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5º Congresso Pernambucano de Municípios

Solar e Eólica no Brasil: Sustentabilidade desde a Perspectiva da Pesquisa e do Desenvolvimento

Olga de Castro Vilela Diretora de Solar, CER-UFPE Professora em Solar, DEN-CTG-UFPE [email protected]

Alexandre Costa Diretor de Eólica, CER-UFPE Professor em Eólica, DEN-CTG-UFPE [email protected] Recife, Abril de 2018

CENTRO DE ENERGIAS RENOVÁVEIS

DA UFPE (CER-UFPE)

Motivação

Panorama Mundial

Panorama Brasileiro

O CER-UFPE

Sustentabilidade

Fonte Limpa e Renovável: Análise da Cadeia Produtiva; Taxa de “Recuperação” Geração Descentralizada: Fragmentação das Centrais de Geração Preços Relativamente Baixos: Baixo Investimento (MW); Custos Baixos (MWh) Diminuição da Dependência Nacional Externa: Recurso Autóctone

Vantagens da Eólica e Solar

Motivação Panorama Mundial Panorama Brasileiro O CER-UFPE Sustentabilidade

Costa, A.; Arranz-Piera, P. D-A1 Report on policy assessment of the wind energy sector in Lebanon. CEDRO Programme, United Nations Development Programme (UNDP), 2011.

Motivação

Panorama Mundial

Panorama Brasileiro

O CER-UFPE

Sustentabilidade

Potência Solar Instalada


Crescimento da Potência Solar (PV+CSP) Acumulada no Mundo

https://www.irena.org/en/solar (acesso em Abril/2018)

Segundo o Global Wind Energy Council (GWEC), espera-se um crescimento contínuo para os próximos anos.

Crescimento da Potência Eólica Acumulada no Mundo

Potência Eólica Instalada


(GWEC, 2017)

(GWEC, 2017)

Ranking Mundial da Eólica


Motivação

Panorama Mundial

Panorama Brasileiro

O CER-UFPE

Sustentabilidade

Potência Solar Instalada

MERCADO


Crescimento da Potência Solar PV Acumulada no Brasil

(ANEEL, 2017)

Obras em andamento

Potência Eólica Instalada

MERCADO


Crescimento da Potência Eólica Acumulada no Brasil

(ABEEólica, 2018)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

180002005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2023

MW

Fabricantes no Brasil

MERCADO MERCADO


Cenários de Energia Eólica 2014/2015. Ed. Brasil Energia.

http://brasilenergia.editorabrasilenergia.com/cenarios/eol-

2014/flip/files/assets/basic-html/page50.html

A Cadeia da Eólica

Motivação

Panorama Mundial

Panorama Brasileiro

O CER-UFPE

Sustentabilidade

Recife

O Centro de Energias Renováveis (CER)


Equipes do CER

Energia Solar

Permanentes: Prof. Dr. Naum Fraindenraich Prof. Dr. Chigueru Tiba Profa. Dra. Elielza Moura Profa. Dra. Olga de Castro Vilela Prof. Dr. André Cunha Colaboradores: Prof. Dr. Germán Salazar Prof. Dr. Manoel H. O. P. Filho Prof. Dr. Carlos A. A. de Oliveira Prof. Dr. Sérgio Leal Prof. MSc. Antônio Negreiros 20 Estudantes em projetos P&D (Doutorandos, Mestrandos e Graduandos)

Energia Eólica

Permanentes: Prof. Dr. Pedro Rosas Prof. Dr. Alex Maurício Araújo Profa. Dra. Doris Veleda Prof. Dr. Mário Bezerra Prof. Dr. Alexandre Costa Colaboradores: Prof. Dr. Ramiro Willmersdorf Prof. Dr. Tsang Ing Ren Prof. Dr. Janardan Rohatgi Prof. Dr. Armando Medeiros 25 Estudantes em projetos P&D (Doutorandos, Mestrandos e Graduandos)


Entidade Associada ao MCTI


Atividades do CER

Pesquisa Projetos de P&D em Solar e Eólica com a Indústria, Órgãos Governamentais, Universidades e Centros de Pesquisa Docência Graduações: Engenharia de Energia; Engenharia Elétrica; Oceanografia

Pós-graduações: PROTEN; PPGEM Extensão Colóquio no CER, Seminários, Professores Visitantes


Breve História da Solar na UFPE

Grupo de Pesquisas em Fontes Alternativas de Energia (FAE) 1978: criação do Grupo FAE

1993: prêmio Liguria, Centro per lo Sviluppo del Popolo, Genova, Itália 2001: elaboração do 1º Atlas Solarimétrico do Brasil 2005: reconstituição da Associação Brasileira de Energia Solar

2009-2010: suporte às autoridades Brasileiras para estabelecer as bases para o desenvolvimento da energia solar térmica de médias e altas temperaturas no Brasil

2010: credenciamento como Entidade Associada ao INT/MCT 1978-2017 (39 anos): formação de pessoal, projetos de P&D em colaboração com instituições de pesquisa e empresas nacionais e internacionais


Colaborações Atuais:

Ben Gurion University, Israel: FV, óptica, térmica (altas temperaturas)

Universidade de Évora, Portugal: sistemas térmicos

Universidades Nacionais Argentina (UNRo, UNLu, UNSa): recurso solar

CIEMAT, Espanha: solar térmico e fotovoltaico

CSEM-Brasil: células e módulos orgânicos

Outras Colaborações:

Sistemas de Bombeamento FV: Oldenburg University, GIZ (GTZ) (Alemanha)

CYTED – (Portugal, Espanha, Chile, Argentina, Cuba, Uruguai, Colômbia)

Total Energie via CEPEL (França)

Solar térmica de concentração: GIZ GmbH (Alemanha)

FV de alta concentração: ABENGOA-Brasil; ABENGOA (Espanha)

Colaborações Internacionais em Solar


sistemas solares fotovoltaicos: Modelagem, simulação, desenvolvimento e avaliação de componentes e sistemas FV: Bombeamento de água para abastecimento e irrigação; Dessalinização de água com energia solar FV; Eletrificação rural; Dispositivos e sistemas fotovoltaicos com concentração; Células FV de alta eficiência (MJ) Células e módulos orgânicos Geração distribuída e Centrais Fotovoltaicas.

sistemas solares térmicos: Modelagem, simulação, desenvolvimento e avaliação de componentes e sistemas: Fogões solares;

Coletores térmicos para aplicações industriais (120ºC); Fresnel: aplicações industriais (calor de processo);

Coletores parabólicos: desenvolvimento de óptica e térmica; Centrais solares para geração de eletricidade.

solarimetria e estatística da radiação solar: Medição e avaliação de radiação solar, radiação UV;

Prospecção de recurso: estudo de localização de centrais; Previsão e análise de radiação

desenvolvimento de metodologias e softwares para dimensionamento e simulação de sistemas solares

Áreas Atuais de P&D em Solar


Alguns Projetos de P&D Atuais em Solar

Usina Termosolar de 1 MW, Plataforma Solar de Petrolina participantes: CEPEL, CER-UFPE, CHESF, SECTEC recurso: FINEP (P&D), SECTEC

Central Solar FV 3 MW, Plataforma Solar de Petrolina

participantes: CER-UFPE, UPE, FITec, CEPEL, CIEMAT, CHESF

recurso: CHESF - P&D ANEEL chamada 13

Central Solar FV 1 MW, Arena Pernambuco

participantes: Grupo NeoEnergia, Odebrecht, CBEM, CER-UFPE, UFBA, UFMG, Unicamp

recurso: Grupo NeoEnergia - P&D ANEEL chamada 13



Desenvolvimento de Planta FV de 10 kW conectada à rede com Tecnologia HCPV

participantes: CER-UFPE (executor), ABENGOA BRASIL, ABENGOA ESPANHA

recurso: ABENGOA BRASIL - P&D ANEEL

Plantas FV instaladas em lagos de Hidroelétricas

(5 MWp Sobradinho-Bahia + 5 MWp Balbina -Amazonas)

participantes: SUNLUTION, WEG, CER-UFPE, UFAM, UNISOL

recurso: CHESF/ELETRONORTE – ANEEL

Estudo das características de geração de células e módulos OPV fabricados no Brasil

participantes: CER-UFPE (executor), CSEM- BRASIL

recurso: SUDENE-Superintendência de Desenvolvimento do Nordeste do Brasil


Medição e mapeamento da irradiação solar direta no semiárido do NE Brasileiro - Estudo de localização para grandes centrais solares para geração de eletricidade

participantes: CER-UFPE (executor)

recurso: CHESF - P&D ANEEL

Sistemas Solares térmicos com Concentração na Ibero-América (Rede de vários países)

participantes: CER-UFPE, CIEMAT-Espanha

recurso: CYTED (ESPANHA)- Programa Ibero-Americano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo

Desenvolvimento de Tecnologia Nacional de Energia Solar Termoelétrica (sistema experimental: UFPE, sistema de potência: BA)

participantes: CER-UFPE, CELPE, Fundação Getúlio Vargas e outros

recurso: Grupo NeoEnergia – P&D ANEEL – chamada 19



Planta Heliotérmica

LABORATÓRIOS

Outras Tecnologias

CENTRAL TOWER

FRESNEL

Planta Tecnológica 500 kWp

HCPV V-TROUGH

TRACKERS FIXOS- DIF.

TECNOLOGIAS 2,5 MWp

(Si-c)

Fixo

Plano

BASE PLANT

Plataforma Solar de Petrolina

Março, 2016

PV – Lago de Sobradinho


Adaptação de sistemas FV para utilização

de componentes de tecnologia nacional

Bancada de testes bombeamento FV

Conversores e bombas encontradas no

mercado Brasileiro

Aplicações: Bombeamento FV para

abastecimento e irrigação

SE

AL

Dessalinização de água FV

Infraestrutura e Atividades em Solar


Sistemas FV com rastreamento e concentração

HCPV - 1000 Sóis

V-trough

Projetado e

construído no

FAE


Testes com células de alta

eficiência com

concentração


Aquecedor solar CPC – 120ºC

1º Atlas Solarimétrico do Brasil

Fogões Solares

Sistemas conectados à rede



Breve História da Eólica na UFPE

1990 kick-off UFPE

1992 1st WTG Noronha

1998 Small WTG UFPE

1998 WANEB ANEEL

1999 CTTE Olinda

2000 2nd WTG Noronha

1998 MCT ANEEL


2013 P&D: IMPSA PETROBRAS CTGAS-ER CHESF SUDENE MI

2014 Novos Cursos: Graduação Mestrado Doutorado

2003 Guia de Projeto Elétrico WWEA

2004…2012 PROINFA; Leilões Prestação de Serviços Doutorado no Exterior

2012 Novo kick-off UFPE



COLABORAÇÕES INTERNACIONAIS Argentina: UTN, UCC

Dinamarca: RISOE, DTU, FOLKCENTER

Espanha: CIEMAT, UPM, UPV

Estados Unidos: UMASS, NREL*

Reino Unido: LOUGHBOROUGH, SOUTHAMPTON, IMPERIAL COLLEGE OF LONDON

Vestas V27 225 kW Fernando de Noronha *pendente de MoU



previsão eólica a curto prazo e avaliação do recurso eólico: ferramentas baseadas em inteligência artificial, modelos de séries temporais, modelos mesoescalares, modelagem da PBL, CFD, downscaling estatístico, estratégias de combinação de previsões, controle e garantia da qualidade de dados observacionais conexão à rede: modelagem do aerogerador e conversores, estratégias de controle, qualidade de energia modelagem de aerogeradores: aerogeradores de pequeno e grande porte, simulações aerodinâmicas e aeroelásticas, estratégias de controle

Áreas Atuais de P&D em Eólica


Supervisory System for Fernando de Noronha Island participantes: CELPE; CER-UFPE recursos: CELPE Optimizing a 2 MW Wind Turbine Generator in order to adapt it to Brazilian Conditions participantes: PETROBRAS; CTGAS-ER; UFRN; CER-UFPE recursos: PETROBRAS Wind Power Prediction at different Time Scales oriented to Wind Machine Control and Wind Farm Dispatch at Specific Brazilian Meteorological Conditions (EOLIPREV) participantes: CTGAS-ER; CIEMAT e UPM (Spain); CER-UFPE recursos: CNPq Agreement concerning the CER-UFPE’s Wind Test Facility participantes: SUDENE; CER-UFPE recursos: SUDENE

Projetos Atuais de P&D em Eólica




Anteprojeto da Área de Ensaios e Testes do CER-UFPE

Ensaios para Certificação: Garantia de Qualidade Mínima Testes para Aprimoramento: Nacionalização da Tecnologia



Anteprojeto da Área de Ensaios e Testes do CER-UFPE

Projetos Atuais de P&D em Eólica Projeto HPC4E (https://hpc4e.eu) Cooperação Brasil-EU 3ª Chamada TIC RNP/MCTI - EU-H2020

Parceiros Europeus: Parceiros Brasileiros:



Projeto HPC4E Líderes dos WPs (Líder BR; Líder EU):

WP1: COPPE-UFRJ; BSC WP2: INF-UFRGS; BSC WP3: LNCC; INRIA WP4: CER-UFPE; IBERBROLA WP5: COPPE-UFRJ; ULANC WP6: ITA; REPSOL WP7: COPPE-UFRJ; BSC


Motivação

Panorama Mundial

Panorama Brasileiro

O CER-UFPE

Sustentabilidade

Desenvolvimento Sustentável

Our Common Future, conhecido como Brundtland Report da Comissão Mundial sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento das Nações Unidas: “Desenvolvimento que atende às necessidades do presente sem comprometer a capacidade das gerações futuras atenderem às suas próprias necessidades”

(Brundtland Commission, 1987)


Desenvolvimento Sustentável

Aspectos Ambientais e.g. fonte limpa e renovável, avaliação de impactos

Aspectos Econômicos e.g. baixo investimento (R$/MW), baixos custos (R$/MWh)

Aspectos Sociais e.g. compreensão, análise crítica e aceitação

Aspectos Legais e.g. ambientes de contratação Livre e Regulada

Aspectos Administrativos e.g. ‘one-stop-shop’ approach (EWEA, 2010)

Aspectos Técnicos e.g. sistemas para evacuação, despacho, fortalecimento da cadeia de fornecedores

Aspectos Científicos e.g. geração de conhecimento, domínio da tecnologia, melhoria no desempenho

(Costa and Arranz-Piera, 2011)


Simulação e Validação Modelagem e Parametrizações Específicas; Avaliação de Recursos Onshore e Offshore; Torres Anemométricas & LIDARs & Satélite; Base Pública de Dados Observacionais

(Costa e Santos, 2012; Costa et al., 2013; Perruci et al., 2014; Taylor, 2001)

Carácter Aleatório Previsão Eólica a Curto Prazo; Armazenamento

(Clemente et al., 2014; Costa et al., 2008; Fertig and Apt, 2011; Gallego et al., 2011)

Interferência entre Centrais Difusão da Esteira; Defeito de Velocidade; Energia Cinética Turbulenta

(Costa et al., 2014; Crespo et al., 1999; Vermeer et al., 2003)

Desafios quanto ao P&D em Eólica

Costa, A. Energia Eólica: uma questão de sustentabilidade. Comissão de Serviços de Infraestrutura do Senado Federal, Programa para 2013/2014 Investimento e Gestão, 1º Ciclo - Energia e Desenvolvimento do Brasil. Brasília, 2013 http://www.senado.leg.br/comissoes/ci/ap/AP20130415_AlexCosta.pdf


Tropicalização vs Nacionalização Aerodinâmica; Estratégias de Controle; Materiais; Componentes (Torre, Pás, Conversores, Inversores...) (Costa et al., 2014; Fernández et al., 2012; Tessonnier and Su, 2011)

Instabilidade de Tensão e Frequência Aerogerador Flexível; Armazenamento em Curto Prazo (Costa et al., 2014; Portnov et al., 2005)

Normatização e Certificação Nacionalização de Normas; Ensaios e Testes; Fomento aos Laboratórios Nacionais (CER-UFPE, 2017; CTGAS-ER, 2014)

Costa, A. Energia Eólica: uma questão de sustentabilidade. Comissão de Serviços de Infraestrutura do Senado Federal, Programa para 2013/2014 Investimento e Gestão, 1º Ciclo - Energia e Desenvolvimento do Brasil. Brasília, 2013 http://www.senado.leg.br/comissoes/ci/ap/AP20130415_AlexCosta.pdf


Desafios quanto ao P&D em Eólica

Para os segmentos: Universidade (U), Governo (G) e Empresa (E) (U) P&D não é foco das empresas (U)(G)(E) Alinhamento com outras políticas de CT&I (U)(E) Pouca integração com a indústria (G) Falta de cultura de planejamento (G) Definição das áreas de planejamento (E) Investimento em P&D pelo setor produtivo (G) Licenciamento das patentes (G) Processo de elaboração de editais

Centro de Gestão e Estudos Estratégicos (CGEE) - MCTI


Desafios quanto ao P&D em Energia Elétrica

Considerações Finais

Propostas para o País/Unidades da Federação 1. Proposta de Criação:

Comitês Técnico-científicos Permanentes sobre Solar e Eólica Autoridades nas matérias que urgem solução em P&D 2. Proposta de Roadmap para os Comitês:

Radiografia dos Setores e Análise de Sensibilidade Por exemplo, a partir dos estudos do CGEE e CTSN Priorização dos Desafios Avaliação das Estratégias para as Soluções aos Desafios

Proposta para a Qualificação de Mão-de-obra Técnicos; Engenheiros; Especialistas; Mestres; Doutores


2. Proposta de Roadmap para os Comitês:

Política de Remuneração dos Pesquisadores Bolsas de Pesquisa para Alunos e Professores Mecanismos de Atração e Fixação de Pesquisadores Vagas nas Universidades Incentivo à Relação com a Empresa e a Indústria Incentivo a Patentes

Política de Fomento aos Centros de Excelência Verbas Direcionadas para Despesas Ordinárias Instalação e Ampliação de Laboratórios Incentivo à Formação dos Pesquisadores

Publicação de Editais Específicos para P&D em Solar e Eólica Financiamento para P&D com a Empresa e a Indústria Financiamento para P&D com os Municípios

Considerações Finais


Referências

ABEEólica (2018). Dados Mensais. Fevereiro de 2018. ANEEL. Informações Gerenciais. Junho de 2017. Brundtland Commission (1987). Report of the World Commission on Environment and Development. United Nations. Clemente, J.O.; Bispo, R.C.B.; Almeida, M.A.M.; Costa, A. (2014). Previsão eólica a curtíssimo prazo para controle preditivo de um aerogerador sob diferentes cenários de parametrização. XXII CONIC da UFPE. Costa, A. et al. (2008). A review on the young history of the wind power short-term prediction. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 12(6), 1725-1744. Costa, A.; Arranz-Piera, P. (2011). D-A1 Report on policy assessment of the wind energy sector in Lebanon. CEDRO Programme, United Nations Development Programme (UNDP). Costa, A.; Santos, A. (2012). Técnicas estatísticas e dinâmicas de downscaling do vento local. Relatório Interno, Projeto P007 Comparação entre Técnicas de Aumento de Resolução de Dados de Reanálise para Geração de Séries de Velocidade de Vento de Longo Prazo. CTGAS-ER/PETROBRAS. Costa, A.; Romo, B.; Blazquez, P.; Migoya, E. (2013). Wind atlas of the West Bank: modelling microscale effects, installable wind power capacity and proposals for the atlas usage. Spanish Agency for International Development Cooperatioon (AECID). Costa, A.; Clemente, J.O.; Bispo, R.C.B.; Perruci, V.P.; Rolim, G.D.O.; Araújo, A.M.; Asibor, A.I.; Vital, B.C.; Rosas, P.A.C. (2014). R2 - Relatório contendo a revisão bibliográfica referente à modelagem aeroelástica, modelagem do sistema de controle, técnicas preditivas e modelagem de ventos. Relatório Interno, Projeto de Aprimoramento de Aerogerador de 2 MW para Adequação às Condições Eólicas Brasileiras. CTGAS-ER/PETROBRAS. Crespo, A.; Hernandez, J.; Frandsen, S. (1999). Survey of modelling methods for wind turbine wakes and wind farms. Wind Energy, 2(1), 1-24.

Referências

EWEA (2010): WindBarriers, Administrative and grid access barriers to wind power, European Wind Energy Association (EWEA). Fernández, U.; Réthoré, P. E.; Sørensen, N. N.; Velte, C. M.; Zahle, F.; Egusquiza, E. (2012). Comparison of four different models of vortex generators. In EWEA 2012-European Wind Energy Conference & Exhibition. Fertig, E.; Apt, J. (2011). Economics of compressed air energy storage to integrate wind power: A case study in ERCOT. Energy Policy, 39(5), 2330-2342. Gallego, C. et al. (2011). Influence of local wind speed and direction on wind power dynamics–Application to offshore very short-term forecasting. Applied Energy, 88(11), 4087-4096. GWEC (2017). Global Wind Report. Annual Market Update 2016. Global Wind Energy Council. Perruci, V.P.; Rolim, G.D.O.; Silva, L.D.A; Costa, A. (2014). Modelagem do vento local baseada em técnicas estatísticas e dinâmicas de downscaling. XXII CONIC da UFPE. Portnov, G.; Uthe, A. N.; Cruz, I.; Fiffe, R. P.; Arias, F. (2005). Design of steel-composite multirim cylindrical flywheels manufactured by winding with high tensioning and in situ curing. 1. Basic relations. Mechanics of Composite Materials, 41(2), 139-152. Taylor, K. E. (2011). Summarizing multiple aspects of model performance in a single diagram. Journal of Geophysical Research, 106, 7183-7192. Tessonnier, J. P., Su, D. S. (2011). Recent progress on the growth mechanism of carbon nanotubes: a review. ChemSusChem, 4(7), 824-847. Vermeer, L. J.; Sørensen, J. N.; Crespo, A. (2003). Wind turbine wake aerodynamics.Progress in Aerospace Sciences, 39(6), 467-510.

Olga de Castro Vilela Diretora de Solar, CER-UFPE Professora em Solar, DEN-CTG-UFPE [email protected]

Alexandre Costa Diretor de Eólica, CER-UFPE Professor em Eólica, DEN-CTG-UFPE [email protected]

CENTRO DE ENERGIAS RENOVÁVEIS

DA UFPE (CER-UFPE)

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