Centro Brasileiro de Energia Eólica Energia Eólica no Brasil: Situação atual e Perspectivas Centro Brasileiro de Energia Eólica Recife – PE

Centro Brasileiro de Energia EólicaCentro Brasileiro de Energia Eólica

Energia Eólica no Brasil:Situação atual e

Perspectivas

Centro Brasileiro de Energia EólicaRecife – PE

www.eolica.com.br

Everaldo Alencar Feitosa

Sustentabilidade na Geração e uso de Energia no Brasil: Os próximos 20 anos.


Turbinas de Grande Porte

Características:

Potência: 500kW – 2000kW

Controle: microprocessador

Conexão com rede elétrica

Turbinas de Pequeno Porte

Características:

Potência: 100W – 50kW

Controle: mecânico

Independente da rede elétrica

Turbina Eólica de Pequeno Porte X

Turbina Eólica de Grande Porte


Centrais Eólicas


0.3MW - FN/PE

0.3MW - PE

10 MW - CE5 MW - CE

1,2 MW - CE

2,5 MW - PR

1 MW - MG

Em operação:Em operação: 20,3 MW

Localização de Projetos Eólicos no Brasil


Centrais Eólicas


Centrais Eólicas


Rosa dos ventos

Local: Olinda-PE (CBEE)

Velocidade de vento

Meteorologia EólicaDados de vento - anemógrafo computadorizado


Wind Analysis

Diagrams (60 meters)Average hourly wind speed

Diurnal wind speed variation

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23Hour

Avera

ge w

ind

sp

eed

(m

/s)

0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.0

10.011.012.013.014.0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31Day

Ave

rag

e w

ind

sp

eed

(m

/s)

hourly

daily


Wind Analysis

Wind Direction Wind Speed Frequency Distribution

EW

N

S

60%

u < 4

4 u < 8

u 8 0 5 10 15 200

5

10

15

20

25

WeibullData

Wind Speed (m/ s)

Fre

quency

(%

)


Meteorologia EólicaWANEB - Wind Atlas of Northeast of Brazil

> 8.57.0 - 8.56.0 - 7.05.0 - 6.0 < 5.0

Velocidade do vento em m/s, à 50m de altura.

> 9.08.0 - 9.07.0 - 8.05.5 - 7.0 < 5.5

> 11.510.0 - 11.58.5 - 10.07.0 - 8.5 < 7.0

> 7.56.5 - 7.55.5 - 6.54.5 - 5.5 < 4.5

> 6.05.0 - 6.04.5 - 5.03.5 - 4.5 < 3.5

Topografia favorável

Terreno Plano

Litoral Mar abertoTerreno

Obstáculos


Potencial Disponível, P = ft x Pe = 6.000 MW

Fator de Turbulência, ft =1 %

Potencial Energético Bruto, Pe= fs x Pt = 0.6 TW

Fator de Uso do Solo, fs=50 %

Potência Total, Pt = DP x Área (NE) = 1.2 TW

Densidade de Potência, DP = ½ malha <V3> [W/m2]

Modelo Modelo atmosférico de atmosférico de mesoscala MM5mesoscala MM5(simulações realizadas pelo (simulações realizadas pelo

CBEE)CBEE)

Potencial EólicoAnálise de potencial eólico - medidas e simulações – Atlas Eólico


janfev mar

abrmai

junjul

agoset

outnov

dez

Velo

cidade d

o v

ento

e V

azã

o d

o r

io

Meses Vazão do Rio São Francisco

Vento Típico do Litoral do Nordeste

Energia Eólica e Geração Hidrelétrica

Região Nordeste e o dilema do uso da água


Proeólica Programa Emergencial de Geração de Energia

Eólica

1050 MW até 2003

PPA - Contrato de compra de eletricidade (15

anos): Eletrobrás

Prêmio: Adicional variável em função do

início de operação (máx. 20%)


PROEÓLICA

1 050 MW

PROINFRA: 3 300 MW

Energia Renovável




The Top-10 Markets in the World

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

Germ

an

y

US

A

Sp

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Den

mark

Ind

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Neth

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ds

UK

Italy

R.P

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Gre

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MW

1998

1999

2000

Source: BTM Consult ApS - March 2001 - EWEA

Bra

zil

2002 - 2004


Potência Total Instalada : ± 600.000 MW

Introduzir 10% Eólica até 2010: ± 60.000 MW

Capacidade total Instalada no Brasil: ± 73.000 MW

Mercado Europeu - Energia Eólica

Portugal:

Espanha:

Alemanha:

Itália:

R$ 180,00 / MWh

R$ 170,00 / MWh

R$ 175,00 / MWh

R$ 225,00 / MWh

Externalidades (ambiente, saúde, etc.) Externe, vol 10, EUR 18528, 1999

GÁS 20 Euro / MWh

CARVÃO 50 Euro / MWh

Aspectos Econômicos União Européia


Combustível gratuito;

Independe de instabilidades políticas e econômicas;

Curto prazo de implantação.

Energia Eólica

Brasil:

US$ 60 - 66 / MWh

Gás Natural

Brasil:

restrições

ambientais ??

Combustível dolarizado; tendência de aumento

Depende de instabilidades políticas e econômicas;

Médio - longo prazo de implantação.

Aspectos Econômicos Brasil


Change in coal market shares (%)Change in coal market shares (%)

-0,060

-0,040

-0,020

0,000

0,020

0,040

0,060

1950

1952

1954

1956

1958

1960

1962

1964

1966

1968

1970

1972

1974

1976

1978

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994


Change in natural gas market shares(%)Change in natural gas market shares(%)

-0,060

-0,040

-0,020

0,000

0,020

0,040

0,060

1949

1951

1953

1955

1957

1959

1961

1963

1965

1967

1969

1971

1973

1975

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995


-0,06

-0,04

-0,02

0,00

0,02

0,04

0,06

1949

1951

1953

1955

1957

1959

1961

1963

1965

1967

1969

1971

1973

1975

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

Change in nuclear market shares (%)Change in nuclear market shares (%)


Sistemas Isolados

•Sistema Híbrido Eólico – Diesel

•CCC – Subsídio ao Diesel em sistemas isolados

• +/- R$ 500 milhões / ano

•Confiabilidade na tecnologia


Maior sistema híbrido eólico/diesel da America do Sul

Características:

Torre: tubular de 30m de altura

Rotor: fibra de vidro/poliester, 27m diametro

Controle de potência: ângulo de passo (pitch)

Geradores: 225kW/50kW assíncrono

Fernando de Noronha/PE

Projeto CBEE / ANEEL


Maior sistema híbrido eólico/diesel da America do Sul

Geração de 20 – 25 % da eletricidade

Operacional desde Agosto de 2001

Sistema especial de controle – Continente via satélite

Instrumentação completa

Fernando de Noronha/PE

Projeto CBEE / ANEEL


Otimização de turbinas eólicas tendo em vista as

condições de vento no Brasil

Médio – Longo PrazoMédio – Longo Prazo


Otimização de um rotor

• Ponto de Vista Econômico - Projeto que produz o maior lucro em uma vida útil típica de 20 anos.

• Ponto de Vista Energético (Técnico??) - Projeto que, para um dado diâmetro de rotor, produz o máximo de energia por ano. Nem sempre as modificações técnicas ótimas são viáveis economicamente. (Ex: Cargas, fadiga, custos de fabricação, etc.).

OTIMIZAÇÃOSaídaEntrada

- Velocidade de Vento

- Dados do Aerofólio escolhido ( a (otim),CL(otim), CD(otim) )

- Velocidade Angular de rotação

- Diâmetro do Rotor

- Distribuição de ângulo ao longo da pá - Twist

- Distribuição da corda ao longo da pá


Características aerodinâmicas

r(1+a')

V (1-a)0

V rel

Corte transversal de uma pá

= ângulo de incidência (rotor)

= ângulo de ataque (perfil)

= ângulo de passo

(local pitch/ global pitch)

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

-15 0 15 30 45

ângulo de incidência (graus)

Cl Cd Cl/Cd

Perfil LM22

a (ótimo) = Máximo CL / CD

Plano de rotação


Distribuição estatística dos Ventos

0.0%

5.0%

10.0%

15.0%

20.0%

0 5 10 15 20

Velocidade do Vento (m/s)

Fre

qu

ên

cia

(%)

Curva 1 (Brasil):

Ventos com velocidade e direção bem definidos (Alta concentração em torno da velocidade predominante)

Densidade do ar mais baixa. ( = 1,17 kg/m3 – Nordeste)

Curva 2 (Europa):

Ventos com grandes variações de velocidade e direção

Densidade do ar mais alta. ( = 1,225 kg/m3 – Dinamarca)

K=2

K=4

Ventos Diferentes


Exemplo de Otimização

Turbina Eólica Nordtank 500/41 instalada na Dinamarca.

Otimizada para as condições de um site brasileiro.


Distribuição da corda

Comparação entre a distribuição da corda inicial e otimizada para a turbina eólica Nordtank 500.

0

0.5

1

1.5

2

0 5 10 15 20 25

Raio (m)

Co

rda

(m

)

Inicial SLP MFD SGA


Distribuição do ângulo de passo -Twist

Comparação entre a distribuição do ângulo de passo “twist” e otimizada para a turbina eólica Nordtank 500.

0

5

10

15

20

0 5 10 15 20 25

Raio (m)

Tw

ist

(gra

us

)

Inicial SLP MFD SGA


Método Pitch Inicial Pitch otimizado Aumento na Produção(grau) (grau) Anual de Energia (%)

SLP -3.7 -2.44 9.88%MFD -3.7 -2.09 9.51%SGA -3.7 -2.58 9.99%

Resultados

Turbina Original (Instalada no Brasil)

X

Turbina Otimizada (Instalada no Brasil)


Otimização do Rotor para ascondições específicas do local

Aumento de 10% na Produção de Energia

Central Eólica 100 MW

Geração Anual: 300.000 MWh / ano

Preço estimado: US$ 60 / MWh

Receita Anual: US$ 18 Milhões / ano

Vida Útil da Central: 20 anos

Montante Adicionado: 10% x 20 anos x US$18

Milhões

RESULTADO: US$ 36 Milhões

Resultado Financeiro


Europa Centrais Eólicas Off-shore

•European Wind Energy Association

•150.000 MW em 2020 incluindo 50.000 off-shore

•Otimização para turbinas off-shore (condições especiais)


Importante

1 - Brasil – Potencial de energia eólica superior a 70.000 MW Curto Prazo: 3 000 MW. 12 000 MW até 2010

2 - Aspectos Econômicos - Custos Ambientais de Gás/Diesel não são pagos pelos produtores e consumidores (coletividade nacional !)

3 - Participação de Industrias Nacionais

Indústria Metal MecânicaIndústria Eletro-EletrônicaInfra-estrutura CivilRotor

10 %50 %20 %20 %

4 - Dilema do uso da água/NordesteComplementariedade entre os regimes hídricos e

dos ventosReservatórios – baterias hipotéticas

InvestimentosInvestimentos


Importante

5 - Decisão política em favor de EólicaPROEÓLICA – 1 050 MWPROINFRA – 3 300 MWContratos de compra de eletricidade – PPA (15 anos)US$ 66.00

6 - Curto prazo de implantaçãoEx: Projeto de 100 MW - 9 a 12 mesesMais rápido que térmica - Emergencial?

7 - Penetração Eólica na rede existente - desmistificação!30%Nordeste: +- 3000 MW!!!

8 - Novas estratégias de definição / prioridade de linhas de transmissão

Transmissão dinâmica – vários usuários, produtores, armazenamento, controle inteligente

Transmissão estática – centrais de grande porte para consumidores


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