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Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel IEEE/SENGE | 20141/60

Centro de Pesquisas de Energia Elétrica

Ricardo Dutra e Bruno Montezano

Depto. de Tecnologias Espaciais – DTE

Energia Eólica

Estado da Arte e Perspectivas

Rio de Janeiro, 13/03/14


Sumário

1.1. História da Energia EólicaHistória da Energia Eólica

2.2. Aplicações da Energia EólicaAplicações da Energia Eólica

3.3. Evolução dos Aerogeradores Evolução dos Aerogeradores

4.4. Mercado mundialMercado mundial

5.5. Contexto nacionalContexto nacional

6.6. Mercado Brasileiro Mercado Brasileiro

2


1. Utilização da Energia Eólica (A.C.)

China2000 A.C.

Imp. babilônico1500 A.C.

Pérsia200 A.C.

• Práticas agrícolas• Primeiramente no oriente• Eixo vertical

Navegação

• China 4000 A.C.

• Egito no rio Nilo

• Vikings


1. Utilização da Energia Eólica (A.C.)

• Substituição da força motriz humana e animal

nas atividades agrícolas.

Antigo sistema de bombeamento chinêsMoinho

3


1. Utilização da Energia Eólica (D.C.)

Desenvolvimentodos moinhos de vento

após as Cruzadas

Utilização dos moinhos para

bombeamento na Holanda e

diversificação do seu uso em toda a Europa

Revolução IndustrialMáquina a Vapor

Século XI XVII XIX XX

•Bombeamento de água e diversificação no uso de moinhos de vento

Declínio dos Moinhosde Vento


Post Mill

1. Moinhos de Vento

4


Tower Mill

1. Moinhos de Vento


Fantail Mill

1. Moinhos de Vento

Smock Mill

5


1. Moinhos de Vento


1. Moinhos de Vento

6


1. Moinhos de Vento


Participação de vários países em pesquisa de aerogeradores de

grande porte Uso intensivode

combustíveis fósseis

1900

Desenvolvimento da indústria

alemã

Choque do petróleo

Novos investimentosem pesquisa em energia

eólica

1. Utilização da Energia Eólica no Século XX

II Guerra 1970 1980 1990 20101900

– Aerogeradores de Pequeno Porte (sistemas isolados)

– Aerogeradores de Grande Porte (P&D industrial)

– Usinas eólicas offshore

– Aerogeradores de 1,5 a 4,5 MW

7


1. Aerogeradores pioneiros

Poul La Cour – Pioneiro na Dinamarca (1885 a 1902)

– Aerogerador experimental para áreas

rurais (1891)

– Acionava um dínamo (cc)

– Também pensou no armazenamento –

utilizava a corrente contínua para

eletrólise e armazenava hidrogênio

produzido na forma de gás. De 1885 a

1902 iluminou a escola local (Askov)

com lâmpadas a gás


1. Aerogeradores pioneiros

– Potência de 12 kW

– Rotor com 17 m de diâmetro

– Torre de 18 m e 144 pás

– Utilizada para recarga de baterias

Aerogerador de Brush (EUA - 1888 - 1908)

8


– Potência de 100 kW

– Torre de 30 m e 2 pás

– Diâmetro do rotor ~ 30m

– Interligação com a rede

– Posicionamento via trilhos

Aerogerador Balaclava (Rússia – 1931 - 1934)

1. Aerogeradores de Grande Porte no Século XX


Aerogerador da cidade de Gedser

Dinamarca (1957)200 kW

Aerogerador MOD-5BEstados Unidos (1987)

3,2 MW

Aerogerador eixo verticalEstados Unidos (1984-1987)

625 kW

1. Aerogeradores de Grande Porte no Século XX

9


Catavento - bombeamento d’água

• Residências

• Fazendas

• Aplicações Remotas

2. Aplicações da Energia Eólica


Pequeno Porte(≤≤≤≤10 kW)

• Residências

• Fazendas

• Aplicações Remotas

Intermediário

(10-250 kW)

• Sistemas Híbridos

•Geração Distribuída

Grande Porte

(≥250 kW)

• Usinas Eólicas

• Geração Distribuída

2. Aplicações da Energia Eólica

Aerogeradores - geração de energia elétrica

IEC 61400

Aerogerador de pequeno porte: área de varredura do rotor ≤ 200 m2

10


Cubo

Rotor

Eixo

Multiplicador

Gerador

Nacele

Torre

(Fonte: CRESESB, 2008)

3. Configurações de Aerogeradores


3. Evolução da potência dos

aerogeradores

11


3. Aerogeradores modernos


282,3 GW 282,3 GW instalados no mundo em 2012.instalados no mundo em 2012.

4. Evolução da capacidade instalada de geração eólica no Mundo

(Fonte: WWEA, 2012. 2012 Annual Report. Disponível em: http://www.wwindea.org/)

296,2

Jun/2013

12


(Fonte: WWEA, 2012, 2013 Half Year Report. Disponível em: http://www.wwindea.org/GWEC, 2014 GLOBAL WIND STATISTICS 2013 Disponível em http://www.gwec.net/ )

4. Capacidade instalada de geração eólica por País

Capacidade no final de 2013: 318 GW (GWEC,2014)


4. Participação de geração eólicana matriz elétrica no Mundo

Fontes:

[1] IEA, 2013. IEAWIND: 2012 Annual Report. Acesso em: 29/08/2013.

[2] EPE, 2013. Balanço Energético Nacional 2012. Acesso em: 29/08/2013.

* Percentagem da demanda nacional de eletricidade do vento = (eletricidade gerada a partir vento / demanda nacional de eletricidade) × 100

** Números do Global Wind Energy Council (GWEC 2013) em 2012

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5. Oferta interna de energia elétrica por fonte no Brasil

Brasil (2012)

(Fonte: EPE, 2013. Balanço Energético Nacional 2012. Acesso em: 22/08/2013.)


5. Matriz Elétrica Brasileira

(Fonte: Banco de Informações de Geração. ANEEL, 20/02/2014)

Capacidade Instalada por fonte no Brasil

14


5. Evolução da capacidade instalada por fonte no Brasil (1974-2012)

(Fonte: EPE, 2013. “Anexo I. – Capacidade Instalada – Brasil”. In: Balanço Energético Nacional 2012. Acesso em: 22/08/2013.)


5. Evolução da capacidade instalada de geração eólica no Brasil

Fontes: ANEEL, 2013. Banco de Informações de Geração. Disponível em: http://www.aneel.gov.br. Acesso em: 22/05/2013 ANEEL, 2013. Fiscalização dos Serviços de Geração. Disponível em: http://www.aneel.gov.br. Acesso em: 24/05/2013

2.289,5 MW

2013

Valores Normativos Proinfa Leilões

1º Leilãode Eólica

Criaçãodo Proinfa

Valores NormativosAneel/1999

15


5. Configuração Anterior do Sistema Elétrico Brasileiro

(Adaptado de ANEEL, Out/2008. Por dentro da conta de Luz.)


5. Configuração Atual do Sistema Elétrico Brasileiro

(Adaptado de ANEEL, Out/2008. Por dentro da conta de Luz.)

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5. Potencial Eólico Brasileiro

(Fonte: CEPEL, 2001. Atlas do Potencial Eólico Brasileiro.)

Potencial Eólico: 143,5 GWPotencial Eólico: 143,5 GW

Altura de Referência: 50mAltura de Referência: 50m


0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ

Vaz

ão (

m3/

s)

0

50.000

100.000

150.000

200.000

250.000

300.000

350.000

PR

OIN

FA -

Eól

icas

do

NE

(M

Wh)

Eólicas - NE

Vazão do Rio São Francisco

Sazonalidade das Usinas Eólicas do Proinfa

Potencializa maior estabilidade sazonal de ofertaPotencializa maior estabilidade sazonal de oferta

5. Complementaridade sazonal entreos ventos e as vazões hídricas

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5. Benefícios da Energia Eólica

• É uma fonte de energia limpa e renovável que não produz a emissão de gases de efeito estufa ou resíduos tóxicos. Contribui para o combate às mudanças climáticas.

• Projetada para operar por mais de 20 anos e, ao final de sua vida útil, a área pode ser restaurada com baixos custos financeiros e ambientais. É uma forma de desenvolvimento essencialmente reversível.

• Melhora da segurança e confiabilidade do fornecimento de energia elétrica com a diversificação da matriz.

• Reduz a dependência de importação de energia.

• A geração de empregos com desenvolvimento do mercado de energia eólica.


6.Usinas Eólicas do Brasil

•• Geração Eólica total (2.272,8 MW) Geração Eólica total (2.272,8 MW)

corresponde a 1,79% da Capacidade corresponde a 1,79% da Capacidade

Instalada no Brasil.Instalada no Brasil.

•• 57 usinas eólicas foram instaladas no 57 usinas eólicas foram instaladas no

âmbito do PROINFA (2002), somando âmbito do PROINFA (2002), somando

um total de 1.422,9 MW.um total de 1.422,9 MW.

Empreendimentos de Geração Eólica

# Projetos Situação Atual Potência [MW]

135 Outorgado 3.526,1

162 Em construção 4.187,2

110 Em operação 2.272,8

As 5 Maiores Usinas Eólicas em Operação

Usina MW Proprietário Município

Praia Formosa 105,0 Eólica Formosa Geração e Comercialização de Energia S.A. Camocim - CE

Alegria II 100,6 New Energy Options Geração de Energia S/A Guamaré - RN

Parque Eólico Elebrás Cidreira 1 70,0 Elebrás Projetos S.A Tramandaí - RS

Canoa Quebrada 57,0 Bons Ventos Geradora de Energia S.A. Aracati - CE

Eólica Icaraizinho 54.6Eólica Icaraizinho Geração e Comercialização de Energia S.A.

Amontada - CE

(Fonte: ANEEL, 2013. Banco de Informações de Geração. Acesso em: 20/02/2013)

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Em Operação Em Construção Em Outorga Total Geral

Quant. Pot. Fisc. (MW) Quant. Pot. Out. (MW) Quant. Pot. Out. (MW) Quant. Pot. (MW)

Nordeste 75 1.496 138 3.615 124 3.145 337 8.255

1 Rio Grande do Norte 15 423 66 1.828 52 1.234 133 3.485

2 Ceará 29 691 26 671 30 704 85 2.066

3 Bahia 8 233 40 960 18 507 66 1.700

4 Maranhão 2 0 - - 15 433 17 433

5 Piauí 1 18 3 76 8 238 12 332

6 Pernambuco 6 27 3 80 1 30 10 136

7 Paraíba 13 69 - - - - 13 69

8 Sergipe 1 35 - - - - 1 35

Sudeste 3 28 - - - - 3 28

1 Rio de Janeiro 1 28 - - - - 1 28

2 Minas Gerais 1 0,156 - - - - 1 0,156

3 São Paulo 1 0,002 - - - - 1 0,002

Sul 32 749 24 573 18 381 74 1.703

1 Rio Grande do Sul 18 510 24 573 17 378 59 1.461

2 Santa Catarina 13 236 - - 1 3 14 239

3 Paraná 1 3 - - - - 1 3

Total Geral 110 2.273 162 4.187 142 3.526 414 9.986

(Fonte: ANEEL, 2013. Banco de Informações de Geração. Acesso em: 20/02/2014)* Só foram consideradas Usinas Eólicas com potências ≥ 1 MW


6. Usinas Eólicas do Brasil

CERN

PB

PE

AL

BA

PI

MA

SE

PR

RS

SC

ES

RJ

MG

SP

(Fonte: ANEEL, 2013. Sistema de Informações Georreferenciadas do Setor Elétrico. Acesso em: 18/09/2013)

Localização geográfica de Usinas Eólicas no Brasil (SIGEL - ANEEL)

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Previsão para Entrada em Operação até 2020

(Fonte: ANEEL, 2013. Banco de Informações de Geração. Acesso em: 20/02/2014)


Osório Osório –– 50 MW (Osório, RS)50 MW (Osório, RS)

RN 15 RN 15 –– 49,3 MW (Rio do Fogo, RN)49,3 MW (Rio do Fogo, RN)

Mucuripe Mucuripe –– 2,4 MW (Fortaleza, CE)2,4 MW (Fortaleza, CE)


Paracuru Paracuru –– 23,5 MW (Paracuru, CE)23,5 MW (Paracuru, CE)

(http://www.suzlen.com)

20


231

132

50 5686

368 18

281

427

239

601

175

84

12

273

927

17

305

643

15 26 22

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1 1,3 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,3 2,5 3

Quantidade

Potência Aerogerador [MW]

Operação Construção Outorga

Potência dos aerogeradores por estágio de implantação da

Usina Eólica no Brasil*

(Fonte: ANEEL, 2013, 2012, 2011, 2010, 2009. Fiscalização dos Serviços de Geração.)

* A maioria valores de potência dos aerogeradores foram estimadas a partir das informações de potência outorgada da usina eólica e o número de aerogeradores

existentes disponíveis nos relatórios de Acompanhamento das Centrais Geradoras Eólicas produzidos pela Superintendência de Fiscalização dos Serviços de Geração

(SFG) da ANEEL.


6. Leilões de Energia EólicaArcabouço legal

Regulamentação estável

Segurança do Segurança do abastecimentoabastecimento

Modicidade tarifária

Lei nº 10.848/2004

21


G1 G2 Gk Gn

CLCL

C

CLD1 D2 Dn

Ambiente de Contratação Regulada - ACR Ambiente de Contratação Livre - ACL

Contratos bilaterais regularesLeilões pelo ACEE

Contratos bilaterais de ajustesLeilões pelo ACEE

Contratação em regime de livrecontratação

G: geradoras D: distribuidoras CL: consumidores livres C: comercializadora

G1 G2 Gk Gn

CLCL

C

CLD1 D2 Dn






G1 G2 Gk Gn

CLCL

C

CLD1 D2 Dn






Novo Modelo do Setor ElétricoAs Fontes Alternativas de Energia Elétrica


Leilões de Energia de Reserva Leilões de Fontes AlternativasMercado Reserva ACR e ACL

ObjetivoContratar energia além daquela necessária

para atender a demanda das distribuidoras

Contratar energia para atender a demanda

das distribuidoras

Quem paga Todos os consumidores através de encargosOs consumidores das distribuidoras que

solicitaram energia através das tarifas

CompradorCCEE como representante dos

ConsumidoresDistribuidoras

Contrato CER: 20 anos CCEAR por Disponibilidade: 20 anos

Demanda no Leilão Definida pelo MMEDefinida pelos Distribuidores e rateada na

proporção da oferta

Comprometimento 100% Garantia Física Energia Contratada

Competidores Eólicas Eólicas e Biomassa

Renda Receita Contratada - Penalidades + Bônus Receita Contratada - Penalidades

ObrigaçõesProdução anual ≥ 90% Qc Produção anual ≥ 90% GF

Produção quadrienal ≥ 100% Qc Produção quadrienal ≥ 100% GF

Penalidade 115% Preço Contratado x Déficit Preço Contratado x Déficit

Bônus 70% Preço Contratado x Superávit -

Principais Características de Contratação de Energia de Reserva e Contratação Leilão de FA

6. Leilões de Energia Eólica

22


Garantia deCompra

Geração Adicional (Bonus: 70% da Tarifa)

Déficit de Geração(Penalidade: 115% da Tarifa)

Tarifa Completa


� Energia de Reserva;

� PPA de 20 anos;

� Margem de geração:

Tempo

Ereference

EminPrd

EmaxPrd

130%

100%

90%

Faixas para Contabilização da Receita Variável(Bonus e Penalidades)

t0

Produção Energética


Livre Comercializaçãono ACL no curto

prazo


Ressarcimento até osmontantes estipulados

em contrato

Livre comercialização no ACLno curto prazo segundo as regras da

procedimentos de comercialização

� PPA de 20 anos;

� Margem de geração:

Produção Energética

Tempo

Econtrato100%

90%

t0

Contratos de Comercialização deEnergia no Ambiente Regulado

23



LeilãoPotência Contratada (MW)

Eólica Biomassa PCH UHE Gás Natural

LER 2009 A-3 (Eólica) 1.805,7

LHE 2010 A-5 79,0 730,0

LFA e LER 2010 A-3 2.047,8 712,9 131,5

LEN 2010 A-5 2.120,0

LEN 2011 A-3 1.067,7 197,8 450,0 1.029,1

LER 2011 A-3 861,1 357,0

LEN 2011 A-5 976,5 100,0 135,0

LEN 2012 A-5 281,9 292,4

LER 2013 A-2 (Eólica) 1.505,2

1° LEN 2013 A-3 867,6

1° LEN 2013 A-5 647,0 173,5 445,0

2° LEN 2013 A-5 2.337,8 161,8 307,7 700,0

Potência Contratada nos Leilões de Energia – 2009 a 2013

(Fonte: EPE, 2013. Leilões. Disponível em: http://www.epe.gov.br/leiloes/Paginas/default.aspx. Acesso em: 20/02/14)



LeilãoPreço Médio (R$/MWh)

Eólica Biomassa PCH UHE Gás Natural

LER 2009 A-3 (Eólica) 148,39

LHE 2010 A-5 154,20 92,07

LFA e LER 2010 A-3 130,86 144,20 141,93

LEN 2010 A-5 67,31

LEN 2011 A-3 99,58 102,41 102,00 103,26

LER 2011 A-3 99,54 100,40

LEN 2011 A-5 105,12 103,06 91,20

LEN 2012 A-5 87,94 93,46

LER 2013 A-2 (Eólica) 110,51

1° LEN 2013 A-3 124,43

1° LEN 2013 A-5 135,48 127,01 110,32

2° LEN 2013 A-5 119,03 133,60 137,35 83,49

Preço Médio por fonte praticado nos Leilões de Energia – 2009 a 2013


24





25



LER 2009

A-3 (Eólica)

LFA e LER

2010 A-3

LEN 2011

A-3

LER 2011

A-3

LEN 2011

A-5

LEN 2012

A-5

LER 2013

A-2 (Eólica)

LEN 2013

A-3

LEN 2013

A-5Total

Potência

(MW)1.805,7 2.047,8 1.067,7 861,1 976,5 281,9 1.505,2 2.337,8 867,6 11.751,3


LEN 2013

A-3

124,43

2ºLEN 2013

A-5

119,03



PROJETOSOFERTA

(MW)

Nordeste 62 1.424,7

1 Rio Grande do Norte 7 132

2 Bahia 28 567,8

3 Ceará 6 113,2

4 Pernambuco 7 191,7

5 Piauí 14 420

Sul 4 80,5

1 Rio Grande do Sul 4 80,5

Total Geral 66 1.505,2


Leilão de Energia de Reserva A-2

Resumo de projetos eólicos por UF

PROJETOSOFERTA

(MW)

Nordeste 20 541

1 Rio Grande do Norte 0 0

2 Bahia 4 83

3 Ceará 4 98

4 Pernambuco 4 120

5 Piauí 8 240

Sul 19 326,6


Total Geral 39 867,6

Leilão de Energia A-3 / 2013 (18/11/2013)

Resumo de projetos eólicos por UF

26




Leilão de Energia A-5 / 2013 (13/12/2013)

Resumo dos projetos eólicos por UF

PROJETOS OFERTA (MW)

Nordeste 70 2.185,8

1 Rio Grande do Norte 25 684,7

2 Bahia 41 1.000,8

3 Ceará 10 212,3

4 Pernambuco 4 120,0

5 Piauí 7 168,0

Sul 10 152,0


Total Geral 80 2.337,8


6. Perspectivas da Energia Eólica

Energia EólicaEnergia EólicaXX

Energia Energia HidráulicaHidráulicaComplementaresComplementares

• Energia limpa e renovável é uma alternativa a expansão de geração termoelétrica baseada

em combustível fósseis contribuindo para mitigação das mudanças climáticas (um único

aerogerador de 1,8 MW poupa a emissão de mais de 2 ton de CO2 anualmente).

• Perspectivas de crescimento com o custo da eletricidade gerada em queda contínua. Entre

1990 e 2008, a capacidade instalada no mundo dobrava a cada 3 anos coincidindo

reduções de 15% nos preços.

• O grande potencial eólico brasileiro e a evolução tecnológica dos aerogeradores apontam a

energia eólica como uma alternativa viável econômica e ambientalmente.

• No último leilão de energia de reserva, realizado em 23/08/13, foram contratados

1.505MW de potência em usinas eólicas (66 projetos), o que representa 700,7MW médios

de garantia física contratada, com preço médio de venda de R$ 110,51/MWh.

• Apresenta fatores de capacidade entre 42% e 32%, enquanto usinas elétricas

convencionais apresentam em média 60%.

27


Obrigado!

Ricardo Dutra

[email protected]

Bruno Montezano

[email protected]

(21) 2598-6174


Planejamento & Construção de uma Usina EólicaPlanejamento & Construção de uma Usina Eólica

28


– Projeto básico

– Estudos para implementação

– Estratégia financeira

– Arrendamento da área

– Procedimentos para obtenção das licenças

– Logística & Estratégias

– Lista de material & Preços

– Contrato com fornecedores

– Acompanhamento da obra

– Conecção com a rede

– Comissionamento da usina

– Operação

– Estratégia de manutenção preventiva e corretiva

PlanejamentoPlanejamento


Construção de uma usina eólica

– Projeto executivo

– Negociação do contrato com o proprietário do sítio

– Pareceres necessários de meio ambiente

– Planejamento de exec.

– Licenças para a construção

– Fiscalização técnica durante a construção

� Acesso ao local;

� Conexão à rede elétrica;

� Sondagem do solo;

� Interferência na região;

� Avaliação dos riscos.

29


Obras Civis

Planejar e realizar:

– Sondagem do solo

– Terraplanagem

– Bases de concreto para os aerogeradores

– Vias de acesso para cada aerogerador

– Drenagem do solo

– Rede elétrica interna

– Subestação

– Ponto de interconexão à rede básica

Deve ser considerado o trânsito de veículos longos e máquinas pesadas (guindastes de grande porte e outros veículos).


Montagem das estacas da fundação do aerogerador

30


Vista geral das estacas cravadas no solo


Construção da fundação do aerogerador

31


Detalhes da montagem das ferragensDetalhes da montagem das ferragens

Viabilidade Técnica


Vista geral das seções da torre de concretoVista geral das seções da torre de concreto

32


Transporte das pás do rotor


Vista de um rotor montado no solo

33


Vista de três fundações diferentes


Vista das fases de montagem do aerogerador

34


Vista das fases de montagemda nacele


Outra forma de montagem das pás no aerogerador

35


Exemplo da configuração típica da redeExemplo da configuração típica da redeelétrica de uma usina eólicaelétrica de uma usina eólica


Vista da Usina Eólica de Osório - RS

36


Vista de uma Usina Eólica offshore na DinamarcaVista de uma Usina Eólica offshore na Dinamarca


Bases típicas de aerogeradores para usinas off-shore

37


Transporte de aerogeradores para bases off-shore


Transporte de aerogeradores para bases off-shore

38


Montagem de um aerogerador Montagem de um aerogerador offoff--shoreshore


Embarque do cabo submarino da usina Embarque do cabo submarino da usina offoff--shore no portoshore no porto

39


Desembarque do cabo submarino da usina Desembarque do cabo submarino da usina offoff--shoreshore


Ancoragem do cabo submarino no fundo do marAncoragem do cabo submarino no fundo do mar

40


Intervenção de manutenção off-shore


Referências Bibliográficas

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