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Produção Eólica e Enquadramento Técnico

1. 84 5 7 Valores da manuten o utilizando o modelo 85 5 8 Valores da manuten o total para 12 anos para as empresas em causa 87 5 9 Valores da manuten o total correspondente a 20 anos para a Gamesa e o modelo CHAdOS as ds ed a re ER A oe ae Bete he E aa ee Se a Ge 87 5 10 Valor da manuten o para os anos no intervalo de 13 20 87 A 1 Tabela de rugosidade do terreno usada no Atlas Europeu do Vento 36 93 B 1 Valores estimados para os diferentes modelos 97 B 2 Valor do erro total dos diferentes modelos 97 D 1 Cronograma tipo das diferentes etapas do parque e lico em estudo 110 xvii xvili LISTA DE TABELAS Abreviaturas e Simbolos A C Antes de Cristo EDF lectricit de France E U A Estados Unidos da America WSH Wind Service Holland AWEA American Wind Energy Association U S United States EIA Energy Information Administration GEE Gases de Efeito de Estufa IDAE Instituto para la Diversificacion y Ahorro de la Energ a AC Alternating current DC Direct current SEN Sistema El ctrico Nacional ML Mercado Liberalizado MR Mercado Regulado ERSE Entidade Reguladora dos Servi os Energ ticos BTN Baixa Tens o Normal BTE Baixa Tens o Especial PRE Produ o em Regime Especial GWEC Global Wind Energy Council PTN Condi es Normais de Temperatura e Press o SCADA Supervisory Control And Data
2. 36 Estrutura dos Modelos 20 37 Varia o da velocidade do vento com a altura acima do solo 21 40 Influ ncia da mudan a de rugosidade no perfil vertical do vento 22 40 Efeito do obst culo sobre os ventos em fun o da sua altura 23 42 Esquema do regime de vento em situa o de relevo 24 42 Influ ncia do par metro k na curva de distribui o de Weibull 22 45 Influ ncia da velocidade m dia na distribui o de Rayleigh 25 46 Algoritmo de c lculo da energia produzida por uma parque e lico 48 Exemplo de curva de pot ncia de um aerogerador 49 Exemplo de curva de f V 50 Exemplo de curva de F V 50 Esquema de cava de tens o 26 1 54 Sentido a seguir das condi es mais desfavor veis 27 56 Varia o da tens o 27 57 Estrutura de custos para uma turbina e lica de 2 MW 28 66 Distribui o dos custos de Opera o e de Manuten o 28 66 Custos da O amp M para diferentes tipos de turbinas e idades 28 67 Metas para incentivar a utiliza o de fontes de energia renov veis 29 T3 Custos de opera o e manuten o do caso de estudo TI Distrui o de custos
3. 2004 2005 2006 2007 2008 Figura 3 4 Evolu o da pot ncia instalada 13 O consumo de energia el ctrica em 2008 totalizou 50 6 TWh revelando assim um aumento de 1 face ao ano anterior Desde 2003 que n o se verificava um crescimento t o baixo O consumo abastecido com tarifa regulada correspondeu a mais de 97 do total face aos 88 verificados em 2007 EVOLU O DO CONSUMO Varia o anual GWh er 4 2 000 2 1 000 l L 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Figura 3 5 Evolu o do consumo anual 14 No ano de 2008 o valor m ximo de pot ncia solicitada rede p blica ocorreu a 2 de Dezembro com 8959MW ficando a 150 MW do m ximo atingido em 2007 A produ o t rmica no ano de 2008 foi respons vel pela produ o de 47 do total tendo apenas 11 do consumo sido disponibilizado pela produ o hidroel ctrica constituindo assim o quinto ano consecutivo que esta fica abaixo da m dia com um ndice de 0 56 A Produ o em Regime Especial abasteceu 23 do consumo registando contudo um cresci mento inferior ao dos ltimos anos As entregas totais da PRE cresceram 14 com redu o de 6 na cogera o e aumento de 42 na e lica onde a pot ncia foi refor ada em 576 MW Em termos de qualidade de servi o a rede continuou a apresentar um bom desempenho sendo o Tempo de Interrup o Equivalente de 1 3 minutos 24 A Energia El ctrica E visivel em 2008 uma diminui
4. Figura 4 10 Esquema do regime de vento em situa o de relevo 24 4 5 Representa o estat stica do regime dos ventos 43 Aquando da presen a de uma colina pode se verificar dependendo da sua geometria um au mento na velocidade do vento e uma consider vel mudan a de direc o Na figura 4 10 ilustrada uma situa o desse tipo Como se pode observar o valor de velocidade fortemente afectado pela colina Outras zonas geogr ficas como vales montanhas e gargantas tamb m influenciam o regime do vento fre quente a utiliza o de curvas de n vel extra das dos mapas topogr ficos para descrever o relevo de uma regi o A an lise do escoamento de um terreno utilizando curvas de n vel n o de f cil modelagem pelo que existem programas computacionais destinados an lise de locais e licos que utilizam curvas de n vel de grande complexidade e detalhe Com o avan o dos modelos de escoamento e a crescente velocidade de processamento dos computadores os resultados mostram se cada vez mais acess veis e precisos 4 4 5 Influ ncia do efeito de esteira Outro aspecto que afecta o regime dos ventos o designado efeito de esteira Este consiste na perturba o na parte posterior do aerogerador em virtude da passagem do vento isto porque o vento resultante da energia mec nica aproveitada pela turbina e lica apresenta se com um con te do energ tico muito inferior muito turbulento e abrandado em rela o
5. 78 Resumo com todas as express es 30 80 Eluxo financeiro o du ee o pa a Fa da ma SO we ae 83 Tra ado da curva com os valores dados e os estimados pelo modelo 85 comportamento da manuten o para as diferentes empresas nos primeiros 12 anos de vida de um parque e lico constitu do por 6 aerogeradores de 2MW 86 Modelo Linear 05 Modelo Exponencial 95 Modelo Potencial 96 Modelo Polinomial de ordem 3 96 LISTA DE FIGURAS XV B 5 Modelo Logar tmico 96 B 6 Valores estimados para os diferentes modelos 97 xvi LISTA DE FIGURAS Lista de Tabelas 4 1 Tabela do factor n para diferentes tipos de superf cie 31 39 4 2 Tabela do factor Zp para diferentes tipos de superf cie 32 39 4 3 N veis de planeamento para a qualidade da onda 33 58 4 4 Valores limites das grandezas el ctricas 27 59 5 1 Majora o ambiental Z 34 71 5 2 Dados de financiamento 73 5 3 Dados de financiamento 74 5 4 Caracter sticas t cnicas do Aerogerador 35 76 5 5 Opera o e Manuten o 83 5 6 Valores dos par metros
6. Durante o per odo entre 1955 e 1968 a Alemanha construiu e operou um aerogerador com o maior n mero de inova es tecnol gicas da poca Os avan os tecnol gicos desse modelo persis tem at hoje na concep o dos modelos actuais mostrando o seu sucesso de opera o Tratava se de um aerogerador de 34 metros de di metro operando com pot ncia de 100kW a ventos de 8m s 42 43 O choque petrol fero de 1973 acentuou a necessidade de assegurar a diversidade e seguran a no fornecimento de energia bem como a obriga o de proteger o ambiente motivando um maior interesse pelas energias renov veis A energia e lica tornava se assim numa fonte de energia das mais promissoras desenrolando se programas de investiga o e desenvolvimento sobre estas De particular import ncia foi o programa de energia e lica iniciado em 1973 nos E U A que dois anos depois deu frutos com a instala o da primeira turbina e lica da era moderna perto de Cleveland Ohio a Mod 0 com um rotor de duas p s com 38 metros de di metro e 100 kW de pot ncia 43 Os Estados Unidos da Am rica deram o pr ximo passo no desenvolvimento de turbinas de grandes dimens es com a instala o da turbina Boeing Mod 2 de 91 metros de di metro e 2 5 MW de pot ncia em 1981 incorporando os mais recentes progressos tecnol gicos nesta altura que se formam os cons rcios entre empresas americanas e europeias mais concretamente suecas e americanas em progr
7. A t tulo de exemplo apresentam se os gr ficos de f V e F V Probabilidade 12345 6 7 8 9 1011 1213 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Velocidadde m s Figura 4 15 Exemplo de curva de f V Fun o Probabilidade Acumulada Probabilidade EEE HER FERRER 1 2 34 5 6 7 8 9 1011 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Velocidade m s Figura 4 16 Exemplo de curva de F V Para obten o do valor de pot ncia produzido por cada gerador necess rio realizar um varri mento do gr fico da curva de pot ncia multiplicado pelo valor respectivo do gr fico da fun o de distribui o acumulada e 7 Coma distribui o de Weibull determinada poss vel obter a Energia Anual Produzida EAP para cada velocidade de vento v nas diferentes zonas de A m s O valor esperado para a energia el ctrica produzida anualmente dada por V EAP 8760x f V xP V dV 4 22 Vs 4 6 C lculo da energia gerada por um sistema e lico 51 Onde f V a densidade de probabilidade da velocidade m dia do vento P V a carac ter stica el ctrica do sistema de convers o de energia e lica Vs a velocidade de cut in e Vy a velocidade de cut out Uma vez que n o se possui a fun o da curva de pot ncia e de forma a tornar o c lculo da EAP mais simples utilizado uma aproxima o atrav s da utiliza o de distribui o discreta pelo que a equa o X se t
8. Viana do Castelo Viana do Castelo Viana do Castelo Viana do Castelo Fabricante Modelo ENERCON ENERCON ENERCON GAMESA NORDEX NORDEX ENERCON ENERCON ENERCON SUZLON SUZLON REpower REpower REpower VESTAS ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON VESTAS ENERCON SUZLON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON GAMESA ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ALTO DO MON O LOUSA JOGUINHO II SAFRA COENTRAL MADRINHA PENAMACOR 1 PENAMACOR 3A CELA FANH ES II P PINHAL INTERIOR SERRA D EL REI ARRUDA SOBRAL II ABOGALHEIRA FREITA II FREITA VIDEMONTE ORTIGA CANDEEIROS ampl CHORIDA 2 CHORIDA 1 PLAINA DO VISO MAIROS SERRA D ARGA Sr SOCORRO VIDUAL CARVALHAL TERREIRO DAS BRUXAS VALERIOS PRACANA MAIROS II CASA DA LAGOA LEIRANCO PINHAL INTERIOR II CARAVELAS ampl SEBOLIDO S MAMEDE PENOUTA PAMPILHOSA ALTO DO SEIXAL VIDEIRA CANDAL COELHEIRA CARAMULO SEIXINHOS PENEDO RUIVO Parques e licos ligados rede CONTINENTE continua o Pot ncia nominal Pot ncia o total APE m quinas MW kw Distrito Viseu Coimbra Lisboa Leiria Faro Castelo Branco Castelo Branco Leiria Lisboa N Lisboa o Castelo Branco w Leiria Lisboa Lisboa Porto Aveiro o O N fs u Aveiro a Guarda N Leiria Leiria Porto Porto Braga Vila Real Viana do Castelo Lisb
9. o de energia el ctrica exportada e um ligeiro aumento de energia importada como evidenciado na figura 3 6 TRANSACCOES VIA INTERLIGACOES 6 000 mm importa o 3 000 mmm Exporta o Saldo 0 3 000 2004 2005 2006 2007 2008 Figura 3 6 Transac es de energia el ctrica em Portugal 14 3 2 A energia e lica em Portugal 3 2 1 Pot ncia instalada A pot ncia instalada dos parques e licos em 2008 ligada rede p blica perfazia 2925 MVA correspondentes a uma pot ncia m xima de liga o rede de 2640 MW Os parques conclu dos no ano de 2008 referem se os da Gardunha com 114 MW e Terras Altas de Fafe na serra do Monte do Marco com 101 MW dos quais foram ligados em 2008 44 e 24 MW respectivamente Ainda em constru o mas quase conclu do destaca se o parque do Alto Minho I com 222 MW no final do ano dos quais 218 MW ligados em 2008 De real ar ainda o in cio da constru o dos parques de Arada Montemuro 112 MW e Touti o na serra do A or 102 MW dos quais foram ligados em 2008 respectivamente 72 e 12 MW al m de 15 outros parques de menor dimens o No final do ano de 2008 estavam em funcionamento cerca de 1500 aerogeradores em 173 parques dos quais 13 ligados Rede de Transporte totalizando 1002 MW e os restantes 1638 MW ligados Rede de Distribui o A pot ncia e lica ligada rede representava no final do ano cerca de 18 do total da capacidade instalada no SEN Pot ncia
10. Esta visa refor ar a produtividade a competitividade das empresas e por outro lado pro mover novos potenciais de desenvolvimento Observa se a import ncia das pol ticas energ ticas para a produtividade da economia nacional e da competitividade das empresas com os exemplos apresentados relativos ao Programa de Governo e do pr prio Programa para a Produtividade e Crescimento da Economia A Politica Energ tica Nacional definida na Resolu o de Conselho de Ministros n 63 2003 assenta sobre tr s eixos estrat gicos principais e Assegurar a seguran a de abastecimento e Fomentar o desenvolvimento sustent vel e Promover a competitividade nacional Tendo em conta estas considera es o Governo delineou objectivos de pol tica energ tica que passo a referir e Reestrutura o do Sector Energ tico Liberaliza o dos mercados combust veis electricidade e g s Seguran a do aprovisionamento e do abastecimento Diversifica o das fontes e aproveitamentos dos recursos end genos Melhoria da Qualidade de Servi o Redu o da intensidade energ tica do produto e da factura energ tica Minimiza o do impacto ambiental Constata se que a pol tica do Governo tem dado particular aten o adop o de medidas de acr scimo da efici ncia energ tica e de aumento na utiliza o dos recursos energ ticos end genos Para al m dos apoios financeiros do PRIME referidos de destacar e A garantia de escoam
11. Os distritos de Viseu Castelo Branco Viana do Castelo Coimbra Lisboa Leiria Vila Real Braga e Santar m s o os que possuem maior pot ncia instalada Contudo os distritos com maior recurso dispon vel em 2006 foram Bragan a Coimbra Porto Vila Real Viana do Castelo Guarda Castelo Branco e Aveiro Na figura 3 10 encontra se o mapa de Portugal com a localiza o e pot ncia instalada dos parques e licos Parques Edlicos Pot ncia total MW 05 19 e 20 99 e 100 249 Pot ligada MW Em constru o MW 25 0 49 9 gt 50 R A Madeira L29 9 Figura 3 10 Localiza o dos parques e licos 16 3 2 A energia e lica em Portugal 27 3 2 4 Levantamento energ tico das esta es do atlas e lico de Portugal A avalia o precisa do potencial de vento numa dada regi o um passo fundamental para a gest o do aproveitamento do recurso e lico como fonte de energia Nesse sentido a realiza o de um mapa de potencial e lico que permite ilustrar as caracter sticas a intensidade do vento e a estimativa de produ o e lica nas diversas regi es do pa s para Portugal Continental constitui uma ferramenta de extrema import ncia Na concep o de um mapa representativo do potencial e lico de uma dada regi o s o utilizados modelos num ricos de mesoescala uma vez que se torna necess rio simular a variabilidade espacial e temporal da evolu o do escoamento na superf cie terrestr
12. o dos n veis de ru do nas turbinas e licas 2 2 3 Impacto visual Embora energia e lica estejam associados benef cios ambientais significativos do ponto de vista da emiss o de subst ncias nocivas atmosfera existem outros aspectos ligados preserva o do ambiente que n o podem ser negligenciados indispens vel que os projectos sejam adequada mente integrados na paisagem e desenvolvidos em colabora o com as comunidades locais para manter o apoio da opini o p blica a esta forma de energia O impacto visual das turbinas uma quest o de gosto pessoal e por isso subjectivo h quem considere as turbinas como um s mbolo de energia limpa sendo que estas s o sempre bem vindas e que se integram harmoniosamente na paisagem e h quem considere a sua presen a intrusiva Vale a pena mencionar que os postes que suportam as linhas de transporte de energia e que existem um pouco por toda a parte s o no m nimo igualmente intrusivos Tamb m de destacar o sombreamento causado pela sombra de um aerogerador em rota o originando varia es de intensidade luminosa de frequ ncia num local causando uma impress o visual Contudo os efeitos do impacto visual t m sido minimiza dos principalmente com a consciencializa o da popula o local sobre a gera o e lica Atrav s de audi ncias p blicas artigos e publicidade a popula o local passa a conhecer melhor toda a tecnologia sendo que ap s o conhecimento d
13. 14 16 16 16 17 17 17 18 18 18 18 19 20 21 22 XIV 3 3 3 4 3 5 3 6 3 7 3 8 3 9 3 10 3 11 3 12 3 13 3 14 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 4 6 4 7 4 8 4 9 4 10 4 11 4 12 4 13 4 14 4 15 4 16 4 17 4 18 4 19 5 1 3 2 5 3 54 55 5 6 5 7 5 8 5 9 5 10 B 1 B 2 B 3 B 4 LISTA DE FIGURAS Evolu o da pot ncia instalada 13 22 Evolu o da pot ncia instalada 13 23 Evolu o do consumo anual 14 23 Transac es de energia el ctrica em Portugal 141 24 Pot ncia e lica 15 24 Produ o de energia e lica para o dia 30 de Dezembro 15 25 Produ o de energia e lica 15 23 Localiza o dos parques e licos 16 26 Velocidade m dia horizontal a 60 m m s 17 27 Capacidade mundial instalada 1996 2008 18 28 Top 10 de capacidade instalada 18 aaa 28 Capacidade anual instalada por regi o 18 29 Tubo de Betz 19 32 Curva da pot ncia de uma turbina em fun o da velocidade do vento 33 Utiliza o da previs o de energia e lica 20 34 Diagrama geral dos modelos estat sticos 35 Diagrama geral dos modelos f sicos
14. 4 An lise T cnica 4 1 4 2 4 3 44 4 5 4 6 4 7 4 8 4 9 Aerodin mica s hd wath a ES ee Se ae ew a a Caracter stica el ctrica do aerogerador Previs o do Vento iss 4 4 4 ue e E Da Re ee E A La Factores que influenciam o regime de ventos 4 4 1 Varia o da velocidade com a altura 4 4 2 Influ ncia da rugosidade do terreno na varia o da velocidade 4 4 3 Influ ncia dos obst culos 4 4 4 Influ ncia do relevo 4 4 5 Influ ncia do efeito de esteira Representa o estat stica do regime dos ventos 4 5 1 Distribui o de Weibull 4 5 2 Distribui o de Rayleight 4 5 3 Avalia o dos recursos e licos C lculo da energia gerada por um sistema e lico 4 6 1 Procedimento para c lculo da energia gerada por um sistema e lico 4 6 2 Procedimentos para avalia o de locais com potencial e lico Impacto da integra o da gera o e lica nas redes el ctricas 4 7 1 Impactos previs veis nas redes 4 7 2 Condi es t cnicas de liga o rede 4 7 3 Protec es da interliga o Armazenamento de energia e lica Conc
15. 64 An lise T cnica Capitulo 5 An lise Econ mica 5 1 Caracteriza o econ mica Um dos mais importantes benef cios econ micos do vento consiste no facto de este poder reduzir a exposi o das nossas economias volatilidade dos pre os do combust vel Este benef cio de tal forma consider vel que esta fonte renov vel poderia facilmente justificar uma maior quota de energia e lica na maioria dos pa ses europeus mesmo na situa o do vento ser mais caro por kWh do que outras formas de energia A economia das turbinas e licas foi influenciada pelo aumento da dimens o das turbinas ac tualmente as turbinas instaladas s o de grande dimens o pelo aumento do rendimento e pela diminui o dos custos de investimentos O custo por unidade de pot ncia instalada oscila entre valores pr ximos a 1 M MW Os custos por unidade de rea varrida decresceram 30 ou 3 ao ano entre 1989 2001 58 Cerca de 75 do custo total do investimento em turbinas e licas est relacionado com os custos iniciais como o custo da turbina funda o material el ctrico liga o rede e outros custos A flutua o dos custos do combust vel n o tem qualquer impacto sobre o poder dos custos de produ o da energia e lica Deste modo uma turbina e lica apresenta essa vantagem quando comparada com as tecnologias convencionais de combust veis f sseis onde 40 70 dos custos est o relacionados ao combust vel e opera o e manu
16. ampl BOLORES ARCIPRESTE PICOS VERDES II BONECA AGUIEIRA CABE O DA VACA II VERG O TRANDEIRAS MEROICINHA SERRA D ARGA ALTO DO COTO MOINHOS DO OESTE Sr do CASTELO II BARROSO CABE O DA RAINHA ampl BULGUEIRA Sr do CASTELO C TO DA ALDEIA MORRO DE BOI Parques e licos ligados rede CONTINENTE continua o Pot ncia nominal Pot ncia o total Nie m quinas MW kw Distrito Setubal Braga Lisboa Porto Lisboa Viana do Castelo Guarda Leiria Viana do Castelo Santar m Bragan a Lisboa Viseu Coimbra Braga Lisboa Lisboa Guarda Coimbra Bragan a Vila Real Lisboa Lisboa Vila Real Viseu Viseu Vila Real Lisboa Viseu Faro Porto Vila Real Braga Castelo Branco Vila Real Vila Real Viana do Castelo Aveiro Lisboa Viseu Vila Real Castelo Branco Vila Real Viseu Vila Real Vila Real Fabricante NORDEX GAMESA GAMESA REpower GAMESA GEWE BONUS GEWE NORDEX VESTAS REpower ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON VESTAS REpower ENERCON VESTAS ENERCON GEWE ENERCON ENERCON GEWE GEWE GEWE ENERCON BONUS ENERCON FURLANDER ENERCON ENERCON ENERCON NORDEX BONUS VESTAS ENERCON NEG MICON ENERCON ENERCON VESTAS ENERCON NORDEX ENERCON ENERCON ENERCON Liga o Modelo rede N90 G87 G80 MM82 MM70 G80 GEWE 1 5s 1 3 GEWE 1 5sl N90 NM82 MM82 E66 20 7 E40 6 44 E 58 E 70 E4 E 70 E4 v80 MM82 E66 20 7 E40 6
17. lculo da renda que equivale a um determinado capital Resumo Taxas nominais e reais 80 An lise Econ mica Para o ano O Para o ano n Cy Actualiza o de um capital Co Ca Co l i ji T 1 i 1 a Capitaliza o de uma renda Co R C R 1 1 1 1 1 1 a i 1 Anualiza o de um capital R Co H R C PRET EP 1 i 1 1 l L Figura 5 7 Resumo com todas as express es 30 Tratando o valor do capital como os bens pelos quais este pode ser trocado com o decorrer do tempo assistimos necessidade de mais capital para adquirir o mesmo bem O valor do capital desvaloriza e o pre o dos bens est sujeito a infla o Apesar do capital ser o mesmo passado um tempo j n o compra a mesma quantidade de bens Da express o em baixo referida conclu mos que quando as taxas s o pequenas o produto it fica muito menor do que t ou i sendo poss vel desprezar inom i t tit 5 14 Essa a raz o pela qual se diz que a taxa de juro real igual taxa nominal menos a infla o i inom t 5 15 Assim permitido efectuar os calculos financeiros em termos de valores de poder aquisitivo do capital em vez de valor nominal do capital ou seja trabalhar com taxas de juro real em vez das taxas nominais e assumir que o processo decorre sem infla o o que se designa por c lculo a pre os constantes Na an lise realizada todos os c lculos s o efectuados a
18. no facto do gerador se encontrar na base e de poder captar os ventos sem necessidade de um mecanismo de orienta o 48 As turbinas de eixo horizontal podem ser classificadas com base da posi o do rotor em rela o torre o disco varrido pelas p s pode estar a jusante do vento downwind ou a montante do vento upwind 49 Nas turbinas downwind como se pode ver na figura 2 9 o vento incide na rea de varredura do rotor por tr s da turbina e lica As turbinas downwind possuem uma vantagem te rica que reside no facto de n o necessitarem de um mecanismo de orienta o direccional em rela o ao vento permitindo o auto alinhamento do rotor na direc o do vento No entando tem vindo a ser progressivamente abandonadas pois o escoamento perturbado pela torre antes de incidir no rotor Contudo esta vantagem utilizada somente para turbinas e licas de pequena escala 38 pois para as de grande escala devido a maior flexibilidade do rotor durante fortes rajadas de vento as p s 2 3 Tecnologia 13 podem colidir com a torre A principal desvantagem desta configura o a turbul ncia causada no vento pela torre da turbina Essa turbul ncia cria ru dos aud veis que dificultam a autoriza o e a aceita o deste tipo de turbina principalmente em reas pr ximas de habita es 50 49 Upwind Downwind i f f f VENTC gt VENTO Figura 2 9 Direc o do vento para turbinas
19. o do terreno Factor n Superf cie lisa lago ou oceano 0 1 Grama baixa 0 14 Vegata o rasteira at 0 3 m rvores ocasionais 0 16 Arbustos rvores ocasionais 0 2 rvores constru es ocasionais 0 22 0 24 Areas residencias 0 28 0 40 A Lei Logar tmica um modelo mais complexo onde considerado que o escoamento na atmosfera altamente turbulento A modelagem do perfil Logar tmico utiliza o conceito de com primento de mistura L mixing length definido com a utiliza o da constante de Von K rm n ke e o comprimento de rugosidade Zp apresentado na tabela seguinte que considera que a superf cie da Terra nunca se apresenta perfeitamente lisa Tabela 4 2 Tabela do factor Zp para diferentes tipos de superf cie 32 Tipo de terreno Zo m Plano mar areia neve 0 001 0 02 Moderadamente rugoso ervas curtas campos de trigo ou cereais 0 02 0 3 Rugoso bosques bairros 0 3 2 Muito rugoso cidades edif cios 2 10 Este modelo utilizado para estimar a velocidade do vento numa determinada altura a partir de uma altura de refer ncia Essa altura pode ser calculada a partir de duas express es de perfil logar tmico uma para a altura de refer ncia Z e outra para a altura desejada Z Essa equa o torna se mais precisa ao considerar a rugosidade em cada express o logar tmica das alturas Z e Z A Lei Logar tmica expressada por 4 6 gt FT NIN SIN N
20. utilizando neste caso como mat rias primas ferro e chapa No entanto o desenvolvimento deste projecto caracteriza se essencialmente pela aposta na produ o de torres e licas para parques de energia nos mercados nacional mas sobretudo interna cional com a preocupa o dominante de se impor pela qualidade dos produtos e servi os prestados A empresa apostar em termos internacionais essencialmente no mercado espanhol mas tamb m nos mercados alem o e dinamarqu s 5 2 2 3 Resolu o do Conselho de Ministros n 80 2008 A Resolu o do Conselho de Ministros n 169 2005 de 24 de Outubro que aprovou a Es trat gia Nacional para a Energia prev na sua linha de orienta o para a efici ncia energ tica a aprova o de um plano de ac o para a efici ncia energ tica A Directiva n 2006 32 CE do Par lamento Europeu e do Conselho de 5 de Abril relativa efici ncia na utiliza o final de energia e 5 2 Aspectos econ micos dos projectos e licos 15 aos servi os energ ticos estabeleceu entretanto a obriga o dos Estados membros publicarem um plano de ac o para a efici ncia energ tica estabelecendo metas de pelo menos 1 de poupan a de energia por ano at 2016 29 A presente Resolu o de Conselho de Ministros aprova o Plano Nacional de Ac o para a Efici ncia Energ tica Portugal Efici ncia 2015 documento que engloba um conjunto alargado de programas e medidas consideradas fundamentais
21. 20 22 24 26 28 30 Wind Speed 6 8 10 Figura 4 12 Influ ncia da velocidade m dia na distribui o de Rayleigh 25 4 5 3 Avalia o dos recursos e licos Normalmente os valores que definem o regime dos ventos de uma regi o a velocidade m dia o desvio padr o e os par metros da distribui o de Weibull apresentados nos Atlas E licos dispon veis s o apenas um indicativo do potencial de cada regi o Aquando da realiza o de um investimento independentemente da sua finalidade necess rio conhecer de forma precisa o regime dos ventos da regi o de interesse Se houver interesse em construir um parque e lico necess rio conhecer previamente o regime dos ventos do local para saber se ser poss vel produzir a quantidade de energia desejada anualmente e se a rea dispon vel suficiente para realizar o empreendimento 4 6 C lculo da energia gerada por um sistema e lico A energia anual produzida o factor t cnico econ mico mais importante na avalia o de um projecto e lico S o as incertezas na determina o da m dia anual da distribui o da velocidade do vento ao longo do tempo e na curva de pot ncia da turbina e lica que contribuem para uma avalia o imprecisa da energia anual gerada aumentando o risco para o investimento Para calcular a energia gerada por um sistema e lico necess rio conhecer os elementos que definem o regime dos ventos do local ou seja o histograma de velocidades do
22. Acquisition AR Auto Regressivos NWP Numerical Weather Prediction MOS Model Output Statistic CFD Computacional Fluid Dynamic EAP Energia Anual Produzida WAsP Wind Atlas Analysis and Application Program RCWEAF Research Centre for Wind Energy and Atmospheric Flows FEUP Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto INESC Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores INETI Instituto Nacional de Engenharia Tecnologia e Inova o MT M dia Tens o AT Alta Tens o PI Produtores Independentes TMS Multiplicador do Tempo Seleccionado O amp M Opera o e Manuten o PRIME Programa de Incentivos Moderniza o da Economia PNAC Plano Nacional de Altera es Clim ticas XiX XX PNAEE PNALE VAL TIR PRI OE FEDER Sar wr ra S38 Plano Nacional de Ac o para Efici ncia Energ tica Plano Nacional de Atribui o de Licen as de Emiss o Valor Actual Liquido Taxa Interna de Rentabilidade Per odo de Recupera o do Investimento Or amento de Estado Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional Di xido de carbono Rota es por minuto Decib is Velocidade m dia Desvio padr o Factor de escala Factor de forma Pot ncia dispon vel Pot ncia gerada Hidrog nio ABREVIATURAS Capitulo 1 Introducao 1 1 Enquadramento Actualmente vivemos um momento de mudan a devido necessidade de responder aos de safios criados pelas altera es clim ticas e de reduzir a depend ncia de combust veis fosseis
23. ao vento incidente por esta raz o que a instala o das turbinas e licas no interior de um parque e lico tem de ser efectuada de modo criterioso A fim de reduzir este efeito efectuado a separa o entre aerogera dores de 5 a 9 di metros do rotor na direc o dos ventos dominantes e de 3 a 5 di metros nas di rec es perpendiculares aos ventos dominantes As perdas t picas de energia devido a este efeito s o de cerca de 5 4 5 Representa o estat stica do regime dos ventos Em cada per odo do ano assiste se a frequentes varia es clim ticas que influenciam a veloci dade do vento ao longo do ano Esta influ ncia faz com que os dados do vento sejam medidos no decorrer de v rios per odos alguns anos para que seja feita uma an lise mais precisa em rela o ao desempenho do vento Assim as grandezas estat sticas de maior relev ncia na determina o do regime do vento s o a velocidade m dia V e o desvio padr o o Quando h a necessidade de seleccionar uma turbina e lica ou de comparar v rias regi es atrav s dos par metros estat sticos o uso de tabelas de frequ ncia e de histogramas tornou se pouco pr tico Por conseguinte existe a necessidade de armazenar os dados de forma com pacta Na pr tica os dados do vento sofrem um tratamento estat stico adequado adoptando se o procedimento de armazen los na forma de express es anal ticas conhecidas como distribui es de probabilidades as quais facultam a
24. coexist ncia de um Mercado Liberalizado ML com um Mercado Regulado MR Assim os agentes econ micos t m a op o de estabelecer rela es contratuais com o Comercializador Regulado ao abrigo das condi es aprovadas pela ERSE ou negociar outras condi es com os Comercializadores em ML Sistema El ctrico Nacional ercado Mercado Regulado Liberalizado Produ o regime ordin rio e especial Redes Energ ticas Nacionais REN ERSE Rede de Distribui o EDP Distribui o lientes em Clientes em ercado regulado mercado liberalizado E Concorr ncia mediante atribui o de licen a Legenda Concess o de servi o p blico Figura 3 1 Modelo organizativo do SEN 11 21 22 A Energia El ctrica A abertura do mercado comecou a ter efeitos para os consumidores em nfveis de tens o mais elevados tendo sido progressivamente alargada a todos os consumidores de energia el ctrica Em 2000 sentiram se os primeiros efeitos da liberaliza o embora tenha sido em 2002 que se verifi cou um significativo aumento do n mero de Clientes quando o acesso ao Mercado Liberalizado passou a abranger todas as instala es excepto as ligadas em Baixa Tens o ver grafico abaixo Parte destas ltimas as ligadas em Baixa Tens o Especial BTE passaram a ter acesso ao mer cado em 2004 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 N de Clientes no SENV N de Clientes que voltaram ao SEP F
25. controlada atrav s do seu desenho que s tem efeito para velocidades elevadas do vento As p s do rotor s o fixadas no ngulo de passo e n o podem girar em torno de seu eixo longitudinal O ngulo de passo escolhido de forma a que para velocidades de vento superiores velocidade nominal o escoamento em torno do perfil da p do rotor se afaste da superf cie da p reduzindo as for as 20 A Energia E lica de sustenta o e aumentando as for as de arrasto A diminui o das for as de sustenta o e o aumento das for as de arrasto agem contra um aumento da pot ncia do rotor como se pode concluir a partir da figura 2 23 Para evitar que o efeito de stall ocorra em todas as posi es radiais das p s ao mesmo tempo o que reduziria significativamente a pot ncia do rotor as p s possuem uma pequena tor o longitudinal que as levam a um suave desenvolvimento deste efeito Apesar de ser um controlo simples e robusto possui um dimensionamento aerodin mico complexo For ade Arrasto Forcade Sustenta o Direc o do vento Figura 2 23 For as de arrasto e sustenta o 10 Em alguns sistemas s o utilizados freios que actuam directamente no sistema de transmiss o de forma a complementar os sistemas de controlo Capitulo 3 A Energia El ctrica 3 1 O sistema el ctrico portugu s 3 1 1 Modelo organizativo do sistema el ctrico nacional A organiza o do Sistema El ctrico Nacional SEN assenta na
26. e AG2 5 days 26 05 2008 30 05 2008 Montagem de Torre e AG3 5 days 02 06 2008 06 06 2008 Montagem de Torre e AG4 5 days 09 06 2008 13 06 2008 Montagem de Torre e AG5 5 days 16 06 2008 20 06 2008 Montagem de Torre e AG6 5 days 23 06 2008 27 06 2008 Comissionamento 18 days 16 06 2008 09 07 2008 Liga o rede p blica O days 09 07 2008 09 07 2008 Testes Finais 5 days 10 07 2008 16 07 2008 In cio da Entrada em Funcionamento do Parque O days 16 07 2008 16 07 2008 Desmontagem do estaleiro 5 days 10 07 2008 16 07 2008 Per odo Experimental 10 days 17 07 2008 30 07 2008 Recep o Provis ria Conclus o da Obra 0 days 30 07 2008 30 07 2008 Refer ncias 1 2 3 4 5 6 7 Ss 9 10 11 12 13 14 D G Shefherd Historical development of the windmill Fundamental Concepts of Wind Turbine Engineering pages 1 46 1994 German Wind Energy Institute http www dewi com br ltimo acesso em Maio de 2009 Arthur D Little All at sea the future of offshore wind in europe 2008 Wind Service Holland Estat sticas sobre projectos e licos offshore em andamento no mundo http home planet nl windsh offshore html Ultimo acesso em Maio de 2009 American Wind Energy Association Comparative air emissions of wind and other fu els 2008 Dispon vel em http www awea org pubs factsheets EmissionkB PDF Ultimo acesso em Junho de 2009 Power Systems Central Research Laborato
27. e vi vel sendo a dist ncia entre estas um indicador da robustez da solu o face ao risco Per odo de recupera o do investimento PRI Este m todo calcula o n mero de anos necess rios para que o capital inicial seja recuperado Este m todo disp e de duas f rmulas de c lculo 82 An lise Econ mica e uma aproximada em que se reparte o valor capitalizado dos fluxos de caixa pelo n mero de anos do projecto bau Investimento k 0 1 i PRE 1 FC ValorResidual n atorhesidua 2i che tage 5 19 e F uma exacta em que se reduz os fluxos de caixa a uma renda equivalente e depois verifica se qual o n que conduz a que taxa do custo de oportunidade a renda equilibre o investi mento O ndice PRI deve ser usado fundamentalmente como ndice de risco e n o como comparador de projectos principalmente quando as alternativas t m tempos de vida diferentes Como crit rio de risco s o mais atraentes os projectos que recuperam o capital mais r pido De salientar que no caso do tempo de vida ser o mesmo os tr s m todos conduzem s mesmas solu es 30 5 3 4 An lise econ mica do caso de estudo Atrav s da energia calculada atr s procede se ao c lculo do valor da remunera o vigente para sistemas de produ o e lica recorrendo resolu o da sua express o Para a correcta apli ca o da f rmula necess rio conhecer a electricidade produzida pela central renov vel nas horas de che
28. muitas situa es em reas com estatuto de protec o sendo que dessa forma n o afectam a popu la o Outro argumento apresentado como um poss vel impacto causado por esta forma de energia o da fauna e flora Contudo de salientar que antes da constru o de um parque e lico realizado sem excep o um Estudo de Avalia o de Impacto Ambiental o qual analisa os potencias riscos para a fauna e flora local No que concerne quest o da utiliza o dos parques e licos como uma fonte limpa e gratuita os impactos de um parque e lico correspondem a um pequeno problema quando contrabalan ados com a quest o econ mica O pre o a pagar por esta tecnologia em Portugal corresponde a 1 Milh o de euros por MW instalado Para al m deste custo de investimento os parques e licos possuem um elevado valor de opera o e manuten o De forma a tornar esta tecnologia competitiva e sem possuir uma solu o o governo recorre aos contribuintes para suportar todos os custos de investimentos e da electricidade produzida pelas turbinas e licas No entanto este paradigma n o aparece clarificado por parte dos demais respons veis pelas seguintes raz es e forte credibilidade da utiliza o da produ o e lica para solucionar os problemas energ ti cos e das redu es do efeito de estufa e devido imagem do desenvolvimento desta tecnologia corresponder a uma forte solu o para grande parte da popula o levando a
29. nos ltimos anos possivel observar os custos que evolve um projecto de energia e lica de forma mais de talhada referente aos seus componentes e sua manuten o opera o importante analisar os valores que expressam a manuten o opera o visto estes possu rem valores muito elevados crescendo de forma linear ao longo dos anos No caso de estudo para al m de se concluir da viabilidade do projecto observa se que para a an lise em que se sup e uma durabilidade por parte dos aerogerador de 20 anos o valor da TIR superior ou seja este permite valores de taxas mais elevadas continuado a ser vi vel Os resultados obtidos com a an lise da viabilidade econ mica mostra que poss vel utilizar a energia e lica para produ o de energia el ctrica de forma muito atractiva Capitulo 6 Conclus es O trabalho realizado permite afirmar que a energia e lica uma fonte de energia limpa e barata para a produ o de electricidade Esta apresenta se como uma solu o para responder depend ncia de combust veis f sseis e redu o dos gases de efeito de estufa Contudo como todas as formas de energias apresenta os seus pr s e contras De seguida apresenta se uma an lise imparcial de toda a tem tica correspondente ao dilema da utiliza o ou n o da energia e lica O recurso ao vento como fonte de energia apresenta um problema associado produ o de electricidade em grande escala correspondente intermi
30. probabilidade de ocorr ncia de ventos com determinada velocidade V A fun o densidade de probabilidade g V para fins de utiliza o pr tica deve satisfazer dois requisitos 44 An lise T cnica e O grafico gerado deve representar o mais aproximadamente possivel o histograma de ve locidades e A fun o de probabilidade deve ser de f cil associa o ao regime dos ventos que se deseja simular Com o segundo requisito pretende se referir a necessidade de definir g V em fun o das grandezas estat sticas anteriormente mencionadas Dos v rios testes efectuados na utiliza o de modelos probabil sticos para ajuste das curvas de frequ ncia de velocidade foi poss vel associar uma distribui o de probabilidade curva de frequ ncia de velocidades cujas propriedades podem ser deduzidas matematicamente Das diversas distribui es estat sticas testadas as distribui es de Weibull e Rayleigh s o as mais indicadas para a representa o dos dados de vento 4 5 1 Distribui o de Weibull Uma vez que a intensidade do vento ao longo do dia n o constante para se determinar a energia produzida durante um certo intervalo de tempo necess rio recorrer a um tratamento de dados de forma a agrupar as velocidades e as frequ ncias em que eles ocorrem histograma de velocidade De forma mais simplificada necess rio saber quantas vezes ocorreu um certo valor de vento no intervalo em estudo A distribui o de We
31. quando o juro devido anualmente somado ao capital inicial isto incrementa o capital em divida e passa a contar para o c lculo do juro dos per odos seguintes De acordo com o que foi dito facilmente se v que um capital Co em d vida com juros compostos equivale no ano n a um capital C que se calcula por Cy Co 1 i 5 11 Onde C o valor devido no ano n por um capital que se utiliza no ano 0 e que est sujeito a juro composto taxa anual i isto quando nao ha pagamentos interm dios amortiza es parcelares do capital Esta formula estabelece uma equival ncia entre capitais em tempos distintos contudo normalmente esta apresenta se com outro aspecto permitindo calcular a actualiza o de um capital considerando no ano n Cn Cpe d 5 12 Rendas A renda R uma presta o peri dica de valor nominal constante Uma das aplica es mais interessantes consiste em saber qual o capital equivalente hoje de uma renda a receber durante n anos Conjugando a express o do capital equivalente de uma renda no ano n com a express o da actualiza o de um capital para o ano zero obt m se 1 i 1 i 1 i Esta express o permite calcular a capitaliza o de uma renda para n anos e taxa i ou seja Co R 5 13 converte o pagamento peri dico de n anos num nico capital no instante inicial Para al m disso o inverso da f rmula corresponde anualiza o de um capital ou seja possibilita o c
32. que tem actualmente um grande impacto nos sistemas el ctricos surge a necessidade da utiliza o de ferramentas que permitam prever a pot ncia associada gera o e lica para os seguintes efeitos e garantir a seguran a de abastecimento ajudar na resolu o dos problemas de gest o de congestionamento auxiliar o despacho econ mico e pr despacho planear reservas secund rias e terci rias afectadas pelas varia es de produ o e lica tra ar a gest o do armazenamento de energia planear os tr nsitos nas interliga es delinear a manuten o de parques e licos e operar nos mercados de electricidade apoiar a gest o de produ o em parques e licos Transmission Market Distribution System Operators Operator System Operators Wind Farm Wind Farm Wind Farm Managing System 1 Managing System 2 Managing System k Figura 4 3 Utiliza o da previs o de energia edlica 20 z q D 2 E ns 2 A previs o da gera o e lica desenvolvida considerando um determinado horizonte tem poral a qual depende do sistema el ctrico e da disponibilidade de dados Deste modo pode se classificar os horizontes de previs o em 4 3 Previs o do vento e Alguns s min com o objectivo de fazer o controlo das torres e licas 35 e O horas nowcasting estimativa da produ o renov vel para sistemas onde nem todos os parques e licos s o vis veis atrav s de SCADA e 1 6 horas Essen
33. redutor em c lulas combust veis que combinado com o oxig nio produz electricidade Calor para o armazenamento do excedente da energia e lica el ctrica sob a forma de calor energia t rmica recorre se utiliza o de resist ncias A passagem da corrente el ctrica por estas vai originar o seu aquecimento e liberta o de calor podendo este ser utilizado para aquecer gua que ficar armazenada num recipiente t rmico ou na forma de vapor com o objectivo de ser usada posteriormente Motor volante o volante tamb m designado de flywheel uma roda que armazena a ener gia atrav s do movimento girat rio energia cin tica por tempo indeterminado baseado na lei da conserva o da energia a roda em movimento tende a permanecer em movimento desde que n o sofra a ac o de nenhuma for a contr ria Na flywheel existem mecanismos que anulam as for as contr rias sendo que enquanto eles se mantiverem ntegros o volante continuar a girar A diferen a entre o motor volante e o volante mec nico somente a forma de arranque no primeiro usa se a energia el ctrica para accionar o movimento do volante e no segundo usa se a energia mec nica 57 No entanto de salientar que a armazenagem da energia conduz a perdas n o sendo desta forma uma op o eficiente para a gest o da energia e lica Se um pa s n o tem condi es ge ogr ficas favor veis para o aproveitamento em termos de reservat rios de gua hidroel ct
34. regi o que apresenta incid ncia de ventos fortes espera se que seja um bom local para a implementa o de sistemas e licos Contudo esse factor n o suficiente para indicar a viabilidade de projectos e licos para a regi o sendo fundamental 52 An lise T cnica conhecer de forma detalhada o comportamento e a sazonalidade do vento Desta forma devido complexidade do processo a realiza o de uma pesquisa em locais promissores exige a utiliza o de crit rios bem definidos Existe assim a necessidade de elaborar um procedimento b sico para facilitar a identifica o dos elementos que definem a qualidade do local em causa Pode se dividir os procedimentos necess rios em duas etapas a primeira tem como objectivo uma an lise de pr qualifica o do local atrav s da elabora o de quest es que permitam iden tificar de maneira precisa os factores que influenciam o regime dos ventos como as condi es do solo o tipo de vegeta o a complexidade do terreno e a presen a de obst culos Nesta etapa essencial fazer o estudo do sistema el ctrico local a sua disponibilidade e a dist ncia da rede de distribui o mais pr xima necess rio ter informa o sobre o comportamento do vento no local a ser analisado deve se averiguar a exist ncia de algum tipo de medi o de vento no local ou na eventualidade de n o existir recorrer aos dados medidos nas esta es anemom tricas nas cidades vizinhas Possuindo os dados do
35. resistir a perturba es na sequ ncia de cavas de tens o na rede e continuar ligado a essa mesma rede desde que o defeito seja eliminado num determinado intervalo de tempo e se verifique uma recupera o do valor da tens o no ponto de interliga o com a rede Assim os operadores de sistema obrigam a que a produ o e lica se mantenha interligada numa situa o de colapso ou seja os parques e licos devem ser capazes de fornecer pot ncia reactiva durante cavas de tens o de forma a proporcionar suporte para a tens o na rede 4 7 1 2 Varia o da tens o em regime estacion rio Aquando da integra o de um parque e lico na rede de distribui o assiste se a uma varia o no valor da tens o Como consequ ncia poss vel assistir se a um aumento da magnitude da tens o quando a rede de distribui o desenhada para que esta diminua 54 A varia o da tens o no ponto de liga o pode ser avaliada atrav s da seguinte rela o S 100 e 100 cos Wi p COV lt lime 4 27 k onde e S a pot ncia aparente nominal da instala o de produ o e S a pot ncia de curto circuito no ponto de liga o rede e W o ngulo da imped ncia de curto circuito vista para montante do ponto de liga o 4 7 Impacto da integra o da gera o e lica nas redes el ctricas 55 e o esfasamento da corrente injectada na rede pela instala o de produ o ou seja o ngulo
36. resultar congestionamentos Existe assim a necessidade de efectuar um estudo para evitar qualquer tipo de inconveniente Deste modo realizada uma an lise que se encontra dividida em duas etapas para um horizonte temporal de planeamento correspondente data previs vel de entrada em servi o da instala o de produ o independente as quais s o 33 e Verifica o de congestionamentos na rede de transporte e Verifica o de congestionamentos nas redes de subtransmiss o e distribui o Para a avalia o dos congestionamentos na rede de transporte devem ser simulados cen rios de explora o considerando e Regimes de carga nos n s de consumo pontas e vazios 56 An lise T cnica e Previs o das injec es m ximas de PI por zona de rede considerando os projectos em curso com condi es de acesso definidas e Ter em conta as depend ncia geogr ficas de produ o e lica entre zonas de rede e Situa es t picas de despacho da produ o convencional relativas a cada um dos cen rios de consumo considerando as varia es resultantes da integra o prevista de PI e Situa es t picas de configura o de explora o da rede e Situa es associadas ocorr ncia de conting ncias n 1 27 No que concerne s redes de sub transmiss o e redes de distribui o a avalia o dos conges tionamentos deve passar pela simula o de v rios cen rios de explora o considerando e Regimes de carga
37. s de uma malha e incluir a o enrolamento em estrela com neutro ligado terra do transformador do gerador Este tipo de liga o dos neutros terra dos transformadores elevadores das instala es produtoras pode ocorrer geralmente em redes de transporte ou de sub transmiss o 27 4 8 Armazenamento de energia e lica A energia e lica como se sabe uma fonte de energia intermitente Nas situa es em que a produ o da energia el ctrica pelas turbinas superior procura pode se armazenar o exce dente para usar quando a situa o se inverter Assim de forma a aumentar o aproveito e lico necess rio utilizar mecanismos para armazenar a energia dos ventos podendo ser realizado de forma directa ou indirecta ou seja a energia gerada na forma el ctrica ou mec nica Esse ar mazenamento obtido atrav s da convers o da energia e lica em outras formas de energia atrav s de aerogeradores A energia el ctrica apresenta o inconveniente de n o poder ser armazenada como energia el ctrica e Para um armazenamento de grande escala ordem de MW os mecanismo mais utilizados s o Motor bomba bombagem usada a energia el ctrica produzida pelo sistema e lico para alimentar uma bomba movida a electricidade que ir transportar a gua de um corpo h drico para um reservat rio situado a uma altura superior de jusante para montante A energia ficar ent o armazenada sob a forma de energia potencial da ma
38. se encontrar fundamentada a justifica o do interesse por este tema o seu enquadramento e os correspondentes objectivos No cap tulo 2 efectuada uma introdu o tem tica da energia e lica iniciando com uma breve refer ncia hist rica que se segue de uma an lise da tecnologia actualmente existente S o tamb m descritos os impactos ambientais da utiliza o da energia e lica No cap tulo 3 exposta a actual situa o do sistema el ctrico portugu s com um enfoque especial no o estado da Energia F lica a n vel nacional e mundial No cap tulo 4 s o caracterizadas as condi es relativas viabilidade t cnica Inicialmente s o enumerados factores que influenciam os ventos e a representa o estat stica do regime do vento Seguidamente mostra se a forma de c lculo de energia gerada por um sistema e lico e os procedimentos a seguir para uma avalia o mais correcta de locais com potencial e lico Por fim descrevem se as condi es necess rias liga o rede de um parque e lico e s suas protec es de interliga o No cap tulo 5 realizada a demonstra o do c lculo da renumera o vigente para sistemas de produ o em regime especial e apresentada uma an lise de viabilidade econ mica para um caso de estudo No cap tulo 6 s o expostas as conclus es retiradas do trabalho e s o referidas algumas su gest es sobre o trabalho futuro que poder vir a ser desenvolvido Capitulo 2 A En
39. tamanho durante os ltimos 15 anos A figura 2 2 mostra o impressionante desen volvimento do tamanho e da pot ncia de turbinas e licas No entanto n o podemos afirmar estar perante uma quebra de crescimento uma vez que a procura de novos projectos off shores poder levar a uma evolu o da tecnologia Aorogeradores de S rie F j Prot tipos Di metro do rotor m Ano Figura 2 2 Evolu o das turbinas e licas desde 1985 at 2005 2 6 A Energia E lica O aumento do tamanho das turbinas mostra se vantajoso quer do ponto de vista econ mico quer ambiental Deste modo para um determinado lugar quanto maior for a pot ncia unit ria maior a energia produzia melhor aproveitadas s o as infra estruturas e menor o n mero de rotores o que provoca a diminui o do impacto visual A forte investiga o contribuiu significativamente para uma certa uniformiza o do desen volvimento tecnol gico das turbinas Analisando a actual oferta comercial dos fabricantes constata se que existe um dominio de algumas op es b sicas de projecto designadamente as turbinas de eixo horizontal relativamente s de eixo vertical os rotores de tr s p s cerca de 90 em rela o aos de duas e a coloca o do rotor frente da torre relativamente sua coloca o na parte de tr s em rela o direc o do vento 43 2 1 3 Sistemas off shore S o designadas de offshore as instala es afastada
40. um pre o constante e a juros reais uma vez que simplifica os c lculos sem introduzir qualquer erro Fluxos financeiros O diagrama de fluxo tem por objectivo simbolizar graficamente os movimentos de capital positivos e negativos de forma a tornar mais percept vel o problema em estudo Nestes a linha horizontal corresponde a uma escala de tempo da esquerda para a direita e as setas verticais orien tadas para baixo correspondem ao desembolso enquanto as orientadas para cima correspondem ao recebimento M todos de avalia o Para a aplica o dos m todos de avalia o econ mica necess rio obter numa primeira fase os valores correspondentes aos investimentos capital usado de forma pontual e os ganhos na forma de poupan as ganhos distribu dos ao longo do tempo Os principais factores a ter em conta s o e Os investimentos a realizar e as respectivas datas 5 3 An lise econ mica de um parque e lico 81 As poupan as geradas em regra de forma peri dica O valor residual dos equipamentos no final da sua vida til Os custos de manuten o acrescidos ou reduzidos O custo de oportunidade Numa segunda fase e utilizando estes dados poss vel aplicar v rios m todos para a avali a o econ mica da viabilidade dos investimentos que passa pelo calculo do Valor Actual L quido Taxa interna de rendibilidade e o Per odo de recupera o do investimento Valor Actual L quido VAL No c lculo do VAL en
41. uma influ ncia no perfil vertical do vento devido mudan a da rugosidade do valor Zo para Zo2 A altura h onde o valor do vento se mant m o mesmo para os dois n veis de rugosidade uma fun o da dist ncia x A velocidade do vento no terreno Zo significativamente reduzida em rela o ao vento vindo do terreno Z91 onde o atrito do terreno respons vel representado pelo novo perfil de rugosidade mostra uma perda de energia do vento A determina o da altura h torna se de grande import ncia no posicionamento das turbinas e licas num determinado local Quando a altura h da influ ncia da mudan a de rugosidade est acima da altura do rotor das turbinas e licas deve se adoptar um factor de correc o aplicado velocidade do vento Caso essa altura h esteja abaixo o efeito minimizado podendo assim utilizar se as medidas como v lidas Uma alternativa para a determina o da altura h em fun o dos demais par metros existentes na mudan a de rugosidade pode ser determinada pela seguinte equa o ny 1 0 9 gt 4 7 Zo Zo Zo Zo max Zoi Zo2 4 8 Onde o par metro Z definido por uma escala de comprimento utilizada para caracterizar a rugosidade do terreno importante salientar que o comprimento de rugosidade Zo n o um valor constante podendo este ser considerado como um par metro temporal uma vez que est directa mente associado s mudan as naturais da paisagem Essas mudan as podem ser observad
42. upwind e downwind 2 Nas turbinas upwind o vento incide na rea de varredura do rotor pela parte frontal da turbina sendo que a sombra das p s provoca esfor os vibrat rios na torre 2 9 A sua principal vantagem consiste em evitar o dist rbio causado pela torre no vento Devido a este facto a maior parte das turbinas e licas utilizadas actualmente s o upwind 50 As desvantagens das turbinas upwind s o a passagem peri dica das p s pela torre que causam pulsa es de torque na turbina e lica e a necessidade do mecanismo de orienta o direccional que provoca uma maior carga na torre comparado com as turbinas downwind 43 com os sistemas a montante do vento a necessitarem de mecanismos de orienta o do rotor com o fluxo de vento 2 3 1 2 Rotores de eixo vertical A nica turbina de eixo vertical que em tempos foi fabricada comercialmente foi a m quina do tipo Darrieus 2 10 nomeada ap s o engenheiro franc s Georges Darrieus que a projectou e a patenteou em 1931 e fabricada pela empresa E U FloWind que faliu em 1997 49 As turbinas de eixo vertical mais comuns s o savonius darrieus e molinete 8 e WU s LI OT savonius darrieus molinete Figura 2 10 Diferentes tipos de turbinas verticais 8 14 A Energia E lica A m quina Darrieus caracterizada pela forma em C das l minas do rotor que a tornam id ntica a um batedor de ovos sendo normalmente constitu da por duas ou tr s l min
43. veis pela produ o de electricidade Fuel CO2 Emitted Per KWh Generated COz Emitted Total Kilowatt hour kWh 1997 billions Generation billion Generated in pounds pounds Coal 2 13 1 788 3 807 Natural Gas 1 03 283 6 291 Oil 1 56 77 8 122 U S Average 1 52 3 494 5 313 Fuel Mix 2 Wind 0 3 4 0 Figura 2 6 Emiss es de di xido de carbono 5 Ap s a observa o destes valores pode se fazer a compara o entre cada unidade kWh de energia el ctrica gerada por turbinas e licas e a mesma energia que seria gerada por uma central convencional de produ o de energia el ctrica Ao realizar essa an lise observa se que a energia e lica apresenta grandes vantagens na redu o de emiss o de gases de efeito estufa e na redu o da concentra o de C0 durante a sua opera o Com o aumento da preocupa o com o crescimento dos gases de efeito de estufa v rios pro gramas de efici ncia energ tica foram projectados mobilizando v rios pa ses na busca de solu es para a redu o das emiss es nos pr ximos anos Uma das medidas foi o Protocolo de Quioto que consiste num tratado internacional com compromissos mais r gidos para a redu o da emiss o dos gases de efeito de estufa GEE considerados como a principal causa do aquecimento global Neste Portugal comprometeu se a limitar o aumento das suas emiss es de GEE em 27 no per odo entre 2008 2012 em rela o s emiss es de 1990 45 2 2
44. vento obtido a partir de medi es locais ou estimado a partir de curvas de distribui o de frequ ncia e a curva de pot ncia medida da turbina e lica Para se determinar a energia gerada necess rio calcular a pot ncia dispon vel P e a pot ncia efectivamente gerada P A pot ncia dispon vel transportada pelo vento dada por 1 4 6 C lculo da energia gerada por um sistema e lico 47 onde e p massa espec fica do ar em geral utiliza se o valor m dio de 1 225 kg m e V velocidade do vento e A rea varrida pelas p s do rotor A pot ncia gerada pelo sistema e lico dada por P nPd 4 16 onde e 7 rendimento total do sistema 4 6 1 Procedimento para c lculo da energia gerada por um sistema e lico de extrema import ncia calcular a energia produzida por um sistema e lico atrav s das suas caracter sticas para avaliar a sua viabilidade econ mica O esquema representado na figura 4 13 foi criado para de uma forma mais simples se perceber o algoritmo de c lculo de energia e lica produzida anualmente No referido esquema foi efectuado uma numera o de 1 a 9 para ajudar a compreender as diferentes etapas do processo de c lculo de energia Em rela o ao esquema tem se e 1 Neste ponto escolhida a maquina a utilizar par metros como pot ncia curva de pot n cia di metro do rotor e altura da torre que constituem dados ess nciais que ser o posterior mente utilizados e 2 E
45. 0 6 44 E40 E40 MHI 500 E40 Parques e licos ligados rede REGI ES AUT NOMAS Dez08 Pot ncia Pot ncia Liga ioia l inal tota Ponne Fabricante Modelo rede VESTAS 2003 CANI AL EEM 660 VESTAS V47 2001 660 V47 2001 CABE O DO CARVALHO Porto Santo VESTAS 225 V29 1996 are ee neo O az o noora eso f oss 0 90 CANICAL Madeira i NORDTANK NTK150 1993 PERFORM 2 S Madeira 1 35 NORDTANK NTK150 1993 PERFORM 2 N Madeira NORDTANK NTK150 1993 PORTO SANTO AEROMAN 14 30 1985 0 LOMBA DOS FRADES Faial ENERCON E3 FIGUEIRAL Santa Maria ENERCON E30 BOCA DA VEREDA Flores ENERCON E30 SERRA BRANCA amp Graciosa ENERCON E30 PICO DA URZE amp II S o Jorge ENERCON E30 O menant Graco nororave Jurerso 1992 Parques aerogeradores desligados da rede Dez08 CONTINENTE strit total m uini S rana Fabricante Modelo MW WI roe wonrenos mo do sm arr soo 08 FONTE MONTEIRO aro 1 MITSUBISHI MHI 500 2 cote MW kW nana mad oo 150 roux mes 2008 x Madeira E o vss w w REGI ES AUT NOMAS D ronrosano gt oxn o wo amor mo 1996 ERFORM 2 N 0 1 9 15 NORDTANK NTK150 santa aria ET oar o 50 TN ano ET Parques e licos em constru o e adjudicados Dez08 BAI O VILA FRANCA DE XIRA SABUGAL SERRA ALTA BAR O DE S JO O SOBRADO LOMBA DO VALE CH O FALC O III CH O FALC O II LOUSA II SERRA DE BORNES TENDAIS e
46. 1 0 2 0 2 10 0 4 0 4 19 1 2 1 12 0 2 0 2 23 1 2 0 7 gt 12 0 2 0 2 25 1 2 0 7 gt 25 0 2 0 5x 0 2 0 5x THD 6 5 na MT 3 na AT 4 7 2 Condi es t cnicas de liga o rede A liga o de geradores s ncronos apresenta limites Na tabela 4 4 pode se observar os valores limites das grandezas el ctricas admiss veis No caso de se estar perante uma liga o directa rede de geradores ass ncronos esta s deve ser feita depois de atingidos 90 lt 500 kVA ou 95 lt 500 kVA da velocidade s ncrona Para limitar as quedas de tens o transit rias podem ser utilizados 4 7 Impacto da integra o da gera o e lica nas redes el ctricas 59 equipamentos auxiliares de arranque tipo soft starting Na eventual situa o do parque estar a funcionar fora destes limites deve ser desligado A sua reposi o de servi o s se poder realizar 3 minutos ap s o restabelecimento da tens o com temporiza es 15 s na liga o sequencial de geradores individuais 27 Tabela 4 4 Valores limites das grandezas el ctricas 27 S lt 500 kVA S gt 500 kVA Tens o 0 1 pu 0 08 pu Frequ ncia 0 3 Hz 0 2 Hz Fase 20 10 4 7 3 Protec es da interliga o Aquando da ocorr ncia de um defeito nos parques e licos ou quando falta tens o na rede as protec es de interliga o devem actuar devendo estas estar coordenadas com as protec es da rede No dimensiona
47. 44 v80 E66 20 7 GEWE 1 5s E66 20 7 E66 20 7 GEWE 1 5s GEWE 1 5s GEWE 1 5s E66 20 7 1 3 E40 6 44 MD70 E40 6 44 E40 6 44 E40 6 44 N62 BONUS 1300 v90 v80 E40 6 44 NM 900 52 E66 20 7 E66 20 7 v80 E66 20 7 N50 E40 6 44 E40 6 44 E40 6 44 IGREJA NOVA ampl PINHEIRO JARMELEIRA MA O III CABRIL BIGORNE ALV O ENERWATT CABE O DA VACA MALHADAS LOMBA da SEIXA S CRIST V O CADAFAZ MA O II CABE O RAINHA CABE O ALTO ARCHEIRA VENTOESTE S O JO O MONTE VENDAVAIS MA O IGREJA NOVA CARAVELAS PENA SUAR VILA LOBOS FONTE MONTEIROS PICOS VERDES PORTAL DA FREITA Parques e licos ligados rede CONTINENTE continua o Distrito Lisboa Viseu Lisboa Santar m Viseu Viseu Vila Real Lisboa Braga Coimbra Vila Real Viseu Coimbra Santar m Castelo Branco Vila Real Lisboa Lisboa Lisboa Lisboa Santar m Lisboa Vila Real Porto Viseu Faro Faro Vila Real Pot ncia total MW N de maquinas Pot ncia nominal Fabricante kW NORDEX ENERCON VESTAS NEG MICON ENERCON VESTAS ENERCON ENERCON ENERCON VESTAS NORDEX VESTAS ENERCON NEG MICON ENERCON NORDEX ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON NEG MICON VESTAS ENERCON ENERCON ENERCON MITSUBISHI ENERCON ENERCON Modelo N60 E66 V52 850 NM 900 52 E66 V66 1 75 E66 E40 6 44 E40 6 44 N60 V66 1 65 E40 6 44 NM 750 48 E40 6 44 N60 E40 6 44 E40 6 44 E40 6 44 E40 6 44 NM 750 48 V66 1 65 E4
48. 7 Emiss o de varias tecnologias de produ o de energia el ctrica incluindo metano 6 2 2 2 Emiss o de ru do A instala o e explora o de um sistema e lico suscept vel de induzir um impacto ambiental sonoro como consequ ncia do movimento girat rio das suas p s Contudo o desenvolvimento tecnol gico nos ltimos anos juntamente com as novas exig ncias de um mercado crescente e promissor promoveu um avan o significativo na diminui o dos n veis de ru do produzido pelas turbinas e licas O ru do gerado pelo normal funcionamento dos aerogeradores que constituem um parque e lico tem por base e Uma caracteriza o do ambiente sonoro existente na rea envolvente do parque antes da instala o dos aerogeradores e Uma an lise ac stica previsional do ru do que ser observada nos mesmos locais durante o pleno funcionamento do empreendimento 10 A Energia E lica A avalia o do ru do ter em conta as caracter sticas da pot ncia dos diferentes aerogeradores a sua localiza o espacial e as caracter sticas topogr ficas dos terrenos As pot ncias das m quinas determinam as suas emiss es sonoras a sua localiza o e a orografia da zona determinar o a propaga o ac stica e o estabelecimento dos campos sonoros nos receptores eventualmente exis tentes 46 A origem do ru do das turbinas e licas proveniente da sua ac o mec nica e aerodin mica O principal respons vel pelo ru d
49. 851 64 57 234 47 9 58 875 90 58 470 05 58 739 04 58 070 77 58 857 16 10 61 813 00 62 079 43 60 562 76 60 638 00 60 308 71 11 64 750 10 65 911 62 62 261 25 63 770 89 61 621 80 12 67 687 20 69 980 36 63 853 40 67 687 00 62 820 56 Somat rio 618 397 80 617 054 87 616 670 49 618 396 94 618 395 85 80 000 00 70 000 00 60 000 00 50 000 00 40 000 00 30 000 00 20 000 00 10 000 00 0 00 Linear 2 4 Exponencial Potencial 10 12 Polinomial ordem 3 Logaritmica Figura B 6 Valores estimados para os diferentes modelos Os valores obtidos ap s a aplica o da seguinte express o est o enunciados na tabela B 2 No geral nenhum modelo apresenta um valor do erro desmedido contudo o modelo polinomial de ordem 3 apresenta o menor erro Para o caso de estudo iremos considerar a regress o linear como modeliza o da manuten o e opera o anual de forma a facilitar simplificar os c lculos visto este apresentar um valor do erro muito aceit vel e pr ximo do modelo polinomial ordem 3 Tabela B 2 Valor do erro total dos diferentes modelos Erro TOTAL Linear 5 43 Exponencial 6 31 Potencial 5 98 Polinomial ordem 3 5 07 Logar tmica 6 66 98 Anexo B Anexo C Anexo C C 1 Parques e licos
50. Apesar da evolu o do Homem a n vel tecnol gico econ mico e social estar relacionado com a utiliza o destes combust veis o seu uso de forma indiscriminada nomeadamente na produ o de energia tem originado uma crescente degrada o ambiental no planeta neste contexto que imprescind vel falarmos de outra formas de produ o formas limpas a que damos o nome de energia renov veis Estas apresentam se como uma resposta alternativa actual depend ncia das fontes de energia esgot veis provenientes de combust veis s lidos como o petr leo o carv o e o g s natural A energia e lica apresenta se como uma energia renov vel e gratuita pelo que n o importa a quantidade que se utiliza hoje j que ela estar igualmente dispon vel no futuro Por outro lado esta energia uma fonte de energia limpa isto n o produz gases de efeito de estufa nem outros agentes de polui o A energia e lica tem um papel de complementaridade na produ o de energia el ctrica sendo que contribui para a diversifica o dos modos de produ o e para diminuir a nossa depend ncia energ tica do exterior materializada na importa o de combust veis f sseis petr leo g s natural e carv o 37 A energia e lica apresenta se ent o pelas raz es anteriormente referidas como um contributo para alcan ar os compromissos internacionais nomeadamente o Protocolo de Quioto e a directiva comunit ria que imp e que a sua representatividad
51. China 12 210 101 India 9 645 80 Italy 3736 31 France 3 404 28 UK 3 241 27 Denmark 3 180 26 Portugal 2 862 24 Rest of world 16 693 13 8 Total top 10 104 104 86 2 World total 120 798 100 0 Figura 3 13 Top 10 de capacidade instalada 18 3 3 Energia e lica mundial 29 Os EUA contam com 8 35 GW do novo aumento elevando a sua capacidade em 50 e su perando a Alemanha como o maior produtor de energia e lica com um total de 25 1 GW contra 23 9 GW O pa s europeu consegue obter por m um percentual maior da sua energia de origem e lica mw 10 000 E 2003 E 2004 En 2005 EH 2006 6 000 E 2007 EE 2008 4 000 2 000 o i Lil n ll am I ce mo 00 008 10 TO Europe North America Asia Latin America Africa amp Middle East Pacific Figura 3 14 Capacidade anual instalada por regi o 18 A China duplicou a sua capacidade instalada somando pelo menos 6 3 GW e alcan ando os 12 2 GW no total Nesse ritmo o gigante asi tico est a caminho de superar a Alemanha e a Espanha e de se tornar em 2010 o segundo pais em termos de capacidade de produ o e lica 18 Na figura 3 14 assiste se a um forte desenvolvimento da energia e lica na Am rica do Norte e na Asia como anteriormente mencionado A energia e lica consitui a nica tecnologia de energia el ctrica que permite realizar as necess rias redu es nas emiss es de CO no sector da energia no per odo cr tico at 2020 j que os gases de efeito de es
52. E lica Pot ncia SEN 2008 2007 2006 Mw SEN 14933 14 201 13 681 Eolica 2 640 2 050 1579 18 14 12 Figura 3 7 Pot ncia edlica 15 3 2 A energia e lica em Portugal 25 A pot ncia m xima hist rica das centrais e licas que no final de 2007 se situava em 1693 MW foi subindo nos primeiros meses do ano de 2008 atingindo 1857 MW em Mar o ultrapassando pela primeira vez os 2000 MW em Outubro e fixando se j no final de 2008 a 30 de Dezembro em 2197 MW como ilustrado na figura 3 8 A produ o m xima di ria no ano de 2008 ocorreu a 24 de Novembro com 45 GWh dia em que a produ o e lica abasteceu 30 do consumo nacional No mesmo dia a utiliza o da pot ncia instalada atingiu os 73 A maior utiliza o da pot ncia instalada ocorreu no entanto a 17 de Fevereiro com 75 No dia 28 de Outubro de 2008 a produ o e lica representou 32 do consumo nacional atingindo a participa o di ria mais elevada de sempre Em termos de pot ncia a participa o mais elevada de sempre ocorreu tamb m nesse dia s 4 30 com 48 do consumo A produ o di ria mais baixa do ano ocorreu no dia 22 de Setembro apenas 1 GWh a que correspondeu uma utiliza o da capacidade ligada de 2 e abastecendo 0 7 do consumo A pot ncia m xima atingida no mesmo dia n o ultrapassou os 85 MW 30 de Dezembro Pot ncia M xima 2197 MW Figura 3 8 Produ o de energia e lica para o dia 30 de Dezembro 15 3 2 2 Prod
53. EV VRDm KMHOm PF VRD m PV VRD m PA VRD m Z e VRD a remunera o aplic vel a centrais renov veis no m s m e KMHO um coeficiente que modula os valores de PF VRD m de PV VRD m e de PA V RD em fun o do posto hor rio em que a electricidade fornecida e PF VRD a parcela fixa da remunera o aplic vel a centrais renov veis e PV VRD m a parcela vari vel da remunera o aplic vel a centrais renov veis e PA VRD a parcela ambiental da remunera o aplic vel a centrais renov veis e IPC 1 0 indice de pre os no consumidor sem habita o no continente e Z o coeficiente adimensional que traduz as caracter sticas espec ficas do recurso end geno e da tecnologia utilizada na instala o licenciada e IPC o indice de pre os no consumidor sem habita o no continente referente ao m s anterior ao do in cio do fornecimento de electricidade rede pela central renov vel ver p gina do INE e LEV representa as perdas nas redes de transporte e distribui o evitadas pela central renov vel Relativamente modula o tarif ria traduzida pelo coeficiente KMH Om as centrais renov veis dever o decidir no acto do licenciamento se optam ou n o por ela com excep o das centrais h dricas para as quais esta obrigat ria Para as centrais renov veis que no acto de licenciamento e nos termos do n mero anterior tiverem optado pela modu
54. FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Produ o E lica e Enquadramento T cnico Econ mico em Portugal Alexandre Morais Lopes VERS O PROVIS RIA Disserta o realizada no mbito do Mestrado Integrado em Engenharia Electrot cnica e de Computadores Major Energia Orientador Prof Dr Ant nio Carlos Sep lveda Machado e Moura Junho de 2009 Alexandre Morais Lopes 2009 Resumo As actuais crises energ ticas obrigaram nos cada vez mais a apostar em energias renovaveis diversos estudos realizados nos ltimos anos t m apontado as implica es s cio ambientais do consumo de energia As fontes renov veis de energia s o apresentadas como a principal alterna tiva para responder procura da sociedade no que respeita a qualidade seguran a e redu o dos danos ambientais A energia e lica apresenta se como uma energia renov vel e gratuita consti tuindo por isso um caso de estudo Com este trabalho pretende se efectuar uma avalia o t cnico econ mica da produ o de energia e lica O planeamento energ tico com estes novos paradigmas de produ o dispersa requer a defini o de estrat gias e politicas energ ticas Esta planifica o s poss vel com a ajuda de ferramentas de avalia o de potencial e lico assim s o analisados os par metros que caracterizam influenciam o regime dos ventos e as suas formas de previs o A integra o dos sistemas de energia e lica come am a ter uma expres
55. O meio ambiente e a energia e lica 9 As preocupa es com as consequ ncias futuras das emiss es de gases de efeito estufa por parte de v rios pa ses do mundo t m criado um ambiente muito favor vel ao uso da energia e lica como uma fonte limpa de energia Num estudo realizado pelo grupo Hitachi pode se observar a compara o de emiss es de C02 pelas diferentes tecnologias de produ o de energia el ctrica Analisando o gr fico verifica se a exist ncia de quatro tecnologias com menor produ o de emiss es embora na actualidade apenas as grandes hidroel ctricas sejam competitivas Estas possuem como todas as fontes de energia alguns inconvenientes provocando o apodrecimento da vegeta o submersa nos grandes reservat rios os quais produzem uma quantidade substancial de gases de efeito de estufa sendo o metano o principal g s provocado pela vegeta o submersa o qual cinquenta vezes mais potente que o C02 Os projectos de grandes hidroel ctricas est o a ser abordados devido aos seus impactos ambientais Estas quatro tecnologias podem assim contribuir para uma redu o das emiss es de C02 Coal fired thermal power 975 gi fired thermal power Natyral gas thermal power Mangas Nuclear power Water power Geothermal power EE C02 emissions from combustion in power generation direct Solar power EE Othersiindirect Wind power 0 200 400 600 800 1000 1200 Lifecycle COz emissions g CO2 kWh Figura 2
56. Tabela 5 7 Valores da manuten o utilizando o modelo O amp M Anos Valor anual 2 Erro res duo Erro residuo erro 1 35 379 46 1 579 46 2494688 584 4 2 38 316 52 4 516 52 20398997 41 12 3 41 253 59 3 746 41 14035576 4 9 4 44 190 66 809 34 655034 2467 2 5 47 127 72 2 127 72 4527212 597 5 6 50 064 79 6 135 21 37640785 14 12 7 53 001 86 3 198 14 10228112 51 6 8 55 938 92 261 08 68160 38195 0 9 58 875 99 2 675 99 7160928 759 5 10 61 813 06 5 613 06 31506417 64 9 11 64 750 12 2 649 88 7021840 766 4 12 67 687 19 287 19 82478 66666 0 Para uma melhor percep o do erro realizou se um grafico e calculou se o valor do erro total da seguinte forma X12 Valoranualestimado 5 25 ETotal YZ residuo Sendo k o respectivo ano O valor resultante desta aplica o foi de 0 5433 ou seja aproximadamente 5 Como conse qu ncia de ser um valor t o baixo o erro desprez vel 80 000 00 70 000 00 60 000 00 a 1 d e 50 000 00 T im 40 000 00 30 000 00 20 000 00 10 000 00 Es o 2 4 6 8 10 12 14 Valoresdados W Valores Estimados Z Figura 5 9 Tra ado da curva com os valores dados e os estimados pelo modelo Para diagnosticar a previs o dos modelos de regress o calculado um coeficie
57. Y onde e V Z Velocidade na altura de refer ncia e V Z Velocidade na altura desejada 40 An lise T cnica e Z Altura de refer ncia e Z Altura desejada e Zo Comprimento de rugosidade do local o Figura 4 7 Varia o da velocidade do vento com a altura acima do solo 21 4 4 2 Influ ncia da rugosidade do terreno na varia o da velocidade O vento alvo de alguns elementos que afectam o seu valor direc o e sentido podendo ainda causar pequenas turbul ncias na superf cie Estes elementos s o constitu dos por rvores arbus tos vegeta o rasteira e pequenas constru es sobre a superf cie do solo que oferecem resist ncia passagem do vento Deste modo a rugosidade de uma determinada rea fornecida pela dis tribui o dos seus elementos sendo que quanto mais densa e mais alta for a sua forma o maior ser a rugosidade ou seja maior ser a dificuldade para o vento se deslocar Nas considera es sobre o valor das vari veis n da Lei de Pot ncia e o valor do compri mento de rugosidade Zp da Lei Logar tmica atr s enunciadas conclui se que estas est o directa mente associadas rugosidade do terreno Figura 4 8 Influ ncia da mudan a de rugosidade no perfil vertical do vento 22 4 4 Factores que influenciam o regime de ventos 41 Pode se observar na figura 4 8 a forma como a velocidade afectada consoante a rugosidade de dois terrenos Assistimos assim a
58. a e dos equipamentos permitir o estimar a capacidade de produ o do sistema e lico e identificar o custo da energia gerada MWh 4 6 2 2 Ferramentas computacionais A utiliza o de ferramentas computacionais tem sido cada vez mais aplicada na simula o do comportamento da distribui o da velocidade do vento numa determinada regi o a partir dos da dos anemom tricos representados por pontos discretos de medi o Estas tamb m s o utilizadas na simula o do comportamento de m quinas e licas distribu das numa determinada rea O posi cionamento ptimo das turbinas numa determinada regi o influenciado pela velocidade do vento direc o e caracter sticas de relevo e rugosidade do local Um dos programas computacionais que mais se popularizou no mundo para essas aplica es o WAsP O programa WAsP Wind Atlas Analysis and Application Program destina se a investigadores interessados em definir o regime 4 7 Impacto da integra o da gera o e lica nas redes el ctricas 53 dos ventos isto o comportamento da velocidade e direc o dos ventos corrigidas dos efeitos locais O programa possui ainda a funcionalidade de estimar a produ o de energia da turbina auxiliando assim na localiza o de sistemas e licos O Programa WAsP possibilita a avalia o da influ ncia das caracter sticas topogr ficas locais no regime de ventos tais como a varia o da altura rela o da altura medida com a altura das tur
59. a liga o respons vel pela injec o de harm nicos na rede 2 3 6 2 M quinas ass ncronas duplamente alimentadas e Liga o atrav s de conversores electr nicos de frequ ncia para rotor bobinado Figura 2 15 Liga o atrav s de conversores electr nicos de frequ ncia para rotor bobinado 9 Neste caso controla o torque da m quina escorregamento controlando a pot ncia activa mas continuando contudo a consumir energia reactiva Figura 2 16 Liga o atrav s de conversores electr nicos de frequ ncia para rotor bobinado 9 Apresentam a possibilidade de injectar na rede pot ncia activa e reactiva de forma controlada S o m quinas duplamente alimentadas est tor e rotor 2 3 6 3 M quinas s ncronas de velocidade vari vel Liga o atrav s de um gerador s ncrono de velocidade vari vel Os tipos de liga o dispon veis por estes rede s o e Liga o directa de geradores s ncronos Figura 2 17 Liga o directa de geradores s ncronos 9 E um sistema extremamente r gido que usado em pequenos aerogeradores isolados da rede sendo que a frequ ncia imposta pelo multiplicado 18 A Energia E lica e Liga o atrav s de conversores de frequ ncia para m quinas com circuito de excita o Figura 2 18 Liga o atrav s de conversores de frequ ncia para m quinas com circuito de exci ta o 9 Figura 2 19 Liga o atrav s de conversores de frequ nci
60. a para m quinas com circuito de exci ta o 9 Esta liga o para al m de poder funcionar com velocidade vari vel pode incluir um multi plicador de velocidade As m quinas podem usar conversores AC DC AC ou AC AC sendo que as que apresentam conversores de frequ ncia podem injectar pot ncia reactiva na rede de forma controlada de mencionar ainda que esta liga o respons vel pela injec o de harm nicos na rede e Liga o atrav s de conversores de pot ncia para m quinas com excita o permanente Figura 2 20 Liga o atrav s de conversores de pot ncia para m quinas com excita o permanente 9 No x N Figura 2 21 Liga o atrav s de conversores de pot ncia para m quinas com excita o permanente 9 Este tipo de liga o utiliza m quinas s ncronas de manes permanentes sem multiplicador de velocidade nem circuito de excita o para a maquina s ncrona Podem usar conversores AC DC AC ou AC AC e as m quinas com conversores de frequ ncia podem injectar pot ncia reactiva na rede de forma controlada 2 4 Controlo de pot ncia 19 2 4 Controlo de pot ncia As turbinas e licas s o projectadas para produzir a energia el ctrica ao menor custo poss vel Nesse sentido s o geralmente concebidas de forma a poderem produzir pot ncia m xima em ve locidades do vento de cerca de 15 metros por segundo N o existe necessidade de pagar a con cep o de turbinas que maximizem a sua p
61. a perpendicularmente atrav s de uma rea circular dada pela seguinte express o P 1 2 p V r 4 1 Onde e P pot ncia m dia do vento W e p densidade do ar seco 1 225 kg m PTN e V velocidade m dia do vento m s e r raio do rotor m 31 32 An lise T cnica Contudo esta energia n o pode ser inteiramente recuperada pelo aerogerador A lei de Betz indica que independentemente da forma construtiva da turbina apenas 16 27 cerca de 59 da energia cin tica contida no vento pode ser transformada em energia mec nica Figura 4 1 Tubo de Betz 19 A teoria de Betz coloca em modelo a passagem do ar antes e ap s a turbina por um tubo de corrente onde e V a velocidade do vento antes das p s da turbina e V a velocidade do vento ap s ter transferido energia s p s da turbina Onde V gt V2 sendo estas velocidades paralelas ao eixo do rotor A passagem do vento pela turbina e lica provoca a redu o da velocidade uma vez que capta a sua energia cin tica e a converte em energia rotacional Como consequ ncia a velocidade do vento a jusante inferior de montante figura 4 1 A press o do ar aumenta gradualmente a montante com a aproxima o da torre e lica mas como o rotor actua como uma barreira para o vento a press o do ar cai imediatamente a jusante do rotor crescendo de forma gradual at atingir de novo o valor da press o atmosf rica Assim de forma a tornar o c l
62. abina 17 torre 2 3 Tecnologia 15 2 3 3 Rotor O rotor o componente do sistema e lico respons vel pela capta o da energia cin tica dos ventos transformando a em energia mec nica de rota o o componente mais caracter stico de um sistema e lico sendo caracterizado pela defini o das p s pela determina o da sua forma e do ngulo de ataque em rela o direc o do vento A sua configura o ir influenciar o rendi mento global do sistema Os rotores e licos como referido em 2 3 1 podem ser classificados segundo a orienta o do eixo podendo estes serem de eixo horizontal ou de eixo vertical O rotor pode ainda ser instalado a montante ou a jusante da torre em rela o superf cie de ataque do vento sendo a op o upwind onde o vento ataca as p s pela frente a mais comum As p s s o normalmente fabricadas a partir de compostos sint ticos tal como pl sticos refor ados com fibra de vidro Estes s o materiais facilmente mold veis robustos resistentes fadiga e com boa re la o qualidade pre o As fibras de carbono apresentam se com melhores qualidades mec nicas mas tamb m s o mais dispendiosas 2 3 4 Cabina A cabina nacelle o local onde se encontram alojados os constituintes do aerogerador o gerador converte a energia mec nica em energia el ctrica o veio secund rio transfere a ener gia mec nica da caixa de velocidades para o gerador o trav o de disco permite travar o rotor
63. acoes Energiakolica A 20Energia 20E C3 B3lica 20em 20Portugal 20 201 C2 BAS20Sem 202008 pdf ltimo acesso em Junho de 2009 Alvaro Rodrigues Parques e licos em portugal 2008 Ana Estanqueiro O levantamento energ tico das esta es do atlas e lico de portugal energias renov veis identifica o e caracteriza o do recurso e lico 2007 Global Wind Energy Council Global wind 2008 report 2009 Dispon vel em http www gwec net fileadmin documents Global 20wWind 202008 20Report pdf ltimo acesso em Maio de 2009 Danish Wind Industry Association Wind turbines deflect the wind Dispon velem http www windpower org EN tour wres tube htm Ultimo acesso em Junho de 2009 Cl udio Monteiro Previs o de produ o e lica apontamentos de t cnicas para previs o 2008 Paulo Canhoto Energia e lica Dispon vel em http www parquepeter org index php q system files eolica PauloCanhoto PETER pdf Ultimo acesso em Junho de 2009 cresesb Aproveitamento de energia e lica para gera o de energia el trica Dispon vel em http www cresesb cepel br ltimo acesso em Maio de 2009 Sel nio Silva T picos em engenharia el trica Fundamentos da energia e lica potencial e lico 2009 Cl udio Monteiro Energia e lica apontamentos da cadeira de eeso 2008 Paul Gipe Wind power renewable energy for home farm and business Chelsea Green Publishing 2004 Pedro Rocha Perturba es e
64. ade de criar um modelo de forma a prever esse valores Ap s uma an lise e resolu o detalhada de v rios modelos criados para o estudo do comportamento da curva da manuten o optou se pela escolha de um modelo linear No anexo B apresento o estudo realizado assim como a justifica o da selec o realizada Seguidamente irei explicar os passos realizados para a determina o do m todo Conhecendo uma rela o linear entre as vari veis dependentes e independentes poss vel estimar o valor da fun o Z Valor anual da manuten o em cada ponto Assim sendo foram tomadas as seguintes considera es e Vari veis independentes Xy1 Anos e Par metros da regress o para a vari vel V Oi e Valor estimado da vari vel dependente b X 0 5 22 Z Valor da manuten o estimado kW e Para encontrar os par metros usa se o m todo dos m nimos quadrados o qual consiste em minimizar o quadrado dos res duos L te te te 5 23 Com a ajuda do Solver do Excel obteve se os seguintes valores Tabela 5 6 Valores dos par metros Oo 32442 39171 2937 06661 5 3 An lise econ mica de um parque e lico 85 O modelo linear assim representado por Z 32442 392 Anos x 2937 067 5 24 Utilizando o valor das vari veis independentes poss vel obter o valor da manuten o anual estimada e o quadrado dos res duos os quais se encontram representados na tabela que se segue
65. amas de investiga o e desenvolvimento de turbinas de grande pot ncia 2 1 Introdu o 5 Como resultado desta coopera o s o de referir as turbinas americano suecas WTS3 3MW e WTS 4MW instaladas em 1982 44 As primeiras turbinas edlicas comerciais foram instaladas no inicio dos anos 80 tanto na Europa principalmente na Dinamarca e Holanda como nos E U A em particular na tendo tipicamente entre 10 a 20 metros de di metro e pot ncias de 50 a 100 kW 43 Particularmente relevante no quadro do desenvolvimento da energia e lica foi a politica de incentivo dissemina o das energias renov veis promovida pelas autoridades do estado da Ca lif rnia que conjuntamente com os elevados valores registados para a velocidade do vento em alguns locais deste estado encorajou o r pido desenvolvimento de parques e licos financiados por entidades privadas Em 1987 a pot ncia instalada em sistemas de convers o de energia e lica era de 1500 MW fornecidos por cerca de 15 000 turbinas e licas a maior parte delas com di metros entre 15 a 25 metros 43 A positiva experi ncia de opera o com turbinas maiores em conjunto com os frutos dos programas de investiga o levaram a que o tamanho das turbinas e licas comerciais n o tenha parado de crescer 2 1 2 A evolu o comercial de turbinas e licas de grande porte O com rcio das turbinas e licas no mundo sofreu um r pido desenvolvimento relativamente tecnologia e
66. ar de ser quero agradecer de uma forma especial aos meus pais e irm por todo o aux lio motiva o estabilidade e esfor o prestado ao longo de todo o meu percurso acad mico De uma forma diferente mas contudo ainda muito especial quero agradecer a todos os meus amigos e colegas o apoio e incentivo que me foi dado ao longo deste trabalho A todos um sincero obrigado por terem tornado este trabalho conceb vel vi The more we focus on using renewable fuels the less we are dependent upon foreign oil John M McHugh There s no question that power rates are going to go up whether it s using wind energy or fossil fuels Jamie Ballem The answer my friend is blowin in the wind The answer is blowin in the wind Bob Dylan vii viii Conte do 1 Introdu o 2 3 1 1 1 2 1 3 Enquadramento OPJECTIVOS s a EU Se ee pe RAGED eS OSHS Pe Ee ee dower dc ed Estrutura da Disserta o A Energia E lica 21 2 2 2 3 24 Introdu o su ss ass da sb ne dede md s E a EA a a 2 1 1 Hist ria da energia e lica 2 1 2 A evolu o comercial de turbinas e licas de grande porte 2 1 3 Sistemas off shore O meio ambiente e a energia e lica ee ee ee 2 2 1 Emiss es de gases 2 2 2 Emiss o de
67. as As vantagens de uma m quina de eixo vertical s o e Poder se colocar o gerador e a caixa de velocidades no solo sendo desnecess rio uma torre para a m quina e N o precisar de um mecanismo de ajuste da direc o do aerogerador para virar o rotor contra o vento e Simplicidade na concep o As desvantagens consistem em e Velocidades muito baixas perto do n vel do solo o facto de n o possuir uma torre origina o aproveitamento do vento a baixas velocidades e N o possuir um arranque autom tico por exemplo uma maquina do tipo Darrieus necessita de um empurr o antes de iniciar Este contudo um pequeno inconveniente para uma turbina ligada rede uma vez que se pode usar o gerador como um motor para iniciar a m quina e Necessidade de utiliza o de espias de suporte e Esfor os din micos acrescidos 2 3 2 Componentes do sistema Os principais componentes de um aerogerador e lico de eixo horizontal encontram se repre sentados na figura Figura 2 11 Componentes de um aerogerador de eixo horizontal 9 Legenda 1 p s do rotor 2 cubo do rotor 3 cabina 4 chumaceira do rotor 5 veio do rotor 6 caixa de velocidades 7 trav o de disco 8 veio do gerador 9 gerador 10 radiador de arrefecimento 11 anem metro e sensor de direc o 12 sistema de controlo 13 sistema hidr ulico 14 mecanismo de orienta o direccional 15 chumaceira do mecanismo de orienta o direccional 16 cobertura da c
68. as por exemplo com os diferentes per odos de cultiva o planta o crescimento e colheita No Atlas Europeu de Vento a abordagem seguida para a contabiliza o da rugosidade do ter reno foi ligeiramente diferente tendo se optado por dividir os diferentes tipos de terrenos em classes caracter sticas No Anexo 1 mostra se a respectiva tabela 4 4 3 Influ ncia dos obst culos Os obst culos s o elementos de dimens es conhecidas que podem causar uma redu o na velocidade do vento e produzem o chamado efeito de sombreamento Os obst culos para al m de obstru rem o movimento das part culas de ar modificam a dis tribui o de velocidades Elementos como forma es rochosas morros constru es civis torres n o porosas e agrupamento denso de rvores de grande altura podem ser considerados obst culos caso a sua dist ncia em rela o ao ponto de observa o seja pequena O escoamento influenciado por v rios factores como a forma dos obst culos a dist ncia en tre eles a sua porosidade etc Assim uma influ ncia quantitativa dos obst culos apresenta perdas significativas a n vel energ tico devido a mudan as de direc o dos ventos ou a turbul ncias No estudo quantitativo da influ ncia dos obst culos estes s o considerados como caixas com sec o transversal rectangular no qual deve ser considerado em rela o ao ponto de interesse as suas dimens es e a sua porosidade 42 An lise T cnica A
69. binas e licas a rugosidade o relevo e os obst culos presentes no local de an lise No pro grama esses factores s o analisados de uma forma independente a qual necessita das seguintes informa es b sicas Dados que definam o regime dos ventos que pode ser uma s rie temporal ou par metros de distribui o de Weibull Dados que descrevam a rugosidade do terreno Dados que definam as dimens es de localiza o dos obst culos Dados sobre a orografia da regi o Dados sobre o sistema e lico que se pretende utilizar principalmente a curva de pot ncia da turbina e lica Al m do WAsP existem outros programas dispon veis no mercado que procuram optimizar os c lculos atribuindo novos modelos referentes Em Portugal foram criadas ferramentas importantes para a avalia o do potencial energ tico da energia do vento as quais passo a enunciar Foi criada a base de dados do potencial e lico do vento em Portugal designada de EOLOS2 0 que apresenta as caracter sticas f sicas e energ ti cas do escoamento atmosf rico num conjunto de 57 locais em Portugal Continental e que foi desenvolvida pelo INETI DER O software VENTOS utilizado para simula o computacional do comportamento do escoamento do vento sobre solos complexos com ou sem arboriza o foi desenvolvido pela FEUP em colabora o com o Instituto de Engenharia Mec nica e Gest o Indus trial o INESC Porto e o Research Centre for Wind Energy and Atmospher
70. ceita o da mesma sem se questionar de tudo o que est obscuro Nos dias de hoje v rios s o os pa ses em que o governo promove a constru o de grandes parques e licos incentivando as empresas privadas com generosos subs dios e regulamentar apoio exigindo meios para depois lhes comprar a energia el ctrica ao custo por eles estipulados A energia e lica como j foi referido possui o problema do desperd cio associado produ o da energia e lica aquando da sua desnecessidade Assim recorrendo a m todos de armazenamen tos como a bombagem e o ar comprimido esta fonte renov vel poderia tornar se numa energia muito mais eficiente na qual a sua intermit ncia deixaria de ser uma desvantagem t o relevante Conclus es 91 No entanto os custos associados ao armazenamento s o muito superiores ao benef cio que da se consegue extrair deste modo necess rio encontrar solu es nesse sentido pois dessa forma a energia e lica pode se tornar muito mais competitiva e aceit vel O facto da energia e lica se apresentar como uma fonte limpa n o deixa duvida que tem de ser aproveitada Contudo n o se pode esquecer que existem outras fontes de energia de car cter limpo e gratuito com particularidades muito atraentes Com o aumento do pre o do petr leo e com o intuito de reduzir as nossas facturas de energia a energia e lica devido ao seu car cter renov vel apresenta se cada vez mais como uma solu o contudo
71. cialmente para redes isoladas de pequena dimens o permite a gest o de unidades convencionais r pidas e 1 72 horas para sistemas interligados com grandes parques e licos exige a disponibilidade de NWPs e 1 7 dias para planeamento da manuten o extremamente util para parques offshore e gt 7 dias est normalmente associada ao apoio na gest o das centrais el ctricas conven cionais na gest o de recursos h dricos e na programa o de ac es de manuten o nos parques e licos Os sistemas de previs o englobam dois tipos de modelos os modelos f sicos e os modelos estat s ticos Estes s o utilizados em conjunto com o intuito de melhorar a performance dos resultados finais Modelos Estat sticos Estes modelos procuram encontrar uma rela o entre os valores hist ricos da produ o el c trica assim como de algumas vari veis explicativas com a informa o medida em tempo real Na implementa o destes modelos utilizam se normalmente modelos do tipo AR Redes Neuronais sistemas de infer ncia difusa modelos de regress o Estes modelos possuem a vantagem de se obter directamente a previs o da pot ncia como se pode ver na figura 4 4 Previs es Meteorol gicas NWP Informa o do Parque on line Modelo Estat stico Previs o da Pot ncia Figura 4 4 Diagrama geral dos modelos estat sticos Supervisory Control And Data Acquisition 2Numerical W
72. co do gt local downscaling y Previs o do vento Le no local MOS hi Modelo de Pot ncia MOS Previs o da Pot ncia Figura 4 5 Diagrama geral dos modelos f sicos 4 4 Factores que influenciam o regime de ventos 37 No sentido de obter um modelo melhor os modelos fisicos podem recorrer introdu o de modelos estatisticos ilustrados de cor cinzenta na figura 4 5 O MOS Model Output Statistics que influenciam assim o output dos modelos fisicos de forma a efectuar um ajuste estatistico A convers o da previs o da velocidade em pot ncia efectuada atrav s dos modelos de curva de pot ncia Power Curve recorrendo a curva de pot ncia caracteristica de cada aerogerador A curva de pot ncia pode ser fornecida pelo fabricante ou pode ser obtida atrav s do hist rico de s ries temporais com pot ncias produzidas pelas m quinas em fun o das caracter sticas do vento O processo downscaling consiste na adapta o das previs es dos modelos NWP ao local a qual pode ser realizada atrav s dos modelos micro ou meso escala Os modelos de meso escala baseiam se no vento geostr fico para efectuar o downscaling ou seja o vento horizontal n o acelerado que sopra ao longo de traject rias rectil neas Apesar de ser um modelo r pido e de f cil implementa o apresenta resultados insatisfat rios para terrenos complexos Pelo contr rio o modelo de micro escala que re
73. colis o de p ssaros em turbinas e licas que ocorreu nas proximidades de Tarifa em Espanha onde 269 turbinas e licas foram in staladas de um total projectado de 2000 turbinas numa das principais rotas de migra o de aves da Europa Ocidental onde muitos p ssaros de in meras esp cies amea adas de extin o morreram em colis es com as turbinas O director da Ag ncia Espanhola Instituto para la Diversificacion y Ahorro de la Energia IDAE assumiu o erro pronunciando O que me ocorreu sobre o facto que foi um inoportuno lapso de mem ria Ningu m pensou nas migra es dos p ssaros Contudo de real ar que apesar da taxa de mortalidade das aves ser baixa esta pode ser de extrema import ncia devido baixa densidade e taxa anual de reprodu o das mesmas 2 3 Tecnologia 2 3 1 Tipo de turbinas As turbinas e licas actualmente n o s o todas iguais por m h uma certa converg ncia para as turbinas e licas com um eixo horizontal e tr s p s Os dois grandes tipos de turbinas e licas existentes s o as de rotores de eixo vertical e as de eixo horizontal 2 3 1 1 Rotores de eixo horizontal Este o tipo de rotor mais eficiente mas requer sistemas mec nicos mais complexos que os de eixo vertical Normalmente dividem se em 3 grupos r pidos 2 a 3 p s velocidade m dia 3 a 6 p s e lentos 6 a 24 p s 8 Hoje em dia poucas empresas fabricam turbinas de eixo vertical cuja grande vantagem reside
74. constr constr constr constr constr constr constr constr constr constr constr constr constr constr constr constr constr constr constr constr constr PAUL DA SERRA FONTE DO JUNCAL QUINTA DO LORDE LOIRAL PEDRAS Madeira Madeira Madeira Madeira Madeira REGIOES AUTONOMAS Pot ncia o total KPED m quinas MW Pot ncia nominal kW Liga o a Fabricante Modelo rede EOZEN Vensys 1 5 MW 70 constr EOZEN Vensys 1 5 MW 70 constr VESTAS V52 constr VESTAS V52 constr VESTAS V52 constr Anexo D Anexo D D 1 Cronograma tipo das diferentes etapas do parque e lico em es tudo 109 110 Anexo D Tabela D 1 Cronograma tipo das diferentes etapas do parque edlico em estudo PARQUE EOLICO DURACAO INICIO FIM DE 6 AEROGERADORES DA TAREFA DA TAREFA DA TAREFA TOTAL 413 days 01 01 2007 30 07 2008 Assinatura de Contrato 0 days 01 01 2007 01 01 2007 Estudos e projectos base 40 days 01 01 2007 23 02 2007 Montagem do estaleiro 10 days 26 02 2007 09 03 2007 Constru o de Acessos 60 days 12 03 2007 01 06 2007 Desmata o e Decapagem de terrenos 30 days 12 03 2007 20 04 2007 Escava es 35 days 26 03 2007 11 05 2007 Aplica o da 1 camada de Touvenant 20 days 07 05 2007 01 06 2007 Execu o de drenagem de guas pluv
75. corre a modelos Computacional Fluid Dynamic CFD de alta resolu o para estimar o fluxo do vento no n vel das turbinas apresenta as vantagens de ser poss vel modelar o efeito da turbul ncia e obter resultados satisfat rios aquando da aplica o em terrenos complexos apesar dos elevados custos e esfor os de modela o 53 Estrutura dos Modelos MODELOS Registos de 12 h MMS ALADIN Registos de 15 min Wind farm power generation plano de opera o ON OFF Vel de vento atraso variancia e Vel de vento Temperatura Press o P nos geradores Vel e Dir nos geradores Processamento e sincroniza o de dados Parque Aerogerador l Produ o do aerogerador MODELOS Neural Networks Parametric regression Kernel regression Testes Spline methods Produ o do parque Produ o do MODELOS AR models Neural Networks e Varying coefficient AR ee WG los da certe es Fuzzy systems MODELOS e Quantile regression Neural networks e Fuzzy systems Figura 4 6 Estrutura dos Modelos 20 4 4 Factores que influenciam o regime de ventos A diversidade de factores que influenciam o regime de ventos s o obtidos a partir de mapas anal gicos mapas digitais imagens a reas e imagens de sat lite O vento ao longo do dia apre senta u
76. culo mais preciso utilizado o coeficiente C no c lculo da pot ncia P 1 2 p V II r C 4 2 O coeficiente C caracteriza o nivel de rendimento de uma turbina edlica e pode ser definido pela raz o Pot ncia disponivel no eixo 4 3 Pot ncia dispon vel til 4 2 Caracter stica el ctrica do aerogerador Uma das caracter sticas el ctricas do aerogerador a sua curva de pot ncia Esta consiste numa curva que apresenta a pot ncia el ctrica produzida pela turbina para diferentes valores da 4 2 Caracteristica el ctrica do aerogerador 33 velocidade do vento sendo projectada para produzir a maxima pot ncia pot ncia nominal a uma determinada velocidade do vento vento nominal Como consequ ncia da varia o c bica da pot ncia com a velocidade do vento ilustrada em 4 2 pequenas oscila es na velocidade do vento originam grandes varia es na pot ncia Um aumento na velocidade do vento de 8 para 10 m s aumento de 25 traduz se num aumento de pot ncia de cerca de 100 mantendo constantes as restantes condi es O rendimento do sistema aerodin mico dos aerogeradores actuais varia entre 50 e 70 do m ximo te rico O processo de convers o de energia mec nica em energia el ctrica tem uma efici ncia de 90 95 tendo assim o aerogerador um rendimento global de 27 a 40 A curva de pot ncia de uma turbina e lica consiste numa curva que apresenta a pot ncia el ctrica gerada pela turbi
77. culos 4 4 1 Varia o da velocidade com a altura O deslocamento do ar sobre a superf cie da terra forma uma camada limite que se estende a grandes alturas onde o escoamento no seu interior feito de modo turbulento Uma vez que a altura das turbinas e licas n o ultrapassa a camada limite importante conhecer o perfil da ve locidade do vento ao longo de uma sec o transversal ou seja o valor da velocidade em rela o altura Nos problemas relacionados com o aproveitamento da energia e lica frequente apresentar a distribui o da velocidade com a altura utilizando se os modelos da Lei da Pot ncia e a Lei Logar tmica A Lei da Pot ncia o modelo mais simples apresentando assim a vantagem da sua f cil utiliza o contudo os resultados obtidos n o possuem uma precis o adequada A Lei da Pot ncia expressa por Z n v vz 4 5 onde e V Z Velocidade na altura de refer ncia e V Z Velocidade na altura desejada e Z Altura de refer ncia 4 4 Factores que influenciam o regime de ventos 39 e Z Altura desejada e n Par metro directamente associado rugosidade da superf cie O valor de n utilizado mais frequentemente como o valor referente a uma rugosidade classe RR 1 onde n 1 7 A tabela seguinte apresenta alguns valores do factor n para diferentes tipos de superficies Tabela 4 1 Tabela do factor n para diferentes tipos de superficie 31 Descri
78. de conden sadores e neutros Devido a todos estes factores exige se a limita o destas perturba es Os conversores s o fontes de corrente para determinados harm nicos que obrigam a um desenvolvi mento de metodologias de verifica o e controlo IEC6100 3 6 e Determina o dos n veis toler veis para a distor o harm nica de tens o na rede receptora e Aloca o dos limites de distor o s instala es produtoras e Identifica o dos limites toler veis para as correntes harm nicas injectadas pelas instala es produtoras Os n veis de planeamento para a qualidade da onda em redes MT e AT segundo IEC 61000 3 podem ser vistos na tabela 4 3 O agrupamento em harm nicas pares d origem a componentes cont nuas meia onda positiva diferente de meia onda negativa notar que os valores s o mais reduzidos j em sistemas trif sicos as harm nicas das tr s fases somam se no circuito de neutro dando origem ao agrupamento em harm nicas mpares m ltiplas de 3 56 Tabela 4 3 N veis de planeamento para a qualidade da onda 33 Harm nicos mpares 3k Harm nicos mpares 3k Harm nicos pares Tens o harm nica Tens o harm nica Tens o harm nica Ordem h rel Nominal Ordem h rel Nominal Ordemh rel Nominal MT AT MT AT MT AT 5 5 2 3 4 2 2 1 6 1 5 T 4 2 9 1 2 1 4 1 1 11 3 1 5 15 0 3 0 3 6 0 5 0 5 13 23 1 5 21 0 2 0 2 8 0 4 0 4 17 1 6 1 gt 2
79. de transmiss o de 6 3 kV de 30 km a uma central de 20 MW 39 A Segunda Guerra Mundial 1939 1945 contribuiu para o desenvolvimento dos aerogeradores de m dio e grande porte uma vez que os pa ses faziam grandes esfor os no sentido de economizar combust veis f sseis Os Estados Unidos desenvolveram um projecto de constru o do maior aerogerador at ent o projectado Tratava se do aerogerador Smith Putnam cujo modelo apresen tava 53 3 m de di metro uma torre de 33 5 m de altura e duas p s de a o com 16 toneladas Este aerogerador iniciou o seu funcionamento em 10 de Outubro de 1941 numa colina de Vermont chamada Grandpa s Knob Contudo em Mar o de 1945 ap s quatro anos de opera o intermi tente uma das suas p s que eram met licas partiu se por fadiga 39 A Dinamarca no per odo inicial da 2 Guerra Mundial apresentou um dos mais significativos crescimentos em energia e lica de toda Europa Esse avan o deu se sob a direc o dos cientistas dinamarqueses Poul LaCour e Johannes Juul 40 A Fran a tamb m se empenhou nas pesquisas de aerogeradores conectados rede el ctrica Entre 1958 e 1966 foram constru dos diversos aerogeradores de grande porte entre os quais es tavam tr s aerogeradores de eixo horizontal e tr s p s Um dos modelos apresentava 30 metros de di metro de p com pot ncia de 800 kW a vento de 16 5 m s Esse modelo esteve em opera o conectado rede EDF nos anos de 1958 a 1963 38 41
80. do custo unit rio de investimento nos novos meios de produ o cuja constru o evitada por uma central renov vel que assegure o mesmo n vel de garantia de pot ncia que seria propor cionado por esses novos meios de produ o corresponde a 5 44 m s valor anual de 65 28 kW e POTnedm a pot ncia m dia disponibilizada pela central renov vel rede p blica no m s m kW 5 4 ECR POT ned m min Poti sia e COEF orm um coeficiente adimensional que traduz a contribui o da central renov vel no m s m para a garantia de pot ncia proporcionada pela rede p blica NHP ECR POT ECR COEF yom ref m a dec m 5 5 NHO fm 0 80x24xNDM 576 X POT acc e NHPef m O n mero de horas que a central renov vel funcionou pot ncia de refer ncia no m s m o qual avaliado pelo quociente ECR POTye e NHO efm 0 n mero de horas que servem de refer ncia para o c lculo no m s m de COE Fpot m O qual avaliado pelo produto 0 80 x 24 x NDM m e POTaec a pot ncia da central declarada pelo produtor no acto de licenciamento kW e NDM dias do m s assumindo 30 70 An lise Econ mica 5 2 1 2 C lculo da parcela vari vel PV VRD m PV U ref ECRm 5 6 e PV U ey O valor unit rio de refer ncia deve corresponder aos custos de opera o e manuten o que seriam necess rios explora o dos novos meios de produ o cuja cons tru o evitada pela c
81. do factor de pot ncia e R a rela o entre a pot ncia de curto circuito e a pot ncia aparente nominal da m quina 33 O valor de lim tem variado de pa s para pa s tendo o valor de 3 na Alemanha e 8 na Gr cia Em Portugal e Espanha est se perante limita es semelhantes atrav s da defini o de limites na rela o 1 R Na situa o de existirem v rios geradores a ligar mesma rede existe a necessidade de se efectuar uma an lise mais complexa que contempla cen rios Assim para efectuar o estudo realizada a resolu o do tr nsito de pot ncias nos seguintes cen rios e Cen rio A Consumo m nimo na rede situa o de vazio com produ o nos m nimos t cnicos por parte dos produtores independentes PI funcionando com factor de pot ncia unit rio e Cen rio B Consumo m nimo na rede situa o de vazio com produ o m xima por parte dos PI funcionando com factor de pot ncia unit rio e Cen rio C Consumo m ximo na rede situa o de ponta com produ o nos m nimos t cnicos por parte dos PI funcionando com factor de pot ncia capacitivo no valor que vier a ser definido e Cen rio D Consumo m ximo na rede situa o de ponta com produ o m xima por parte dos PI funcionando com factor de pot ncia capacitivo no valor que vier a ser definido 27 4 7 1 3 Congestionamentos Das satura es existentes nas redes de distribui o ou na rede de transporte podem
82. do o valor de 2 de 4 10 VII Existem v rios m todos para estimar os par metros da distribui o de Weibull contudo estes dependem dos dados dispon veis do vento e do rigor exigido Estudos demonstram que se obt m resultados mais precisos a partir do m todo que utiliza a velocidade m dia e o desvio padr o como grandezas estat sticas Podem ver se as suas rela es com os par metros A e k nas seguintes express es V A 4 11 T 1 e 1 086 ONT 5 412 V 4 12 onde T a fun o gama de argumento O a 4 5 2 Distribui o de Rayleight A fun o densidade de probabilidade de Rayleigh fica definida apenas com o conhecimento do valor da velocidade m dia que representa de forma correcta os regimes de vento que apresentam velocidades moderadas 4 8 m s A fun o densidade de probabilidade de Rayleigh dada pela Il V A 7 4 14 expressao II V 5 yn g V Onde a velocidade m dia do vento 46 An lise T cnica A vantagem da distribui o de Rayleigh deve se sua simplicidade de utiliza o embora esta seja tamb m conhecida pelas suas limita es uma vez que n o permite representar muitas situa es pr ticas especialmente quando as velocidades de vento s o elevadas A figura seguinte mostra a influ ncia da velocidade m dia na curva de distribui o de Rayleigh Frequency of Occurence 10 12 14 16 18
83. do poss vel existirem acr scimos ou decr scimos ao longo dos anos 62 Ap s a an lise dos dados apresentados para a manuten o e opera o dos parques e licos do estudo em causa observa se que estes atingem valores bastantes elevados consoante o passar dos anos Conclui se que para uma fase terminal da durabilidade de um aerogerador 20 anos 63 os custos de manuten o devem possuir valores exagerados De seguida apresenta se o gr fico correspondente aos dados da manuten o e opera o do caso de estudo 80 000 00 70 000 00 60 000 00 50 000 00 40 000 00 30 000 00 20 000 00 Anos Figura 5 5 Custos de opera o e manuten o do caso de estudo 78 An lise Econ mica Distribui o de custos para solu o chave na mao Jbras de constru o civil 10 do valor global Instala es el ctricas Aerogeradores 80 10 do valor global do valor global Fornecimento nacelle hub p s 42 9 e 19 Rede interna de o ni 1234 m dia tens o 22 Maci os e es o a o plataformas 52 Subesta o 46 Transporte 3 Instala es de comando e controlo Montagem 4 14 Edificio de comando 4 Torre tubular em a o 80 metros 17 Instala es AUDE ONE auxiliares 4 E Postos Valas para cabos El ctrodo de terra A transforma o 12 10 interior torre 5 Recupera o paisag stica 3 Sistema gest
84. e Dura o dos aerogeadores n 12 e Diagrama de fluxo financeiro Gib bab ab ab al al Figura 5 8 Fluxo financeiro e Custo de oportunidade Devido falta de informa o relativamente a este valor em Portugal optei por pesquisar e tentar obter um valor cred vel o valor encontrado foi de i 6 64 Calculando o VAL Valor Actual L quido utilizando a equa o 5 17 obteve se o valor de 505547 63 o que nos indica que o projecto economicamente vi vel O valor obtido da Taxa interna de rendibilidade TIR foi de i 6 588 Assim o projecto funciona como se os capitais investidos fossem remunerados TIR de 6 588 uma vez que superior ao custo de oportunidade o projecto economicamente interessante e vi vel A dist ncia 84 An lise Econ mica existente entre a TIR e o custo de oportunidade um indicador da robustez da solu o face ao risco ou seja de alguma seguran a face incerteza nos seus factores Conclui se que este resultado coerente com o encontrado para o VAL do projecto Com a aplica o do m todo exacto apresentado obteve se um per odo de recupera o de in vestimento de 11 463 anos valor normalmente esperado neste tipo de projectos 65 5 3 5 Forma o de um modelo para o valor da manuten o Com o intuito de efectuar a an lise para um projecto com durabilidade de 20 anos necess rio efectuar a estima o dos valores da manuten o e opera o Assim existe a necessid
85. e as despesas de seguros da manuten o regular e administra o foram bastante est veis ao longo do tempo enquanto os custos de repara o e pe as substitu das foram consideravelmente v timas de um aumento Observa se tamb m a tend ncia para diminuir os custos da O amp M para as m quinas novas e de maior dimens o 28 so Other costs EM insurance as Administration MM cr 40 E MH service 3 5 e 30 E g 25 2 0 15 1 0 E 3 years o 3 years o 3 years IE years ola 10 i hs years oia 55 kW 150 kW 600kW 55 kW 150 kw 55 kW Figura 5 3 Custos da O amp M para diferentes tipos de turbinas e idades 28 5 2 Aspectos econ micos dos projectos e licos 5 2 1 Remunera o vigente para sistemas de produ o em regime especial Este sistema de remunera o de extrema import ncia uma vez que se apresenta como um utens lio ao est mulo da constru o de novas centrais de origem renov vel tentando assim uma redu o da depend ncia perante os combust veis f sseis assim como uma consequente redu o da emiss o de gases para a atmosfera As instala es licenciadas ao abrigo dos Decretos Leis n 189 88 de 27 de Maio e n 312 2001 de 10 de Dezembro designadas por centrais renov veis ser o remuneradas pelo fornecimento da electricidade entregue rede do sistema el ctrico portugu s 68 An lise Econ mica SEP atrav s da f rmula seguinte IPCn 1 1 5 1 IPCref 1 L
86. e de forma a caracterizar estatisticamente a climatologia dos processos f sicos relativos orografia da regi o 3 q 10 95 9 40 5 q 2 gs z 55 o 3 39 6 45 5 35 39 3 25 2 15 38 5 05 0 10 65 BE 8 76 Longitude E WGS G4 Figura 3 11 Velocidade m dia horizontal a 60 m m s 17 28 A Energia El ctrica 3 3 Energia e lica mundial 3 3 1 Pot ncia instalada O ano transacto representou um recorde de instala es e licas a capacidade mundial de gera o de energia e lica aumentou 28 8 em 2008 e os Estados Unidos tornaram se no pa s com maior pot ncia instalada Mw 150 000 120 000 90 000 60 000 e EEE o um ER 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 6 100 7 600 10 200 13 600 17 400 23 900 31 100 39 431 47 620 59 091 74 052 93 835 120 798 Figura 3 12 Capacidade mundial instalada 1996 2008 18 O Global Wind Energy Council GWEC destaca que os Estados Unidos e a China registaram os maiores crescimentos na produ o de energia e lica no final de 2008 ano em que a capacidade mundial de gera o de electricidade subiu para 120 8 GW sendo que mais de 27GW entraram em funcionamento nesse mesmo ano representando uma taxa de crescimento de 36 Estes valores mostram que existe uma enorme e crescente procura mundial de energia e lica livre de emiss es Mw USA 25 170 20 8 Germany 23 903 19 8 Spain 16 754 139
87. e de servi o em situa es de defeitos impedantes protec es de maximo de intensidade e minimo de tens o ineficazes Se o parque se mantiver ligado a religa o autom tica da rede p blica pode n o funcionar No caso de ocorrer a religa o esta pode originar solicita es mec nicas nos aerogeradores Se o transformador da subesta o tiver liga o de neutro terra do lado da rede este tipo de protec o ineficaz neste caso actua o m nimo de tens o e m ximo de intensidade 27 O detector de terras resistentes das subesta es est o calibrados para um determinado valor de corrente 100A o que permite estimar a resist ncia de defeito para a qual o parque fica isolado Nesta situa o deve actuar a protec o de m ximo de tens o homopolar calibrada de acordo com Vo superior a U Vo V1 9 w C R2 4 31 4 7 3 2 Rel de maximo de intensidade Os rel s de m ximo de intensidade actuam para defeitos fase fase e fase terra podendo ser temporizados ou n o temporizados Os rel s sem temporiza o s o utilizados para defeitos pouco impedantes isto pr ximos do parque enquanto os rel s temporizados devem ser coordenados com os rel s do mesmo tipo da rede p blica Quando a regula o n o poss vel usa se rel de m ximo de intensidade controlado por tens o Tipos de rel s e 50 Rel de m ximo de intensidade com tempo de actua o instant neo e 51 Rel de m ximo de intensidade t
88. e energia ou a produ o combinada de calor e electricidade Adicionalmente ao regime de acesso e renumera o previsto no Decreto Lei n 363 2007 de 2 de Novembro est o previstos v rios benef cios fiscais actividade de micro produ o IVA de 12 na aquisi o de equipamentos para utiliza o de energia renov veis dedu o colecta de IRS de 30 desses investimentos at ao limite de 777 artigo 85 do CIRS e exclus o da tributa o de IRS dos rendimentos da micro produ o at 5000 por ano n 6 do artigo 12 do Decreto Lei n 363 2007 de 2 de Novembro aditado pela Lei de Or amento de Estado de 2008 61 Com as Renov veis na hora as resid ncias poder o transformar se de uma forma simples e f cil em pequenos produtores de electricidade contribuindo para o cumprimento dos objectivos nacionais de energias renov veis para a redu o dos gases de efeito estufa e para a redu o da nossa depend ncia energ tica extrema 5 3 An lise econ mica de um parque e lico 5 3 1 Descri o de um sistema e lico Caso de estudo Ap s o contacto com a empresa Martifer foi me oferecido um conjunto de dados referentes calendariza o e distribui o de custos num parque e lico constitu do por seis aerogeradores Assim decidi fazer uma an lise informa o que me foi enviada relativamente rea de activi dade no fornecimento e constru o de parques realizada por esta empresa Na informa o con
89. e na produ o de electricidade corresponda a 39 at 2010 Por cada MWh de energia el ctrica de origem e lica s o reduzidas entre 0 8 a 0 9 toneladas de emiss es de gases de efeito de estufa que teriam origem na utiliza o dos combust veis f sseis na produ o de energia el ctrica A produ o e lica dever ser acompanhada de medidas eficazes de redu o do consumo de energia atrav s do aumento da efici ncia energ tica e da utiliza o racional da energia 37 2 Introdu o 1 2 Objectivos O principal objectivo desta disserta o consiste em efectuar uma an lise relativa ao enquadra mento t cnico econ mico da energia e lica em Portugal Numa fase inicial pretende se identificar os meios t cnicos necess rios correcta integra o da produ o e lica na rede portuguesa e as suas consequ ncias assim como os impactos causados por essa liga o A segunda fase prende se com os conhecimentos dos custos envolvidos na produ o e lica e o valor estimado do kWh e lico em condi es de mercado Posteriormente pretende se fazer uma an lise econ mica de um caso de estudo tirando conclus es relativamente sua viabilidade Por ltimo tendo consci ncia e conhecimento de toda a pesquisa realizada efectuada uma observa o relativa implementa o ou n o desta forma de energia 1 3 Estrutura da Disserta o Esta Tese encontra se dividida em 6 cap tulos No primeiro cap tulo a Introdu o pode
90. eather Prediction 36 An lise T cnica Os modelos estatfsticos podem ser representados pela seguinte express o Pikit F pr klvwe gt Otimo Lito 4 4 Onde o Pa k t corresponde previs o da pot ncia para o instante t k efectuada no instante t e p pot ncia produzida no instante t i klinwp previs o NWP da velocidade do vento para o instante t k efectuado no instante NWP k tywp previs o NWP da direc o do vento para o instante t k efectuada no instante tnwP Para al m da pot ncia produzida pode ser considerado outras medidas em tempo real 52 Este modelo apresenta a vantagem de ser um modelo r pido uma vez que n o necessita de modela o fisica No entanto de salientar que necessita de um conjunto extenso de dados hist ri cos e de medidas em tempo real no parque Modelos F sicos Os modelos f sicos apoiam se em leis f sicas para atingir as previs es com base na modela o do escoamento do fluido do ar considerando a presen a de obst culos a rugosidade e a orografia do terreno Os modelos Numerical Weather Prediction s o modelos computacionais que permitem a simu la o do comportamento da atmosfera baseados em leis f sicas que descrevem o comportamento hidrodin mico da atmosfera Informa o Previs es Informa o do est tica do Parque Meteorol gicas e do Terreno NWP Parque on line e din mica Y Modelo espec fi
91. ecanismo de orienta o direccional 15 chumaceira do mecanismo de orienta o direccional 16 cobertura da cabina 17 torre Liga o directa de geradores ass ncronos de rotor em gaiola de esquilo 9 Liga o atrav s de conversores de electr nica de pot ncia para rotor em gaiola 9 Liga o atrav s de conversores de electr nica de pot ncia para rotor em gaiola 9 Liga o atrav s de conversores electr nicos de frequ ncia para rotor bobinado 9 Liga o atrav s de conversores electr nicos de frequ ncia para rotor bobinado 9 Liga o directa de geradores s ncronos 9 Liga o atrav s de conversores de frequ ncia para m quinas com circuito de ex Cita o Al suba haw Bo LES LE E Se E RR Bede ee dw eS Liga o atrav s de conversores de frequ ncia para m quinas com circuito de ex cita o O ste su aie eee ee gas E pure RE RARO se 44 Liga o atrav s de conversores de pot ncia para m quinas com excita o perma mente BI sun sata das OE GE SR O O ae E eh at Liga o atrav s de conversores de pot ncia para m quinas com excita o perma nente O 24 sua daube Woe dw don A Pao a ee ke RR A E Angulo de passo e de ataque 10 For as de arrasto e sustenta o 10 Modelo organizativo do SEN 111 Modelo organizativo do SEN 121 o N NDUL 10 13 15
92. emporizado e 50N Rel de m ximo de intensidade para defeitos terra com tempo de disparo instanta neo e 51N Rel de m ximo de intensidade para defeitos terra temporizado e 50V Rel de m ximo de intensidade com tempo de actua o instant neo controlado por tens o e 51V Rel de m ximo de intensidade temporizado controlado por tens o Para defeitos entre fases os tipos de rel s de m ximo de intensidade mais adequados s o os 50 51 50V e 51V Os tempos de actua o dos rel s 50 e 51 dependem da amplitude das correntes de defeito do valor de regula o seleccionado da defini o do multiplicador do tempo selec cionado TMS e da curva caracter stica de tempo inverso do rel Quanto aos rel s 50V e 51V 4 8 Armazenamento de energia e lica 61 a sua caracter stica de actua o depende para al m do valor de corrente da amplitude da tens o lt 0 8xUn 27 Para protec o contra defeitos terra s o adoptados os rel s do tipo SON e 51N A defini o dos tempos de actua o depende da forma como os neutros dos geradores transformadores e rede receptora se encontram ligados terra Estes rel s s o geralmente utilizados quando o gerador ligado rede atrav s de um transformador tri ngulo estrela com a configura o em estrela e neutro directamente ligado terra do lado da rede Estes rel s s o capazes de detectar indirectamente a corrente de sequ ncia zero que poderia fluir atrav
93. ento da energia produzida por fontes de energia renov vel actualmente assegurada atrav s da obrigatoriedade de compra pela REN aos produtores mas possibili tando no futuro e sempre que tal seja tecnologicamente vi vel o livre acesso destes ao mercado e A defini o de uma tarifa garantida e subsidiada face ao pre o do mercado grossista de electricidade que no caso concreto da energia e lica actualmente superior em cerca de 135 ao valor m dio deste ltimo e A realiza o de investimentos na rede cerca de 150 milh es de Euros j realizados e ou previstos complementares aos realizados pelos promotores para escoamento da energia a partir dos pontos de produ o 5 2 Aspectos econ micos dos projectos e licos 13 O Minist rio da Economia tem procurado estruturar programas que incentivem a contribui o das fontes de energia renov vel para a promo o de investimento estrangeiro e cria o de p los industriais e de investiga o e desenvolvimento nacionais Com este projecto pretende promover a cria o entre os promotores e fabricantes cons rcios ou parcerias estrat gicas para e Dinamiza o da ind stria nacional adjacente nomeadamente no fabrico de aerogeradores e suas componentes torres electr nica de pot ncia cabos el ctricos entre outros e Promo o da exporta o e Cria o de emprego e Partilha de know how e desenvolvimento de recursos humanos e Diversifica o de reas de
94. entral renov vel corresponde a 0 036 kWh 5 2 1 3 C lculo da parcela ambiental PA VRD m ECE U ref CCRsey ECR 5 7 e ECE U ef o valor unit rio de refer ncia para as emiss es de CO evitadas pela central renov vel o qual deve corresponder a uma valoriza o unit ria do di xido de carbono que seria emitido pelos novos meios de produ o cuja constru o evitada pela central reno v vel toma o valor de 2x10 gt g e ser utilizado em cada central durante todo o per odo em que a remunera o definida por VRD seja aplic vel e CCRref o montante unit rio das emiss es de CO2 da central de refer ncia o qual toma o valor de 370 g kWh e ser utilizado em cada central durante todo o per odo em que a remunera o definida por VRD seja aplic vel e ECE U ey CCR ef corresponde a 0 0074 kWh e IPCm 1 O ndice de pre os no consumidor sem habita o no continente e IPC o ndice de pre os no consumidor sem habita o no continente referente ao m s anterior ao do in cio do fornecimento de electricidade rede pela central renov vel ver p gina do INE e IPC 1 1PCye f representa uma actualiza o relativamente ao in cio do fornecimento da central e LEV representa as perdas nas redes de transporte e distribui o evitadas pela central reno v vel 0 015 no caso de centrais com pot ncia maior ou igual a 5 MW 0 035 no caso de centrais com pot
95. er o melhor modelo poss vel foram tra adas v rias linhas de tend n cia no software Excel este para al m de permitir o esbo o destas possui a op o de adicionar a equa o e o valor de R no respectivo gr fico Recorrendo ao m todo dos m nimos quadrados para definir a equa o constata se que os valores obtidos como n o poderiam deixar de ser corres pondem aos ilustrados nos gr ficos possuindo apenas valores mais exactos com mais casas deci mais Com a finalidade de procurar a melhor regress o foi efectuado uma an lise das seguintes fun es y 2937 1x 32442 R 0 9008 Figura B 1 Modelo Linear y 34104200599 Figura B 2 Modelo Exponencial 95 96 80 000 00 70 000 00 60 000 00 50 000 00 40 000 00 30 000 00 20 000 00 10 000 00 g 80 000 00 70 000 00 60 000 00 50 000 00 40 000 00 30 000 00 20 000 00 10 000 00 Anexo B v 31046x9 Saia 0 Figura B 3 Modelo Potencial y 36263 804 97x1 8035 26 24523 R 0 9213 0 Figura B 4 Modelo Polinomial de ordem 3 80 000 00 70 000 00 60 000 00 50 000 00 40 000 00 30 000 00 20 000 00 10 000 00 Figura B 5 Modelo Logar tmico Numa primeira an lise verifica se que os valores resultante
96. ergia E lica 2 1 Introdu o 2 1 1 Hist ria da energia e lica Com o avan o da agricultura o homem necessitava cada vez mais de ferramentas para o ajudar nas diversas etapas do trabalho tarefas como a moagem dos gr os e o bombeamento de gua exigiam cada vez mais esfor o humano e animal tornando se prop cio o desenvolvimento de uma forma primitiva de moinho de vento O primeiro registo hist rico do aproveitamento da energia e lica para bombeamento de gua e moagem de gr os atrav s de cata ventos proveniente da P rsia por volta de 200 Antes de Cristo A C Contudo acredita se que antes da inven o dos cata ventos na P rsia a China por volta de 2000 A C e o Imp rio Babil nico por volta 1700 A C tamb m utilizavam cata ventos r sticos para irriga o 38 bey NS MULLER SES Figura 2 1 Um moinho de vento persa ainda em funcionamento na cidade de Neh a a pedra do moinho esta abaixo do rotor e as velas est o fixadas nas palhetas b vista geral da parede sul do moinho c vista ampliada das velas da palheta 1 4 A Energia E lica Um dos primeiros passos para o desenvolvimento de turbinas e licas de grande porte para aplica es el ctricas foi dado na R ssia em 1931 onde foi realizado a primeira tentativa de ligar um aerogerador de corrente alternada a uma central termoel ctrica Este aerogerador designado de Balaclava era um modelo avan ado de 100 kW conectado por uma linha
97. erns of a diffuse production requires the definition of energetic strategies and ideals This planning it is only possible with the help of valuation tools for the wind potential This way the patterns that characterise and influence the wind and its ways of prevision will be analysed Wind power systems integration has begun to have an expressive relevance as a result of its renewable nature In this context the rules will be presented the proceedings as well as the conditions needed to allow the integration of this kind of power generation in the electrical supply system Renewable energy presents itself as a non constant source of energy This is why it must be taking into consideration that the energy should be turn to advantage when it is useless There fore technical ways to store this type of energy which make its production more profitable are presented in this project The object of this project is also to estimate how much wind power generation will cost and so it is showed how to calculate the valid remuneration to the wind power generation Besides that the economic benefits are also mentioned to those who want to produce it At last an economic analysis is made regarding a wind power park which has 6 aero generators of 2MW iii iv Agradecimentos Quero agradecer ao meu orientador Prof Dr Ant nio Machado e Moura por todo o apoio motiva o e conselhos concedidos para a realiza o deste trabalho Como n o podia deix
98. es de maior custo de transporte instala o e manuten o 140 6 120 CAGR 2007 12 18 100 80 Total GW co 2 40 20 0 2007A 2008F 2009F 2010F 2011F 2012F Offshore capacity 1 1 14 2 6 4 4 5 2 7 4 E Onshore E Offshore Figura 2 3 Previs o da capacidade de energia e lica na Europa 2008 2012 3 2 1 Introdu o 7 O mercado da energia e lica offshore ainda constitui uma pequena percentagem do mercado mundial de energia estando no entanto em crescimento Em 2007 a capacidade total alcan ou 1 GW cerca de 0 01 da capacidade mundial de energia e num prazo de 5 anos estima se um aumento de sete vezes Apesar dos esfor os para estimular a evolu o offshore nos E U A e na sia a actividade encontra se actualmente confinada Europa onde o maior crescimento futuro esperado prov m do Reino Unido sendo prevista uma capacidade de 20GW para 2020 8000 7000 Total MW 2007 actual 2012F forecast EB Finland MM Ireland Rep DM France Netherlands E Belgium EE Germany Sweden Denmark E x Figura 2 4 Crescimento geogr fico da capacidade e lica offshore 2008 2012 3 Esse crescimento apoiado pelo Governo brit nico o qual afirmou recentemente que o com promisso de energia e lica offshore uma das solu es que contribui para a meta de gerar 15 da energia necess ria ao pa s a partir de fontes renov veis at 2020 Conclui se que a ind stria e lica tem investido
99. estabelece tr s reas transversais de actua o Comportamentos Fiscalidade Incentivos e Finan ciamentos sobre as quais incidiram an lises e orienta es complementares Cada uma das reas referidas agrega um conjunto de programas que integram de uma forma coerente um vasto leque de medidas de efici ncia energ tica orientadas para a procura energ tica De destacar o Programa Renov veis na Hora o qual visa promover a substitui o do con sumo de energia f ssil por energia renov vel atrav s da maior facilidade de acesso a tecnologias de micro gera o de energia el ctrica e de aquecimento solar de guas quentes sanit rias O programa Renov veis na Hora pretende incentivar a utiliza o de fontes de energia renov veis permitindo alcan ar em 2015 impactos da ordem dos 48 471 tep com base no alcance das metas indicadas no seguinte quadro Plano Nacional Ac o Efici ncia Energ tica Programas e Medidas Impactos tep Metas i a Odi Cen rio interm dio pas po Descri o Sector indicadores Actual 2010 2015 2010 2015 helene Pot ncia instalada 62 165 Micro produ o R amp S6M1 orgs oe hidrico Residencial 8 793 23 447 N instala es 21788 58100 Figura 5 4 Metas para incentivar a utiliza o de fontes de energia renov veis 29 76 An lise Econ mica O programa Renov veis na Hora tem por objectivo promover a micro produ o de energia el ctrica utilizando fontes renov veis d
100. h es de euros O parque est em funcionamento desde 2005 e tem uma produ o anual de cerca de 54 GWh obtida a partir da instala o de 9 aerogeradores com uma pot ncia unit ria de 2 3 MW cada correspondendo a uma pot ncia total instalada de 20 7 MW VIEIRA ALVES Metalomec nica Lda 60 Medida de Apoio SIME Sistema de Incentivos Moderniza o Empresarial N do Projecto 00 21266 Promotor VIEIRA ALVES METALOMECANICA LDA Localiza o Santar m Abrantes Sector de Actividade Ind stria CAE 28110 Fabrica o de estruturas de constru o met li cas Calend rio de Execu o de Junho de 2006 a Dezembro de 2007 Postos de Trabalho a Criar 50 Tabela 5 3 Dados de financiamento Investimento Incentivo Despesa P blica FEDER OE TOTAL 7 842 152 00 2 450 186 00 409 709 00 1 638 838 00 1 638 838 00 OE Or amento de Estado Descri o do Projecto A empresa ira produzir e comercializar como produto principal torres e licas a integrar no mercado das energias renov veis rea e lica Considerando contudo a ca pacidade de produ o a instalar bem como o pr prio processo de fabrico poder ser poss vel a esta unidade desenvolver de forma residual a produ o de obras no mbito das constru es met licas para equipamentos de movimenta o e eleva o para grandes v os para pontes rolantes e fabrico de vigas de sec o vari vel
101. iais 5 days 30 04 2007 07 05 2007 Constru o de Funda es 60 days 04 06 2007 24 08 2007 Escava o 30 days 04 06 2007 13 07 2007 Montagem de armaduras e betonagem 1 fase 50 days 11 06 2007 17 08 2007 Montagem de armaduras e betonagem 2 fase 45 days 25 06 2007 24 08 2007 Abertura de Valas de Cabos 50 days 27 08 2007 02 11 2007 Passagem de Cabos 50 days 17 09 2007 23 11 2007 Tapamento de Valas de Cabos 50 days 01 10 2007 07 12 2007 Edif cio de Comando e Subesta o 106 days 21 12 2007 16 05 2008 Abertura de Sapatas Escava o 3 days 21 12 2007 26 12 2007 Execu o de estrutura 20 days 26 12 2007 23 01 2008 Execu o de alvenarias 15 days 23 01 2008 13 02 2008 Passagem de cablagem infraestruturas 8 days 13 02 2008 25 02 2008 Aplica o de revestimentos 10 days 25 02 2008 10 03 2008 Serralharias e Carpintarias 10 days 10 03 2008 24 03 2008 Execu o da rede de terras subesta o 5 days 18 02 2008 22 02 2008 Execu o de estrutura subesta o 25 days 18 02 2008 24 03 2008 Instala o de equipamentos el ctricos subesta o 20 days 24 03 2008 18 04 2008 Instala o de equipamentos el ctricos edif cio 20 days 07 04 2008 05 05 2008 Ensaios e comissionamento 10 days 05 05 2008 16 05 2008 Conclus o da Subesta o O days 16 05 2008 16 05 2008 Entrega do primeiro AG no Parque O days 16 05 2008 16 05 2008 Montagem dos AG s 30 days 19 05 2008 27 06 2008 Montagem de Torre e AG1 5 days 19 05 2008 23 05 2008 Montagem de Torre
102. ias xi xii CONTE DO Lista de Figuras 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 2 10 2 11 2 12 2 13 2 14 2 15 2 16 2 17 2 18 2 19 2 20 2 21 2 22 2 23 3 1 3 2 Um moinho de vento persa ainda em funcionamento na cidade de Neh a a pedra do moinho esta abaixo do rotor e as velas est o fixadas nas palhetas b vista geral da parede sul do moinho c vista ampliada das velas da palheta 1 Evolu o das turbinas e licas desde 1985 at 2005 2 Previs o da capacidade de energia e lica na Europa 2008 2012 3 Crescimento geogr fico da capacidade e lica offshore 2008 2012 3 Principais dados dos parques e licos offshore que operavam no mundo em 2007 4 Emiss es de di xido de carbono 51 Emiss o de v rias tecnologias de produ o de energia el ctrica incluindo metano N vel sonoro da emiss o propaga o ao ar livre norma vdi 2714 7 Direc o do vento para turbinas upwind e downwind 2 Diferentes tipos de turbinas verticais 8 Componentes de um aerogerador de eixo horizontal 9 Legenda 1 p s do rotor 2 cubo do rotor 3 cabina 4 chumaceira do rotor 5 veio do rotor 6 caixa de velocidades 7 trav o de disco 8 veio do gerador 9 gerador 10 radiador de arrefecimento 11 anem metro e sensor de direc o 12 sistema de controlo 13 sistema hidr ulico 14 m
103. ias ponta ECR pcm e de vazio ECR m Uma vez que esta informa o n o se encontra dispon vel assumi que as horas de vazio e as horas de cheias ponta correspondem a 10 e 14h respectivamente De seguida determinei a percentagem di ria de cada um delas sendo respectiva mente de 42 para horas em vazio e 58 para as horas de cheias pontas e multipliquei pelo valor da energia anual produzida ECR pc m 58 x 26 280 000kW h 15 242 400kWh ano 1 270 200kWh m s 5 20 ECRym 42 x 26 280 000kWh 11 037 600kW h ano 919 800kWh m s 5 21 Ap s esta aproxima o det m se de todos os dados necess rios para obter o valor da renu mera o procedendo ao seu c lculo obteve se o valor de 0 0748 kWh Depois procedeu se ao c lculo do valor anual recebido pela produ o de electricidade do sis tema e lico atrav s de um simples produto O valor recebido durante um ano kWh Energia lectrica produzida anualmente x kWh valor da renumera o 1 970 512 97 e Custo da aquisi o e instala o 5 3 An lise econ mica de um parque e lico 83 Utilizando o valor 1 3 M MW instalado tem se C 1 3 x 6 x 2MW 15 600 000 e Valor obtido da energia el ctrica produzida anual G 1 970 512 97 e Manuten o anual acrescida M Tabela 5 5 Opera o e Manuten o Anos Valor anual le2 33 800 00 3a5 45 000 00 6a 10 56 200 00 11e 12 67 400 00
104. ibull o m todo mais utilizado para se realizar o tratamento estat stico de histogramas relativos ao comportamento dos ventos sendo tamb m usado na maioria dos progra mas computacionais que estimam a produ o anual de energia A distribui o de Weibull normalmente representada em fun o de k e A onde e k factor de forma da distribui o dos ventos e A factor de escala que depende da velocidade m dia dos ventos Em determinadas localidades e em certos per odos do ano a distribui o de Weibull ajusta se bastante bem ao histograma de velocidade apresentando melhores resultados do que aqueles fornecidos pela distribui o de Rayleight A fun o densidade de probabilidade de Weibull dada pela seguinte express o g V k 1 eG 4 9 Como descrito anteriormente a distribui o de Weibull uma distribui o de dois par metros um par metro de escala A relacionado com o valor da velocidade m dia e o par metro de forma k que adimensional e fornece a indica o da uniformidade da distribui o e a forma da curva de Weibull A figura seguinte mostra a influ ncia do par metro de forma k na curva de distribui o de Weibull 4 5 Representa o estat stica do regime dos ventos 45 Figura 4 11 Influ ncia do par metro k na curva de distribui o de Weibull 22 A distribui o de Weibull reduz se distribui o de Rayleigh quando k 2 com o par metro de escala assumin
105. ic Flows RCWEAF 37 4 7 Impacto da integra o da gera o e lica nas redes el ctricas A integra o dos parques e licos nas redes el ctricas obrigam a que se definam de forma objectiva e transparente regras procedimentos e condi es t cnicas que a permitam integrar nas redes el ctricas As redes devem ser exploradas de forma eficiente e segura garantindo qualidade de servi o e evitando atrasos nas decis es relativas s autoriza es de liga o dos produtores s redes garantindo desta forma o estabelecimento de uma rela o de confian a entre os produtores e as concession rias das redes 33 54 An lise T cnica 4 7 1 Impactos previs veis nas redes 4 7 1 1 Capacidade de resist ncia a cavas de tens o Ride throught defaults As cavas de tens o consistem na diminui o brusca da tens o para valores entre 90 e 1 do valor nominal sendo que geralmente duram menos de 1 minuto e t m uma amplitude inferior a 60 figura 4 17 90 do Valor nominal Profundidade N da cava E E Vims M Valor extremo Dura o da cava ms Figura 4 17 Esquema de cava de tens o 26 As principais causas est o relacionadas com os defeitos manobras da rede e liga o desliga o de cargas importantes Estas juntamente com as interrup es s o das perturba es em que mais se tem investido nos ltimos anos com vista sua redu o Ride Through Default Capability a capacidade de um gerador
106. igura 3 2 Modelo organizativo do SEN 12 No dia 4 de Setembro de 2006 com a liberaliza o da Baixa Tens o Normal BTN marcou se o fim do processo iniciado em 1999 permitindo a todos os Clientes o acesso ao mercado Assim a partir dessa data todas as instala es independentemente do n vel de tens o a que estariam ligadas s redes tinham condi es para eleger o seu fornecedor de electricidade 12 3 1 2 Pot ncia instalada no sistema el ctrico nacional Com o passar dos anos como evidenciado na figura 3 3 tem se assistido a uma evolu o progressiva da pot ncia instalada em Portugal continental De uma forma mais detalhada pode se GW E T rmica SENV Thermal BRSU PRE Nast Waste m Mini Hidrica PRE Mini Hydr Figura 3 3 Evolu o da pot ncia instalada 13 mesmo dizer que de 1985 a 2005 a pot ncia mais do que duplicou o seu valor passando de 5 4 GW para 13 5 GW Os respons veis por este aumento s o recentemente as centrais de produ o 3 1 O sistema el ctrico portugu s 23 de energia el ctrica a partir do g s natural De 2005 a 2008 assistiu se a um aumento de pot ncia mais suave de real ar o incremento observado na pot ncia da Produ o em Regime Especial PRE a partir de 1992 devido legisla o para a instala o deste tipo de produ o MW 10 000 9110 8959 8804 8250 8528 8 000 Mam PRE mms Hidr ulica man T rmica Ponta
107. ina se o n mero de aerogeradores a instalar Selec o de Aerogerador Pot ncia a instalar dada Distribui o de Aerogeradores na rea pretendida Determinar n de Aerogerador Determinar n de Aerogerador Ajuste dos par metros A e Kh Distribui o Weibull f x e F x Calculo da EAP bruta Redu o das perdas 13 5 Figura 4 13 Algoritmo de c lculo da energia produzida por uma parque e lico e 5 Posto isto necess rio realizar a correc o dos valores referentes velocidade do vento e do factor de forma k para a altura do aerogerador As express es para a actualiza o destes valores s o 4 6 C lculo da energia gerada por um sistema e lico 49 kr m 4 17 1 0 5474 x x log ky Refira se que no c lculo do par metro de forma n o necess rio calcul lo para os diferentes pontos do terreno pois ele mant m se igual para todos os pontos Zo 0 2 7 x 1 0 5474 x logAr 4 18 Ay Apr X HAR Hk Onde H altura da torre dos aerogeradores Hr altura em que foram efectuadas as medi es zo rugosidade do solo e 6 Ap s ter conhecimento da quantidade disposi o dos aerogeradores pelo parque e o ajuste dos par metros poss vel proceder ao c lculo do valor da energia anual produzida pelo parque e lico Com esse intuito primeiramente procede se elabora o do esbo o gr fico da curva de pot ncia dos aerogerado
108. incentivos energia e lica Maio 2004 Dispon vel em http www portugal gov pt pt GC15 Governo Ministerios MEc Intervencoes Pages 20040518_ MEc_Int_SEAMEc_Energia_Eolica aspx Ultimo acesso em Junho de 2009 PRIME Conhe a alguns dos projectos apoiados pelo prime Disponivel em http www prime min economia pt PresentationLayer prime_ Destaque_00 aspx idioma 1 amp activeitem 9 activesubitem 1 850 Ultimo acesso em Junho de 2009 EDP microprodu o renov veis na hora Dispon vel em http www eco edp pt Document folheto microproducao pdf Ultimo acesso em Junho de 2009 Carla Abreu Tese custos financeiros e sociais da gera o de electricidade em parques e licos 2006 Cl udio Monteiro Energia e lica Dispon vel em http www mundovestibular com br articles 374 2 ENERGIA EOLICA Paacutegina2 html Ultimo acesso em Maio de 2009 Cost of capital by sector Dispon vel em http pages stern nyu edu adamodar New Home Page datafile wacc htm Ultimo acesso em Junho de 2009 Cl udio Monteiro Sistemas de energia e lica Dispon vel em http www mundovestibular com br articles 374 2 ENERGIA EOLICA Paacutegina2 html Ultimo acesso em Junho de 2008
109. ind or Downwind Machines http www windpower org en tour design updown ht ltimo acesso em Junho de 2009 T Burton D Wind Energy Handbook John Wiley and Son LTD 2001 Centro de Refer ncia para Energia Solar e F lica S rgio de Salvo Brito Energia e lica princ pios e aplica es Dispon vel em http paje fe usp br mef pietro mef2 app upload 7 _mefmi_003 05 pdf Ultimo acesso em Maio de 2009 114 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 REFERENCIAS Pe as Lopes Gest o de sistemas el ctricos com elevada integra o de gera o edlica 2005 Joao Sousa Tese previs o da produ o el ctrica em parques e licos 2007 H lder Leite Impacto da pd na rede de distribui o apontamentos de produ o dispersa 2008 Jo o Tom Saraiva Qualidade da onda caracter stica da onda de tens o e controlo de qualidade 2003 Jorge Humberto Qualidade de energia regulamenta o e normaliza o 2004 Caroline Faria Armazenamento da energia el trica Disponivel em http www infoescola com energia armazenamento da energia eletrica energia eolica ltimo acesso em Junho de 2009 Centro de Investiga o sobre Economia Portuguesa A energia e lica Janeiro 2005 Dispon vel em https woc uc pt deec getFile do tipo 2 sid 6585 Ul timo acesso em Junho de 2009 Secret rio de Estado Adjunto do Ministro da Economia Assinatura de contratos de
110. la o tarif ria traduzida pelo coefi ciente KMHO este tomar o seguinte valor KMHO po ECRpem KMHO ECR m ECR KMHO 5 2 e KMHO um factor que representa a modula o correspondente a horas cheias e de ponta toma o valor de 1 15 para as centrais h dricas e o valor de 1 25 para as restantes instala es de produ o licenciadas ao abrigo do Decreto Lei n 189 88 de 27 de Maio e instala es de bombagem e ECRycm a electricidade produzida pela central renov vel nas horas cheias e de ponta do m s m expressa em kWh 5 2 Aspectos econ micos dos projectos e licos 69 e KMHO um factor que representa a modula o correspondente a horas de vazio o qual toma o valor de 0 80 para as centrais h dricas e o valor de 0 65 para as restantes instala es de produ o licenciadas ao abrigo do Decreto Lei n 189 88 de 27 de Maio e ECR a electricidade produzida pela central renov vel nas horas de vazio kWh e ECR a electricidade produzida pela central renov vel kWh Para as centrais renov veis que no acto de licenciamento e nos termos do n 3 da Republica o do anexo II do Decreto Lei n 189 88 n o tiverem optado pela modula o tarif ria traduzida pelo coeficiente KMHO este tomar o valor 1 5 2 1 1 C lculo da parcela fixa PF VRD m PFU re COE Fyot m POT mean 5 3 e PF U e o valor unit rio de refer ncia deve corresponder mensualiza o
111. ligados rede RE ET ae S Ae ee Less 2007 J S CRIST V O ampl viseu 20 D 2000 vistas uso 2007 o fcoaro Fo liso 5 20 Enercon E82 2007 e AVOACA Costsobranco 200 so 2000 ENERCON 5704 2007 comouma caselograno 720 36 200 enercon cm 2 Done viseu 380 19 200 amesa co 2 nrovomondo vseu wo is 20 camesa cer 2 somam tisboa 60 3 20 camesa ces 2 99 BORDEIRA CABECO RAINHA II GUERREIROS SERRA DO ALVAO CHAO FALCAO II LOUSA II RIBABELIDE SIC LAGOA D JOAO PICAO MAFOMEDES PENAMACOR 3B expans o MARVILA ALTO DA FOLGOROSA ESPINHA O DE C O ARGANIL TOUTI O ARADA Aveloso ARADA Pic o ARADA Carvalhosa ARADA Arada RUIVAES SERRA DO MU MAFOMEDES MOSQUEIROS Sr 2 SOCORRO ampl TESTOS GARDUNHA TRANCOSO SARDINHA TENDAIS GUARDA ampl A MINHO Picos A MINHO Corisco A MINHO Sto Ant nio A MINHO Mend Bustav A MINHO Picoto SS Parques e licos ligados rede CONTINENTE Dez08 Pot ncia nominal Pot ncia o total Ngge m quinas MW kW N Faro Castelo Branco Faro Vila Real Leiria Coimbra Viseu NN BN DO fH FS Leiria N Viseu Porto Guarda Lisboa Lisboa Faro Coimbra Viseu Viseu Viseu Viseu Braga Beja Porto Guarda Lisboa Viseu Castelo Branco Viseu Lisboa Viseu Guarda Viana do Castelo
112. ltimo acesso em Maio de 2009 Direc o geral de energia e geologia Dispon vel em http www dgge pt ltimo acesso em Maio de 2009 R Gash J Twele Wind power plants Fundamentals design construction and operation 2002 V R Sektorov The First Aerodynamic Three Phase Electric Power Plant in Bala clava L Elettrotecnica Open University Press 1994 J Jull Design of Wind Power Plants in Denmark Wind Power Procedings of United Nations Conference on New Sources fo Energy 1994 R Bunnefille French Contribuition to Wind Power Development Proceedings Advanced Wind Energy Systems Vol 1 1994 U Hutter A wind turbine eith a 34m rotor diameter nasa techinical translation 1994 Rui Castro Energias renovaveis e produ o descentralizada introdu o energia e lica 2003 PJ Musgrove Wind Energy Conversion Systems L L Freris 1990 Associa o portuguesa de energias renov veis Dispon vel em http www apren pt ltimo acesso em Maio de 2009 Deutsches Windenergie Institut Environmental aspects and acceptance of wind energy in Eldorado summer school 1996 Jo o e Armanda Couto Integra o dos projectos e licos com a envolvente 2007 Teresa Patroc nio Ficha t cnica energia e lica Maio 2007 Dispon vel em http www construlink com Homepage 2003 GuiaoTecnico Ficheiros gt 416 construlink eolica 24 29 05 2007 pdf Ultimo acesso em Junho de 2009 Soren Krohn Wind Turbines Upw
113. lus es coss o di we BESS SG sata RES A R E 5 An lise Econ mica 5 1 5 2 53 54 Caracteriza o econ mica Aspectos econ micos dos projectos e licos 5 2 1 Remunera o vigente para sistemas de produ o em regime especial 52 2 INCENTIVOS E es rs E E a ee RE ee RE E An lise econ mica de um parque e lico 5 3 1 Descri o de um sistema e lico Caso de estudo 5 3 2 Distribui o dos custos 2 a 5 3 3 Introdu o matem tica financeira 5 3 4 An lise econ mica do caso de estudo 5 3 5 Forma o de um modelo para o valor da manuten o 5 3 6 An lise da viabilidade do projecto em causa para 20 anos utilizando o Modelo aa ba gama papai ds a pe ds bane A ea RO E CONMCIUSOES age gamas pua VE a cpa e ee La ED UR deh e 6 Conclus es Anexo A A 1 Rugosidade do terreno usada no Atlas Europeu do Vento B Anexo B B 1 Selec o do modelo para estimar a manuten o C Anexo C C 1 Parques e licos ligados rede 31 31 32 34 37 38 40 41 42 43 43 44 45 46 46 47 51 53 54 58 59 61 62 65 65 67 67 71 76 76 77 78 82 84 87 88 89 93 93 95 95 99 CONTEUDO D Anexo D D 1 Cronograma tipo das diferentes etapas do parque e lico em estudo Refer nc
114. m comportamento estat stico que influenciado pela varia o de velocidade do vento ao 38 An lise T cnica longo do tempo Dados clim ticos dados do terreno e do uso do terreno possuem extrema im port ncia para a an lise de potenciais e licos As caracter sticas topogr ficas e a rugosidade do solo em determinadas reas permitem a redu o ou a acelera o da velocidade do vento Con tudo para al m destas influ ncias a altura outro factor que faz variar o valor da velocidade do vento Assim a velocidade do vento pode ser significativamente afectada em curtas dist ncias na avalia o do local para instalar turbinas e licas todos os par metros respons veis pela sua altera o devem ser tidos em conta Entre os principais factores de influ ncia no regime dos ventos destacam se A varia o da velocidade com a altura A rugosidade do terreno que caracterizada pela vegeta o utiliza o da terra e cons tru es A presen a de obst culos nas redondezas O relevo que pode causar efeito de acelera o ou desacelera o no escoamento do ar Estes dados s o obtidos a partir de mapas anal gicos mapas digitais imagens a reas e imagens de sat lite Os dados necess rios para o levantamento das condi es regionais podem ser obtidos a partir de mapas topogr ficos anal gicos mapas digitais imagens a reas imagens de sat lite e visitas ao local para avaliar e modelar a rugosidade e os obst
115. m muitas situa es h uma determinada pot ncia que se pretende instalar enquanto noutras h um espa o delimitado que vai ser aproveitado para instalar o n mero de aerogera dores que o projectista entender de forma a optimizar a efici ncia e 3 Nesta etapa calculado o n mero de aerogeradores atrav s da pot ncia instalada e da pot ncia do aerogerador ou ent o pela soma dos aerogeradores distribu dos pelo projectista na rea em causa e 4 No caso de existir um espa o delimitado para distribuir os aerogeradores essa dis tribui o n o realizada ao acaso mas sim numa l gica de efici ncia do aproveitamento e lico em que tido em conta a direc o e a disposi o sendo que devido ao efeito de esteira a dist ncia entre aerogeradores aquando da direc o do vento dominante tem de ser considerada como sendo superior a 6 di metros do rotor J na direc o perpendicular e para outras direc es tem de ser considerada uma dist ncia superior a 3 di metros Ob servando a disposi o da rosa dos ventos procede se ao posicionamento dos aerogeradores 48 An lise T cnica na direc o do vento com maior intensidade isto ap s o estudo do regime dos ventos a implementa o dos aerogeradores deve ser sempre realizada com o cuidado de os colocar em zonas de maior valor anual do par metro A m s da distribui o de Weibull Ap s o estudo geogr fico e tendo em conta todas estas considera es determ
116. m sistemas de energia impacto dos problemas da qualidade da energia nas instala es el ctricas 2002 Cl udio Monteiro Projecto de parques e licos apontamentos de energia e lica e solar 2008 European Wind Energy Association The economics of wind energy Mar o 2009 Dispon vel em http www ewea org fileadmin ewea_documents documents publications reports Economics of Wind Main Report FINAL 1r pdf ltimo acesso em Junho de 2009 Di rio da Rep blica n 97 S rie I de 20 05 2008 Resolu o do conselho de ministros n 80 2008 de 20 05 2008 2008 Dispon vel em http bdjur almedina net sinopse php field doc_id amp value 85007 Ultimo acesso em Junho de 2009 Vladimiro Miranda T picos de matem tica financeira para aplica o em gest o de energia 2006 M H Hirata Energia e lica uma introdu o 1985 REFERENCIAS 113 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 Cl udio Monteiro Energia e lica apontamentos de energia e lica e solar 2008 J A Pe as Lopes Impacto da integra o da gera o e licas nas redes el ctricas 2007 Cl udio Monteiro Produ o dispersa remunera o da produ o dispersa 2007 Repower systems Dispon vel em http www repower de ltimo acesso em Maio de 2009 Danish Wind Industry Association Dispon vel em http www windpower org en core htm
117. mento deve se tentar garantir selectividade das protec es isolando um n mero m nimo de componentes apesar da dificuldade devido bidireccionalidade dos fluxos Relativamente ao regime de neutros estes devem ser concordantes com os regimes de neutro da rede p blica A interliga o deve possuir os seguintes rel s e Rel s de m ximo e m nimo de frequ ncia Regula o para valores entre 47 Hz 53Hz Rel 81 Ue 81 0 actua o em lt 1s e Rel de m ximo de intensidade Rel 50 protec o de corrente Rel 51 protec o de corrente temporizada de fase Deve actuar para 1 3xIn e Rel de m nimo de tens o Rel 277 actua para defeitos pouco impedantes distantes na rede p blica actua o indesej vel ajustar temporiza es ou para sobrecarga do gerador actua o desej vel Regulado para 0 8xUn e Rel de m ximo de tens o Rel 59 permite detectar sobretens es no sistema causadas eventualmente por perda s bita de carga Regulado para 1 1Un e Rel de tens o de sequ ncia de zero ou homopolar 59N Para detec o de defeitos impedantes e Rel s para detec o de defeito terra com tempos de actua o instant neos e temporizados SON e 51N respectivamente 60 An lise T cnica 4 7 3 1 Rel de maximo de tens o homopolar Rel 59N que calibrado para defeitos fase terra e actua entre 0 15 e 0 3 segundos tempo de reengate Este rel deve ser respons vel por tirar o parqu
118. mesa 1 356 058 46 O custo total apresenta uma diferen a de 2 assim conclui se que o modelo criado um bom modelo 5 3 6 An lise da viabilidade do projecto em causa para 20 anos utilizando o modelo Recorrendo ao modelo determinou se o valor da manuten o dos 13 20 anos os quais s o Tabela 5 10 Valor da manuten o para os anos no intervalo de 13 20 O amp M Anos Valor Anual Z 13 70 624 26 14 73 561 32 15 76 498 39 16 79 435 46 17 82 372 52 18 85 309 59 19 88 246 66 20 91 183 72 Efectuando os mesmo c lculos de forma a avaliar a viabilidade do projecto mas para 20 anos temos O VAL obtido de 6339629 027 o que nos indica que o projecto economicamente vi vel como era de prever A Taxa interna de rendibilidade TIR deu 1 10 667 E da aplica o do m todo exacto ao problema resultou PRI 11 533 anos 88 An lise Econ mica 5 4 Conclus es A an lise econ mica da produ o de energia e lica imprescind vel para o estudo da sua viabilidade Com o intu do de incentivar este tipo de produ o s o referidos meios de incentivos ao crescimento e expans o do mercado e lico Estes meios s o evidenciados sob a forma da renumera o vigente para produtores em regime especial ou sobre programas de incentivos Com a aplica o destes incentivos verifica se um aumento progressivo da capacidade de energia e lica instalada
119. na para diferentes valores da velocidade do vento Figura 4 2 Curva da pot ncia de uma turbina em fun o da velocidade do vento Os aerogeradores para velocidades do vento reduzidas n o produzem energia Zona I A grande parte dos aerogeradores come a a produzir energia a partir de velocidades do vento pr xi mas dos 5 m s cut in wind speed VS tendo uma pot ncia dada pela equa o anterior Zona II e atingindo a sua pot ncia nominal para velocidades do vento compreendidas entre 12 a 15 m s rated wind speed VR Para velocidades do vento superiores a VR mantida a pot ncia m xima Zona IIN Contudo quando a velocidade do vento ultrapassa os 25 a 30 m s cut out wind speed VM o aerogerador desligado por raz es de seguran a Zona IV Quando a velocidade do vento excede um valor para o qual a turbina atinge a sua pot ncia nominal necess rio limitar a pot ncia fornecida pela turbina e lica Esta tarefa de regula o realizada atrav s dos m todos de controlo de pot ncia apresentados no Cap tulo 2 34 An lise T cnica 4 3 Previsao do vento As ferramentas de previs o do vento t m sido utilizadas no aux lio da gest o dos sistemas el ctricos real ando se a previs o de carga que consoante o horizonte temporal da previs o pode auxiliar o despacho do sistema electroprodutor Com a forte integra o dos sistemas de produ o de energias renov veis nomeadamente a produ o de energia e lica
120. ncia menor que 5 MW 5 2 1 4 Majora o ambiental Z Na tabela seguinte expresso o valor da majora o ambiental para as diferentes tecnologias 5 2 Aspectos econ micos dos projectos e licos 71 Tabela 5 1 Majora o ambiental Z 34 Tipo de PRE Z Central E lica 4 6 Central H drica com POTdec at 10 MW 4 5 Central Hidrica com POTdec 10 MW at 30MW 4 5 PotDEC 10 0 075 Central H drica com POTdec maior que 30 MW A definir pela Portaria Instala es de Bombagem 0 Centrais FV c pot lt 5kW 52 Centrais FV c pot gt 5kW 35 Solar Termoel ctrica c pot lt 10MW 29 3 Solar Termoel ctrica c pot gt 10MW Portaria 15 a 20 FV e termoel ctrica de microgera o edif cios c pot lt 5kW 55 FV e termoel ctrica de microgera o edif cios c pot gt 5kW e lt 150kW 40 Biomassa Florestal residual 8 2 Biomassa Animal 7 5 Valoriza o res duos por digest o anaer bica RSU ETARs e Agr colas 9 2 Centrais de valoriza o de Biogas de aterro 7 5 Valoriza o Energ tica da Queima RSU indiferenciados 1 Valoriza o Energ tica da Queima Combust veis derivados de res duos 3 8 Energia das ondas lt 4 MW at 20MW nacional 28 4 Energia das ondas lt 20MW at 100MW nacional Portaria 16 a 22 5 2 2 Incentivos 5 2 2 1 Incentivos Energia E lica no mbito do Programa de Incentivos Moderniza o da Economia PRIME Este programa constituiu um passo importante na reali
121. neg cio e Manuten o de componente local para projectos futuros O conjunto de todos estes objectivos constitui uma forte contribui o no que concerne s medi das de minimiza o do impacto ambiental definidas no Plano Nacional de Altera es Clim ticas PNAC 5 2 2 2 Exemplos dos projectos apoiados pelo PRIME Generg Ventos de Viana do Castelo Energias Renov veis Lda 60 Medida de Apoio MAPE Medida de Apoio ao Aproveitamento do Potencial Energ tico e Racionaliza o de Consumos N do Projecto 05 322 Promotor Generg Ventos de Viana do Castelo Energias Renov veis Lda Localiza o Serra de Santa Luzia Viana do Castelo Sector de Actividade Produ o e distribui o de electricidade g s e gua CAE 40101 Produ o de Electricidade Calend rio de Execu o de Abril de 2003 a Fevereiro de 2005 Tabela 5 2 Dados de financiamento Investimento Incentivo FEDER 21 966 332 00 2 450 186 00 FEDER Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional Descri o do Projecto A Generg Ventos de Viana do Castelo Energias Renov veis Lda foi constitu da em 2002 e foi especificamente criada para o desenvolvimento do presente projecto O 74 An lise Econ mica projecto consistiu na constru o do Parque E lico do Carre o Outeiro na Serra de Santa Luzia no concelho de Viana do Castelo com um investimento de 22 milh es de euros e um apoio financeiro de 2 5 mil
122. no desenvolvimento tecnol gico da adapta o das turbinas e licas convencionais para uso no mar a figura 2 5 exibe os principais dados dos parques e licos offshore que operavam no mundo em 2007 MW 160 140 120 60 10 20 1991 1998 2001 Ano de conc us o 2003 2006 2007 5 9 Num acum deusinas 15 19 25 Figura 2 5 Principais dados dos parques e licos offshore que operavam no mundo em 2007 4 8 A Energia E lica Na parte inferior do gr fico observa se uma linha do tempo apontada para o in cio da constru o dos parques com n mero acumulado de parques de energia e lica offshore registada pela estat stica do website do Wind Service Holland WSH 4 2 2 O meio ambiente e a energia e lica 2 2 1 Emiss es de gases A energia e lica um dos mais ecol gicos m todos de produ o de electricidade evitando assim a produ o directa de poluentes atmosf ricos e de gases de efeito de estufa que s o gerados por combust veis f sseis na produ o de electricidade A American Wind Energy Association AWEA desenvolveu um conjunto de estat sticas para quantificar e comparar as emiss es da energia do vento com outros combust veis com base nos dados recolhidos pelos U S Department of Energy s Energy Information Administration EIA 5 De seguida apresentam se as emiss es de di xido de carbono C02 o principal g s respon s vel pelo efeito de estufa e aquecimento global para os v rios combust veis respons
123. no tempo Este causado por varia es r pidas de tens o que se repetem com uma dada frequ ncia ou varia es da imped ncia de diversos equipamentos el ctricos 55 Estes efeitos podem ser evitados com resposta el ctrica e mec nica adequada ou utilizando filtros de electr nica de pot ncia 27 ndice de curta dura o 10 min 1 3 2 18 X 32 Py S Nio Kp iW Sni 4 29 i l Indice de longa dura o 120 min e 1 3 2 Ps 5 Eminem SP 4 30 I e S i a capacidade nominal de cada gerador e S pot ncia de curto circuito da rede e Ky Wk o factor de flicker face a uma varia o em degrau da unidade i e Noie N120 0 n m x manobras de liga o a rede em 10 e 120 min Os limites admissiveis e Em MT podem utilizar os valores de refer ncia dos niveis de planeamento definidos na norma IEC 61000 3 7 o Pst lt 0 9 e Plt gt 0 7 e Em AT podem ser usados os niveis de refer ncia de planeamento indicados na norma IEC61000 3 7 o Pst lt 0 3 e Plt gt 0 2 33 58 An lise T cnica 4 7 1 6 Distor o harm nica A distor o harm nica consiste na distor o da forma de onda AC devido a frequ ncias m lti plas de 50Hz que s o injectadas por baterias de condensadores ou electr nica de pot ncia com imperfei es na onda sinusoidal Como consequ ncia esta origina um tr nsito adicional que poder provocar o aquecimento dos motores de indu o transformadores baterias
124. nos n s de consumo pontas e vazios e Previs o das injec es m ximas de PI por n de rede considerando os projectos em curso com condi es de acesso definidas e Situa es associadas a configura o de explora o normais e de recurso das redes 27 As condi es a verificar s o de jusante para montante at a um barramento da rede de trans porte e para as condi es mais desfavor veis em termos de carga as seguinte S O m xi A Sj m Sindy Smax HQ S e 1 Smax S HEH Figura 4 18 Sentido a seguir das condi es mais desfavor veis 27 4 7 1 4 Qualidade da Onda Varia o de tens o A produ o e lica uma fonte de perturba o na qualidade de servi o originando varia es da tens o devidas a varia es r pidas de produ o liga o desliga o etc Essa varia o pode ser determinada segundo a norma IEC 61400 21 dmax 100 k Sus O k 4 28 Sk R Existem limites para amplitudes de varia o r pida de tens o os quais est o estipulados na norma IEC 61000 3 7 4 7 Impacto da integra o da gera o e lica nas redes el ctricas 57 Voltage pu 08H iy Measurement i Simulation 4 x 1 2 3 4 Time s Figura 4 19 Varia o da tens o 27 4 7 1 5 Qualidade da Onda Flicker um efeito associado impress o de instabilidade da sensa o visual provocado por um est mulo luminoso cuja lumin ncia varia
125. nte designado por coeficiente de determina o R o que nos permite comparar qual o modelo mais correcto 86 An lise Econ mica para uma determinada previs o sendo que este valor varia entre O e 1 representando os valores mais elevados melhores regress es 2 _ Lp Ze 2 R Lp Zpi Z 5 26 O Valor obtido foi R2 0 901 Conclui se que como este valor pr ximo de 1 o modelo apresentado eficaz A fim de comprovar essa efic cia realizado outra vez a an lise econ mica para 12 anos mas com os novos valores da manuten o Calculando o VAL obt m se o valor de 505387 030 Obteve se uma taxa interna de rendibilidade de 1 6 588 e um per odo de recupera o do investimento de 11 463 anos Com estes valores conclu mos que para al m do projecto ser vi vel o mesmo apresenta valores praticamente iguais aos obtidos para o caso de estudo o que nos leva a concluir que o modelo apresenta resultados aceit veis De forma a refor ar o estudo realizado para a manuten o entrei em contacto com a empresa Gamesa 2 Desse contacto foi me fornecido uma folha de c lculo com valores da manuten o dos parques e licos para v rias pot ncias Ap s a an lise desses valores contata se que esta empresa opta por utilizar um valor anual constante mas de elevado pre o de forma a compensar os gastos na fase final dos aerogeradores De forma a visualizarmos o comportamento da manuten o para os primeiros 12 anos de
126. nto induzem varia es de pot ncia dispon vel no eixo e Exig ncia de frequ ncia e tens o constante na energia final produzida e Facilidade de instala o opera o e manuten o devido ao isolamento geogr fico de tais sistemas Existem fundamentalmente tr s tipos de aerogeradores com aplica o industrial as m quinas ass ncronas as m quinas ass ncronas duplamente alimentadas e as m quinas s ncronas de veloci dade vari vel 2 3 6 1 M quinas ass ncronas As m quinas ass ncronas utilizam um gerador ass ncrono e um multiplicador de velocidade Os tipos de liga o dispon veis por estes rede s o e Liga o directa de geradores ass ncronos de rotor em gaiola de esquilo HA Ww Figura 2 12 Liga o directa de geradores assincronos de rotor em gaiola de esquilo 9 Este tipo de liga o possui um sistema de velocidade fixa necessita de ter compensa o de energia reactiva e apresenta uma liga o rede muito robusta n o emitindo harm nicos e Liga o atrav s de conversores de electr nica de pot ncia para rotor em gaiola Figura 2 14 Liga o atrav s de conversores de electr nica de pot ncia para rotor em gaiola 9 2 3 Tecnologia 17 Este tipo de liga o pode funcionar com velocidade vari vel e pode usar conversores AC DC AC ou AC AC As m quinas com conversores de frequ ncia podem injectar pot ncia reactiva na rede de forma controlada de referir ainda que est
127. o Diversos 4 t cnica 1 Figura 5 6 Distrui o de custos 5 3 3 Introdu o matem tica financeira Aquando da realiza o de um projecto uma das etapas fundamentais consiste na avalia o da sua viabilidade necess rio equacionar panoramas em que coexistem investimentos pontuais realizados numa data especifica com rendimentos peri dicos Ser efectuado uma introdu o aos c lculos de valor econ micos comparativos de solu es essenciais para que um Gestor de Energia possa ter um meio de compara o numa base econ mica Juros 5 3 An lise econ mica de um parque e lico 79 O juro corresponde ao valor que pago pelo direito de se utilizar o capital de outra pessoa ou que se recebe como compensa o de ceder o nosso capital a outra pessoa Normalmente o valor do juro calculado com uma percentagem do capital sendo que a taxa que aplicada ao capital para determinar os juros se designa de taxa de juro e representada pela letra i Juro simples A utiliza o de um capital um empr stimo origina uma presta o peri dica de juros sendo normalmente um per odo de um ano A designa o de juro simples resulta da adi o simples de n presta es peri dicas calculadas como uma percentagem do capital inicial Dado um Capital inicial Co o juro J resultante da aplica o de uma taxa anual i durante n anos dado pela equa o Jsimples niCo 5 10 Juro composto Fala se de juros compostos
128. o mec nico provocado pelas turbinas a caixa de engrenagens onde a rota o das p s do gerador multiplicada O conjunto de engrenagens funciona na faixa de 1000 a 1500 rpm onde toda a vibra o da caixa multiplicadora transmitida para as paredes da cabina onde esta fixada A pr pria torre pode contribuir para o ru do atrav s dos contactos desta com a nacele Relativamente aos geradores utilizados a tecnologia convencional emprega gerado res que necessitam de uma elevada rota o para funcionarem contribuindo assim para n veis de ru do elevados Com a baixa rota o da h lice comparada rota o do gerador existe a necessida de de apresentar um sistema de engrenagens para multiplicar a rota o necess ria no gerador Contudo existe um outro tipo de tecnologia utilizada em turbinas e licas que consiste no uso de um gerador el ctrico multipolo conectado directamente ao eixo das p s A vantagem desse sistema de gera o traduz se no facto de dispensar o sistema de engrenagens para multiplica o de velocidade uma vez que este gerador funciona tamb m em baixas rota es Assim sem a principal fonte de ru do presente nos sistemas convencionais as turbinas que empregam o sistema multipolo de gera o de energia el ctrica s o significativamente mais silenciosas O ru do aerodin mico uma componente influenciada directamente pela velocidade do vento incidente sobre a turbina e lica V rios estudos continuam a ser
129. oa Coimbra Guarda Lisboa Santar m Vila Real Vila Real Vila Real Castelo Branco Vila Real Porto Lisboa Braga Coimbra Vila Real Leiria Viseu Viseu Porto Porto Liga o Fabricante Modelo rede GAMESA GEWE REpower ECOTECNIA ENERCON GAMESA GAMESA REpower GAMESA BONUS VESTAS ECOTECNIA GAMESA GAMESA ECOTECNIA NORDEX NORDEX GAMESA ECOTECNIA VESTAS V90 ENERCON E 48 ENERCON E 48 600 ENERCON E 48 600 E 70 E4 E 48 VESTAS V90 ENERCON E 70 E4 WinWinD WWD 1 WinWinD WWD 1 REpower MM82 ENERCON E 70 E4 ENERCON E 48 600 ENERCON E 48 600 ENERCON E 48 600 ENERCON E 70 E4 ENERCON E 48 600 ENERCON E 48 NORDEX N90 ENERCON E 48 VESTAS V90 ENERCON E 48 ENERCON E 70 E4 ENERCON E 70 E4 ENERCON E 70 E4 BONUS 1 3 BONUS 1 3 ENERCON PENEDO RUIVO VIDEIRA PINHAL INTERIOR II ARCHEIRA 3 S PEDRO DONINHAS S PAIO SANTA HELENA ALTO DO TALEFE ampl FONTE DA QUELHA ampl ALFARROBEIRA PORTAL DA FREITA II PAMPILHOSA ESPIGA PENA SUAR ampl LAMEIRA SIRIGO CABRIL ampl ARCELA DEGRACIAS RABA AL AMARAL ampl FANH ES II BONECA II MONTIJO COSTA VICENTINA PASSARINHO FANHOES CANDEEIROS ACHADA VILA NOVA ampl SERRA DA CAPUCHA OUTEIRO ARCHEIRA 4 CALDAS CHAO FALCAO MALHADIZES CATEFICA TERRAS ALTAS DE FAFE ALAGOA DE CIMA MEADAS SERRA DA ESCUSA CHAMINE VILAR CHAO CARRE O E OUTEIRO TEIXEIR Parques e licos ligados rede CONTINENTE continua o Pot ncia N de Po
130. os efeitos positivos da energia e lica os ndices de aceita o melhoram consideravelmente 2 2 4 Impacto sobre a fauna A localiza o dos parques e licos pode de certa forma afectar a fauna existente consoante a sua localiza o estes podem ter impactos negativos sendo que quando mais pr ximos se encon trarem as turbinas de reas de alimenta o migra o repouso e ou nidifica o de aves maior ser a probabilidade destas serem afectadas Os impactos causados nas aves podem ser originados pela colis o destas com as estruturas existentes no parque e lico ou ent o pela perturba o causada pela perda de habitat Os estudos s o concordantes com o facto dos impactos induzidos sobre as aves serem sem excep o considerados negativos destacando se a colis o directa de aves com os Niveis de ru do pr ximos de 50 dB correspondem a situa es de tr fego na cidade ao funcionamento de ferramen tas el ctricas e at mesmo de um cami o do lixo 12 A Energia E lica aerogeradores o embate e a electrocuss o nas linhas de transporte de energia e a perturba o ger ada em reas de nidifica o alimenta o migra o e repouso Dos estudos realizados conclui se que a sua mortalidade em grande escala est associada especificamente a zonas de importantes corredores migrat rios ou de desloca es di rias muito frequentes e a zonas costeiras de grande abund ncia de aves e fauna De referir o pior acontecimento de
131. para que Portugal possa alcan ar os objectivos fixados no mbito da referida directiva europeia O Plano Nacional de Ac o para a Efici ncia Energ tica Portugal Efici ncia 2015 PNAEE um plano de ac o agregador de um conjunto de programas e medidas de efici ncia energ tica num horizonte temporal que se estende at ao ano de 2015 O plano orientado para a gest o da procura energ tica conforme o mbito do documento que lhe d enquadramento a Directiva n 2006 32 CE do Parlamento Europeu e do Conselho de 5 de Abril de 2006 relativa efici ncia na utiliza o final de energia e aos servi os energ ticos estando em articula o com o Programa Na cional para as Altera es Clim ticas PNAC aprovado pela Resolu o de Conselho de Ministros n 119 2004 de 31 de Julho revisto pela Resolu o de Conselho de Ministros n 104 2006 de 23 de Agosto e o Plano Nacional de Atribui o de Licen as de Emiss o PNALE aprovado pela Resolu o de Conselho de Ministros n 1 2008 de 4 de Janeiro A referida Directiva estabelece como objectivo obter uma economia anual de energia de 1 at ao ano de 2016 tomando como base a m dia de consumos de energia final registados no quinqu nio 2001 2005 aproximada mente 18 347 tep O PNAEE abrange quatro reas espec ficas objecto de orienta es de cariz predominante mente tecnol gico Transportes Residencial e Servi os Ind stria e Estado Adicionalmente
132. por quest es de seguran a a caixa de velocidades aumenta o n mero de rota es do veio se cund rio a chumaceira sustenta o veio prim rio e os radiadores que arrefecem o gerador e a caixa de velocidades 2 3 5 Torre As torres constituem um elemento necess rio para sustentar e posicionar o rotor a uma altura conveniente para o seu funcionamento isto de forma a que a velocidade do vento seja maior e menos perturbada do que no solo um item estrutural de grande porte e de elevada contribui o no custo inicial do sistema Quase todas as torres t m uma forma tubular de modo a minimizar o impacto visual sendo normalmente constru das em diversos tro os de a o ou bet o que s o montados no local com a ajuda de equipamentos e m quinas adequadas nomeadamente gruas As torres entrela adas apesar de terem custos mais reduzidos funda es mais ligeiras e efeito de sombra da torre atenuado t m vindo a ser progressivamente abandonadas especialmente devido ao seu maior impacto visual 51 2 3 6 Gerador O gerador o componente respons vel pela convers o da energia mec nica de rota o em energia el ctrica A sua integra o nos sistemas de convers o e lica possui alguns problemas os quais envolvem principalmente e Varia es na velocidade do vento extensa faixa de rota es por minuto para a gera o 16 A Energia E lica e Varia es do torque de entrada uma vez que varia es na velocidade do ve
133. ransforma em EAP Fw 141 X Pmed 41 X Pherogerador X 8760 x N Aerogeradores 4 23 Onde EAP Energia anualmente produzida para o factor de escala A Fw 1 Func o de distribui o acumulada no intervalo t t 1 Fw Fw Fw 4 24 Pmed Pot ncia m dia curva de pot ncia no intervalo t t 1 Pmed 141 Pmed 1 Pmed 4 25 Paerogerador Pot ncia nominal do Aerogerador N Aerogeradores N mero de Aerogeradores instalados na respectiva era do factor de escala em causa Para determinar a EAP total basta somar as EAP para todos os factores de escala n EAProrat EAP 4 26 A Ter em conta que a partir da curva de pot ncia do aerogerador possivel observar o valor superior e inferior limite do vento para os quais n o se consegue produzir energia el ctrica e 8 Como em todos os processos necess rio dar aten o s perdas usual subtrair uma percentagem de 13 5 que representa as perdas de produ o do parque efeitos de esteira imprevisibilidade do fornecimento controlo sujidade nas p s etc e 9 Conclui se o processo de c lculo da Energia Anual Produzida sendo poss vel determi nar a valoriza o da energia produzida anualmente pelo parque e lico usando o sistema de renumera o de produ o em regime especial PRE 4 6 2 Procedimentos para avalia o de locais com potencial e lico 4 6 2 1 Ferramentas computacionais Geralmente quando se depara com uma
134. realizados a este n vel no que concerne forma das p s e mesmo da pr pria torre procurando assim um m ximo aproveitamento aerodin mico com redu o de ru do 55 50 45 40 35 30 N vel de Press o Sonora dB A 25 0 100 200 300 400 500 600 Dist ncia horizontal m N vel da Pot ncia Sonora 100 dB A Altura do Cubo 65 m Figura 2 8 Nivel sonoro da emiss o propaga o ao ar livre norma vdi 2714 7 A figura 2 8 mostra o nivel sonoro da emiss o das turbinas e licas Como se pode observar o nivel de rufdo apresenta valores compreendidos entre 52 e 33 dB o que nos permite afirmar que 2 2 O meio ambiente e a energia e lica 11 estas turbinas s o na sua maioria barulhentas Os ru dos emitidos pelos aerogeradores decrescem entre os 50dB junto ao aerogerador e os 35dB a uma dist ncia de 450m Os efeitos fisiol gicos sobre o sistema auditivo e a afecta o de diferentes fun es org nicas apenas s o sentidos a partir dos 65dB No entanto para valores superiores aos 30dB podem surgir efeitos ps quicos sobre o homem sendo o n vel de ru do recomend vel inferior a 40dB O ru do de 40dB corresponde a uma dist ncia dos aerogeradores de 200m que a dist ncia entre aerogeradores e habita es respeitada na Europa 47 Muito esfor o foi feito desde 1995 no desenvolvimento de uma gera o de turbinas e licas agora dispon veis no mercado para tornar poss vel uma significativa redu
135. res como pode ser visto um exemplo na figura 4 14 Curva de Pot ncia do Aerogerador P Pmax Velocidade m s Figura 4 14 Exemplo de curva de pot ncia de um aerogerador Seguidamente procede se elabora o da Distribui o de Weibull f V para os diferentes valores do par metro A bem como ao tra ado da fun o de distribui o acumulada F V que o integral da fun o de distribui o que nos dar a rea entre 2 pontos dessa mesma fun o de distribui o Estas distribui es podem ser determinadas utilizando a fun o Weibull x alpha Beta cumulativo do software Excel Socorrendo nos da ajuda do Excel facilmente se obtem a analogia com os par metros da distribui o descrita em 4 9 A equa o para a fun o de distribui o cumulativa de Weibull F xa B 1 e 8 4 19 50 An lise T cnica A equa o para a fun o de densidade de probabilidade de Weibull F x aa e CB 4 20 Quando o 1 Weibull devolve a distribui o exponencial com gt 4 21 B 4 21 Portanto equivalera a ky B a A m s e x obviamente a v m s Para determinar a distribui o recorre se probabilidade acumulada para o c lculo no in tervalo isto para o c lculo do intervalo 0 1 a probabilidade ser igual probabilidade de ocorr ncia de 1 menos a probabilidade da ocorr ncia de O De forma mais clara fwl0 1 Weibull x1 kn A verdadeiro Weibull xo k A verdadeiro
136. ricas o armazenamento n o uma solu o atraente devido ao custo da penetra o moderada da energia e lica 4 9 Conclus es A an lise t cnica da produ o de energia e lica engloba uma grande quantidade de realidades que devem ser tidas em conta aquando do seu estudo A fonte de energia desta tecnologia reno v vel o vento influenciada por v rios factores que devem ser abordados e avaliados de forma imprescind vel Devido ao car cter intermitente fundamental conhecer a sua previs o para um determinado horizonte temporal Desse modo s o utilizados modelos de maneira a formular uma previs o o mais correcta poss vel fundamental perceber que a integra o da produ o e lica nas redes el ctricas n o realizada de forma linear sendo necess rio cumprir regras procedimentos e condi es t cnicas de liga o de extrema import ncia a fim de garantir a seguran a e qualidade da energia el ctrica Actualmente vive se com o paradigma do desperd cio de produ o da energia e lica aquando da sua desnecessidade neste contexto que surge a tem tica do armazenamento da energia e lica sendo ainda poucas as solu es vi veis A bombagem aparece nos como a nica forma de armazenamento aceit vel exigindo condi es hidrogr ficas particulares O estudo 4 9 Conclus es 63 t cnico da produ o de energia e lica apresenta se como uma parte extremamente importante para o desenvolvimento desta tecnologia
137. rodu o em ventos mais fortes uma vez que esses s o raros ocorrem com menos frequ ncia Em caso de ventos fortes necess rio perder parte do excesso de energia do vento a fim de evitar danificar a turbina e lica Todas as turbinas e licas s o por isso concebidas com alguma forma de poder controlar Existem duas maneiras diferentes de o fazer com seguran a em turbinas e licas modernas 2 4 1 Por controlo do ngulo de passo das p s pitch controlled O controlo de passo um sistema que normalmente necessita da informa o vinda do contro lador do sistema Sempre que a pot ncia nominal do gerador ultrapassada devido a um aumento da velocidade do vento as p s do rotor giram em torno do seu eixo longitudinal ou seja estas mudam o seu ngulo de passo para reduzir o ngulo de ataque como ilustrado na figura 2 22 Esta redu o diminui as for as aerodin micas intervenientes e consequentemente a velocidade das h lices Para qualquer velocidade do vento superior nominal o valor seleccionado do ngulo corresponde quele que permite turbina produzir apenas a pot ncia nominal Esse m todo possui um controlo mais preciso em especial junto da pot ncia m xima e auxilia o processo de arranque e paragem Corte transversal Figura 2 22 ngulo de passo e de ataque 10 2 4 2 Por perda aerodin mica stall regulation O controlo de stall um sistema passivo em que a perda aerodin mica das p s
138. rufdo 2 2 3 Impacto visual 2 2 4 Impacto sobre a fauna H CNOlIOMA LE LR hd ech kee VA DO E ere 2 3 1 Tipo de turbinas 2 3 2 Componentes do sistema 29 3 ROWE sat oe wed eek eb ie do e heehee be ee ele i 2 34 Cabina 2405 oa sa sara Je pah baad SA de das 235 WOM 5 3458 ee be ES SBA he ee Ee ek SS E 2 3 6 Gerador ay o s rg Skok oo enh OE ee Save we eS a Controlo de pot ncia 2 4 1 Por controlo do ngulo de passo das p s pitch controlled 2 4 2 Por perda aerodin mica stall regulation A Energia El ctrica 3 1 3 2 3 3 O sistema el ctrico portugu s 3 1 1 Modelo organizativo do sistema el ctrico nacional 3 1 2 Pot ncia instalada no sistema el ctrico nacional A energia e lica em Portugal 3 2 1 Pot nciainstalada 2 ee ee ee 3 2 2 Produ o relativa a 2008 3 2 3 Localiza o dos parques e licos 3 2 4 Levantamento energ tico das esta es do atlas e lico de Portugal Energia e lica mundial 3 3 1 Pot nciainstalada 1X D D OO OO OD Un WW eo 11 12 F2 14 15 15 15 15 19 19 19 CONTEUDO
139. ry Assessment of generation technology through lifecycle co2 emissions 2007 Dispon vel em http www hitachi com environment showcase solution energy thermal_power htm1 Ultimo acesso em Maio de 2009 Augusto Wanderley A energia e lica e o meio ambiente programa de p s gradua o em engenharia el trica 2006 Mafalda Antunes Tecnologia e lica para produ o de energia el ctrica Dispon vel em http elepot dei uminho pt Site Elepot simposios apresentacoes mafalda pdf Ultimo acesso em Maio de 2009 Cl udio Monteiro Tecnologia e lica apontamentos de energia e lica e solar Caroline Faria Controladores energia e lica Dispon vel em http www infoescola com tecnologia controladores energia eolica Ultimo acesso em Junho de 2008 Francisco Campilho Sistema el ctrico nacional Junho 2009 Edp Dispon vel em http www edp pt EDPI Internet PT Group AboutEDP default htm ltimo acesso em Junho de 2009 Entidade reguladora dos servi os energ ticos Dispon vel em http www erse pt ltimo acesso em Maio de 2009 REN Rede El ctrica Nacional Dados t cnicos electricidade 2008 Fevereiro 2009 111 112 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 REFERENCIAS REN Rede El ctrica Nacional Ficha t cnica energia e lica Agosto 2008 Dispon vel em http www centrodeinformacao ren pt PT public
140. s o significativa como consequ ncia do seu car cter renov vel Nesse contexto s o apresentadas regras procedimentos e condi es necess rias integra o nas redes el ctricas por parte deste tipo de produ o A energia renov vel apresenta se como uma fonte intermitente raz o pela qual se deve con siderar aproveitar a energia aquando da sua inutilidade apresenta se assim t cnicas de armazena mento que tornam esta tecnologia de produ o mais rent vel Com este trabalho pretende se tamb m avaliar os custos iminentes produ o e lica exposto a express o do c lculo da renumera o vigente para sistemas de produ o em regime especial e os incentivos existentes Por ltimo realizado uma an lise econ mica de um parque e lico constitu do por 6 aeroger adores de 2MW ii Abstract Nowadays energy crises are responsible for making us bet more and more on renewable energies Several studies that were made over the past years have pointed out both social and environmental implications of power consumption Renewable energy sources are presented as the main alternative to answer society s demand regarding the quality the security and the reduction of environmental damages Wind power presents itself as a free and renewable energy and for that reason it is a study case The aim of this project is to do a technical and an economic valuation of the wind power generation An energetic planning with these new patt
141. s da aplica o dos diferentes mode los apresentam valores muito pr ximos dos valores dos dados obtidos por parte da Martifer Na tabela B 1 pode se constatar que os modelos apresentam valores muito pr ximos destacando a modeliza o exponencial e potencial com piores resultados De modo a obter uma an lise visual observa se que no esbo o dos gr ficos dos modelos na imagem B 6 as curvas est o sobrepostas relevando assim a proximidade existente Para uma melhor percep o do erro foi realizado o c lculo do erro para cada modelo segundo a express o sendo k o respectivo ano ETotal YL Valoranualestimado B 1 TP residuo Fe B 1 Selec o do modelo para estimar a manuten o Tabela B 1 Valores estimados para os diferentes modelos 97 Opera o e Valor anual estimado manuten o anos Linear Exponencial Potencial Polinomial ordem 3 Logarftmica 1 35 379 10 36 209 25 31 046 00 31 789 49 28 586 00 2 38 316 20 38 444 46 37 963 35 37 663 60 38 135 49 3 41 253 30 40 817 65 42 703 77 42 362 89 43 721 58 4 44 190 40 43 337 34 46 421 96 46 104 92 47 684 98 5 47 127 50 46 012 57 49 527 54 49 107 25 50 759 23 6 50 064 60 48 852 95 52 218 59 51 587 44 53 271 07 7 53 001 70 51 868 66 54 607 60 53 763 05 55 394 80 8 55 938 80 55 070 53 56 765 23 55
142. s da terra com dist ncia a partir dos 10km Estas s o menos intrusivas do que as turbinas em terra uma vez que o seu tamanho e ru do s o atenuados pela dist ncia Dado que gua apresenta menor rugosidade superficial do que a terra especialmente as guas mais profundas a velocidade m dia do vento consideravelmente mais elevada em guas abertas Este tipo de instala o mais dispendioso j que as torres s o geral mente mais altas devido altura submersa requer funda es com mais custos e cuidados espe ciais relativos ao meio de aplica o Por conseguinte em algumas situa es necess rio recorrer a medidas de protec o e revestimento dos equipamentos assim como dos cabos de transporte de electricidade contribuindo desta forma para o aumento dos custos As instala es off shore apresentam se contudo como uma nova fronteira da utiliza o da energia e lica A tend ncia para o aumento da pot ncia unit ria em conjunto com um melhor conhecimento da tecnologia das funda es das turbinas no mar e das condi es de vento no local est a contribuir para tornar mais competitiva esta forma de aproveitar a energia do vento em condi es ambientais diferentes Com o esgotamento das reas de grande potencial e lico em terra on shore devido grande concentra o de parques e licos e s restri es ambientais este tipo de instala es t m vindo a crescer ao longo dos anos apesar de representarem instala
143. s zonas geogr ficas acidentadas est o associadas a um obst culo ou a um conjunto que ir constituir a rugosidade do terreno Junto ao obst culo a velocidade bastante afectada especialmente a jusante onde existe o desenvolvimento da esteira viscosa Nessas condi es o obst culo dever ser tratado individual mente e n o como parte de um conjunto que comp e a rugosidade do terreno Ao se classificar um elemento como obst culo o mesmo n o pode ser considerado como rugosidade e vice versa A perturba o dos obst culos est directamente relacionada com as suas dimens es principalmente com a sua altura A rea influenciada pela presen a de um obst culo efeito Sheltering Effect pode estender se por at tr s vezes a sua altura no sentido vertical e at quarenta vezes essa mesma altura no sentido horizontal na direc o do vento A figura seguinte mostra a influ ncia do obst culo na redu o da velocidade do vento As curvas no seu interior mostram o percentual de redu o na velocidade do vento dentro da rea abrigada em rela o a um ponto de observa o altezza dal suolo m contro citt periferia campagna pianura mare Figura 4 9 Efeito do obstaculo sobre os ventos em fun o da sua altura 23 4 4 4 Influ ncia do relevo A semelhan a da rugosidade e dos obst culos o relevo tamb m se apresenta como uma carac ter stica importante para o regime do vento Maiores velocidades
144. sendo que no caso da sua utiliza o necess rio garantir a presen a de outras formas de energia contribuindo desta forma para as emiss es de C02 O impacto visual outra quest o que frequentemente um tema de disc rdia Grande parte da popula o contra a implementa o de torres e licas nas suas paisagens devido presen a intrusiva da torre e s impress es visuais causadas pelas p s H tamb m quem veja a instala o desta forma de energia de um modo mais consciente e perceba que n o se trata de um luxo mas 89 90 Conclus es sim de uma medida para a redu o dos impactos ambientais Outro problema colocado em causa o ru do provado pelo funcionamento destas m quinas produtoras de energia A uma dist ncia de 300 metros a turbina n o produz mais ru do que um frigor fico a funcionar Os avan os tecnol gicos no design dos aerogeradores reduziram dras ticamente o ru do resultante dos componentes mec nicos existentes outrora Apesar de algumas discuss es relativas a este impacto remato dizendo que o ru do originado muito inferior ao ru do causado por outros equipamentos modernos com os quais interagimos diariamente Todavia para evitar perturba es s comunidades vizinhas de um parque s o cumpridas re gras para garantir que as turbinas sejam colocadas a uma determinada dist ncia das habita es Constata se que a grande parte dos parques e licos est o localizados em locais desabitados e em
145. ssa de gua que quando necess ria ser liberada e poder accionar uma turbina geradora de electricidade Motor compressor um mecanismo que permite o armazenamento da energia e lica el c trica na forma de energia potencial de ar comprimido que pode ser armazenado num recipiente pr prio para posterior utiliza o no accionamento de turbinas produzindo electricidade e Para aplica es de menor escala as v rias formas dispon veis de armazenamento s o Bateria a bateria um dispositivo constitu do por c lulas electroqu micas que convertem en ergia qu mica em energia el ctrica sob a forma de corrente cont nua quando est o no processo de descarga e energia el ctrica em energia qu mica quando em carga ou seja possuem a funcionali dade de armazenar a energia e lica el ctrica excedente sob a forma de energia qu mica Durante o 62 An lise T cnica processo de carga e descarga as baterias perdem energia sob a forma de calor devido as reac es quimicas internas pelo que apresentam um rendimento inferior a 100 Produ o de H gt a energia e lica el ctrica pode ser convertida e depois armazenada sob a forma de energia qu mica do hidrog nio Essa convers o designada por electr lise consiste na separa o das mol culas de gua atrav s da corrente el ctrica em tomos de hidrog nio e oxig nio com liberta o de energia O hidrog nio armazenado para depois ser utilizado como combust vel
146. sta uma distribui o t pica de algumas das componentes de custos relativamente ao custo inicial do equipamento custo inicial das infra estruturas custo de opera o e manuten o dos parques e li cos para um horizonte de 12 anos No caso de um parque e lico com um nico aerogerador ser o plaus veis algumas economias de escala nomeadamente no mbito log stico O valor global dado pela empresa para o fornecimento de um parque e lico tipo chave na m o varia entre 1 2 e 1 5 M MW instalado consoante o modelo do aerogerador Neste projecto foi considerado um aerogerador MM92 da Repower de 2 MW sendo utilizado no modelo o valor de 1 3 M MW in stalado O MM92 apresenta uma rea varrida do rotor de 6 720 metros quadrados e est dispon vel com alturas entre 68 5 e 100 metros Foi especificamente optimizado para uso em regi es de ven tos baixos a m dios Tabela 5 4 Caracter sticas t cnicas do Aerogerador 35 Tipo MM92 Pot ncia estipulada 2 05 MW Di metro do rotor 92 5 m Altura do eixo 68 5 78 5 80 100 m Controlo de Pot ncia Pitch el ctrica Velocidade do Rotor 7 8 15 0 1 min 12 5 S o tamb m apresentados valores t picos para um contrato de opera o e manuten o de longa dura o onde se encontra tudo inclu do funciona como uma esp cie de extens o de garantia 5 3 An lise econ mica de um parque e lico 77 Para se obter o valor da energia el ctrica produ
147. t ncia total 7 nominal m quinas MW kW Distrito Porto Leiria Castelo Branco Lisboa Viseu Aveiro Viana do Castelo Viseu Viseu Viseu Braga Vila Real Coimbra Viana do Castelo Porto Viseu Viseu Viseu Lisboa Coimbra Coimbra Lisboa Lisboa Porto Lisboa Setubal Lisboa Lisboa Santar m Lisboa Coimbra Lisboa Vila Real Lisboa Lisboa Leiria Coimbra Lisboa Braga Viana do Castelo Viseu Lisboa Setubal Braga Viana do Castelo Porto Fabricante BONUS ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON REpower GEWE GEWE ENERCON ENERCON VESTAS ENERCON ENERCON BONUS ENERCON ENERCON NORDEX VESTAS VESTAS GAMESA GAMESA ENERCON ENERCON REpower ENERCON GAMESA VESTAS NORDEX VESTAS ENERCON ENERCON ENERCON GAMESA NORDEX ENERCON GAMESA GAMESA GEWE VESTAS WinWinD NORDEX ENERCON NORDEX REpower Modelo 1 3 E 70 E4 E 70 E4 E 70 E4 E 70 E4 E 48 800 E 70 E4 MM82 GEWE 1 5s GEWE 1 5s E 48 E 48 E 70 E4 E 70 E4 E40 6 44 G83 N90 E66 20 7 G80 G87 GEWE 1 5s v90 WWD 1 N90 E 70 E4 N90 MM82 MM70 CHAMINE TERRAS ALTAS DE FAFE CATEFICA TEIXEIRO AMARAL 1 ALAGOA DE CIMA MOSTEIRO Sr DA VIT RIA CARRE O E OUTEIRO AM NDOA CASTANHEIRA MOINHO DE MANIQUE CADRA O A OR SERRA DA CABREIRA SERRA DE TODO O MUNDO RIBAMAR DIR O DA RUA VILA NOVA BORNINHOS LOMBA DA SEIXA Il ARCHEIRA 2 MOINHO VELHO PADRELA ALTO DO TALEFE FONTE DA QUELHA ALV O
148. t ncia causada pela variabilidade e impre visibilidade das condi es clim ticas importante perceber as causas da intermit ncia sendo que quando se refere variabilidade fala se numa varia o oscila o perante um valor e que quando referimos imprevisibilidade pretende se mesmo chegar ao ponto da exist ncia ou n o de vento Perante tal facto fundamental estudar para este tipo de tecnologia o potencial e a previs o do vento A energia e lica apresenta se para muitos como uma solu o aceit vel pela sua carac ter stica renov vel e para outros como uma energia que acarreta in meros impactos ambientais Assim assiste se a uma diverg ncia de opini es continuando esta forma de energia a ser alvo de v rias cr ticas Pode se concluir dizendo que possui uma interpreta o subjectiva Embora os parques e licos tenham um pequeno impacto sobre o ambiente quando comparados com as centrais convencionais h alguns aspectos a considerar como sejam o ru do produzido o impacte visual o impacto na fauna e as emiss es de C02 Em rela o quest o da contribui o ou n o da energia e lica para a redu o de gases de efeito de estufa n o existe um consenso Na produ o de energia coerente que esta n o emite gases que possam afectar o ambiente contudo indirectamente esta acaba por os produzir como consequ ncia do seu car cter intermitente A energia e lica n o pode simplesmente substituir as outras formas de energias
149. ten o A figura 5 1 mostra a estrutura t pica de pre os para uma turbina e lica de 2 MW Para al m dos custos de investimento o principal respons vel pelo pre o da produ o de en ergia el ctrica a opera o e manuten o As turbinas e licas como qualquer outro equipamento industrial requerem servi os de manuten o conhecida como opera o e manuten o O amp M que constituem uma importante percentagem do total de custos anuais de uma turbina e lica No en tanto em compara o com a maioria das outras formas de produzir energia os custos s o muito baixos 65 66 An lise Econ mica INVESTMENT me z 1 000 MW COST Turbine ex works 928 75 6 Grid connection 109 8 9 Foundation 80 6 5 Land rent 48 3 9 Electric installation 18 1 5 Consultancy 15 12 Financial costs 15 12 Road construction a ds 0 9 Control systems 4 0 3 TOTAL 1227 100 Figura 5 1 Estrutura de custos para uma turbina e lica de 2 MW 28 Os valores dos custos da O amp M est o relacionados com um n mero limitado de influ ncias as quais passo a citar Seguro manuten o regular repara o pe as de substitui o e administra o Alguns destes custos podem ser estimados de forma relativamente f cil Para os seguros e manuten o regular poss vel obter modelos de contratos abrangendo uma parte consider vel da vida total da turbina e lica Inversamente os custos da repara o e pe as de substitui o s o m
150. tram todos os investimentos rendas e os valores residuais A express o geral dada por FC VAL Lasik TEL 5 16 em que FC o fluxo de caixa no instante k No instante k 0 F Co corresponde ao investimento inicial e tem de ser considerado com sinal negativo assim como todas as componentes de custo FC enquanto as componentes de benef cio devem ter sinal positivo n er de Cy ge VO Renae VAL 1 i La 1 i 1 i 5 17 Se o valor do VAL for positivo o projecto ser economicamente vi vel porque permite cobrir o investimento gerar a remunera o exigida pelo investidor o custo de oportunidade e ainda excedentes financeiros A situa o de o VAL ser O um caso limite em que o investidor ainda recebe a remunera o exigida enquanto se o VAL for negativo o projecto economicamente invi vel Taxa interna de rendibilidade TIR Este m todo permite o c lculo de uma taxa de juro relativamente renumera o do capital obtido ou seja de uma forma mais simplificada consiste no valor da taxa que no final de n anos iguala o VAL a zero Para determinar este valor basta resolver a seguinte equa o em ordem a i 0 5 investimento FCk BR a 5 18 1 i Foe i leo O valor obtido diz nos at que valores da taxa os capitais investidos podem ser renumerados de forma ao projecto ser vi vel Quando este valor superior ao custo de oportunidade 1 o projecto economicamente atraente
151. tufa atingiram um valor elevado e devem come ar a diminuir se se pretender evitar os piores impactos das altera es clim ticas Os 120 8 GW de capacidade e lica mundial instala dos v o produzir 260 TWh de electricidade e economizar 158 milh es de toneladas de CO por ano 18 30 A Energia El ctrica Capitulo 4 An lise T cnica 4 1 Aerodinamica A energia edlica pode ser considerada como uma das formas de manifestar a energia prove niente do Sol uma vez que os ventos s o causados pelo aquecimento diferenciado da atmosfera As diferen as de press o atmosf rica causadas pelo aquecimento diferencial terrestre provocam a desloca o de massas de ar vento as quais s o influenciadas pelas condi es atmosf ricas por obst culos e pelas condi es do solo O aproveitamento da energia cin tica do vento efectuado atrav s de turbinas e licas acopladas a geradores este conjunto turbina gerador designado por aerogerador A energia cin tica derivada das desloca es de massas de ar pode ser transformada em energia mec nica atrav s de aeromotores energia el ctrica atrav s de turbinas e licas ou aerogeradores Como se pode observar na equa o 4 1 a pot ncia mec nica dispon vel numa turbina depende principalmente da velocidade do caudal de ar que passa atrav s dela fazendo com que o interesse deste recurso seja influenciado pela intensidade e direc o do vento Assim a pot ncia do vento que pass
152. u o relativa a 2008 Em 2008 a produ o e lica aumentou 42 face ao ano anterior totalizando 5 7 TWh o que representou 11 do consumo total de energia abastecido pela rede p blica ou 14 da produ o total injectada na rede p blica Produ o E lica Consumo Total 2008 2007 2006 GWh Consumo SEN Produ o E lica Figura 3 9 Produ o de energia e lica 15 A totalidade da produ o renov vel incluindo e lica grande e mini h drica fotovoltaica e t rmica renov vel representou 27 do consumo ou 33 da produ o injectada na rede p blica 26 A Energia El ctrica Em 2008 a utiliza o da pot ncia instalada nos parques e licos foi de 27 correspondentes a um ndice de produtibilidade de 1 02 estabelecido com base no regime m dio observado no per odo 2001 2007 Dezembro foi o m s com a produ o mais elevada 756 GWh e com a melhor utiliza o da pot ncia instalada 39 Em Setembro atingiram se os valores mais baixos do ano com uma produ o de 282 GWh e uma utiliza o da pot ncia instalada de 16 3 2 3 Localiza o dos parques e licos Portugal devido sua situa o geogr fica e geomorfologia apenas nas montanhas a velocidade e a regularidade do vento suscept vel de aproveitamento energ tico A maior parte dos locais com essas caracter sticas situam se a norte e sul do rio Tejo junto Costa Vicentina e na Ponta de Sagres sendo raros na extensa plan cie alentejana
153. uito mais dif ceis de prever E embora todos os componentes dos custos tendam a aumentar medida que a turbina fica mais velha os custos da repara o e substitui o de pe as s o particularmente influenciadas pela idade da turbina aumentando ao longo do tempo A figura 5 2 mostra o total dos custos O amp M para o per odo entre 1997 e 2001 Insurance Land rent 18 13 Service and spare parts 26 Power from the gri 5 Figura 5 2 Distribui o dos custos de Opera o e de Manuten o 28 Nos dois primeiros anos de opera o esses custos anuais correspondem a 2 a 3 do custo de investimento o que equivale a 0 3 a 0 4 c kWh Passado 6 anos os custos j s o cerca de 5 do custo de investimento que corresponde a 0 6 a 0 7 c kWh Considerando a totalidade da vida 5 2 Aspectos econ micos dos projectos e licos 67 til estima se que os custos de O amp M equivalem a 1 2 a 1 5 c kWh 28 A figura 5 3 mostra os custos totais da O amp M resultantes de um estudo dinamarqu s e o modo como estes s o distribu dos entre as diferentes componentes O valor da O amp M depende do tipo tamanho e idade da turbina Assim por exemplo para uma turbina de 600kW com tr s anos de idade aproximadamente 35 do custo total da O amp M corresponde aos custos de seguro 28 manuten o regular 11 administra o 12 s repara es e pe as substitu das e 14 para outros fins Em geral o estudo revela qu
154. uma solu o que tem de ser fortemente analisada devido s consequ ncias que conduz 92 Conclus es Anexo A Anexo A A 1 Rugosidade do terreno usada no Atlas Europeu do Vento Tabela A 1 Tabela de rugosidade do terreno usada no Atlas Europeu do Vento 36 Roughness Roughness Energy Landscape Type Class Lenghtm Index 0 0 0002 100 Water surface Completely open terrain with a 0 5 0 0024 73 smooth surface e g concrete runways in airports mowed grass etc Open agricultural area without 1 0 03 52 fences and hedgerows and very scattered buildings Only softly rounded hills Agricultural land with some 1 5 0 055 45 houses and 8 metre tall sheltering hedgerows with a distance of approx 1250 metres Agricultural land with some 2 0 1 39 houses and 8 metre tall sheltering hedgerows with a distance of approx 500 metres Agricultural land with many 25 0 2 31 houses shrubs and plants or 8 metre tall sheltering hedgerows with a distance of aprox 250 metres Villages small towns agricultural 3 0 4 24 land with many or tall sheltering hedgerows forests and very rough and uneven terrain 3 5 0 8 18 Larger cities with tall buildings 4 1 6 13 Very large cities with tall buildings and skycrapers Definitions according to the European Wind Atlas WAsP 93 94 Anexo A Anexo B Anexo B B 1 Selec o do modelo para estimar a manuten o Com o objectivo de conceb
155. vento e o mapa do relevo da regi o avalia se o compor tamento dos ventos de forma a verificar se o local em quest o adequado para a implementa o do empreendimento Ap s estas avalia es poss vel tirar uma conclus o relativamente poten cialidade do local e se os resultados forem satisfat rios deve se realizar uma an lise mais cuidada com medi es espec ficas do local para averiguar a capacidade de produ o do local A segunda etapa de avalia o dos locais e licos sem d vida a fundamental pois aqui que se define a viabilidade do empreendimento Nesta etapa realiza se um levantamento mais elaborado e prop e se o projecto para aproveitamento do potencial e lico no local Ser feito um levantamento o mais detalhado poss vel do mapeamento geral do local identificando factores que influenciam o regime dos ventos rugosidade obst culos e relevo e a capacidade de pro du o Com a ajuda destes dados elabora se o mapa do sistema e lico posicionam se as esta es anemom tricas que comprovar o o regime dos ventos do local e ensaia se o posicionamento dos aerogeradores De seguida com os dados obtidos das esta es anemom tricas monta se uma s rie hist rica consistente do local correlacionando se esses dados com aqueles obtidos nas esta es vizinhas determina se o tipo de aerogerador que melhor se adapta ao local e estima se a energia por ele produzida Esses resultados associados aos custos inerentes da re
156. vida de um parque e lico constitu do por 6 aerogeradores de 2MW foi esbo ado o seguinte gr fico 80 000 00 70 000 00 60 000 00 50 000 00 40 000 00 30 000 00 20 000 00 10 000 00 0 00 0 2 4 6 8 10 12 14 Gamesa Martifer Gamesa Martifer Figura 5 10 comportamento da manuten o para as diferentes empresas nos primeiros 12 anos de vida de um parque e lico constitu do por 6 aerogeradores de 2MW Considerando uma durabilidade de 12 anos observa se que os valores totais da manuten o correspondente a 12 anos possuem uma diferen a consider vel 24 Na tabela seguinte mostra se esses valores Gamesa uma das principais fabricantes internacionais de turbinas e licas do mundo e l der em Espanha no que corresponde ao fabrico venda e instala o de turbinas e licas 5 3 An lise econ mica de um parque e lico 87 Tabela 5 8 Valores da manuten o total para 12 anos para as empresas em causa Empresa Custo Total Martifer 618 400 00 Gamesa 813 635 08 Para verificar a viabilidade do nosso modelo foi efectuado o somat rio total da manuten o correspondente a um sistema e lico de durabilidade de 20 anos para a Gamesa e recorrendo ao modelo realizado Tabela 5 9 Valores da manuten o total correspondente a 20 anos para a Gamesa e o modelo criado Empresa Custo Total Martifer 1 331 203 09 Ga
157. xtens o SERAMENA PASSARINHO II ALVAIAZERE ALTO DO MARCO MOSQUEIROS II VILA NOVA II BARROSO III MILAGRES MARAVILHA II MARAVILHA VALE DE GALEGOS MOUGUEIRAS BRAVO CHA DO GUILHADO SALGUEIROS GUILHADO CABECO RAINHA Ref Pot ALTO ARGANIL BARROSO II NEGRELO GUILHADO SERRA DO MU CABE O RAINHA II SIC ALTO DA FOLGOROSA ESPINHA O DE CAO SERRA DO ALVAO ARGANILITOUTI O A MINHO Corisco CONTINENTE Pot ncia N de Pot ncia total 4 nominal m quinas MW kW Distrito Porto Lisboa Guarda Guarda Faro Viseu Vila Real Leiria Leiria Coimbra Bragan a Viseu Lisboa Lisboa Leiria Vila Real Guarda Coimbra Vila Real Lisboa Lisboa Lisboa Lisboa Castelo Branco Castelo Branco Vila Real Vila Real Castelo Branco Castelo Branco Coimbra Vila Real Vila Real Beja Castelo Branco Leiria Lisboa Faro Vila Real Coimbra Viana do Castelo Fabricante SUZLON SUZLON SUZLON REpower REpower REpower NORDEX NORDEX NORDEX NORDEX NORDEX ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON REpower REpower GAMESA VESTAS ENERCON Modelo Liga o rede constr constr constr constr constr constr constr constr constr constr constr constr constr constr constr constr constr constr
158. za o de medidas definidas pelo Gover no que tendem a melhorar a efici ncia dos agentes econ micos e a atingir os objectivos estabele cidos em termos de pol ticas energ ticas e ambientais em Portugal O apoio ao desenvolvimento das energias renov veis por parte do Governo pode ser observado no incentivo realizado de cerca de 43 milh es de Euros com a assinatura de duas dezenas de con tratos de apoio a projectos de energia e lica envolvendo um investimento superior a 273 milh es de Euros Os 20 contratos assinados perfaziam uma pot ncia instalada de 244 45 MW com 129 aerogera dores dando deste modo seguimento pol tica defina no mbito do PRIME Programa de Incen tivos Moderniza o da Economia que permitiu a realiza o de mais de 655 milh es de Euros de investimento em cerca de 70 projectos totalizando cerca de 150 milh es de Euros de incen tivos p blicos a projectos de energia e lica e 18 milh es de Euros a outras fontes de energias renov veis 59 10 Programa de Incentivos Moderniza o da Economia integra um conjunto de instrumentos de pol tica econ mica de m dio prazo at 2006 destinados aos sectores da Ind stria Energia Constru o Transportes Turismo Com rcio e Servi os Esta foi institu da pela publica o da Resolu o do Conselho de Ministros n 101 2003 de 8 de Agosto na sequ ncia da aprova o formal pela Comiss o Europeia a 14 de Maio de 2003 72 An lise Econ mica
159. zida anualmente e considerando que o parque est implantado num local com recurso e lico razo vel estima se que consiga em m dia o equivalente produ o m xima durante 6h por dia Assim para o sistema de 12MW teremos uma produ o de energia di ria de Epi riaProduzida 6h x 12MW 72MWh 72 000kW h dia 5 8 Ent o por ano temos EAnualProduzida 72 000kWh dia x 365dias 26 280 000kWh ano 5 9 Apenas por curiosidade apresento no anexo D uma tabela onde se podera observar um crono grama tipo das diferentes etapas deste parque e lico Contudo de salientar que um sistema com estas caracter sticas demora 413 dias at sua conclus o 5 3 2 Distribui o dos custos O custo do equipamento vai ser afectado de uma percentagem sendo este valor uma constante consoante o valor global para o fornecimento de um parque e lico tipo chave na mao Assim para efectuar um c lculo de orienta o utilizado uma folha de Excel em que alterando o valor da c lula correspondente ao valor global do parque MW instalado actualizada instantaneamente todos os custos existentes no projecto de um parque e lico Na figura 5 6 pode ser visualizado de forma mais simples todo este processo Os custos de opera o e manuten o possuem valores diferentes consoante o pa s e em algu mas situa es at mesmo a regi o em causa Estes s o projectados para se manterem constantes durante o per odo de vida dos parques sen

Produção Eólica e Enquadramento Técnico

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