DESEMPENHO DE SISTEMAS DE IRRIGAO PIV CENTRAL NO OESTE SEMI-RIDO

ESTUDO DE SISTEMA HBRIDO BASEADO EM GERADORES DE INDUO ACIONADOS POR DIFERENTES FONTES PRIMRIAS DE ENERGIA: ELICA E BIOGS

Andr Bonelli Milani1, Valmir Machado Pereira21Aluno do Curso de Engenharia Eltrica da UFMS, bolsista de Iniciao Cientfica UFMS PIBIC 2007/08.

2Professor da UFMS, Departamento de Engenharia Eltrica; e-mail: valmir@del.ufms.br.Resumo: No Brasil, por possuir um parque gerador de energia eltrica de base predominantemente hidrulica, a busca pelo aumento da eficcia dos sistemas eltricos de forma auto-sustentvel uma questo estratgica para o pas. O presente trabalho tem por objetivo analisar um sistema de gerao hbrido com fonte principal elica, que tem impacto ambiental mnimo, para atender comunidades afastadas no atendidas por redes de distribuio eltrica. No caso da ausncia de ventos ou manuteno de equipamentos a gerao obtida atravs de gerador de induo acionado por motor de combusto interna usando o biogs como combustvel, que uma forma renovvel de obteno de energia atravs do aproveitamento de dejetos da prpria comunidade. Os componentes fundamentais foram modelados e analisados atravs do uso da ferramenta computacional MATLAB/Simulink, obtendo-se um sistema para avaliao do despacho da energia eltrica. Com a modelagem e simulaes foi possvel obter as variaes de gerao de energia em decorrncia das variaes da velocidade do vento durante o dia e ento analisar o despacho de energia da comunidade em funo da curva de demanda de carga diria. Conclui-se que realizando estudos referentes carga demandada na comunidade e tambm da variao da velocidade dos ventos possvel testar e modificar os parmetros do sistema at que se atinja o despacho mais eficiente, observando-se a viabilidade da realizao deste sistema.Palavras-chave: Sistema Hbrido, Gerador de induo, Modelagem.INTRODUO

No Brasil ainda existem muitas pessoas que no tm acesso energia eltrica, principalmente aquelas que moram em comunidades isoladas e dificilmente sero atendidas pela extenso das redes das concessionrias locais de energia. Para que essas comunidades possam usufruir os benefcios trazidos pela energia eltrica, a maioria delas faz uso de grupos geradores a diesel como alternativa de abastecimento energtico.

A produo de energia eltrica, em seu sentido amplo, uma necessidade global cada vez mais presente em nosso meio. impossvel imaginar o homem vivendo em condies dignas sem os benefcios que a eletricidade proporciona [1]. Com isso, a necessidade de encontrar novas fontes de gerao de energia muito grande, pois a forma tradicional de produo de eletricidade do pas, onde o volume de participao de energia hidrulica no encontra similar no mundo e mostra a dependncia do Brasil com relao ao insumo gua, no suprir por muito tempo essa crescente demanda [2].

As energias renovveis encontradas na prpria localidade, como gua, sol, vento, biomassa, etc, vm sendo pesquisadas como formas alternativas para substituio, ainda que parcial, da gerao atravs da queima de combustveis fsseis e da gerao atravs das hidreltricas. Assim, a tecnologia de sistemas hbridos pode ser empregada em locais de difcil acesso para a rede convencional de distribuio de energia. Todavia, o problema no se restringe somente a encontrar a melhor alternativa para a gerao de eletricidade, mas h tambm o problema de como encontrar a melhor forma de aproveitar a gerao e o consumo desses sistemas isolados para anlise de seu desempenho.

Neste trabalho, o interesse se concentrar na utilizao do vento e da combusto do biogs para gerao de energia eltrica, tendo em vista os danos ambientais e custos reduzidos, quando comparados a outras fontes alternativas de energia.

O uso da energia elica apresenta algumas vantagens, como: uma fonte de energia segura e renovvel; no polui; o tempo de construo rpido; trata-se de recurso autnomo e econmico; gera empregos. As desvantagens conhecidas so: impactos visuais e sonoros e efeitos sobre as aves do local [3].

Enquanto para o biogs temos a produo atravs do biodigestor, que canalizado para alimentar um motor de combusto interna e este move um gerador eltrico, este gs pode ser produzido utilizando os dejetos de animais e at de humanos da comunidade, ainda contribuindo para a amortizao dos gases do efeito estufa com a queima do metano.

Tendo em vista as possibilidades de estudo que foram alargadas com o uso da modelagem matemtica, pretende-se desenvolver uma metodologia cuja finalidade principal seja possibilitar a anlise do potencial energtico, dimensionar e estudar sistemas de energia elicos com a cogerao do biogs, a partir de informaes bsicas das caractersticas das potencialidades energticas locais e dos equipamentos de gerao.

O desenvolvimento de programas computacionais que possam auxiliar no dimensionamento, planejamento e expanso de sistemas hbridos para gerao de eletricidade tem como principal vantagem possibilitar o estudo dos sistemas com base em informaes geralmente disponveis para o usurio [4]. Como a importncia do regime de vento local, a possibilidade de complementaridade entre as fontes elica e eltrica gerada pela combusto do biogs, numa modelagem com a finalidade de estabelecer metas visando a um melhor aproveitamento dos recursos energticos disponveis na propriedade.Os sistemas do tipo hbrido (figura 1) so definidos como aqueles que utilizam mais de uma fonte primria de energia para gerar e distribuir eletricidade de forma eficiente e confivel, e com custo mnimo, dada a capacidade de uma fonte suprir a ausncia momentnea da outra. Neste sistema todas as fontes podem alimentar qualquer carga atravs do uso de inversores e retificadores.

Figura 1 Modelo geral de sistema hbrido

Geradores de induo

Os geradores de induo auto-excitados encontram hoje grande aplicao para gerao de energia, notadamente em pequenos sistemas hidrulicos e elicos isolados. As principais vantagens do emprego dessas mquinas, quando comparadas aos geradores CC e sncronos so: o baixo custo; a robustez; a baixa manuteno por longos perodos de funcionamento; a alta densidade de potncia gerada (Watt/kg), que se reflete em mquinas menores; a ausncia de uma fonte CC em separado para a excitao; alm de apresentar um bom desempenho transitrio, sob condies variveis de carga e acionamento primrio.

Uma mquina de induo gera potncia eltrica, quando auto-excitada por uma fonte de potncia reativa capacitiva, e o seu rotor acionado por uma mquina primria. No entanto, tanto a freqncia quanto a magnitude da tenso gerada so dependentes da excitao, da velocidade do rotor e da prpria carga, em magnitude e fator de potncia.

Outra dificuldade no emprego dos geradores assncronos auto-excitados, a sua caracterstica intrnseca de apresentar pobre regulao de tenso. Um gerador assncrono, auto-excitado por um banco de capacitores fixo, rigorosamente s apresentar tenso nominal, na condio de operao para a qual o banco foi especificado. Em sistemas elicos, principalmente, alm da variao na carga, a mquina de induo est submetida a um torque primrio extremamente varivel, de acordo com o regime de vento do local, o que torna ainda mais crtico o problema de regulao de tenso. Em conseqncia, h a necessidade de utilizao de algum tipo de regulador de tenso que possa manter um nvel de suprimento CA prximo de um valor tolervel pela carga.

Este problema pode ser resolvido de vrias maneiras, como, por exemplo, utilizando-se reatores controlados a tiristores, ou chaveando bancos de capacitores, porm estas formas levam a diversos problemas operacionais, como a gerao de harmnicos e transitrios eletromagnticos devidos ao chaveamento. De forma alternativa, tem-se empregado como soluo para este problema, a insero de um banco de capacitores srie na sada da mquina de induo [5, 6], sendo esta uma forma mais simples e de menor custo, que regula a tenso para uma ampla faixa de variao, tanto da carga como da velocidade da mquina primria (turbina elica, motor de combusto interna, etc).

Energia Elica

A energia dos ventos uma fonte de energia renovvel, limpa e disponvel. A utilizao desta fonte energtica para a gerao de eletricidade, em escala comercial, teve incio h pouco mais de 30 anos e atravs de conhecimentos da indstria aeronutica os equipamentos para gerao elica evoluram rapidamente em termos de idias e conceitos preliminares para produtos de alta tecnologia. No incio da dcada de 70, com a crise mundial do petrleo, houve um grande interesse de pases europeus e dos Estados Unidos em desenvolver equipamentos para produo de eletricidade que ajudassem a diminuir a dependncia do petrleo e carvo. Mais de 50.000 novos empregos foram criados e uma slida indstria de componentes e equipamentos foi desenvolvida. Atualmente, a indstria de turbinas elicas vem acumulando crescimentos anuais acima de 30%, movimentando bilhes de dlares em vendas por ano. Logo, os sistemas de gerao elicos esto comeando a ser o centro das atenes, pois so de custos competitivos e fontes no poluentes e renovveis de energia quando comparados a outros sistemas de gerao (combustveis fsseis e nucleares) [7]. Na rea de gerao elica, os sistemas de velocidade varivel so mais atrativos do que os sistemas com velocidade fixa, pois um melhor rendimento do sistema pode ser obtido com a implementao de algoritmos seguidores de mxima potncia.

Um sistema elico pode ser utilizado basicamente em trs aplicaes distintas: sistemas isolados, sistemas hbridos e sistemas interligados rede. Os sistemas obedecem a uma configurao bsica, necessitam de uma unidade de controle de potncia e, em determinados casos, conforme a aplicao, de uma unidade de armazenamento. Os sistemas isolados de pequeno porte, em geral, utilizam alguma forma de armazenamento de energia. Este armazenamento pode ser feito atravs de baterias ou na forma de energia potencial gravitacional com a finalidade de armazenar a gua bombeada em reservatrios elevados para posterior utilizao. Alguns sistemas isolados no necessitam de armazenamento, como no caso dos sistemas para irrigao onde toda a gua bombeada diretamente consumida.

O estudo das caractersticas do vento em um local especfico est relacionado aos seus potenciais para produo de eletricidade, com o objetivo de substituir ou complementar os sistemas convencionais [4]. Dessa forma, o estudo da viabilidade econmica fundamental para toda instalao elica e pode ser subdividido em duas etapas: custos iniciais e custos anuais de operao e manuteno [8].

Como custos iniciais, podem-se listar o estudo da viabilidade tcnica e econmica do projeto e despesas com a compra e instalao dos equipamentos; j pelos custos anuais de operao e manuteno, respondem principalmente a troca de baterias, elementos utilizados para a acumulao da energia gerada quando esta no est sendo utilizada no momento, que tm vida til em torno de 4 anos, conforme informao dada pelo fabricante dos aerogeradores.Energia Biogs

Denomina-se biogs a mistura gasosa e combustvel resultante da fermentao anaerbica da matria orgnica realizada por bactrias metanognicas. A proporo dos gases na mistura depende de alguns parmetros como o tipo do digestor e o substrato a ser digerido. A mistura de gases essencialmente constituda de metano (CH4), com valores mdios na ordem de 55 a 65%, e por dixido de carbono (CO2) com aproximadamente 35 a 45% de sua composio. De forma geral, o biogs um gs incolor, geralmente inodoro (se no contiver demasiadas impurezas) e insolvel em gua.

A produo de biogs, utilizando-se resduos da criao animal, realizada pelos biodigestores, onde os resduos, no caso dos sunos so compostos pelo conjunto de fezes, urina, plos na gua da lavagem dos chiqueiros, o qual chamado de chorume. Os sunos, por exemplo, produzem uma quantidade, em torno de 72 litros de chorume por dia/cabea com uma Demanda Qumica de Oxignio (DQO) de 33 g/litro. Em uma anlise rpida, um suno produz 72 litros/dia, o que corresponde a uma carga orgnica de 2,376 kg de DQO. Considerando a eficincia do processo em 60,5%, a produo de metano em funo da carga orgnica seria da ordem de 0,504 m3/cabea dia, resultando na produo de biogs de 0,504/0,65 = 0,775 m3 de biogs/cabea de suno/dia [9].

De acordo com o engenheiro agrcola Roberto Carlos Priesnitz, de uma granja de sunos com 1.700 matrizes, a transformao do biogs em energia eltrica pode ser realizada de forma relativamente simples. O gs produzido no biodigestor canalizado para alimentar um motor comum de automvel, por exemplo, e este move um gerador eltrico. Uma propriedade de sunos com 100 matrizes produz 7.200 litros/dia de chorume e 77,5 m3/dia de biogs. Com isso possvel estimar a produo aproximada de biogs em funo da escala de produo de uma granja de sunos [10].

A presena de vapor de gua, CO2 e outros gases corrosivos no biogs in natura, constituem-se no principal problema para o armazenamento e, consequentemente, a produo de energia tornar-se vivel. A utilizao dos equipamentos, a exemplo de motores combusto, geradores, bombas e compressores apresentam vida til muito reduzida no sistema. A remoo da gua, do H2S e outros elementos corrosivos atravs de filtros e dispositivos de resfriamento, condensao e lavagem imprescindvel para a viabilidade de uso dos equipamentos a longo prazo.

O custo de produo da eletricidade com aproveitamento do biogs composto do capital investido na construo e manuteno do biodigestor e sistema motor/gerador.

A possibilidade do uso do biogs para a gerao de energia, trmica ou eltrica, agrega valor aos dejetos das propriedades rurais, diminui seus custos e possibilita uma viso sistmica do agronegcio, inclusive sob o ponto de vista da gesto ambiental. Entretanto, para que esta tecnologia no entre novamente em descrdito, devem ser tomados cuidados na transferncia desta aos produtores, aprimorando-se a assistncia tcnica, j que alguns erros, muitas vezes primrios, podem inviabilizar o processo [11].O metano gerado nos biodigestores pode ser aproveitado como fonte de energia trmica ou eltrica e usada em substituio aos combustveis fsseis (GLP) ou lenha, tendo como vantagem, ser uma fonte de energia renovvel. Alm dos aspectos ambientais; reduo na emisso de gases de efeito estufa, a produo de biogs pode agregar valor a produo, tornando-a auto-sustentvel economicamente, por meio da gerao de energia (trmica) e a valorizao agronmica do biofertilizante [12, 13].

No passado, o interesse pelo biogs no Brasil, teve seu pice nas dcadas de 70 e 80, especialmente entre os suinocultores. Mas uma srie de fatores causou o insucesso dos programas de biodigestores neste perodo. Aps 30 anos, os biodigestores ressurgem como alternativa ao suinocultor, graas disponibilidade de novos materiais para a construo dos biodigestores e, evidentemente, da maior dependncia de energia das propriedades em funo do aumento da escala de produo, da matriz energtica (automao) e do aumento dos custos da energia tradicional. A utilizao das mantas plsticas na construo dos biodigestores, material de alta versatilidade e baixo custo, o fator responsvel pelo barateamento dos investimentos de implantao e da sua disseminao.Aliado a isso se tem mudana ocorrida no clima nos ltimos anos, fazendo com que um grande nmero de pases europeus, em 1997, assinasse o Protocolo de Kyoto, na tentativa de amenizar o efeito estufa. Embora a medida parea ser muito atrativa, no se pode esquecer que o problema ambiental causado pelos efluentes de sunos e/ou aves, no resolvido apenas comercializando crditos de carbono; necessrio fomentar aes que sejam sustentveis, e que o produtor tenha a possibilidade de utilizar a energia, que est sendo desperdiada muitas vezes com a queima direta do biogs [14, 15].

Programas oficiais, lanados em 2005, estimulam a implantao de biodigestores focados principalmente, na gerao de energia e na possibilidade de participarem do mercado de carbono, resultando na diminuio do impacto ambiental e agregao de valor. O objetivo destes programas de reduzir a dependncia das pequenas propriedades rurais na aquisio de adubos qumicos e de energia trmica para os diversos usos (aquecimento, iluminao, resfriamento), bem como, reduzir a poluio e a emisso de gases de efeito estufa causado pelos armazenamento/tratamentos dos dejetos dos sunos em esterqueiras e lagoas e aumentar a renda dos criadores [16].

Tipos de uso do biogs para a produo de energia eltrica

Os sistemas de produo de sunos geram grandes quantidades de dejetos que podem ser tratados convertendo matria orgnica em biogs, que uma fonte alternativa de energia, para alimentao de motores acoplados a geradores de eletricidade. Salienta-se, porm, que apesar das perspectivas favorveis, a utilizao de biodigestores em propriedades rurais no foi bem difundida, devido falta de conhecimento e de informaes tecnolgicas ao seu respeito.

Estudos desenvolvidos por La Farge [17] e Bleicher [18], que avaliaram a gerao de energia eltrica com o uso do biogs, em propriedades produtoras de sunos, concluram a viabilidade tcnica e econmica deste tipo de gerao de energia.

A gerao de energia eltrica com o uso de biogs como combustvel, pode ser dividida em tecnologias distintas disponveis no momento, como o gerador/economizador de eletricidade e gerador de eletricidade [12].

Para o gerador/economizador de eletricidade o equipamento gera energia somente se estiver conectado rede de distribuio da concessionria de energia eltrica, deixando de funcionar se a mesma sofrer interrupo, o que elimina possibilidades de acidentes quando tcnicos estiverem trabalhando na manuteno nas redes eltricas externas. Neste caso a energia gerada distribuda na propriedade e na rede externa at o transformador mais prximo.

O motor fornece energia mecnica para o gerador que est acoplado a ele, que por sua vez transforma a energia mecnica em energia eltrica. Neste caso, a vantagem do gerador assncrono est no fato de que para o mesmo produzir energia, a rede deve estar energizada, e a energia produzida na mesma freqncia, o que permite ser disponibilizada na rede da concessionria local sem prejuzo tcnico para o sistema. O controle de entrada e sada de energia pode ser feito pelo medidor da concessionria, sendo que quando o circuito secundrio (da propriedade) recebe energia ele registra o consumo, quando a rede secundria fornece energia o medidor marca a sada da energia girando em sentido contrrio, isso acontece somente em medidores do tipo eletromecnico [19].

Deve-se salientar que o rendimento quando existe transformao da energia contida no biogs em energia eltrica gira em torno de 25%, contra 65% quando transformada em energia trmica. A seu favor, a energia eltrica tem o fato de ser um tipo de energia, de fcil utilizao e tambm, no caso, o biogs tem seu custo de produo bastante baixo.

Um estudo avaliando o potencial de produo de energia atravs do biogs integrada, na regio do meio oeste catarinense, concluiu que o consumo mdio de energia nas propriedades de (600 a 1.800 kWh/ms), tomando como base apenas a criao de sunos, (produo mdia de 50 m de biogs/dia). Teoricamente a capacidade de gerar energia por propriedade de 2.700 KVA/ms, o que equivale aproximadamente 2.160 kWh/ms. Com esta produo, as propriedades podem se tornar auto-suficientes em energia eltrica, adotando um sistema que seja capaz de gerar 25 KVA/h de potncia eltrica.O consumo de biogs observado gira entre 16 a 25 m/hora no sistema gerador/motor estacionrio para a gerao de energia eltrica, dependendo da potncia eltrica gerada. Uma propriedade, produtora de sunos, com capacidade de gerar de 80 a 100 m/dia de biogs, poder transformar essa quantidade de biogs em energia eltrica, produzindo entre 120 a 150 KVAh/dia. Considerando que uma propriedade gaste em mdia 1.000 kWh/ms, teria uma capacidade ociosa em torno de 3.000 kVAh/ms, isso com o conjunto trabalhando 6 horas/dia, em mdia. Para viabilizar o investimento o agricultor teria que encontrar formas de gastar este excesso de energia produzida, ou vender o excesso para a concessionria de energia, o que tecnicamente possvel.

O conjunto gerador de eletricidade consiste em um motor de combusto interna, fabricado ou adaptado para o uso do biogs como combustvel, acoplado a um gerador de eletricidade, independente da rede de energia eltrica da concessionria local. Neste caso, o conjunto independente da rede de energia eltrica local, gerando energia dentro de propriedade com o sistema de distribuio interno isolado.

Nas instalaes de biodigestores existentes na Frana, que geram energia eltrica isolada os geradores predominam em 100% das instalaes [17]. Os geradores de eletricidade, no Brasil, j so conhecidos h muito tempo e seu uso estabelecido em normas tcnicas especficas. O biogs pode substituir o GLP usado como fonte de aquecimento ambiental de avirios e salas de creche, sem prejudicar o conforto ambiental e o desempenho zootcnico dos animais.

Banco de Baterias

O uso de banco de baterias muito comum em pequenos sistemas hbridos, com a finalidade de armazenar energia quando a oferta das fontes renovveis excede a demanda de carga, para posterior utilizao. As baterias normalmente utilizadas so do tipo chumbo-cido, sendo tambm ocasionalmente usadas baterias de nquel-cdmio [20, 21]. A configurao do banco feita atravs de associaes em srie e em paralelo convenientes para obter-se a tenso e a corrente de interesse. As vantagens da utilizao de baterias so que elas esto prontamente disponveis e tm tecnologia consagrada. A desvantagem que as baterias so mais adaptadas para armazenar energia por longos perodos, como horas ou mais. Os fatores que devem ser considerados quando do uso de baterias incluem o tempo de vida, mtodos de monitorao do estado de carga, eficincia de entrada-sada, carga de equalizao e mxima taxa de carga.

MODELAGEM E SIMULAES

As pesquisas e trabalhos foram feitos nas dependncias do Departamento de Engenharia Eltrica da Universidade Federal do Mato Grosso do Sul, em Campo Grande.

Para simulaes do sistema utilizou-se o programa MATLAB/Simulink com dados e parmetros fornecidos pelo fabricante e/ou obtidos a partir do prottipo. O software Simulink desenvolvido pela companhia The MathWorks uma ferramenta para modelagem, simulao e anlise de sistemas dinmicos. Sua interface primria uma ferramenta de diagramao grfica por blocos e bibliotecas customizveis de blocos.

O sistema composto por uma turbina elica que gera energia para alimentar a carga, em caso de falta de energia o banco de baterias acionado para suprir a necessidade da demanda. Um gerador de induo acionado por motor de induo de combusto interna usando o biogs como combustvel est acoplado tambm ao sistema e em alguma eventualidade passa a gerar energia ao sistema, alimentando a carga e carregando o banco de baterias. O modelo simplificado mostrado na figura 2.

A fonte primria de energia para suprir o sistema a turbina elica, que para uma dada velocidade do vento gera um valor de potncia destinado a suprir a demanda de carga. O controle do sistema verifica a demanda requerida pela carga e controla a energia gerada. Em caso de demanda maior que a potncia gerada pela turbina elica, existe um banco de baterias acoplado ao sistema, que ento ir fornecer a energia que falta. Conforme se descarrega a bateria a turbina elica continua gerando energia, esta energia gerada em caso de ser maior do que a demanda, faz a recarga a bateria. No caso de uma demanda alta, ou situaes de falta de vento, quando o descarregamento da bateria atinge um valor inferior a setenta por cento de sua capacidade total de armazenamento, aciona automaticamente o gerador a biogs. Este ajuda a suprir a demanda do sistema, o gerador permanece ligado at que se atinja cem por cento da carga da bateria, sendo ento desligado (de modo automtico).

Figura 2 Modelo do sistema

Na figura 3 mostra-se o modelo da implementao do sistema para simulao no programa MATLAB/Simulink. Na seqncia esto descritos os principais itens.

Figura 3 Modelo equivalente gerado no MATLAB/SimulinkGerador Elico

Na modelagem da turbina elica foram utilizados dados obtidos referentes velocidade do vento em alguns dias, estes valores foram colocados em funo do tempo no bloco velocidade do vento. Estes valores so a entrada do bloco turbina elica que tem a sada representando a potncia gerada. Este bloco tem os valores da potncia de sada em funo da entrada da velocidade do vento, dimensionados de acordo com o modelo da turbina.

Banco de Baterias

Para utilizao da bateria no sistema utilizou-se um integrador, que funciona como um acumulador, este recebe os valores da demanda e potncia gerada durante a variao do tempo, atravs de blocos comparadores fez-se a comparao dos valores para aumento ou diminuio dos valores de carga da bateria.

Gerador Biogs

O gerador de induo movido a biogs foi modelado como uma entrada representando o combustvel, em um bloco que pode variar de acordo com esta entrada, para esta simulao em especfico considerou-se um modelo comercial de potncia fixa e sempre disponibilidade de combustvel necessrio ao seu funcionamento em caso de necessidade do seu uso.

Este gerador somente ir atuar quando a carga da bateria estiver com valor abaixo do especificado. A energia gerada alimentar a carga e tambm ser usada para carregamento da bateria.Controle

O controle do sistema foi feito atravs de comparaes entre as curvas de carga e geraes, este controle aciona e desliga o gerador biogs automaticamente conforme a necessidade do sistema.

RESULTADOS

Para a simulao da turbina elica foram utilizados os parmetros da turbina BWC EXCEL-S, Grid Intertie de 10 kW (tabela 1), que produz uma determinada potncia para uma dada velocidade do vento.

Tabela 1 Valores da turbina elica BWC EXCEL-S, Grid Intertie ( Fonte: Bergey [22])

Velocidade do vento (m/s)Potncia gerada (kW)

10,00

20,00

30,10

40,35

Velocidade do vento (m/s)Potncia gerada (kW)

50,77

61,32

72,06

82,96

93,99

105,06

116,29

127,65

138,96

148,88

158,55

168,22

177,85

187,52

197,15

206,82

No bloco que representa a entrada do vento na turbina foram inseridos valores observados da velocidade do vento durante o dia e ento feita uma mdia para intervalos de trinta em trinta minutos, conforme apresentado na tabela 2.

Tabela 2 Velocidade do vento durante um dia (Centro Brasileiro de Energia Elica, UFPE).

Hora do diaVelocidade do vento (m/s)Hora do diaVelocidade do vento (m/s)

00:006,4412:007,40

00:306,3012:307,46

01:006,3713:007,36

01:306,2813:307,55

02:006,3114:007,72

02:306,3014:308,06

03:006,2915:008,35

03:306,3015:308,49

04:006,2516:008,76

04:306,2916:309,00

05:006,2617:009,16

05:305,9517:309,13

06:005,7018:009,04

06:306,2118:308,91

07:006,9219:008,64

07:307,5919:308,21

08:007,6620:007,77

08:307,7020:307,38

09:007,7421:007,28

09:307,7921:306,98

10:007,8022:007,14

10:307,6722:306,80

11:007,6023:006,81

11:307,4723:306,44

Para a modelagem da carga utilizou-se o modelo da curva de demanda nacional, proporcionalmente para uma comunidade de 10 casas com demanda aproximada de 300 kW por ms, sendo aproximados 9 kW por casa em um dia, conforme tabela 3.

Tabela 3 Valores da demanda pelas horas do dia

Hora do diaConsumo dirio (kW)Hora do diaConsumo dirio (kW)

00:003,8812:004,54

01:002,5313:004,58

02:002,6314:004,60

03:002,6115:004,67

04:002,5416:004,76

05:002,5517:004,74

06:002,5618:004,83

07:002,7319:005,21

08:003,0920:005,68

09:003,3321:005,26

10:003,7522:005,16

11:004,3323:004,71

Total consumo dirio95,28

Com a utilizao destes dados como parmetros do sistema para uma simulao equivalente a 24 horas. A figura 4 mostra a curva da demanda do sistema e a gerao da turbina elica, com a utilizao dos dados anteriores e considerando um funcionamento de 24 horas.

Figura 4 Demanda do sistema e gerao da turbina elica.

Na figura 5 mostra-se a situao da carga da bateria, como a curva da gerao sempre inferior curva de carga do sistema, a carga da bateria est diminuindo. A situao da carga da bateria durante 120 horas, equivalente a 5 dias, apresentada na figura 6.

Figura 5 Carga da bateria

Figura 6 Carga da bateria

Na figura 7 mostra-se o despacho de energia completo do sistema. Nota-se na anlise das figuras 6 e 7 que o nvel de carga da bateria comea a subir j que o gerador a biogs foi ativado em aproximadamente 21 horas de funcionamento do sistema, onde a bateria atinge o ponto de setenta por cento de sua carga total. Quando o sistema est chegando a 26 horas de funcionamento, a bateria atinge novamente sua carga mxima, fazendo assim com que o gerador seja desligado.

Figura 7 Despacho do sistema

CONCLUSO

Atravs do despacho de energia do sistema durante 5 dias completos, considerando os parmetros dados, verifica-se que a carga da bateria varia muito, pois a demanda sempre maior do que a gerao da turbina elica, torna assim, imprescindvel a atuao do gerador de induo alimentado por biogs para fornecimento ininterrupto da gerao de energia da comunidade.Com esta modelagem e simulaes foi possvel obter as variaes das sadas de energia, e ento analisar o despacho de energia da comunidade em estudo apenas por intermdio da velocidade do vento durante o dia e com a curva de demanda de carga. Assim pode-se testar e modificar os parmetros do sistema at que se atinja o despacho mais eficiente, para ento viabilizar a implantao do projeto. No exemplo dado conclui-se um despacho eficiente, pois o gerador a biogs seria ento acionado apenas uma vez por dia, o que tem um significado bom, j que a fonte considerada principal neste caso seria a elica. O biogs pode ser aproveitado na comunidade de outras maneiras, como por exemplo, aquecimento, ou substituio ao gs natural ou lenha. Seria possvel tambm dimensionar uma turbina elica que conseguisse suprir a carga sem que seja descarregada a bateria, aumentando assim a vida til desta.Este projeto faz uma contribuio na anlise de implantao de sistemas hbridos, em regies afastadas, onde invivel a implantao da rede do sistema interligado, sem esquecer tambm a vantagem que este tipo de arranjo tem por apresentar a preocupao ambiental; adota a gerao elica, que tem impacto ambiental mnimo, e utiliza o biogs, que uma forma renovvel de obteno de energia atravs do aproveitamento de dejetos da prpria comunidade.REFERNCIAS[1] Silva, C. D.; Seraphim, O. J.; Teixeira, N. M., Potencial elico para bombeamento de gua na Fazenda Lageado, em Encontro de Energia no Meio Rural, pp. 1-9, Campinas, 2000.[2] Campos, F. G. R., Gerao de energia a partir de fonte elica com gerador assncrono conectado a conversor esttico duplo. So Paulo: USP, 2004. Dissertao (Mestrado em Engenharia), Universidade de So Paulo, 2004.

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