference, p.439-441, 8-12 abr, Lisboa, Portugal.

Hallenius, K.E. Vas, P. Brown, J.E. 1991. “The analysis of a saturated self excited asynchronous generator”, IEEE Transactions on Energy Conversion, v.6, n.2, p.336-341.

Homrich, R.P. Beluco, A. Livi, F.P. (1994) “Geração assíncrona trifásica utilizando gerador assíncrono trifásico”, Anais do 4. Seminário de Materiais no Setor Elétrico, p.581-590, 15-18 ago, Curitiba.

Kalaitzakis, K. Vachtsevanos, G. 1982. “Power optimization of wind electric conversion systems integrated into the utility grid”, Wind Engineering, v.6, n.1, p.24-36.

Kaldellis J. K., 1996, “The Solution of the Energy Demand Problems for the Islands of Aegean Sea, Using Renewable Energy Sources”, 5th National Conference on the Soft Energy Resources, Vol. B, pp. 464-473, Democretos, Athens.

Kaldellis J. K., 2001, “Evaluating the Maximum Wind Energy Penetration Limit for Weak Grids”, 2001 European Wind Energy Conference, Copenhagen, Denmark.

Kaldellis J. K., Gavras T. J., 2000, “The Economic Viability of Commercial Wind Plants in Greece. A Journal, vl. 28, pp. 509-517.

Kaldellis J. K., Kavadias K., Christinakis E., 2001, “Evaluation of the Wind-Hydro Energy Solution for Remote Islands”,Journal of Energy Conversion and Management, vol. 42/9, pp. 1105-1120.

Kaldellis J. K., Kavadias K., Vlachou D., 2000, “Improving the Economic Viability of Desalination Plants”, Mediterranean Conference on Policies and Strategies for Desalination and Renewable Energies, Santorini Island, Greece.

Kaldellis J. K., Skulatos D., Kladuchos A., 1993, “Wind Energy Penetration in Electrical Grids of Small and Medium Size Island”, 3th International Conference on Environmental Science and Tecnology, Vol. A’,. pp. 511, Lesvos, Greece.

Kaldellis J., Kavadias K., 2000, “Laboratory Applications of Renewable Energy Sources” Stamoulis, Athens.

Kaldellis J., Thiakoulis Tr., Vlachou D., 1999, “Autonomous Energy Systems for Remote Islands based on Renewable Energy Sources”, presented at 1999 European Wind Energy Conference and Exhibition, pp. 315-319, Nice, France.

Kaltschmitt, M. Voss, A. 1991. “Methodological approaches for the estimation of a capacity credit of a grid connected photovoltaic electricity generation”, 10th European Photovoltaic Solar Energy Conference, p.486-489, 8-12 abr, Lisboa, Portugal.

Kavadias K. A., Kaldellis J. K., 2000, “Storage System Evaluation For Wind Power Installations”, International Conference “Wind Power for the 21st Century”, Kassel, Germany.

Kellogg, M.H. Nehrir, M.H. Venkataramanan, G. Gerez, V. 1998. “Generation unit sizing and cost anlysis for stand alone wind, photovoltaic and hybrid wind/PV systems”, IEEE Transactions on Energy Conversion, v.13, n.1, p.70-75.

Kieling, M. 2001. Correspondência pessoal.

Kittredge, C.P. 1961. “Centrifugal pumps used as hydraulic turbines”, Transactions of the ASME, jan, p.74-78.

32

Kruangpradit, P. Tayati, W. 1996. “Hybrid renewable energy system development in Thailand”, Renewable Energy, v.8, n.1, p.514-517.

Langsdorf, A.S. 1955. “Theory of alternating-current machinery”, 2.ed. McGraw-Hill: Nova Iorque, Estados Unidos. 666p.

Lasnier, F. Ang, T.G. 1990. “Photovoltaics Engineering Handbook”, Adam Hilger: Bristol, Inglaterra. 568p.

Lovins, A.B. 1979. “Soft energy paths - toward a durable peace”, Harper Colophon: Nova Iorque, Estados Unidos. 234p.

Luther, J. Schumacher-Grohn, J. 1991. “INSEL. A simulation system for renewable electrical energy supply systems”, 10th European Photovoltaic Solar Energy Conference, p.457-460, 8-12 abr, Lisboa, Portugal.

Maguire, T.L. Gole, A.M. 1993. “Apparatus for supplying an isolated dc load from a variable speed self excited induction generator”, IEEE Trans. En. Conv., v.8, n.3, p.468-475.

Malik, N.H. Al-Bahrani, A.H. 1990. “Influence of terminal capacitor on the performance characteristics of a self excited induction generator”, IEE Proc., v.137, pt.C, n.2, p.168-173.

Malik, N.H. Haque, S.E. 1986. “Steady state analysis and performance of an isolated self excited induction generator”, IEEE Trans. on Energy Conv., v.1, n.3, p.134-140.

Malik, N.H. Mazi, A.A. 1987. “Capacitance requirements for isolated self excited induction generators”, IEEE Transactions on Energy Conversion, v.EC-2, n.1, p.62-69.

Marchetti, G.P. Piccolo, M. 1991. “Mathematical models for the construction of a renewable energy hybrid plant”, 10th European Photovoltaic Solar Energy Conference, p.728-733, 8-12 abr, Lisboa, Portugal.

Mastorakis P., Betzios G., Kaldellis J., 1998, “A Proposal of Installation of a Combined Wind-Hydro Station for the Island of Aegean Sea”, NITUA-RENES Nat. Conference on the Application of Soft Energy Sources, Athens.

Maycock, P.D. 1997. PV News, v.16, p.1. In: Colle, S. Rüther, R. Mesquita, L. Reguse, W. Drehmer, E. Ingham, J. M. Baschirotto, L. Abreu S. L. Mantelli, S. Colle, F. 1998. “Fontes não convencionais de energia”, Publicação do Laboratório de Energia Solar da UFSC, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). 160p.

Maycock, P.D. 1998. PV News, v.17, p.1. In: Colle, S. Rüther, R. Mesquita, L. Reguse, W. Drehmer, E. Ingham, J. M. Baschirotto, L. Abreu S. L. Mantelli, S. Colle, F. 1998. “Fontes não convencionais de energia”, Publicação do Laboratório de Energia Solar da UFSC, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). 160p.

McVeigh, J.C. 1977. “Energia solar”, CETOP: Lisboa, Portugal. 238p.

Modelization and Sizing of Hybrid System – Implementation in Ikaria Island Diplomatic thesis of Theodoropoulos Petros, 2001.

Motchalov, I.A. Brito, R.M. Lupion, G.M. Beluco, A. 1997. “Controle extremal em presença de perturbações monótonas”, EGATEA, Revista da Escola de Engenharia, v.25, n.1, p.57-66.

Motchalov, I.A. Lupion, G.M. Brito, R.M. Beluco, A. 1996. “Real time control of extremal objects”, 21st Workshop on Real Time Programming, p.185-186, 4-6 jun, Gramado.

Moura, J.F.C. 1996. “Caracterização de baterias automotivas para uso solar fotovoltaico”, Dissertação de mestrado, Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica (PROMEC), Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). 87p.

Northern Power Systems [1998] “Northern provides power for brazilian community”, Informativo para divulgação de projeto, para circulação limitada. 2p.

NRECA (National Rural Electric Cooperative Association) 1982. “Evaluating electrification experience: a guide to the social evaluation of small hydroelectric units in lesser developed countries”, Publicação preparada para o National Rural Electric Cooperative Association (NRECA), conforme o Acordo de

33

Cooperação AID/DSAN CA 0226 com a U.S. Agency for International Development (AID). 102p.

Ouazene, L. McPherson, G. 1983. “Analysis of the isolated induction generator”, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, v.PAS-102, n.8, p.2793-2798.

Quaschning, V. Hanitsch, R. 1996. “Numerical simulation of current voltage characteristics of photovoltaic systems with shaded solar cells”, Solar Energy, v.56, n.6, p.513-520.

Rahim, Y.H.A. 1993. “Excitation of isolated three phase induction generator by a single capacitor”, IEE Proceedings, v.140, pt.B, n.1, p.44-50.

Rajakaruna, S. Bonert, R. 1993. “A technique for the steady state analysis of a self excited induction generator with variable speed”, IEEE Trans. on En. Conv., v.8, n.4, p.757-761.

Ramakumar, R. Abouzahr, I. Ashenayi, K. 1992. “A knowledge based approach to the design of integrated renewable energy systems”, IEEE Trans. En. Conv., v.7, n.4, p.648-659.

Reismayr, D. 1991. “PV system without charge controller for grid connected and stand alone operation”, 10th European Photovoltaic Solar Energy Conference, p.728-733, 8-12 abr, Lisboa, Portugal.

Salameh, Z.M. Casacca, M.A. Lynch, W.A. 1992. “A mathematical model for lead acid batteries”, IEEE Transactions on Energy Conversion, v.7, n.1, p.93-97.

Say, M.G. 1989. “Alternating current machines”, Longman Scientific & Technical: Essex, Inglaterra, 636p, 5.ed.

Scartazzini, L.S. Lanna, A.E. Risso, A. 1994. “Inventário do potencial hidráulico de pequenas bacias com aplicação de sistema de informações geográficas”, Revista Brasileira de Engenharia, Caderno de Recursos Hídricos, v.12, n.1, p.55-70.

Seeling Hochmuth, G.C. 1997. “A combined optimisation concept for the design and operation strategy of hybrid PV energy systems”, Solar Energy, v.61, n.2, p.77-88.

Shridhar, L. Singh, B. Jha, C.S. 1993. “A step towards improvements in the characteristics of self excited induction generator”, IEEE Trans. on Energy Conv., v.8, n.1, p.40-46.

Shridhar, L. Singh, B. Jha, C.S. Singh, B.P. Murthy, S.S. 1995. “Selection of capacitors for the self regulated short shunt self excited induction generator”, IEEE Transactions on Energy Conversion, v.10, n.1, p.10-17.

Singh, B. 1995. “Induction generators, a prospective”, Electric Machines and Power Systems, v.23, p.163-177.

Singh, S.P. Singh, B. Jain, M.P. 1990. “Performance characteristics and optimum utilization of a cage machine as capacitor excited induction generator”, IEEE Transactions on Energy Conversion, v.5, n.4, p.679-684.

Singh, S.P. Singh, B. Jain, M.P. 1993. “Comparative study on the performance of a commercially designed induction generator with induction motors operating as self excited induction generators”, IEE Proceedings, pt.C, v.40, n.5, p.374-380.

Stepanoff, A.J. 1967. “Centrifugal and axial flow pumps”, Theory, design and application. John Wiley & Sons: Nova Iorque, Estados Unidos, 462p.

The Hybrid System of Kythnos Island – June 2000 – June 2001 – One Year Operation Experience” G. Betzios, OPET ISLAND 2001.

Tripathy, S.C. 1997a. “Dynamic simulation of hybrid wind diesel power generation system with superconducting magnetic energy storage”, En. Conv. Manag., v.38, n.9, p.919-930.

Tripathy, S.C. 1997b. “Improved load frequency control with capacitive energy storage”, Energy Conversion and Management, v.38, n.6, p.551-562.

Tripathy, S.C. Kalantar, M. Balasubramanian, R. 1991. “Dynamics and stability of wind and diesel turbine generators with superconducting magnetic energy storage unit on an isolated power system”, IEEE Transactions on Energy Conversion, v.6, n.4, p.579-585.

Tripathy, S.C. Kalantar, M. Balasubramanian, R. 1992. “Dynamics and stability of a hybrid wind diesel

34

power system”, Energy Conv. and Manag., v.33, n.12, p.1063-1072.

Tripathy, S.C. Kalantar, M. Balasubramanian, R. 1993a. “Practical simulation of a wind turbine driven self excited induction generator”, En. Conv. Manag., v.34, n.3, p.187-199.

Tripathy, S.C. Kalantar, M. Rao, N.D. 1993b. “Dynamics and stability of a wind stand alone power system”, Energy Conversion and Management, v.34, n.8, p.627-640.

Tripathy, S.C. Kalantar, M. Rao, N.D. 1993c. “Wind turbine driven self excited induction generator”, Energy Conversion and Management, v.34, n.8, p.641-648.

Tripathy, S.C. Mishra, I.P. 1996. “Dynamic performance of wind diesel power system with capacitive energy storage”, Energy Conversion and Management, v.37, n.12, p.1787-1798.

Twidell, J.W. Weir, A. D. 1986. “Renewable Energy Resources”, Chapman and Hall: Londres, Inglaterra. 440p.

Vachtsevanos, G. Kang, H. 1989. “Simulation studies of islanded behavior of grid connected photovoltaic systems”, IEEE Trans. on Energy Conv., v.4, n.2, p.177-183.

Van Dijk, V.A.P. Alsema, E.A. Albers, R.A.W. Degner, T. Gabler, H. Wiemken, E. 1991. “Autonomous photovoltaic system with auxiliary source for battery charging”, 10th European Photovoltaic Solar Energy Conference, p.728-733, 8-12 abr, Lisboa, Portugal.

Vlachou D., Christinakis E., Kavadias K., Kaldellis J., 1999, “Optimum Wind-Hydro Energy Station Operation, Using an Advanced Fluid Flow Analysis Code”, presented at 3 rd National Congress on Computational Mechanics, pp. 811-820, Volos, Greece.

Wagner, C.F. 1939. “Self excitation of induction motors”, AIEE Transactions (Electrical Engineering), v.58, fev, p.47-51.

Wagner, C.F. 1941. “Self excitation of induction motors with series capacitors”, AIEE Transactions (Electrical Engineering), v.60, p.1241-1247.

Watson, D.B. Milner, I.P. 1985a. “Autonomous and parallel operation of self excited induction generators”, Int. Journal Electrical Engineering Education, v.22, p.365-374.

Watson, D.B. Watson, R.M. 1985b. “Microprocessor control of a self excited induction generator”, International Journal of Electrical Engineering Education, v.22, p.69-82.

Wind-Diesel Systems” Ray Hunder & George Elliot Cambridge University Press.

www.cbee.com.br

Zervos, A. Karalis, G. “A pumped storage unit to increase wind-energy penetration in the island of Crete”