Energia Minieolica

Energia Mini-eólica ii

Índice

Objetivos do Módulo .............................................................................................................................. 1

1. Tecnologia de aerogeradores de pequena potência .......................................................................... 2

Introdução .......................................................................................................................................... 2

Definição de gamas ............................................................................................................................ 3

Conceitos básicos de aerodinâmica ................................................................................................... 3

Curva caraterística: a curva de potência ............................................................................................ 4

Critérios de classificação dos aerogeradores ..................................................................................... 5

1. Aerogeradores de eixo horizontal ............................................................................................................. 5

2. Aerogeradores de eixo vertical ................................................................................................................. 6

Componentes do aerogerador de pequena potência ........................................................................ 6

Rotor ............................................................................................................................................................. 7

Sistema de regulação de potência e da velocidade de rotação .................................................................... 7

Sistema de Frenagem .................................................................................................................................... 8

Sistema de Orientação .................................................................................................................................. 8

Gerador elétrico ............................................................................................................................................ 9

Controle eletrônico ....................................................................................................................................... 9

Torre suporte .............................................................................................................................................. 10

Normativa de mini-eólica ................................................................................................................. 10

Introdução ................................................................................................................................................... 10

Normativa internacional (CEI) ..................................................................................................................... 11

Trabalho da Agência Internacional da Energia (AIE) ................................................................................... 12

Experiências de fabricação na ALC ................................................................................................... 12

Resumo do capítulo 1 ....................................................................................................................... 13

2. Caraterização e avaliação do recurso eólico ..................................................................................... 14

O vento ............................................................................................................................................. 14

Fases para a caraterização ................................................................................................................ 15

Exploração ................................................................................................................................................... 15

Campanha de medidas ................................................................................................................................ 16

Parâmetros básicos ..................................................................................................................................... 17

Análise estatística inicial de dados .............................................................................................................. 17

Produção energética teórica ....................................................................................................................... 19

Outros ......................................................................................................................................................... 21

Caraterização do recurso eólico em ALC .......................................................................................... 22



3. Sistemas com mini-eólica .................................................................................................................. 24

Introdução ........................................................................................................................................ 24

Sistemas isolados <> sistemas conectados à rede ...................................................................................... 24

O acoplamento em potência como origem das configurações básicas ...................................................... 25

Possíveis componentes nos sistemas com mini-eólica .................................................................... 26

Outras formas de geração renovável: fotovoltaica e mini-hidráulica ......................................................... 26

Controle do sistema ou controle supervisor ............................................................................................... 27

Sistema de armazenamento de energia ..................................................................................................... 27

Grupo eletrógeno ........................................................................................................................................ 28

Os consumos ............................................................................................................................................... 29

Configurações básicas de sistemas com mini-eólica ........................................................................ 30

Sistemas conectados à rede ........................................................................................................................ 30

Sistemas isolados: sistemas com acumulação de energia elétrica; caminho em contínua ........................ 31

Sistemas isolados: sistemas eólico-diesel; caminho em alternada ............................................................. 32

Sistemas isolados: sistemas sem acumulação de energia elétrica ou grupo eletrógeno ........................... 34


4. Aplicações de mini-eólica .................................................................................................................. 37

Sistemas conectados à rede ............................................................................................................. 37

Acumulação: depende do quadro normativo ............................................................................................. 37

Controle: do aerogerador ........................................................................................................................... 38

Consumos: depende da gestão e do quadro de remuneração ................................................................... 38

Integração de mini-eólica em meio urbano: níveis de integração .............................................................. 38

Experiências em aplicações de mini-eólica conectada à rede na América Latina e no Caribe ................... 39

Sistemas isolados com acumulação em baterias ............................................................................. 39

Outras formas de geração renovável: fotovoltaica, muito frequente; hidráulica, menos .......................... 40

Acumulação: baterias .................................................................................................................................. 40

Controle: distintas possibilidades ............................................................................................................... 40

Grupo auxiliar: de apoio .............................................................................................................................. 41

Desenho de sistemas isolados híbridos ...................................................................................................... 41

Normativa para sistemas isolados híbridos ................................................................................................ 42

Experiências de eletrificação rural com sistemas com baterias e com pequena eólica na América Latina e no Caribe ..................................................................................................................................................... 43

Sistemas coletivos (mini-redes) com diesel. Sistemas eólico-diesel ................................................ 48

Outras formas de geração renovável: admite, mas não são frequentes .................................................... 48

Acumulação: curto prazo ............................................................................................................................ 48

Controle: supervisor .................................................................................................................................... 49


Grupo eletrógeno: imprescindível .............................................................................................................. 50

Consumos: convém incluir cargas reguláveis .............................................................................................. 50

Experiências de eletrificação rural com sistemas eólico-diesel na América Latina e no Caribe ................. 50

Sistemas eólico-água ........................................................................................................................ 53

Acumulação: armazena-se um produto da geração elétrica. ..................................................................... 53

Controle: imprescindível, mas simples........................................................................................................ 53

Grupo eletrógeno: pode existir ................................................................................................................... 53

Consumos: cargas reguláveis, não dedicadas ............................................................................................. 53

Experiências em aplicações de pequena eólica com água na América Latina e no Caribe ......................... 53


Glossário ............................................................................................................................................... 55

Bibliografia e referências recomendadas ............................................................................................. 57

Páginas da Internet ............................................................................................................................... 58

Índice de tabelas ................................................................................................................................... 59

Índice de ilustrações ............................................................................................................................. 59

Energia mini-eólica 1

Mini-eólica

Aerogeradores de pequena potência

Objetivos do Módulo A tecnologia de geração eólica está baseada no aproveitamento da energia cinética do vento. Este

aproveitamento foi realizado durante séculos na forma de energia mecânica em aplicações como barcos à vela, moinhos de vento, etc., mas foi durante o último século principalmente quando

começou a ser utilizado também para produzir eletricidade. Nas últimas décadas presenciamos um

desenvolvimento vertiginoso de grandes instalações eólicas conectadas à rede elétrica convencional, denominadas normalmente parques eólicos, e atualmente dedica-se muito esforço na implantação de

instalações semelhantes no mar (eólica offshore).

Contudo, apesar deste importante desenvolvimento da tecnologia de geração elétrica a partir do

vento em grande escala, existe outra gama de aplicação a uma escala menor, a qual se costuma denominar mini-eólica, ou tecnologia eólica de pequena potência.

O objetivo principal deste curso é familiarizar o leitor com a tecnologia eólica de pequena potência, particularmente em sua utilização na região ALC.

Para tanto, basicamente é necessário conhecer três áreas de conhecimento: a tecnologia eólica e,

mais concretamente, as particularidades da gama de pequena potência; a caraterização do recurso

eólico, fonte da qual procede a energia eólica; e, por último, os possíveis usos, os distintos sistemas a que se conecta um pequeno aerogerador.

Para a primeira área de conhecimento, serão revisados de forma simplificada os princípios essenciais

necessários para compreender como funciona a tecnologia eólica, para passar às particularidades da

tecnologia eólica de pequena potência. Apesar de que tanto a tecnologia eólica de pequena potência, quanto a de grande potência aproveitam o vento para produzir eletricidade, existem importantes

diferenças entre ambas aplicações relativas tanto à eficiência, quanto à viabilidade econômica e à caraterização do recurso.

Dentro da segunda área de conhecimento, o vento, o recurso eólico, será apresentado como conseguir informação sobre o recurso eólico, seja através de campanhas de medida de vento, ou

através de o uso de mapas eólicos, e como esta informação deve ser tratada. Esta revisão incluirá as ferramentas necessárias para calcular a energia gerada por um pequeno aerogerador.

Com relação à terceira área de conhecimento, o sistema, a aplicação, serão mostradas as

configurações mais frequentes em que se costuma instalar pequenos aerogeradores, com os outros

componentes que podem aparecer no sistema, tais como: gerador fotovoltaico, baterias, eletrônica de potência e consumos. Do mesmo modo, serão dadas as pautas para desenhar um sistema em que

se inclua este tipo de tecnologia.

Todos estes temas estarão enfocados na ALC. Inclui-se no curso uma atualização sobre a atividade

da mini-eólica na região no que se refere à fabricação, caraterização do recurso eólico e instalação.


1. Tecnologia de aerogeradores de pequena potência

Neste capítulo apresenta-se uma breve revisão dos conceitos fundamentais para entender o

funcionamento de um aerogerador, bem como as noções básicas para compreender as diferenças entre os distintos tipos de aerogeradores existentes. Considerando que este curso trata de sistemas

com energia eólica, o aerogerador será um componente sempre presente em nossas configurações.

Isto não significa que será sempre assim em um caso real. Em um caso real, seria necessário escolher a melhor solução de abastecimento elétrico, e esta pode incluir um aerogerador ou não. Mas

aqui somente serão estudadas, dentre todas as possíveis soluções, aquelas que incluem um aerogerador.

Introdução

Além do grande interesse despertado pelos grandes parques eólicos no gama dos multi-megawatt, os mercados para sistemas eólicos de pequena potência (tanto isolados, quanto conectados à rede)

podem resultar atrativos se os preços da eletricidade e dos combustíveis fósseis aumentarem ou, como ocorre em muitos países em vias de desenvolvimento, quando a distancia da rede elétrica mais

próxima é muito grande.

No entanto, apesar da maturidade alcançada no desenvolvimento dos grandes aerogeradores para

conexão a parques eólicos, o estado da arte dos pequenos aerogeradores está ainda distante da maturidade tecnológica e da competitividade econômica. Os custos médios para a atual mini-eólica

isolada variam entre 2500 e 6000 $/kW instalados, enquanto em aplicações de geração distribuída

um pequeno aerogerador pode variar entre 2700 e 8000 $/kW. Ambas gamas contrastam com os custos específicos de os grandes aerogeradores, que estão em torno de 1500 $/kW.

Com relação à análise do comportamento dos pequenos aerogeradores, a densidade de potência

média está entre 0.15 e 0.25 kW/m2, devido ao limitado potencial eólico disponível nos locais da mini-

eólica em comparação com as localizações típicas dos aerogeradores de grande tamanho.

A tecnologia da mini-eólica é claramente diferente da utilizada em grandes aerogeradores. Estas diferenças afetam a todos os subsistemas: principalmente ao sistema elétrico e ao de controle, mas

também ao desenho do rotor. A maioria dos aerogeradores de pequena potência existentes no mercado foram construídos de forma quase artesanal.

A mini-eólica tem um grande potencial, mas ainda existem desafios a superar. Existem normas específicas para a mini-eólica (como o padrão CEI 61400-2 para o desenho de aerogeradores de

pequena potência), e são também aplicados alguns padrões da eólica em geral, como o de medida da curva de potência ou o de medida de emissões sonoras; contudo, resta ainda trabalho pela frente no

campo normativo para conseguir incrementar a qualidade na fabricação destes equipamentos.

No entanto, o mercado é promissor tanto nos países em desenvolvimento, quanto em países

desenvolvidos, e tanto para aplicações conectadas à rede, quanto para aplicações isoladas.


Definição de gamas

Na seguinte tabela se apresenta a categorização das gamas comerciais de pequenos aerogeradores

em função da potência nominal, de poucos watt até 100 kW.

Tabela 1. Classificação de aerogeradores de pequena potência. (Fonte: CIEMAT)

Potência Nominal (kW) Área

varredura de rotor (m2)

Subcategoria

Pnominal < 1 kW A < 4.9 m2 Pico eólica

1 kW < Pnominal< 7 kW A < 40 m2 Micro eólica

7 kW < Pnominal< 50 kW A < 200 m2 Mini eólica

50 kW < Pnominal< 100 kW A < 300 m2 (por definir)

Os valores que definem as gamas e nesta categorização foram escolhidos a partir das normas

relacionadas com a mini-eólica. O valor de 40 m2 foi o limite estabelecido na primeira edição do

padrão CEI-61400-2, e é a gama prevista atualmente para integração no meio urbano; o limite de 200 m2 foi o estabelecido na segunda edição do mencionado padrão em 2006, e inclui a maior parte

de aplicações de mini-eólica. Finalmente, o limite de 100 kW é definido em alguns países como a máxima potência que se pode conectar à rede elétrica de baixa tensão. A gama da pico-eólica se é

normalmente aceita para aerogeradores de menos de 1 kW.

Conceitos básicos de aerodinâmica

A energia que pode ser extraída do vento é a energia cinética contida na corrente de ar. Quando o

vento passa através de um aerogerador, sofre uma diminuição de sua velocidade, pelo fato de perder

energia cinética, que é transformada em energia mecânica no eixo do aerogerador. Para obter toda a energia cinética, o vento deveria parar completamente atrás do rotor, deixando de passar através

do mesmo.

Do total da potência contida no vento, o máximo que pode ser aproveitado é um valor próximo a 60

%, limite conhecido como "limite de Betz", como homenagem ao pesquisador alemão A. Betz, que em 1927 estudou o comportamento de uma corrente de ar em um aerogerador. A fim de caracterizar

a eficiência aerodinâmica das aeroturbinas, define-se o “Coeficiente de Potência” como a relação entre a potência fornecida pela aeroturbina no eixo de giro, com relação à potência contida no vento

incidente no rotor da mesma. O coeficiente de potência é uma medida do rendimento da máquina e, como mencionado anteriormente, o valor máximo deste coeficiente de potência não pode superar o

limite de Betz.


A utilização de secções das pás com forma de perfil de asa demonstrou proporcionar elevados coeficientes de potência. Os perfis usados seguem a tecnologia aeronáutica de perfis de asas e de

rotores de baixa velocidade, ainda que recentemente tenham sido desenvolvidos perfis específicos

para geração eólica.

Curva caraterística: a curva de potência

A caraterística fundamental dos aerogeradores, com relação à caraterização energética, é a denominada “Curva de potência de um aerogerador”, que é a relação entre a potência elétrica

fornecida em função da velocidade de vento incidente. A curva de potência do aerogerador é a caraterística mais significativa de sua eficiência energética e nos permitirá calcular a energia que

pode fornecer em um local em que os dados do vento sejam conhecidos.

Na figura se representa uma curva de potência caraterística em que é possível distinguir os seguintes

valores:

Velocidade de conexão ou de arranque. Valor da velocidade média do vento para que o aerogerador comece a gerar energia elétrica.

Velocidade nominal. Velocidade média do vento a qual uma turbina eólica rende sua potência nominal. Ainda que tradicionalmente não exista um valor de velocidade do vento aceito de forma universal como velocidade nominal, a tendência é usar o valor de 11m/s. Não obstante, convém prestar atenção a este parâmetro nas folhas técnicas do aerogerador, quando se comparam aerogeradores distintos. A partir de esta velocidade de vento os sistemas de controle do aerogerador tratarão de manter a potência de saída de forma regulada.

Velocidade de corte ou de desconexão. Valor da velocidade do vento em que o sistema de controle de uma turbina eólica realiza sua desconexão. A partir desta velocidade do vento o

Ilustração 1. Curva de potência. (Fonte: CIEMAT)


aerogerador permanece parado e em posição de proteção contra ventos fortes. Esta caraterística, típica em aerogeradores de grande tamanho, não é tão frequente na mini-eólica.

A curva de potência será utilizada para o cálculo da energia produzida por um aerogerador em um

local, da forma que será descrita mais adiante no capítulo de avaliação do recurso eólico.

Critérios de classificação dos aerogeradores

Existem distintos modos de classificar os aerogeradores atendendo a caraterísticas como eixo de giro,

velocidade de rotação, tamanho, aplicação, etc. Uma primeira classificação das turbinas eólicas pode ser realizada atendendo à disposição do eixo de giro do rotor eólico. Podemos classificar as

aeroturbinas em dois tipos, segundo este critério:

1. Aeroturbinas de eixo Horizontal.

2. Aeroturbinas de eixo Vertical

1. Aerogeradores de eixo horizontal Os rotores de eixo horizontal se caracterizam por fazer girar sus pás em um plano perpendicular à

direção do vento incidente. A velocidade de giro das turbinas de eixo horizontal segue uma relação

inversa ao número de suas pás. Assim, as turbinas de eixo horizontal se classificam em turbinas com rotor multi-pá ou aeroturbinas lentas, e com rotor tipo hélice ou aeroturbinas rápidas.

Os rotores multi-pá se caracterizam por ter um número de pás que pode variar de 6 a 24 e, portanto,

uma solidez elevada. Apresentam grandes pares de arranque e uma baixa velocidade de giro. A velocidade linear na ponta da pá destas máquinas, em condições de projeto, é da mesma ordem da

velocidade do vento. Estas caraterísticas fazem com que a aplicação fundamental destas turbinas

tenha sido tradicionalmente o bombeamento de água. Não são utilizadas em aplicações de geração de energia elétrica devido a seu baixo regime de giro.

Os rotores tipo hélice giram a uma velocidade maior do que os rotores multi-pá. A velocidade linear

na ponta da pá destas máquinas varia em uma margem de 6 a 10 vezes a velocidade do vento. Esta

propriedade faz com que as aeroturbinas rápidas sejam muito apropriadas para a geração de energia elétrica. Os rotores tipo hélice apresentam um par de arranque reduzido que, na maioria das

aplicações, é suficiente para fazer girar o rotor durante o processo de conexão.


Ilustração 2. Aerogerador de eixo horizontal, bi-pá a barlavento

2. Aerogeradores de eixo vertical Dentre as aeroturbinas de eixo vertical, pode-se encontrar três tipos de tecnologias: Savonius,

Darrieus e Giromill.

As turbinas com rotores de eixo vertical têm a vantagem fundamental de não precisar de nenhum

sistema de orientação ativo para captar a energia do vento. Apresentam a vantagem adicional, com relação às turbinas de eixo horizontal, de dispor do trem de potência e do sistema de geração elétrica

a nível do solo, o que facilita muito o trabalho de manutenção. Como principais inconveniente estão a dificuldade de realizar a regulação de potência ante ventos altos neste tipo de turbinas, a flutuação

do par motor no giro da aeroturbina, bem como o menor rendimento do sistema de captação com relação às aeroturbinas de eixo horizontal. Estes inconvenientes quase levaram à extinção dos

modelos de eixo vertical. Mas nos últimos anos esta família de aerogeradores experimentou uma

ressurreição devido a sua possível utilização urbana, por suas teóricas melhores prestações para ser integrada em edifícios: produz menor nível sonoro, menor impacto visual, melhor comportamento

ante fluxo turbulento. São vários os fabricantes que, diante das boas perspectivas neste campo, aventuraram-se no projeto e fabricação de novos modelos, alguns deles já disponíveis

comercialmente.

Componentes do aerogerador de pequena potência

A seguir se apresenta um análise das soluções tecnológicas adotadas no desenho dos aerogeradores de pequena potência para cada um dos subsistemas do mesmo, analisando-se as opções mais

frequentemente utilizadas nos modelos existentes no mercado atual, e comparando-as com as soluções (quase sempre diferentes) utilizadas em grandes aerogeradores.

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Ilustração 3. Componentes de um aerogerador de pequena potência

Rotor

Se descreve nesta seção o rotor de aerogeradores de eixo horizontal. As turbinas podem ser projetadas para funcionar na configuração de barlavento (quando o rotor se encontra diante da torre)

ou sota-vento (quando o rotor se encontra atrás da torre).

A maior parte dos aerogeradores do mercado são aerogeradores de eixo horizontal a barlavento (o vento chega pela frente); nisto coincidem com os grandes aerogeradores, que são todos a

barlavento. A tecnologia utilizada varia de rotores de duas pás, a rotores de 6 pás, cobrindo todas as

soluções intermediárias: 3, 4, 5 e 6 pás. Os mais utilizados são os de três pás (esta é a opção escolhida também para os grandes aerogeradores), devido principalmente a seu melhor

comportamento dinâmico (são mais simples de equilibrar) e a um maior rendimento . Sem embargo, foram experimentadas configurações de aerogeradores de uma só pá (mono-pás) e aerogeradores de

duas pás, utilizando-se um maior número de pás nos aerogeradores de potência nominal inferior a

250W. O material das pás é quase sempre fibra de vidro/poliéster e, em alguns casos, madeira.

Existem além aerogeradores a sota-vento, cujo número está crescendo nos novos desenhos orientados à integração em zonas urbanas.

Sistema de regulação de potência e da velocidade de rotação Existe uma grande variedade de soluções utilizadas para regular a potência e a velocidade de giro

nos pequenos aerogeradores. Dentre elas se incluem:

“Sem regulação”, na qual o aerogerador é projetado para poder suportar as cargas produzidas em todas as condições de operação, incluídas as velocidades de giro que possam ser apresentadas no funcionamento a vácuo.

“Regulação por desorientação” na qual o eixo do rotor se desalinha no plano horizontal com relação à direção do vento incidente. Existem distintas soluções para que se produza esta

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desorientação do rotor, a mais utilizada é através de um desenho em que o centro de impulso do rotor não está alinhado com o centro do rolamento de orientação.

“Regulação por lançamento”, semelhante ao anterior, mas no qual o desalinhamento ocorre no plano vertical.

“Regulação por mudança de passo”. A mudança de passo ativa é a solução utilizada nos aerogeradores maiores, mas raramente é usada na mini-eólica, porque na maior parte dos casos se utilizam sistemas de mudança de passo passivos, nos quais a variação do ângulo de ataque das pás se produz através de sistemas centrífugos passivos.

“Regulação por perda aerodinâmica”, semelhante à utilizada em grandes aerogeradores, consiste em uma redução do coeficiente de potência a partir de certa velocidade de vento, que ocorre pelo comportamento das pás, sem necessidade de atuação externa.

O ponto fundamental na regulação da potência utilizada em pequenos aerogeradores foi tradicionalmente conseguir uma regulação adequada através de sistemas passivos, mecânicos, já que as soluções com mecanismos ativos, elétrico-eletrônicos, semelhantes aos utilizados nos aerogeradores de maior tamanho, ensejam desenhos mais complexos e, consequentemente, mais caros e com maior trabalho de manutenção. Por isso esta solução não se costuma usar em mini-eólica.

Sistema de Frenagem

Existe uma certa indefinição, pois na documentação técnica descritiva dos aerogeradores os fabricantes geralmente indicam o sistema de controle de voltas como sistema de frenagem o que, de

acordo com a definição da norma, seria correto, mas insuficiente para deter o aerogerador em todas as condições de funcionamento.

Nos aerogeradores que possuem apenas um sistema de frenagem, a solução geralmente se dá

através de curto-circuito do gerador elétrico. Quando se utilizam dois sistemas de frenagem, o

primeiro deles quase sempre é o freio mecânico, ou através de posicionamento das pás na posição de “bandeira”. Para o segundo sistema utiliza-se freio mecânico, ou por curto-circuito do gerador

elétrico, dependendo principalmente da solução utilizada para o primeiro sistema de frenagem.

Sistema de Orientação

As máquinas em posição de barlavento necessitam um sistema de orientação que mantenha a máquina alinhada com o vento, enquanto as máquinas orientadas a sota-vento e nas que o próprio

rotor atua como cata-vento, não necessitam um sistema de orientação.

O sistema de orientação utilizado em grandes aerogeradores é um sistema ativo, em que um sistema

eletrônico decide através de um algoritmo de controle quando e quanto girar a gôndola (parte superior do aerogerador, no alto da torre), atuando sobre um ou vários motores, a partir da medida

da direção do vento. Pois bem, este sistema é raramente usado na mini-eólica. O principal sistema de

orientação para os aerogeradores de pequena potência a barlavento é um sistema passivo, mecânico, denominado “por cata-vento de cauda”. O leme cata-vento de orientação utilizado é,

indistintamente, reto ou elevado (a fim de diminuir a ação do rotor sobre o leme).


Gerador elétrico

A maioria dos desenhos de pequena potência usam conexão direta entre o rotor do aerogerador e o gerador elétrico, sem existência de caixa de multiplicação, ainda que tenham sido localizados alguns

desenhos com uma multiplicadora de duas etapas.

Nos aerogeradores de micropotência (< 3kW) o tipo de gerador utilizado praticamente em todos os

desenhos é um alternador de ímãs permanentes (PMG, sigla em inglês) de 4, 6, 8 ou 10 pares de polos. No caso de aerogeradores na gama dos 3-30 kW, ainda que exista uma tendência generalizada

ao uso de PMG, também se utiliza a opção de geradores de indução.

Controle eletrônico Até agora foram comentados sistemas de regulação mecânicos e/ou passivos. Mas também são

utilizados sistemas de regulação eletrônicos, ativos, que atuam sobre a geração elétrica na saída do

gerador. Por um lado, deve-se considerar que os geradores elétricos utilizados hoje em dia são trifásicos, de tensão e frequência variáveis, enquanto os sistemas aos que serão conectado

normalmente demandam abastecimento em alternada (monofásico ou trifásico), sob tensão e frequência estáveis. Os elementos normalmente utilizados para conseguir esta adaptação podem

incluir:

Regulador ou controlador de carga. A fim de conectar esta saída elétrica aos sistemas em que serão instalados, costuma-se converter esta saída trifásica em corrente contínua, uma conversão realizada através de um conversor eletrônico chamado retificador. A opção mais utilizada é a de retificador não-controlado através de uma ponte de diodos. Normalmente localizado no mesmo quadro do retificador, o regulador de tensão possui a seguinte função: Desconexão por voltagem alta do caminho em contínua. A Desconexão por voltagem baixa do caminho em contínua a realiza o inversor na maioria dos casos. Possuindo a saída em contínua, encontram-se disponíveis no mercado principalmente dois modos de regulação eletrônica:

o Regulação série: com capacidade para controlar a potência gerada pelo aerogerador, de forma que trabalhe no ponto de máxima potência, ou regulando a geração se o sistema assim requer (como, por exemplo, em um sistema com bateria em que esta se encontre plenamente carregada), ou quando se ha alcançou e superou a velocidade nominal do aerogerador.

o Regulação paralelo: esta regulação limita a tensão em contínua a um valor estabelecido, derivando em uma resistência de dissipação toda a potência excedente. Utiliza-se principalmente para que o aerogerador não fique funcionando no vácuo, quando o sistema não demanda energia. O propósito da resistência de dissipação é eliminar o excesso de energia, convertendo-a em calor. As resistências de dissipação podem ser utilizadas tanto para aquecer água quanto ar, e isto é especialmente recomendável no caso de aerogeradores de mais de 5 kW, em que a quantidade de energia a dissipar pode ser importante.

Inversor. Os inversores convertem a energia CC em AC. Este dispositivo é necessário devido a que os módulos, baterias e a geração da maioria dos pequenos aerogeradores se transforma em energia CC, enquanto que a maioria das aplicações e dispositivos correntes requerem energia AC. Os inversores geralmente são dimensionados de acordo com sua


produção de energia contínua máxima. A maioria dos inversores, porém, são capazes de manejar energia adicional ao seu tamanho, mas apenas por curtos períodos de tempo. Esta capacidade de pico é útil para satisfazer as ocasionais subidas de carga, como quando um motor arranca. O inversor é o encarregado de produzir o fornecimento em alternada com a tensão e a frequência requeridas pela aplicação e, portanto, são diferentes para um sistema isolado em comparação com um sistema conectado à rede.

Torre suporte Com relação ao tipo de torre encontramos uma ampla dispersão, usando-se torres estaiadas e

autossustentável, tubulares e de treliça. É prática habitual que o fabricante ofereça diferentes tipos de torres, de acordo com as caraterísticas do local. O mesmo ocorre com relação à altura da torre.

Assim, encontramos casos em os que o mesmo modelo é oferecido com torres de 6 a 40 metros.

Normativa de mini-eólica

A inclusão da geração eólica de pequena potência realizou-se, tradicionalmente, confiando no comportamento que os fabricantes e os distribuidores ofereciam. Este comportamento inclui aspectos

diferentes, tais como a produção, a segurança, ruído, entre outros. Mas assegurar a qualidade se

está convertendo cada vez mais em um ponto especialmente interessante nos sistemas renováveis, de modo que com frequência suspeita-se se realmente o comportamento dos aerogeradores de

pequena potência é o esperado, devido à falta de referências normativas e de informação objetiva. As normativas existentes foram desenvolvidas principalmente para grandes aerogeradores conectados à

rede em parques eólicos, mas isto não significa que não sejam de aplicação na geração mini-eólica.

Nesta seção serão revisadas as normas e recomendações existentes com relação à geração mini-eólica.

Introdução

Um aspecto comum tanto ao desenvolvimento de novas formas de geração mini-eólica, quanto à melhoria das já existentes, é a necessidade de fiabilidade e qualidade dos novos equipamentos: isto é

fundamental para conquistar a confiança dos usuários finais, ainda mais quando estes são pessoas

físicas individuais, não profissionais do mundo da geração elétrica, por tratar-se de geração de pequena potência. Para tanto, a existência de uma normativa adequada, unida aos pertinentes planos

de promoção da tecnologia uma desenvolvida, é uma peça chave. Mas existe outro aspecto, não menos importante, que reclama a presença de uma normativa acorde

com esta tecnologia de mini-eólica: a segurança e conforto. Quando se considera novamente que os

usuários destes equipamentos em geral não serão profissionais qualificados, mas o público em geral, cobram ainda mais importância aspectos como a segurança tanto física quanto elétrica (um acidente

é especialmente indesejável), e conforto (deve causar o mínimo transtorno ao usuário e à sociedade em que se instale, o que se reflete em aspectos como o impacto visual ou o ruído).

Os aspectos normativos e legislativos dos aerogeradores de pequena potência afetam tanto a conexão de aerogeradores de pequena potência a sistemas de geração isolada, quanto a

interconexão à rede elétrica convencional.


Ainda que certamente sejam muito poucas as normas existentes referentes especificamente à mini-eólica, são muitas as normas que direta ou indiretamente afetam esta forma de geração elétrica. A

seguir serão revisadas as que se consideram de maior importância, começando pelo bloco de normas

relacionadas com a geração eólica e seguindo com aquelas normas particulares da aplicação (sistema isolado ou sistema conectado à rede).

Normativa internacional (CEI) A seguir revisa-se a família de padrões 61400 da CEI relativos a aerogeradores de pequena potência.

Todos eles afetam a tecnologia mini-eólica porque é “eólica”, mas aqui se analisa o grau em que contemplam as particularidades da mini-eólica nos principais padrões:

61400-1: 2005. “Requisitos de desenho”; orientada a grandes aerogeradores conectados à rede; as peculiaridades com relação a requisitos de desenho para pequenos aerogeradores estão reunidas na norma CEI 61400-2, ainda que esta norma se refira aos aerogeradores de mais de 200 m2 de área varrida de rotor, dentro da gama da mini-eólica.

61400-2: 2a Ed: 2006, “Requisitos de desenho para pequenos aerogeradores”, é a única norma que foi especificamente elaborada para a tecnologia mini-eólica (de área varrida de rotor menor que 200 m2). Trabalha-se na elaboração da terceira edição; nela se estuda a possibilidade de incorporar os padrões nacionais desenvolvidos nos EUA e no Reino Unido dentro da norma CEI. O padrão norte americano surgiu como um processo de certificação mais simples, mais barato e menos restritivo do que a norma CEI. No Reino Unido se adotou o padrão americano quando ainda estava em processo de revisão, introduzindo apenas mudanças menores (no teste acústico e na necessidade de que o processo de medida fosse verificado por um centro credenciado, o que não figurava no padrão norte americano). Também no Canadá este padrão está sendo adotado.

61400-11: 2004. “Técnicas de medida de ruído acústico”. Com um anexo dedicado a pequenos aerogeradores.

61400-12-1: 2005 “Medida da curva de potência de aerogeradores produtores de eletricidade”. Conta com um Anexo H dedicado à medida da curva de potência em pequenos aerogeradores, mas comparte todo o procedimento de equipamentos e medida com o dos grandes aerogeradores.

61400-22 Certificação de aerogeradores. Define os requerimentos para a certificação do aerogerador completo, fazendo referência a boa parte dos outros padrões definidos para os diferentes componentes. Substitui a norma WT01. De momento não contempla o caso de mini-eólica, ainda que se conceba incluir um anexo no futuro (somente em inglês).

Pode observar-se que praticamente toda a normativa existente foi elaborada para a conexão à rede

convencional de grandes aerogeradores, o que resulta lógico quando se analisa o descomunal desenvolvimento que esta tecnologia experimentou nos últimos anos. Ocorre que a tecnologia mini-

eólica, e somente por ser “eólica”, foi incluída nestas normativas que, claramente, não correspondem a ela na maior parte dos aspectos (escala, investimento, rentabilidade, funcionamento,

caraterização,…).


Trabalho da Agência Internacional da Energia (AIE)

Dentro do Acordo de Energia Eólica da Agência Internacional da Energia (AIE), foi aprovada a Tarefa 27, denominada “Desenvolvimento e utilização de uma etiqueta de qualidade para

Pequenos Aerogeradores”. O principal objetivo desta Tarefa é incentivar o sector industrial a melhorar a fiabilidade dos pequenos aerogeradores e, portanto, também seu comportamento.

O trabalho nesta tarefa foi iniciado em 2009 e, de forma totalmente inovadora, realizou-se junto com

o trabalho do equipamento de manutenção (MT2) da terceira edição da norma CEI 61400-2, sobre requerimentos de desenho de pequenos aerogeradores.

Como consequência do trabalho realizado nesta tarefa, além da proposta de etiqueta internacional

para pequenos aerogeradores, surgiu a Associação de Testadores de Aerogeradores de Pequena Potência (SWAT, siglas em inglês), com alguns centros da ALC interessados em participar.

Experiências de fabricação na ALC

Como conclusão desta seção tecnológica, apresentam-se a seguir algumas experiências existentes na

ALC no que se refere a fabricação de aerogeradores de pequena potência. Destaca-se que, além da

distribuição dos modelos de pequenos aerogeradores mais conhecidos a nível internacional, esta região possui uma série de fabricantes locais. A seguir se apresenta uma amostra de fabricantes da

região que, sem pretender ser completa, considera-se representativa da atividade existente:

Argentina: é certamente o país mais ativo na atividade de fabricação mini-eólica, com 18 fabricantes identificados de tecnologia mini-eólica. Dentre eles cabe destacar a Giacobone, empresa focada do desenvolvimento desta tecnologia há anos basicamente em aplicações de eletrificação rural, e o INVAP, um grupo industrial que mais recentemente se dedica ao desenho e fabricação de pequenos aerogeradores principalmente para uso em aplicações industriais.

Brasil: considerando que se dedica ao desenvolvimento da tecnologia eólica de grande tamanho, sua atividade em mini-eólica é ainda reduzida, ainda que com grandes perspectivas. Alguns dos fabricantes existentes são: Enersud, Altercoop, Eletrovento.

México: Aeroluz, uma empresa que surgiu no centro tecnológico de Monterrey, e Fuerza Eólica, são alguns dos fabricantes mexicanos.

Nicarágua: Blue Energy é uma experiência muito interessante de empresa fabricante com tecnologia de fabricação de um aerogerador de 500W, que nasceu em um Projeto Piloto de transferência tecnológica (baseado no desenho de Scoraig Wind Eletric) financiado pela agência dinamarquesa, Alianza em Energia e Ambiente (AEA), em 2005.

Peru: Waira, um fabricante local de distintos tipos de tecnologia mini-eólica, e Soluções Práticas, cuja atividade na mini-eólica surgiu também a partir de um projeto de cooperação tecnológica da ONG ITDG.

Outras experiências de fabricantes estrangeiros na ALC: Vergnet mantém a fabricação da mini-eólica nas Antillas Francesas, enquanto o fabricante espanhol Bornay instala uma fábrica de pequenos aerogeradores na Venezuela.

http://www.scoraigwind.com/

http://www.scoraigwind.com/


Resumo

Neste primeiro capítulo foram apresentados brevemente conceitos para compreender e utilizar a tecnologia de geração eólica, tais como a potência cinética incluída no vento, ou o coeficiente de

potência, que nos aportam uma estimação de como atua o captador eólico no momento de aproveitar

esta potência. Apresentou-se igualmente a curva caraterística principal de qualquer turbina eólica: a curva de potência, autêntica identificação do equipamento quando se trata de realizar uma

caraterização energética, e que será utilizada para o cálculo da produção energética em um local determinado.

A partir destas noções básicas da tecnologia eólica em geral, passa-se a enfocar a tecnologia aplicada na mini-eólica, os aerogeradores de pequena potência. Para tanto, revisam-se as soluções técnicas

normalmente utilizadas em pequenos aerogeradores e, mais concretamente, em seus componentes principais: o rotor, o sistema de regulação de potência e da velocidade de rotação, o sistema de

frenagem, o sistema de orientação, o gerador elétrico, o controle eletrônico e a torre.

Inclui-se uma seção sobre a normativa existente aplicável à tecnologia de geração eólica de pequena

potência, um aspecto muito importante para garantir o correto funcionamento e uma qualidade apropriada. Revisa-se tanto a normativa de aplicação da Comissão Eletrotécnica Internacional, quanto

as recomendações elaboradas pela Agência Internacional da Energia.

Por último, conclui-se este capítulo dedicado à tecnologia mini-eólica com um repasso das

experiências de fabricação deste tipo de tecnologia na América Latina e no Caribe. Diferentemente de outras tecnologias renováveis, a geração mini-eólica pode ser fabricada em países em

desenvolvimento, e são numerosas as experiências existentes na região de estudo: nesta seção são mostradas algumas das mais representativas.


2. Caraterização e avaliação do recurso eólico

Nesta seção se descreve a forma com a qual normalmente se caracteriza o recurso eólico em um

local do ponto de vista matemático. A partir desta caraterização, mostra-se também o procedimento típico de avaliação, bem como o método mais utilizado para avaliar a energia produzida por um

aerogerador em um local determinado, a partir da caraterização do recurso realizada.

O vento

Os ventos são correntes de ar motivadas pelo aquecimento desigual da atmosfera devido à

radiação solar incidente. As diferentes temperaturas do ar criam zonas com diferentes pressões atmosféricas. Como consequência desta desigualdade de pressões, produz-se um movimento das

massas de ar, das zonas de alta pressão às zonas de baixa pressão. Associado ao movimento de uma massa há uma energia, denominada energia cinética, que depende de sua massa e sua velocidade.

O vento, considerado como um recurso energético, é uma fonte com grandes variações temporais,

tanto em pequena quanto em grande escala de tempo, bem como espaciais, tanto em superfície

quanto em altura. Isso quer dizer que podemos encontrar grandes variações de um dia para o outro e, ao mesmo tempo, de um local para outro que não esteja muito distante.

Devido a grande variabilidade do vento é bastante complexa a avaliação do recurso eólico de um

local, o que requer campanhas de medida com coleta de dados do vento e períodos de medida

longos para poder realizar uma avaliação adequada.

Parte do total da energia contida no vento é captada pelas turbinas eólicas e transformada em energia mecânica no eixo. A potência mecânica (P, expressa em watts) que chega ao aerogerador

depende dos seguintes fatores:

Do tamanho do aerogerador (A, área de captação em m2). A potência disponível é diretamente proporcional à área de captação.

Da densidade do ar (ρ, em kg/m3): razão pela qual quanto mais elevado seja o local, a potência disponível é menor, para uma velocidade de vento determinada.

Da velocidade do vento elevada ao cubo (v, em m/s). Esta relação cúbica faz com que a dependência deste parâmetro seja muito marcada.

De acordo com a seguinte expressão:

Equação 1. Potência do vento

Importante


Fases para a caraterização

As fases que podem surgir em uma caraterização e avaliação completa do recurso eólico em um local são as seguintes:

1. Exploração: análise da informação disponível.

2. Seleção de locais: para a localização da(s) torre(s) de medida.

3. Campanha de medidas: o que medir, por quanto tempo, com que equipamentos, etc.

4. Controle de qualidade dos dados medidos, com objeto de detectar os erros e corrigi-los.

5. Parâmetros básicos da avaliação: que informação é a mais interessante.

6. Análise estatística inicial de dados: cimo sintetizar esta informação.

7. Produção energética teórica de um aerogerador no local.

8. Outros.

A seguir serão brevemente descritas algumas destas fases (as ressaltadas), considerando de antemão

que a caraterização do recurso eólico é bem diferente em sistemas com aerogeradores de

potência muito pequena (geralmente de menos de 10 kW), do que a realizada para os aerogeradores maiores, dentro da gama da geração mini-eólica. Enquanto para os aerogeradores

maiores o procedimento seguido é semelhante ao que se usa para parques eólicos, incluindo a maior parte das etapas descritas a seguir, no caso dos aerogeradores menores a caraterização se foca

exclusivamente na etapa de Exploração, omitindo-se o resto de etapas até o cálculo da Produção energética teórica de um aerogerador no local.

Exploração

A fase de exploração, a procura da informação disponível para a caraterização do recurso eólico, resulta especialmente importante em aplicações com aerogeradores de pequena potência, em que,

como se verá mais adiante, é frequente omitir a etapa da Campanha de medidas. A exploração se foca na informação disponível, que variará muito em função do lugar para o qual se pesquise a

informação. Algumas fontes típicas de informação podem ser: informação histórica local, pesquisa de

bibliografia existente, indicadores naturais, fontes de medidas locais, aeroportos, centrais de geração, redes ambientais, etc.

Não obstante, a pesquisa destas fontes frequentemente é insuficiente para a caraterização do recurso eólico, porque algumas delas não existem ou a informação de outras é tendenciosa. Nos últimos anos

a informação proveniente de atlas eólicos está se fortalecendo como fonte de dados preferida para a etapa de Exploração (cada vez é mais frequente utilizá-los), informação proveniente de institutos

nacionais de meteorologia, e/ou modelos numéricos meteorológicos.


Campanha de medidas

A informação obtida na etapa de Exploração não deixa de ser uma primeira aproximação à caraterização do recurso eólico, considerando que o recurso eólico pode experimentar importantes

variações em distancias próximas. Esta aproximação é considerada suficientemente apropriada no caso dos aerogeradores de menor potência (omitindo as etapas posteriores), enquanto para os

aerogeradores maiores é frequente usar uma campanha de medidas. A razão para esta diferenciação

é o custo de fazer campanhas de medida de vento, tanto em dinheiro (o custo não varia muito em função do tamanho da geração em valor absoluto, de modo que para os aerogeradores menores

representa um grande esforço com relação ao custo do sistema), quanto em tempo (1 ano).

A medida do vento é realizada com os instrumentos denominados anemômetros e cata-ventos. A velocidade do vento é medida com os anemômetros, enquanto os cata-ventos medem a direção de

onde provém o vento. Existem diferentes tipos de anemômetros, os mais utilizados para a avaliação

do potencial eólico para aerogeradores de pequena potência são:

Anemómetros de copo. O anemômetro possui três ou quatro copos montados simetricamente ao redor de um eixo vertical. A velocidade de rotação é proporcional à velocidade do vento incidente.

Anemômetros de hélice. O anemômetro possui uma hélice montada em um eixo horizontal. As caraterísticas de resposta deste tipo de anemômetros quando o vento não é perpendicular ao plano de rotação, são relativamente baixas, de modo que são menos adequados do que os anemômetros de copos.

A direção do vento é medida normalmente com os cata-ventos, que consistem em um dispositivo

montado sobre um eixo vertical que se move seguindo o vento quando este muda de direção. Na figura se representa um anemômetro de copos e uma cata-vento típico usado na avaliação de

recursos eólicos

Ilustração 4. Anemômetro de copos e cata-vento. (Fonte: CIEMAT)

Para a realização de uma prospecção eólica de aerogeradores de pequena potência, os anemômetros

e cata-ventos costumam ser colocados em torres suporte a uma altura mínima de 10 metros sobre o

solo. É muito recomendável situar ao menos dois níveis de sensores para poder obter informação da variação vertical do perfil de velocidades (corte do vento), o que nos permitirá otimizar a escolha da

altura da torre dos aerogeradores.


Em aplicações convencionais da energia eólica (não para meios urbanos), as torres de medida se situarão em lugares bem expostos a todas as direções e distantes de obstáculos (árvores, casas,

etc.), para evitar a perturbação dos mesmos na medida do vento; em aplicações em meio urbano não

está definido um procedimento de medida, devido a sua complexidade, de modo que continua sendo um campo de pesquisa.

É recomendável coletar amostras de valores do vento a cada 1 ou 2 segundos, e realizar médias em

intervalos de 1 minuto (para aerogeradores pequenos) ou 10 minutos (para aerogeradores de maior tamanho).

Para poder ter uma referência da densidade do ar no local se recomenda realizar medidas de pressão atmosférica e temperatura, para o que são utilizados barômetros e termômetros, respectivamente.

Para estes valores é suficiente a coleta de medidas horárias.

Parâmetros básicos Quando para um local determinado pretende-se avaliar a possibilidade de utilização da energia eólica,

a primeira ação requerida é quantificar o potencial do vento no mesmo. Normalmente utilizam-se

valores estatísticos considerados em pelo menos um ano, para considerar as variações ao longo de todas as estações. Os valores utilizados são:

Valor médio da velocidade do vento: O primeiro valor que dará informação sobre o recurso eólico é a velocidade média anual do vento. Devido à dependência da potência com o cubo da velocidade, o valor médio do vento aporta uma primeira informação muito importante para considerar um local eólico. Do mesmo modo, em sistemas isolados da rede elétrica convencional, será de muita utilidade conhecer tanto os valores médios mensais, que nos darão informação sobre as variações sazonais da velocidade no local, quanto as variações de vento ao longo do dia (dia tipo), o que permitirá conhecer a complementariedade da energia eólica com outras fontes energéticas, como a energia solar, e sua relação com os consumos.

Valores médios de temperatura e pressão ambiente. Variam muito mais lentamente do que a média de vento.

Variação da velocidade do vento com a altura (perfil vertical). Devido principalmente ao atrito da corrente de ar com a superfície terrestre, há também uma variação da velocidade do vento com a altura sobre o solo, que geralmente é crescente. Assim, a utilização de torres altas é vantajosa, pois permite aproveitar os ventos das camadas mais altas. Contudo, isto nem sempre é possível nas aplicações com pequenos aerogeradores. Esta variação costuma ser representada através de uma função potencial ou através de uma função logarítmica.

Turbulência. Pequenas variações do vento sobre o valor médio. Em ambientes urbanos é possível que as variações são importantes.

Análise estatística inicial de dados

Além dos valores médios, as representações estatísticas mais utilizadas para a caracterização do vento são a distribuição por orientação das direções e a distribuição por frequências das


velocidades. A informação das direções predominantes de onde vem o vento será fundamental para escolher a localização dos aerogeradores. A representação mais utilizada da distribuição direcional

dos ventos é a chamada “rosa dos ventos” do local, na que se representa a porcentagem de tempo

em que o vento provém de uma determinada direção (a direção do vento se refere sempre ao lugar de onde procede a corrente de ar, vista do ponto de referencia). Às vezes se reflete na rosa dos

ventos a distribuição de velocidades médias do vento para cada setor direcional.

Na figura se proporciona uma “rosa dos ventos” para um local determinado.

Ilustração 5. Distribuição de direções. Rosa dos ventos. (Fonte: CIEMAT)

A distribuição por frequência de velocidades é obtida a partir de medidas realizadas no local e

nos indica para cada intervalo de vento (por exemplo, entre 5 e 6 m/s), a porcentagem do tempo em

que o vento sopra e a velocidade do vento dentro do intervalo considerado. Com esta informação, compõe-se um histograma com as ocorrências de cada intervalo. A forma deste histograma pode ser

obtida através de uma função, a função de distribuição de probabilidades do vento, de modo que se facilitam os cálculos de forma notável. As funções de distribuição mais utilizadas no ajuste da

distribuição de probabilidades do vento são as funções de distribuição de Rayleigh e, principalmente,

de Weibull, cuja expressão determina-se por:

Equação 2. Função de probabilidade de Weibull

Onde: • v: é a velocidade do vento para a que se quer calcular a probabilidade de ocorrência • k: parâmetro de forma da distribuição de Weibull • c: parâmetro de escala da distribuição de Weibull • P(v) representa a probabilidade de que ocorra uma velocidade de vento, v

A vantagem de utilizar a função de distribuição de probabilidade, ao invés do histograma, é que em um local determinado apenas necessitamos conhecer os dos parâmetros da função de Weibull (na

Importante


realidade conhecer o parâmetro k e a velocidade média é suficiente, pois o parâmetro c pode ser calculado a partir deles) para poder calcular a probabilidade de que ocorra uma determinada velocidade de vento neste local. Esta informação será utilizada posteriormente no cálculo da Produção energética de um aerogerador.

Na seguinte representação se observa como um histograma elaborado a partir das medidas de vento em um local é obtido por uma função de distribuição de probabilidade. Mostra-se o caso da aproximação através das funções de Weibull e de Rayleigh.

Ilustração 6. Distribuições de Weibull, Rayleigh e histograma de velocidades. (Fonte: CIEMAT)

Produção energética teórica A energia produzida por um determinado aerogerador, caraterizado por um curva de potência, em

um determinado local, caraterizado por uma função de distribuição de probabilidade de

velocidades de vento, é obtida multiplicando, em primeiro lugar e para cada velocidade de vento, o valor da curva de potência pelo valor da função de distribuição para essa velocidade de vento e, em

segundo lugar, somando todos os resultados obtidos. Este processo é, na realidade, uma integração do produto da curva de potência pela função de distribuição de velocidades de vento, e o resultado é

a energia média produzida, que é o parâmetro com o qual se caracteriza a energia gerada por um

aerogerador em um local. Este procedimento é realizado geralmente com algum programa de computador ou com uma folha de cálculo.

No seguinte exemplo mostra-se como seria realizado o cálculo da energia

gerada por um aerogerador de 1 kW de potência nominal, cuja curva de potência é determinada pela segunda coluna, em um local de 5 m/s de

velocidade média anual de vento, com parâmetros da função de distribuição de

Exemplo


probabilidade (Weibull) de k =2 e c = 5.61 m/s, que estaria representada pelas

probabilidades apresentadas na terceira coluna, calculadas através da Equação 2.

O cálculo faz-se como segue: em primeiro lugar, multiplica-se, para cada intervalo (bin) de velocidade de vento (neste caso de 1 m/s de largura), o valor

da potência (segunda coluna) pela probabilidade de ocorrência desse vento

(terceira coluna), armazenando-se o resultado na quarta coluna; em segundo lugar, somam-se todos os resultados obtidos, obtendo a potência média

produzida pelo aerogerador nesse local (66.14W no exemplo). Para obter a energia produzida durante um período, não é mais necessário multiplicar a

potência média obtida pelo número de horas desse período; quando se trata

de um ano, o cálculo seria: 66.14 W x 8670 horas/ano = 579,369.9 Wh=579 kWh.

Utilizou-se como exemplo a folha de cálculo HYCAD, de Bergey.

Destaca-se que esta etapa é comum em qualquer tipo de aerogerador, independentemente de como

se realizou a caraterização do recurso eólico. Isso quer dizer que tanto quando se trata de um aerogerador pequeno, nos quais apenas se realizou a etapa de Exploração, como quando se trata de

um aerogerador maior e foram realizadas todas as etapas, a etapa do cálculo da Produção energética teórica é realizada da mesma forma. A diferença será que, no primeiro caso, trabalha-se com uma

função de distribuição de probabilidade de velocidades de vento (Weibull) estimada a partir de, por

exemplo, um atlas eólico da região, enquanto no segundo caso a função de distribuição de probabilidade utilizada terá sido calculada a partir dos dados medidos in situ. Porém, o procedimento

de cálculo é o mesmo com relação ao cálculo da produção energética.

Bin Velocidade do vento (m/s) Potência (W) Possibilidade de vento (f) Net W @ V 1 0 12.53% 0.00 2 2 20.50% 0.36 3 19 21.99% 4.25 4 53 18.35% 9.66 5 110 12.55% 13.77 6 202 7.21% 14.56 7 329 3.52% 11.59 8 465 1.47% 6.86 9 614 0.53% 3.26

10 772 0.17% 1.28 11 939 0.04% 0.42 12 1,053 0.01% 0.11 13 1,080 0.00% 0.02 14 1,053 0.00% 0.00 15 1,009 0.00% 0.00 16 961 0.00% 0.00 17 913 0.00% 0.00 18 869 0.00% 0.00 19 825 0.00% 0.00 20 781 0.00% 0.00

Total: 98.88% 66.14


Que informação é necessária para o cálculo da

produção de um aerogerador em um local?

A informação básica é a seguinte:

- Curva de potência do aerogerador, proporcionada pelo fabricante (quando obtida por uma entidade independente, melhor).

- Velocidade média do vento do local, para cada mês do ano, preferivelmente. NUNCA DIGA: “NÃO TENHO DADOS”. Sefalta outra

informação, sempre é possível utilizar os dados obtidos na internet:

http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/. - Parâmetros da função de Weibull; quando não os conhecemos,

podemos supor que k = 2 para lugares interiores, 3 para lugares costeiros, e 4 para ilhas, enquanto que o c é calculado dividindo a velocidade média

do período por 0.89.

Outra informação que influi no resultado:

- Altitude do lugar: afeta a densidade do ar, que diminui com a altitude. Pode ser usada a seguinte expressão:

densidade = 1.225*(1-altitude (m)*0.0000918) em Kg/m3

- Altura da bucha do aerogerador e altura em que foram medidos os

dados do vento utilizados, para considerar o perfil vertical do vento. Utilizando a representação da variação com a altura do vento através de

uma lei potencial, a expressão seria:

Onde

V1: velocidade do vento à altura h1 V2: velocidade do vento à altura h2

: expoente de corte (costuma tomar valores entre 0.14 e 0.20)

Outros Para o nível de familiarização perseguido neste curso, considera-se que o que foi apresentado até

agora é suficiente. No entanto, e a título de cultura eólica, agrega-se, para concluir, a seção de

caraterização do recurso eólico, considerando que existem mais tarefas relacionadas, como seria a de selecionar o local ideal para o aerogerador, dentro da região de estudo. Para tanto, é necessário uma

extrapolação espacial do recurso eólico a partir da digitalização da topografia do terreno. Existem ferramentas comerciais disponíveis para esta finalidade.

Resumo

http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/


Caraterização do recurso eólico em ALC

Comentou-se nesta seção que o recurso o eólico para mini-eólica normalmente se caracteriza, em

primeira instancia, através da elaboração de mapas ou atlas eólicos da região. Felizmente, durante os últimos anos cada vez há mais as regiões e países com mapas deste tipo. Assim, por exemplo, a

Argentina, Bolívia, Brasil, Chile, Cuba, México, Peru ou Uruguai dispõem de mapas eólicos nacionais

ou regionais. Os mapas realizados são distintos entre si, tanto pela forma em que foram realizados, quanto pela informação que proporcionam, mas desde logo representam um avanço diante da

inexistência de informação sobre o recurso eólico no local que desejamos analisar. Na seguinte ilustração apresentam-se alguns destes mapas, a modo de exemplo.

Estes mapas eólicos contrapõem a limitação que representa o uso da tecnologia mini-eólica em

programas de eletrificação a grande escala, pois a caraterização do recurso eólico apresenta uma dificuldade sensivelmente maior do que a do recurso solar neste tipo de aplicações.

Neste sentido, sempre é possível partir da informação existente na base de dados gratuita da NASA (http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/), que nos proporciona dados de partida para qualquer local. A

partir desta informação genérica, quanto mais especifica e próxima seja a informação que consigamos, melhor será a caraterização do recurso eólico do nosso local.

Ilustração 7. Exemplos de mapas eólicos em ALC

(Fonte: http://dger.minem.gob.pe/atlaseolico/PeruViento.html; http://www.cresesb.cepel.br/publicacoes/index.php?task=livro&cid=1)

http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/

http://dger.minem.gob.pe/atlaseolico/PeruViento.html

http://www.cresesb.cepel.br/publicacoes/index.php?task=livro&cid=1


Resumo

Neste capítulo aborda-se a caraterização do recurso eólico, tema fundamental para entender a

geração a partir da energia eólica. Após uma primeira e breve introdução ao conhecimento do vento e dos principais parâmetros envolvidos no cálculo da potência cinética (área de captação, densidade

do ar e, principalmente, velocidade do vento, pois a relação com esta é cúbica), apresentam-se as

etapas que podem ser incluídas em uma caraterização completa do recurso eólico em um local.

Inicia-se com a Exploração da informação existente, observando, no caso de aerogeradores de pequena potência (sobretudo para os menor), que é frequente saltar desta etapa diretamente à

etapa de cálculo da Produção energética do aerogerador, o que não ocorre com aerogeradores

maiores, em que se percorrem as outras etapas com maior frequência. A fonte de dados surge com mais força nos últimos anos é a realização de mapas ou atlas eólicos para as regiões ou os países em

que se quer fomentar o uso desta tecnologia.

Outras etapas importantes na caraterização do recurso eólicos são: a Campanha de medidas, com a

escolha das variáveis a medir, os equipamentos a utilizar e os locais em que é mais conveniente a medida; a seleção dos Parâmetros Básicos e da Análise estatística da informação, que nos conduzem

à elaboração da Rosa dos ventos e da função de distribuição de probabilidade de velocidades de vento (a de Weibull principalmente), como representações estatísticas mais comuns do recurso eólico

em um local; para finalmente concluir com o objetivo principal deste capítulo e um dos pontos importantes do curso: o cálculo da Produção energética de um aerogerador em um local. Logo,

descreve-se o processo, incluindo um exemplo de aplicação e concluindo com um resumo com a

informação essencial necessária para a execução deste cálculo.

Por último, apresenta-se um breve resumo da atividade de caraterização do recurso eólico na região ALC através de mapas e atlas eólicos, oferecendo a disponibilidade deles em boa parte dos países

implicados.


3. Sistemas com mini-eólica

Introdução

Os aerogeradores de pequena potência (mini-eólica) são usados principalmente em duas áreas:

Sistemas autônomos (também chamados isolados, ou não-conectados à rede): são aqueles que não estão conectados a nenhuma rede elétrica de grande tamanho e são,

portanto, responsáveis pelo controle e pela frequência do sistema. Em função do tamanho do sistema, as soluções tecnológicas para sistemas eólicos isolados são:

o Sistemas híbridos, baseiam seu funcionamento na presença da bateria. Geralmente incluem também geração fotovoltaica e permitem um grande leque de

possíveis aplicações e usos, incluindo os sistemas eólicos domésticos, de pequena

potência para uso individual.

o Sistemas eólico-diesel, com mais de 50 kW geralmente, normalmente utilizados

em redes já alimentadas por centrais diesel.

o Sistemas sem acumulação elétrica ou grupo, nos quais o funcionamento não

está baseado na presença de um grupo eletrógeno, em que se armazena um produto

obtido a partir da geração eólica. São típicas deste grupo as aplicações com água ou calor-frio.

Geração Distribuída, sistemas compostos por pequenos geradores conectados a grandes redes elétricas, em que há um operador do sistema que se encarrega do controle geral (esta

aplicação é chamada com frequência de conexão à rede). No caso dos sistemas conectados à

rede, as possibilidades são também numerosas, em função do espaço disponível e das restrições legais e econômicas, ainda que não apresente tanta dispersão em quanto a

configurações, dado que a presença da rede determina o comportamento do sistema.

Sistemas isolados <> sistemas conectados à rede

A rede elétrica representa, do ponto de vista elétrico, uma série de vantagens de funcionamento para os sistemas de geração elétrica com energias renováveis de modo geral, especialmente os eólico, que

se conectam a ela: em primeiro lugar, a estabilidade elétrica (entendida como a manutenção da

frequência e da tensão do sistema dentro de umas gamas definidas) é controlada pelo operador da rede, alheio ao desenho do sistema que se conecta à rede, evitando assim a necessidade de que seja

o próprio sistema o encarregado de manter ambos parâmetros (facilitando, definitivamente, o controle); por outra parte, as necessidades de armazenamento são mínimas, o que permite prescindir

de um dos elementos mais complicados do sistema de geração elétrica: a acumulação. Estas vantagens facilitaram o grande desenvolvimento das máquinas conectadas à rede.

Contudo, historicamente a maior parte de aerogeradores elétricos estiveram conectados a sistemas isolados da rede. Estes geradores eólicos eram de pequeno tamanho, normalmente menores de 5

kW, e estavam tradicionalmente situados em zonas em que a rede elétrica convencional não está disponível.

Hoje em dia, as formas de proporcionar eletricidade a uma aplicação que não disponha de rede elétrica convencional são três:


A extensão da rede até nossa aplicação: em função da distancia da rede mais próxima, a

orografia, a potência elétrica,..., seria calculado o custo desta opção. A instalação de um grupo eletrógeno: permite a geração isolada com uma tecnologia

conhecida e testada, mas com inconvenientes de manutenção, fornecimento de combustível

e ruído, principalmente.

Há poucos anos, estas eram as únicas soluções disponíveis. Agora existe uma terceira, que

consiste na inclusão de energias renováveis. Esta solução pode ser independente (somente renovável) ou complementar a do grupo eletrógeno.

Para concluir esta breve análise comparativa entre sistemas isolados e sistemas conectados à rede,

convém destacar que a tendência esperada das redes elétricas convencionais, a geração distribuída, assemelha-se cada vez mais ao comportamento dos sistemas isolados. Ainda que possa parecer uma

incongruência, pois são sistemas que dispõem de rede elétrica convencional, o certo é que na medida

em que aumenta a potência distribuída frente à potência centralizada, a rede tende a comportar-se cada vez mais como um grande sistema isolado.

O acoplamento em potência como origem das configurações básicas Para os sistemas conectados à rede, como já se comentou, a rede se encarrega do acoplamento em

potência (nesta escala de geração, a rede é considerada ideal: a rede é capaz de assumir toda a potência que lhe seja fornecida e é capaz de fornecer toda a potência que se lhe seja demandada),

de modo que este não é um aspecto que o desenhador da instalação deve considerar, resultando

assim o sistema mais simples.

Não ocorre o mesmo ao desenhar uma planta isolada com energia renovável, em que o principio do acoplamento em potência é básico para conseguir manter a estabilidade elétrica. Na ausência de

qualquer tipo de armazenamento, a potência fornecida pelo sistema de geração renovável deve

igualar-se à consumida pelas cargas. Entretanto, não existe essa coincidência de maneira natural, já que as renováveis, como o vento, tendem a produzir um fornecimento com um marcado carácter

intermitente, enquanto os consumos requerem perfis mais estáveis, ainda que também com variações que dependem das aplicações. O desafio básico é, portanto, criar alguma arquitetura e

estratégia de controle para o sistema que permita alcançar o equilíbrio de potência. Há três maneiras de conseguir este acoplamento:

1. Gestão da geração: o objetivo é fornecer à planta a potência que necessite em cada momento. Isso se traduz em uma solução híbrida, geralmente com energia solar e

eólica, que necessariamente inclui algum meio de armazenamento de energia elétrica de longo prazo (normalmente baterias), podendo incluir também algum grupo eletrógeno.

Aplica-se onde os consumos a alimentar são principais ou dedicados, isso é, devem ser

atendidos quando o usuário o requeira. 2. Gestão do consumo: o objetivo é variar a caraterística do consumo para que siga a

geração de potência. Isto pode ser conseguido regulando a potência dos consumos. Esta gestão obviamente somente pode ser utilizada em aplicações nas quais não existam

consumos principais, sendo os consumos reguláveis pelo sistema (são atendidos quando o

sistema decide). 3. Gestão integrada: aplica-se o controle nos dois lados. Neste caso, no sistema coexistiriam

consumos principais, que necessitam ser atendidos quando o usuário o deseja, e consumos reguláveis, gerenciados pelo controle central do sistema.

Cada uma destas três estratégias de gestão enseja um tipo de solução, definindo assim os três tipos

básicos de sistemas isolados que foram introduzidos anteriormente e que serão utilizados tanto neste

capítulo, quanto no seguinte:


1. Sistemas com baterias, híbridos: corresponde-se com a gestão da geração, são sistemas de pequena potência (<50kW), e solucionam as necessidades de eletrificação rural

de pequena potência e as necessidades de aplicações isoladas.

2. Sistemas sem acumulação elétrica: neles se aplica a gestão do consumo. Solucionam a necessidade de acesso à água através de sistemas de bombeamento e/ou

dessalinização, e também em aplicações de geração de hidrogênio ou geração combinada eólico-hidráulica.

3. Sistemas eólico-diesel: aplicam uma gestão integrada. Esta solução costuma ser adoptada em sistemas de maior potência, nos quais uma gestão energética apropriada é

muito recomendável. Solucionam as necessidades de núcleos de população de certo tamanho

e são aplicados aos problemas propostos pela geração distribuída.

Possíveis componentes nos sistemas com mini-eólica

Nas seções anteriores descreveu-se tanto a tecnologia de geração eólica de pequena potência, quanto o recurso eólico a partir do qual funciona. O conhecimento necessário para familiarizar-se

com a tecnologia de geração eólica de pequena potência se completa com a aplicação, a configuração em que será incluída esta geração eólica. Nesta seção descrevem-se os outros

componentes que podem fazer parte da configuração a que se une a geração mini-eólica, enquanto na próxima seção serão descritos com mais detalhe as aplicações típicas em que se utiliza esta forma

de geração.

Em sistemas com mini-eólica conectados à rede, com frequência não existe outro componente além

do aerogerador, das proteções e dos contadores. Em sistemas com mini-eólica isolados da rede a situação é diferente, contando com os seguintes componentes:

1. O aerogerador

2. Outras formas de geração renovável

3. Controle do sistema

4. Sistema de Armazenamento de energia

5. Grupo eletrógeno

6. Consumos

O aerogerador já foi descrito extensamente em seções anteriores, de modo que passam-se a

descrever os demais componentes, mas de uma forma muito mais resumida.

Outras formas de geração renovável: fotovoltaica e mini-hidráulica

Neste módulo enfoca-se a geração mini-eólica, mas se tivéssemos que estudar os sistemas isolados com renovável, geralmente deveríamos incluir outras formas de geração, dentre as que sobressai a

geração fotovoltaica. Até hoje a tecnologia renovável mais utilizada em sistemas isolados foi a fotovoltaica e tudo leva a crer que esta tendência se manterá e inclusive aumentará no futuro. De


fato, quando se propõe incluir geração eólica de pequena potência em um sistema isolado, normalmente é como apoio à geração fotovoltaica, e não como um substituto.

Além da geração fotovoltaica é destacável outra forma de geração muito atrativa em sistemas de geração isolada: a geração mini-hidráulica. Quando o recurso hidráulico está disponível, é muito

provável que a solução ideal inclua a geração hidráulica (sozinha ou com outras fontes de geração). Ocorre que o recurso hidráulico não está tão estendido como o eólico, e muito menos como o solar.

Nesta seção não estas duas tecnologias de geração não serão descritas, porque considera-se que

existem outros cursos dedicados a elas de fácil acesso (dentro deste mesmo curso existem módulos

dedicados a estas tecnologias). Para o desenhador de sistemas isolados com renováveis, é muito recomendável dispor do conhecimento destas tecnologias para poder inclui-las na análise de um

possível sistema híbrido, sabendo-se quais devem ser incluídas e de que forma em cada caso.

Controle do sistema ou controle supervisor De todos os componentes presentes em um sistema isolado, talvez seja o controle o mais

dependente do tamanho (i.e., custo) da instalação. Assim, para os sistemas de pequena potência,

recorre-se a controles mais simples, a fim de não encarecer o sistema. Na medida em que o tamanho do sistema é maior, são introduzidos sistemas de controle mais sofisticados, até chegar ao controle

de sistemas eólico-diesel, em que é frequente encontrar sistemas de controle baseados em PC, com a possibilidade de realizar uma gestão energética do sistema e de utilizar sofisticados algoritmos de

controle.

O principal problema para o controle de sistemas de geração elétrica isolados com renováveis é que

sejam capazes de assegurar o fornecimento elétrico apesar de as grandes variações na potência gerada, causadas pela natureza intermitente das fontes renováveis, mantendo ao mesmo tempo

voltagem e a frequência dentro de limites aceitáveis. Ademais, a otimização da operação representa a

escolha da melhor combinação de componentes para conseguir um balanço no fluxo de energia, cumprindo metas previamente estabelecidas e respeitando os limites e as restrições que a operação

do sistema impõe.

Separam-se os aspectos relacionados com o controle em duas escalas temporais: os relacionados com o controle dinâmico na escala de segundos ou milissegundos (controle de tensão e frequência,

estabilidade de rede, etc.); e os relacionados com a estratégia de operação, na escala de vários

segundos a horas (para otimizar a operação do sistema).

O controle engloba por sua vez dois âmbitos: hardware e software. O hardware se caracteriza pelo tipo de computador e sus caraterísticas. A interface com a planta a controlar (interface de processo)

e com os operadores (interface homem-máquina) são partes importantes do hardware e afetam os

programas de aplicação (software) relacionados com as operações de Entrada/Saída de cada interface. O software se divide em Sistema Operativo (SO) - para cada ordenador há vários SO

disponíveis no mercado - e programas de aplicação, que são algoritmos do sistema de controle. Normalmente os algoritmos de controle se desenvolvem off-line, utilizando programas de

desenvolvimento.

Sistema de armazenamento de energia

A utilização conjunta de energias renováveis com sistemas de armazenamento sempre esteve

associada a sistemas renováveis autônomos ou isolados da rede, já que a necessidade de abastecer


100% da demanda de energia independentemente do recurso instantâneo obrigava a dispor de um sistema de armazenamento.

Se fizermos uma simples classificação dos distintos sistemas de armazenamento existentes de acordo

com a tecnologia, teremos: Sistemas eletroquímicos: nesta tecnologia inclui-se todos os tipos de baterias

convencionais (chumbo-ácido) e avançadas desenhadas para melhorar a densidade da

potência e energia. Sistemas eletromecânicos: armazenadores cinéticos baseados nos volantes de inércia

convencionais fabricados em aço, ou nos avançados fabricados com materiais compostos. No

caso de volantes de aço de baixa rotação (de 3.000 a 5.000 rpm), este tipo de sistemas normalmente se acopla diretamente ao eixo que une o motor diesel e o gerador síncrono, ou

através de uma transmissão mecânica que permite variar sua velocidade em uma margem

estreita. No caso de volantes de velocidade variável e normalmente maior, estes estão acoplados eletricamente através de um conversor eletrônico bidirecional que permite variar a

velocidade de rotação do volante em uma margem de largura (de 30.000 a 50.000 rpm), podendo dispor de mais energia útil. A autonomia normal de operação pode alcançar alguns

minutos dependendo da potência requerida.

Sistemas de armazenamento de energia através da água: a água é bombeada a certa

altura para logo ser turbinada quando se requeira a energia.

No entanto, devido à necessidade de dispor de sistemas de armazenamento específicos dependendo da aplicação, da autonomia requerida ou de sua potência, foram desenvolvidos nos últimos anos

outras tecnologias de armazenamento que atualmente se apresentam em versões pré-comerciais, em projetos de demonstração ou inclusive já são comercializadas. Dentre todas elas, sem duvida é a

combinação de armazenamento de hidrogênio com pilha de combustível a que alcançou uma maior

notoriedade e a que apresenta melhores perspectivas de utilização. É importante mencionar, contudo, que hoje em dia, e para aplicação em sistemas eólicos isolados, seu custo ainda costuma

ser muito elevado, de modo que se continua utilizando em sistemas de pequena potência as baterias eletroquímicas, ou os volantes de inercia para sistemas eólico-diesel.

Como conclusões com relação ao armazenamento, destacam-se:

O armazenamento de energia costuma ser o fator fundamental ao

implementar sistemas de alimentação isolados com energias renováveis. Antes de escolher o tipo e o tamanho do sistema de armazenamento, deve-se

considerar o objetivo.

Na maior parte de os casos, as baterias são ainda a tecnologia mais competitiva.

Grupo eletrógeno O grupo eletrógeno é a forma clássica de obter energia elétrica em uma aplicação isolada da rede

elétrica. Portanto, trata-se de sistemas que, com uma manutenção e uso adequados, são muito fiáveis. Apesar de suas vantagens, apresenta um inconveniente básico em aplicações isoladas, que é

a necessidade de deslocamento para reposição de combustível e manutenção preventiva. Isto faz com que em situações determinadas deixem de ser competitivos com relação a outras soluções, além

das questões ambientais de contaminação atmosférica e ruído.

Resumo


Tradicionalmente o grupo eletrógeno foi visto como a “concorrência” das energias renováveis, porque costuma ser a opção com a qual se compara no estudo econômico. Mas outro enfoque pode ser

aplicado, aquele que vê ao grupo eletrógeno como um mercado para as energias renováveis, em que

os potenciais clientes já estão identificados, bem como seus consumos (evitando um trabalho que nem sempre resulta fácil).

Hoje em dia existe um grau de eletrificação a escala mundial de grande importância tanto com

relação ao número de unidades, quanto ao número de personas eletrificadas desta forma, que consiste no fornecimento elétrico com um grupo eletrógeno. O grupo pode funcionar

permanentemente ou por um número limitado de horas por dia.

Os grupos eletrógenos estão formados por um motor de combustão interna que move um gerador

elétrico. Possuem também um sistema de refrigeração, depósito de combustível, bateria de arranque e painel de controle. Existem diferentes tipos de grupos, segundo o combustível com o que

funcionam: diesel, gasolina, propano e biocombustível. Os grupos eletrógenos apresentam a

vantagem de fornecer energia sobre a demanda sem necessidade de baterias. Comparados com os aerogeradores e os módulos fotovoltaicos, os grupos que funcionam com combustíveis fósseis têm

baixos custos de capital inicial, mas altos custos de operação e manutenção.

Os consumos A caracterização dos consumos é a primeira tarefa a ser realizada ao abordar o desenho de um

sistema híbrido isolado: é o componente do sistema que mais influi sobre o desenho. Para realizar o

desenho, é preciso saber qual é: A carga pico: os componentes do sistema, especialmente as proteções, o fiação e o

condicionamento de potência, devem ser dimensionados de modo que o sistema possa

fornecer a carga pico sem sofrer dano. A carga média: a média da carga conduzirá ao tamanho dos componentes de produção de

energia e pode também influenciar na escolha dos componentes.

A distribuição anual e diária da carga: As cargas do verão e as diurnas favorecem o FV. As

cargas de inverno são mais apropriadas para grupos eletrógenos e quanto há muito vento no os aerogeradores são uma boa opção. Se os recursos eólicos e solares se complementassem

sazonalmente (por exemplo, se o recurso do vento fosse melhor durante a estação de baixa

insolação) então um sistema híbrido FV-vento pode ser muito apropriado. A qualidade do serviço necessário: a qualidade do serviço se refere à capacidade dos

sistemas de satisfazer a carga devido às variabilidades das fontes solares e eólicas. Para um

sistema com 100% de energias renováveis o custo pode ser excessivo quando a qualidade do serviço é muito alta. Se os componentes do sistema, especialmente o armazenamento, estão

dimensionados para o caso mais adverso possível, o sistema deverá abranger todos os outros

componentes.

É fundamental ter os consumos do modo mais definida possível, para que o desenho se adeque ao posterior uso. Não obstante, nem sempre é fácil dispor de todos os dados necessários, de modo que

existe uma tendência a tentar aglomerar todos possíveis casos em poucos casos, que constituem os

consumos tipo.

O primeiro ponto que deve ser destacado com relação aos consumos de um sistema isolado é a eficiência energética. Se em aplicações conectadas à rede é importante, no caso de sistemas com

energias renováveis é crucial, tanto que o investimento que representa utilizar dispositivos mais eficientes compensa rapidamente o aumento do investimento que seria necessário na geração


renovável se fossem utilizados equipamentos convencionais normalmente utilizados no setor residencial, ou seja, não eficientes.

Configurações básicas de sistemas com mini-eólica

Nas seções anteriores identificou-se as seguintes configurações de sistemas com mini-eólica, que serão objeto de estudo nesta seção:

Sistemas conectados à rede. Sistemas isolados da rede: sistemas com acumulação de energia elétrica.

Sistemas isolados da rede: sistemas eólico-diesel. Sistemas isolados da rede: sistemas sem acumulação de energia elétrica, nem grupo

eletrógeno.

Sistemas conectados à rede

A configuração mais comum de mini-eólica conectada à rede é a apresentada na figura:

Ilustração 8. Configuração típica para mini-eólica conectada à rede. (Fonte: CIEMAT)

Os componentes que aparecem na configuração são os foram apresentados no capítulo 1, na descrição da tecnologia mini-eólica. Isso quer dizer que a conexão elétrica de mini-eólica à rede não

representa maiores complicações do ponto de vista técnico do que a adequação dos parâmetros do inversor com os da rede. A situação do ponto de vista normativo e administrativo é muito distinta,

porque depende muito do lugar da instalação. Assim, existem zonas em que existem quadros normativos que favorecem claramente a conexão da mini-eólica à rede, como nos EUA, Reino Unido

ou Japão, e lugares onde a falta de um quadro normativo dificulta e até chega a impedir a conexão.


Sistemas isolados: sistemas com acumulação de energia elétrica; caminho em contínua

Não é simples definir o que é o “caminho de potência em contínua” (bus DC, em inglês) ou, de forma mais precisa, não é simples definir qual sistema possui caminho em contínua e qual não. O

caminho em contínua costuma ser típico de sistemas de pequena potência (geralmente sistemas de potência menor do que 10 kW). Estes sistemas costumam utilizar baterias como sistema de

armazenamento. Assim, os sistemas com caminho em contínua geralmente estão associados com

aqueles que incorporam baterias. Contudo, não é imprescindível a presença de baterias para que um sistema incorpore o caminho em contínua.

Considerando que os aerogeradores de pequena potência geram normalmente em corrente

alternada, é necessário um equipamento retificador para os sistemas com caminho em contínua. Do mesmo modo, devido a que hoje em dia a maior parte dos consumos são também em alternada, é

necessário um equipamento inversor neste tipo de sistemas.

Uma vantagem importante do caminho em contínua é que pode ser utilizado como coletor de

distintas tecnologias (fotovoltaica, vários aerogeradores, ou inclusive outras como pilhas de combustível,…) de forma simples, já que utilizar uma frequência nula (corrente contínua) representa

a imposição de um único parâmetro: a tensão de trabalho.

Funcionamento de sistemas com acumulação de energia elétrica

Nestes sistemas a bateria desenvolve um papel fundamental: além do evidente papel que desempenha como sistema de acumulação de energia, atua também como sistema de regulação de

tensão. Na ilustração 9 observar uma das configurações utilizadas em sistemas com acumulação de energia elétrica.

A bateria é uma fonte de tensão estável, que mantém a tensão contínua dentro de uma gama relativamente pequena (tensão nominal ± 20 %). Os demais os componentes, aerogerador e/ou

gerador fotovoltaico, se amoldam à tensão imposta pelo balanço energético em bornes da bateria. Não é necessário um controle externo para que se produza o balanço de potência, porque as leis de

Ilustração 9. Esquema de funcionamento básico de sistema isolado com armazenamento de energia elétrica. (Fonte: CIEMAT)

Importante


balanço elétrico, junto com a variação da impedância da bateria, governam o balanço energético o tempo todo.

Contudo, o funcionamento descrito pode ser denominado funcionamento normal, isso é, quando a bateria não está nem muito carregada, nem muito descarregada. O funcionamento nestes dois

estados de carga da bateria, que poderíamos denominar funcionamentos especiais, é diferente. Os fabricantes de baterias aconselham que seja evitado, na medida de o possível, que a bateria continue

sendo carregada quando já está carregada e que a continue sendo descarregada quando está descarregada. Isto porque se reduz a vida da bateria.

Isto explica a presença dos reguladores eólicos e fotovoltaicos. Sua missão é proteger a bateria diante da situação de sobrecarga. Neste caso, detectado normalmente pela consecução de uma

elevada tensão da bateria, os reguladores devem impedir o carregamento ilimitado da bateria. Para tanto, podem impedir a passagem de potência à bateria, ou limitar a passagem de potência à bateria,

permitindo somente a passagem da potência necessária para manter o balanço energético e a bateria

em estado de carga completa (assim fazem os reguladores mais finos).

Sistemas isolados: sistemas eólico-diesel; caminho em alternada Outra opção, ou outro tipo de caminho, é o caminho em alternada; nestes casos, é possível a

passagem por contínua da geração ao consumo, inclusive é possível a presença de baterias, mas o acoplamento das distintas tecnologias é feito em alternada, não em contínua, e o armazenamento

tem um curto prazo. O caso típico de sistemas com caminho em alternada é o dos sistemas eólico-

diesel.

Nestes sistemas a conexão do aerogerador costuma ser diretamente em alternada, e o grupo diesel desempenha um papel essencial no funcionamento do mesmo (diferentemente dos sistemas de

pequena potência, que são um elemento de apoio).

Funcionamento de sistemas eólico-diesel

Na seguinte figura é possível ver um esquema de um sistema eólico-diesel padrão, que será utilizado

para explicar o funcionamento deste tipo de sistemas:


.

Ilustração 10. Esquema de funcionamento básico de sistema isolado eólico-diesel. (Fonte: CIEMAT)

Como já foi repetido, um objetivo primordial em sistemas isolados é manter a estabilidade elétrica.

Vejamos como se consegue: neste tipo de sistemas a rede é inicialmente estabelecida ao arrancar o

grupo diesel. Nesse momento, uma vez arrancado, a rede já está estabelecida, e os consumos podem ser conectados. Teríamos uma rede alimentada com um grupo diesel (MODO SOMENTE DIESEL),

como muitas das existentes em todo o mundo. A tensão e a frequência da rede elétrica são mantidas pelos controles do grupo diesel.

Um dos requisitos do grupo diesel é que não deve funcionar abaixo de um determinado nível de carga. Doravante assumiu-se que o nível mínimo é zero, mas, se houver um nível mínimo maior o

raciocínio utilizado seria similar.

Uma vez que o grupo diesel tem gerado uma rede estável, o controle geral do sistema pode dar permissão ao controle do aerogerador para que se conecte à rede, quando ele estime oportuno

(normalmente, quando há suficiente vento durante um determinado tempo). Estaríamos agora diante

do MODO EÓLICO-DIESEL. A potência gerada a partir do vento é consumida pelas cargas, sempre e quando a potência de consumo seja maior do que a potência eólica. Esta seria a configuração

correspondente ao sistema eólico-diesel de baixa penetração eólica, e é a única configuração de sistema eólico-diesel em que não é imprescindível um controle supervisor, pois a estabilidade elétrica

(tensão e frequência estáveis) da rede elétrica continua sendo mantida pelos controles do grupo

diesel.

Mas, o que ocorre quando a potência eólica é maior do que a consumida?. Considerando que, normalmente, o grupo não será capaz de consumir potência, esse excesso de potência deve ser ou

consumido por algum outro componente ou reduzida, regulando a energia eólica. A primeira opção

leva à necessidade das cargas de dissipação. Estas cargas podem ser inúteis (cargas resistivas) ou


úteis como sistemas de bombeamento ou dessalinização de água, geralmente. A regulação do diesel continua sendo responsável por manter a estabilidade elétrica, mas deve existir um controle do

sistema que se encarregue de derivar às cargas de dissipação e/ou cargas controladas o excesso de

energia. Está claro que a energia gerada pelo aerogerador será traduzida em um economia do combustível consumido pelo grupo diesel. A filosofia de funcionamento descrita até aqui é a utilizada

pelos sistemas eólico-diesel de penetração eólica média. Neles, o estudo económico de viabilidade do sistema é determinado a partir da economia de combustível derivado da energia eólica fornecida.

Contudo, o grupo diesel possui um consumo de combustível mínimo significativo, inclusive sem gerar

eletricidade (ocioso), em torno de 30% do consumo de combustível da potência nominal. Portanto,

seria interessante desconectar o motor do grupo diesel para que a economia de combustível seja ainda maior. Neste caso, se durante um determinado tempo a potência eólica supera a potência

consumida, o motor seria detido. Isto pode ser conseguido de duas maneiras: desconectando o grupo diesel completamente, caso em que a regulação de tensão e frequência do próprio grupo não seriam

mais disponíveis; ou por separação mecânica (através de uma embreagem) do gerador síncrono,

fornecendo assim poder ao motor (com o que seria perdida a regulação de freqüência do grupo) mantendo ao mesmo tempo o gerador ligado, de modo que a regulação de tensão ainda estaria

disponível. Surge a necessidade de incorporar um sistema de armazenamento de energia para dispor de uma garantia de fornecimento para o tempo transcorrido do momento em que a potência

consumida torna-se maior do que a potência eólica, até que o motor comece a funcionar e se una

novamente ao gerador síncrono. Este intervalo de tempo dura geralmente alguns segundos, de modo que é necessário um armazenamento de curto prazo (volante de inercia ou baterias, normalmente).

Esta outra filosofia de funcionamento é a que se conhece como sistemas eólico-diesel de alta penetração eólica.

Neste modo de funcionamento, denominado MODO SOMENTE EÓLICO, a estabilidade elétrica é

conseguida da seguinte forma:

A frequência é controlada mantendo um balanço de potência através de:

o cargas resistência

o controle de energia ao/do sistema de armazenamento o um aerogerador de potência controlável

O voltagem é controlada mantendo um balanço de potência reativa através de:

o regulação da voltagem do diesel (quando se deixa conectado o gerador síncrono do

grupo diesel, para que intervenha na regulação de voltagem da rede) o compensação eletrônica

Sistemas isolados: sistemas sem acumulação de energia elétrica ou grupo eletrógeno Uma desvantagem de usar o vento como fonte de energia é a considerável variação de sua

velocidade. Em muitos casos o armazenamento de energia para resolver esta desvantagem é muito caro. Quando o produto de um processo acionado por energia elétrica pode ser facilmente

armazenado, consegue-se um armazenamento mais barato.

O fato do recurso eólico não dispor de acumulação de energia elétrica e possuir uma alta

variabilidade significa que os sistemas que analisamos neste ponto não podem alimentar cargas críticas, ou seja, cargas que poderiam ser alimentadas a qualquer momento do dia, qualquer dia do

ano, salvo quando há sistemas de apoio (grupo eletrógeno) que, em principio, consideraremos que não existe.


Trata-se, portanto, de sistemas cujo resultado mais valioso não costuma ser a eletricidade em si, mas algum outro produto que possa ser armazenado de maneira fácil e econômica; geralmente frio/calor

ou água (gelo, água dessalada ou depurada, água em um depósito) são os produtos armazenados.

O fato de não ser a eletricidade gerada o produto principal representa que são normalmente sistemas de frequência e tensão variáveis, o que permite que o sistema seja menos sofisticado do que os que

requerem tensão e frequência fixas.

As aplicações que serão apresentadas na próxima seção, correspondentes a esta configuração, são típicas de sistemas isolados com energia eólica sem baterias; não obstante, poderiam funcionar como

sistemas com baterias (com tensão e frequência constante, de qualidade mais elevada), e não seria

mais necessário representar os consumos como cargas no tratamento do sistema.


Resumo

Neste capítulo descrevem-se as configurações utilizadas em sistemas com mini-eólica, tanto as de

sistemas conectados à rede (uma), quanto as de sistemas isolados (três).

Começa-se com uma introdução sobre alguns dos aspectos principais dos sistemas isolados e dos

sistemas conectados à rede com renováveis, de modo geral. Repassam-se as formas existentes para eletrificar atualmente uma instalação isolada: extensão da rede convencional, grupo eletrógeno e a

inclusão de energias renováveis.

Introduz-se também o conceito de acoplamento em potência como forma de conseguir a estabilidade

elétrica como um dos aspectos principais no desenho de estes sistemas. A partir das distintas formas para conseguir o acoplamento em potência se apresentam tanto a configuração de sistema conectado

à rede padrão, quanto as três configurações básicas de sistemas isolados e, mais concretamente, daqueles que incluem geração mini-eólica: a gestão da geração enseja os sistemas com baterias

(híbridos); a gestão do consumo enseja os sistemas sem acumulação elétrica (geralmente aplicações

relacionadas com água e/ou calor-frio); e, por último, a geração integrada que enseja os sistemas maiores (sistemas eólico-diesel).

Antes de abordar o funcionamento de cada uma destas configurações, são apresentados os

componentes típicos que podem surgir, principalmente, nos sistemas isolados: o aerogerador, que já foi amplamente descrito no primeiro capítulo deste curso e, por tanto, não foi tratado neste capítulo;

outras formas de geração renováveis, com especial menção à fotovoltaica e, em menor medida, à

mini-hidráulica; o controle do sistema, controle supervisor, encarregado de fazer com que todo o sistema funcione de uma forma correta e eficiente; o armazenamento de energia, necessário para

adequar a geração variável procedente das fontes renováveis (vento, sol, água) aos consumos; o grupo eletrógeno, que neste tipo de sistemas aporta a garantia de fornecimento obtida geralmente a

partir de combustíveis de origem fóssil (gasolina, diesel, gás); e os consumos, o objetivo para o qual

são desenhados os sistemas isolados. Para todos estes componentes são apresentadas as generalidades, basicamente em termos de tecnologias disponíveis e informação necessária.

Finalmente, apresenta-se o funcionamento de cada uma das quatro configurações identificadas: os

sistemas conectados à rede, cujo comportamento é definido pela presença da rede convencional; os sistemas isolados com acumulação elétrica geralmente em forma de baterias, marcados pela

presença deste componente, a bateria, tanto pela passagem por corrente contínua que impõe (estes

sistemas são conhecidos como sistemas com caminho em contínua), quanto por seu papel na estabilização elétrica do sistema; os sistemas isolados de maior tamanho, sistemas baseados em

redes alimentadas por grupo ou centrais diesel aos que se incorpora a geração eólica; e, finalmente, os sistemas isolados sem acumulação elétrica nem grupo eletrógeno, associados geralmente a

aplicações relacionadas com água (bombeamento, dessalinização, fabricação de gelo, produção de

hidrogênio).


4. Aplicações de mini-eólica

Na seção anterior “3. Sistemas com mini-eólica”, realizou-se uma apresentação dos sistemas que

incluem aerogeradores de pequena potência, descrevendo os principais tipos e os componentes que, geralmente, aparecem em cada um.

Seguindo a estrutura apresentada nesse capítulo, apresentam-se agora aplicações representativas deste tipo de sistemas. A estrutura é a mesma já utilizada: sistemas conectados à rede; sistemas

isolados híbridos (sistemas com acumulação de energia elétrica), sistemas isolados eólico-diesel (com caminho em alternada) e sistemas isolados sem acumulação de energia elétrica ou grupo eletrógeno

(aplicações eólico-água). Para cada uma destas configurações serão comentadas as particularidades que apresentam os componentes nesse tipo de configuração, bem como alguma das aplicações mais

típicas utilizadas por essa configuração. Serão igualmente apresentadas as experiências em cada

configuração na região ALC.

Antes de começar, convém esclarecer que em principio qualquer aplicação requerida por um sistema de alimentação isolado pode ser atendida por algum sistema de energias renováveis: determinar a

solução ideal dependerá do estudo de viabilidade econômica e técnica. Isso quer dizer que a

apresentação de aplicações realizada neste capítulo de nenhuma forma pretende ser completa, mas somente orientativa. Apresentam-se somente algumas aplicações típicas, com alguma peculiaridade

que torna especialmente atrativa a incorporação de energia eólica no sistema, mas que de nenhum modo pretende vincular o catálogo de possíveis aplicações dos sistemas eólicos isolados aos que aqui

se descrevem.

Sistemas conectados à rede

As chamadas aplicações eólicas distribuídas experimentaram um rápido crescimento no mercado em

resposta à escalada crescente dos preços da energia e à demanda cada vez maior pela geração

distribuída.

Acumulação: depende do quadro normativo

Uma das possibilidades desta configuração é a eliminação do sistema de armazenamento de energia elétrico a longo prazo (bateria), ao proporcionar a rede elétrica tanto a estabilidade elétrica, quanto a

capacidade de armazenamento, quando estabelecido um sistema de retribuição baseado em um balanço energético neto (net-metering). Portanto, o normal é o sistema de acumulação de prazo que

não seja incluído.

Porém, em alguns países, como os EUA ou a Alemanha, onde o desenvolvimento da geração

distribuída de pequena potência é mais avançado, existe a possibilidade (em alguns inclusive se promove) de incluir sistemas de armazenamento distribuído, pois estes permitem ajudar a

administrar a rede e pode dar ao usuário a possibilidade de funcionar de maneira independente da rede.


Controle: do aerogerador Salvo quando a legislação do lugar em que se conecta impõe alguma restrição que obrigue a inclusão

de controles especiais, tal como que toda a energia gerada deva ser consumida em uma aplicação associada, impossibilitando sua injeção na rede, o normal é que o controle do próprio aerogerador

(retificador + regulador + inversor) seja suficiente para o correto funcionamento do sistema, não requerendo um controle supervisor.

Consumos: depende da gestão e do quadro de remuneração

Tecnicamente, a conexão à rede funciona independentemente dos consumos associados. Ocorre que normalmente os quadros de remunerações e normativos tentam fazer com que a energia gerada seja

consumida de forma local. O consumo devera ser considerado em função dos quadros: quando se trata de um balanço neto anual, será interessante estimar o consumo anual para que a geração se

aproxime a ele; quando se trata de um balanço neto instantâneo, o estudo de os consumos deverá ser muito mais detalhado, para que em cada momento a geração se aproxime ao valor do consumo.

Integração de mini-eólica em meio urbano: níveis de integração

A aplicação de pequenos aerogeradores conectados à rede em meio urbano tem um grande potencial. Entretanto, nem todos os níveis de integração tem o mesmo nível de implantação e de

aceitação. A seguir são apresentados três níveis de integração principais, do menor ao maior nível de integração:

modelo residencial montados sobre a cobertura do edifício

integrados ao edifício

Aerogeradores no meio urbano: modelo residencial

Neste tipo de instalação, o aerogerador é instalado sobre o solo, geralmente em uma parcela em que

exista outro edifício. Este edifício pode ser tanto residencial quanto industrial (polígono industrial),

agrícola (granja) ou do sector de serviços (grandes armazéns, postos de gasolina,...), sendo estas suas aplicações típicas. Dentre todos os casos de aerogeradores em meio urbano, este é o que mais

se parece ao convencional e, portanto, neste a influencia do edifício é menor e o recurso eólico pode ser mais elevado. Assim, é também a opção proposta com maior frequência como forma de conexão

à rede de pequena geração eólica. Os tamanhos de geração podem chegar a até 100 kW.

Esta opção está aberta também aos locais em que, por motivos ambientais e/ou normativos, não está

permitida a instalação de um parque eólico, mas somente uma instalação de menor potência.

Aerogeradores no meio urbano: montados sobre a cobertura do edifício

Neste caso o aerogerador está fisicamente unido à estrutura do edifício. Desta forma o edifício é

utilizado como torre para o aerogerador, conferindo altura, o que representa uma importante redução do custo total. O edifício deve ser capaz de suportar o aerogerador, tanto em termos de cargas

transmitidas quanto de vibrações produzidas. Neste caso, o edifício influi de forma notável no recurso eólico pois, além de ser utilizado como torre, é também um obstáculo importante e próximo, de modo

que produz uma alteração do fluxo, diminuindo sua capacidade energética e aumentando sua

turbulência.


Esta opção é proposta como forma de produzir energia no local em que será consumida, normalmente de maneira conjunta a outras formas de geração distribuída (fotovoltaica,

principalmente). Assim, as possibilidades seriam grandes em cidades de países desenvolvidos.

Contudo, ainda precisa ser comprovado se o edifício reduz o potencial eólico ou torne o fluxo tão turbulento que os aerogeradores não resistam às condições de trabalho impostas. De fato, são varias

as vozes de especialistas do setor da pequena geração eólica que opinam que a integração em edifícios não é uma aplicação apropriada para a geração eólica.

Os aerogeradores propostos para esta aplicação são de pequeno tamanho, geralmente com menos

de 5 kW. O ruído e as vibrações são especialmente importantes. Assim, ressurgiu nos últimos anos a

proposta de aerogeradores de eixo vertical.

Aerogeradores integrados no edifício

Neste caso, o edifício é projetado desde o começo para albergar a geração eólica, de modo que pode

ter a forma necessária para não somente não diminuir o potencial eólico, mas inclusive aumenta-lo. Pretende-se fazer com que a forma favoreça a captação eólica. Ainda que não seja uma ideia nova,

pois os antigos moinhos já tentavam aproveitar em seu desenho o recurso eólico, são muito poucas as experiências existentes no mundo de edifícios modernos deste tipo, mas cada vez há mais

arquitetos interessados. A geração eólica pode chegar a ser de centenas de quilowatts, como o World

Trade Center, no Bahrein.

Experiências em aplicações de mini-eólica conectada à rede na América Latina e no Caribe

De todas as configurações analisadas, esta é a mais inovadora e ainda não existe uma utilização significativa na região ALC, apenas algum projeto de demonstração.

Sistemas isolados com acumulação em baterias

Nesta seção de sistemas com armazenamento de energia elétrica, a denominação de sistemas isolados com energia eólica passará a ser sistemas isolados com energias renováveis, devido a que já

na escolha do sistema deveriam ser consideradas outras formas de energias renováveis no estudo técnico e de viabilidade do sistema. Esta visão, sem duvida, confere mais robustez aos sistemas e

mais versatilidade à solução, tornando difícil que não exista uma solução com energias renováveis a

ser incluída em qualquer aplicação isolada de uma gama de potências com até 50 kW. O sistema resultante será denominado sistema híbrido.

A explicação do funcionamento destes sistemas se encontra no capítulo

anterior, na seção “Sistemas isolados: sistemas com acumulação de energia elétrica; caminho em contínua”.

Para saber +


Outras formas de geração renovável: fotovoltaica, muito frequente; hidráulica, menos

Normalmente, as energias envolvidas em um sistema híbrido são a fotovoltaica e a eólica, por serem as de uso mais universal e amplo, mas ainda assim existem experiências de eletrificação de sistemas

isolados com energia mini-hidráulica (seja sozinha, ou combinada com uma ou as outras duas opções). Estas são soluções mais dependentes do local concreto, mas não devem ser esquecidas

quando a viabilidade o permite. Este seção se focará exclusivamente nas soluções com eólica e/ou

fotovoltaica.

Atualmente o tipo de energia renovável que possui um maior nível de desenvolvimento com relação à alimentação de sistemas isolados de pequena potência é, sem duvida, a energia solar fotovoltaica. A

solução fotovoltaica conseguiu transmitir a imagem de fiabilidade e qualidade da instalação e, assim, foi aceita em todos os níveis (profissional, usuário, decisão) como uma solução válida. Porém, as

limitações da fotovoltaica em quanto ao fornecimento de quantidades importantes de energia sem

aumentar muito o custo do sistema, podem ser paliadas em grande medida com a participação da energia eólica. Ademais, com a inclusão da energia eólica aumenta-se a fiabilidade do fornecimento.

Portanto, ao analisar os sistemas isolados que incluem energia eólica, e considerando que uma parte muito importante do sistema é comum a todos os sistemas isolados com energias renováveis, é

conveniente aproveitar o desenvolvimento já alcançado em sistemas com energia fotovoltaica.

Acumulação: baterias

A maior parte dos sistemas eólicos isolados utilizam baterias de Chumbo-ácido como sistema de

armazenamento para nivelar a dissociação entre a disponibilidade do vento e os requerimentos de consumo. Continuam sendo utilizados em sistemas com pouca potência isolados da rede. Comparado

com qualquer outro elemento do sistema eólico isolado, as baterias são caras, de curta duração (a vida é medida em ciclos, e depende da utilização que é feita da mesma, valores entre 5 e 10 anos

são típicos), e não muito eficientes (75%), além de não ser capaz de utilizar a plena capacidade

nominal (Os fabricantes recomendam não usar mais de um porcentagem dessa capacidade, chamado Profundidade de descarga, com os valores típicos entre 70 e 80%); porém, são a solução mais

utilizada com relação a sistema de acumulação para instalações de pequena potência.

Uma bateria é um dispositivo eletroquímico que armazena energia elétrica em forma de ligações

químicas. O bloco construtivo básico de uma bateria é a célula eletroquímica. As células operam a um potencial nominal de poucos watts (a maioria) e, dentro de limites práticos, sua capacidade em

amperes-hora e em amperes é proporcional a sua dimensão física. As células estão conectadas em configurações série/paralelo apropriadas para proporcionar os níveis de voltagem, intensidade e

capacidade de bateria desejados.

O tipo mais comum é a bateria fixa de chumbo-ácido. Um segundo tipo menos utilizado é o tipo

níquel-cadmio, ainda que em determinados casos em o custo não é um problema, mas sim a dificuldade de manutenção, este seja utilizado. Ocasionalmente se utilizam pilhas de combustível

como sistema de armazenamento nesta configuração, quase sempre associadas a alguma limitação particular ao uso das baterias eletroquímicas.

Controle: distintas possibilidades A complexidade dos controles depende do tamanho e da complexidade do sistema e das preferencias

do cliente. O controlador pode ser programado para ligar e desligar os componentes conforme seja

necessário, sem a intervenção do usuário, isto é, pode realizar a gestão de cargas para otimizar a qualidade do fornecimento. As opções de controle de sistema nesta configuração de sistemas isolados

podem ser resumidas em duas:


Sistemas sem controle supervisor: a configuração utilizada para explicar o

funcionamento na seção “Sistemas isolados: sistemas com acumulação de energia elétrica; caminho em contínua” não incluía qualquer controle supervisor, pois os

trabalhos do controle supervisor são realizados pela bateria de forma passiva através das reações químicas que nela ocorrem. Esta opção é muito simples, mas as possibilidades

de controle são limitadas. Controle integrado de sistemas híbridos: A tendência com relação ao controle de

sistemas híbridos com baterias, é um sistema de gestão global, com capacidade de

gestão da bateria (lado CC), com capacidade também de gestão energética (lado AC),

com otimização da gestão e dos consumos. Pretende-se conseguir um sistema de geração de altas prestações, geralmente transportável em um recipiente, com uma alta

porcentagem de geração renovável, mas com grupo eletrógeno de apoio. Uma das chaves desta concepção é o conversor eletrônico bidirecional, que permite a

passagem de contínua a alternada e vice-versa, e é capaz de manter a estabilidade elétrica e a qualidade da energia. Esta configuração facilita a conexão dos componentes

tanto no lado da contínua, quanto no lado da alternada, indistintamente, de modo que

com frequência é denominada configuração com acoplo em alternada.

Grupo auxiliar: de apoio

No caso de sistemas de pequena potência, sistemas com acumulação de energia elétrica, em lugares onde não existe fornecimento de eletricidade, no momento de desenhar e avaliar economicamente o

sistema híbrido ideal, o grupo eletrógeno costuma ser considerado como possível grupo auxiliar de apoio, isso é, para proporcionar a energia que o sistema de geração renovável (e com a acumulação

das baterias) não é capaz de fornecer quando seja necessário.

Existem equipamentos carregadores-inversores que arrancam automaticamente o grupo.

Normalmente, uma vez que o controle profere a ordem de arranque ao grupo, este carrega a bateria, a fim de que trabalhe em um ponto próximo à potência nominal do grupo. A influência da presença

do grupo auxiliar no dimensionamento do sistema é notável, principalmente com relação ao tamanho

do gerador renovável e da bateria. Normalmente, os critérios econômicos determinam se é conveniente ou não sua inclusão, e o tamanho ideal no caso de que a presença seja adequada.

Desenho de sistemas isolados híbridos Quase sempre um sistema híbrido eólico-fotovoltaico não é mais do que um sistema isolado

fotovoltaico ao que foi agregada a geração eólica, de modo que o desenho é, em muitos aspectos, semelhante. Mas a presença da geração eólica aporta algumas diferenças que devem ser

consideradas. A seguir se apresenta uma proposta simplificada de desenho de sistemas isolados

híbridos, dividido nas seguintes etapas:

- Coleta de informação sobre os seguintes aspectos: topográficos, recursos renováveis (solar e eólico, como mínimo), consumos, e documentação técnica de possíveis equipamentos a

utilizar.

- Desenho preliminar, baseado no uso de expressões simples para obter uma estimação

inicial dos tamanhos ideais da geração eólica e/ou fotovoltaica, do tamanho da bateria, bem como da possível inclusão de um grupo eletrógeno de apoio. Estes métodos são muito utilizados em sistemas

somente fotovoltaicos, mas nem tanto em sistemas híbridos. Em sistemas híbridos é mais frequente o uso de folhas de cálculo com as que se calcula a produção energética esperada do aerogerador no

local, tal e como descreveu-se na seção “


Produção energética teórica” do capítulo 2, e a partir delas se calcula a melhor combinação

de geração através de um procedimento interativo, seja manual ou automático. Para a realização desta fase, podem ser utilizadas tanto folhas de cálculo disponíveis (como a HYCAD, apresentada por

Bergey), quanto de desenho próprio.

- Dimensionamento, que inclui um estudo de viabilidade com maiores prestações, como

simulação horaria dos dados ou análise de sensibilidade das principais variáveis. A ferramenta

recomendada para esta fase é a HOMER, desenvolvida pela NREL e acessível atualmente de forma gratuita em www.homerenergy.com. Também pode ser incluída nesta etapa uma análise mais

detalhada que considere aspectos do comportamento quase-dinâmico dos componentes, para o qual se costuma acudir a ferramentas de desenho próprio, ainda que isto não seja frequente em sistemas

híbridos com baterias, considerando-se normalmente suficiente o estudo de viabilidade.

Normativa para sistemas isolados híbridos

A aplicação da geração mini-eólica isolada é a principal dentro da pequena geração eólica. Ainda que

a normativa dos sistemas isolados que incluem eólica seja complexa devido aos numerosos aspectos e tecnologias implicados, estão sendo realizados distintos esforços para abordá-la, descritos nesta

seção.

Normativa internacional (CEI)

Trabalha-se no Grupo TC82 do CEI, em que se debatem as normas correspondentes a “Energia Solar Fotovoltaica” em recomendações: a série 62257, “Recomendações para sistemas de pequena

potência e híbridos com energias renováveis em aplicações de eletrificação rural”. Nelas se

abordam diferentes aspectos técnicos relacionados com a eletrificação rural e, dentre outras tecnologias, inclui-se a geração eólica isolada de pequena potência. Estas recomendações são muito

úteis para sistemas eólicos isolados, no que se refere a os outros componentes do sistema (baterias, grupo eletrógeno, etc.).

Nota-se que não se trata de padrões internacionais, mas de especificações técnicas, consistentes em

um grupo de documentos que abordam todos os aspectos implicados, da identificação das necessidades de consumo, até as especificações dos equipamentos. Este trabalho parte de normas

elaboradas inicialmente por Electricité de France, que foram adoptadas posteriormente pela CEI como Especificações de Disposição Pública (as PAS 62111), e agora estão se convertendo em

especificações técnicas da CEI. A série 62257 de documentos da CEI está composta por 31 especificações técnicas, estruturadas em

três partes: uma primeira introdução da eletrificação rural, uma segunda de gestão de projetos e

guias de implementação, e uma terceira que inclui as especificações técnicas para os componentes e sistemas.

Trabalho na Agência Internacional da Energia (AIE)

Dentro da AIE, no Programa de Sistemas de Geração Fotovoltaica (FV), realizou-se a Tarefa 11 no

tema “Sistemas Híbridos com FV e Mini-Redes”, em que foram abordados aspectos técnicos da eletrificação isolada com este tipo de sistemas: a geração mini-eólica é englobada dentro destes

sistemas como um dos principais meios de hibridação dos sistemas FV.

O objetivo de esta tarefa é fortalecer o conhecimento de sistemas de geração de múltiplas

tecnologias, bem como a distribuição associada. Este objetivo global se divide, por sua vez, em outros objetivos específicos, como definir novos conceitos para sistemas híbridos que considerem

fatores locais; ou proporcionar recomendações sobre os desenhos que permitam melhorar sua

qualidade, fiabilidade e economia; ou copiar e disseminar as boas práticas deste tipo de sistemas.

http://www.homerenergy.com/


Experiências de eletrificação rural com sistemas com baterias e com pequena eólica na América Latina e no Caribe

Como já foi indicado, a tecnologia renovável mais utilizada em programas de eletrificação rural no mundo, em geral, e na ALC, em particular, é a fotovoltaica. Não obstante, existem algumas

experiências de programas e projetos em que se incluiu a tecnologia mini-eólica nesta região ALC,

alguns dos quais serão revisados a seguir. De novo deve-se que indicar que a amostra apresentada é considerada representativa das experiências d a região, mas não pretende ser completa. A

apresentação será feita por países:

Argentina1: com certeza o país mais ativo nesta tecnologia na região. Depois de programas como o Programa de eletrificação em aldeias escolares rurais (durante as décadas de 80 e 90) ou o Programa de eletrificação rural (na década de 90), dentro do PERMER, o Plano de Eletrificação Rural Através de Energias Renováveis, realizou-se o maior programa de eletrificação rural usando mini-eólica de toda a região ALC. O programa foi iniciado em 2003 com uma fase piloto com 115 moinhos (Aerowind), consistindo o programa principal na instalação de 1500 Sistemas Eólicos Residenciais; este programa principal foi licitado em 2008 na província de Chubut com o apoio financeiro do Banco Mundial, saindo ganhadora a união de empresas Incro S.A. (engenharia)-Giacobone (fabricante). A instalação tipo, com fornecimento em contínua a 12 Vcc, consta de:

o Aerogerador de 500 W

o Quadro e regulador de voltagem

o Bateria 200 Ah

o Luminárias de 18 e 36 W de baixo consumo e 25 W incandescente

o Tomadas de corrente

Brasil2: dentro do programa Luz para Todos (iniciado em 2003) foram definidos os chamados projetos especiais, “Projetos de eletrificação rural para o atendimento de comunidades isoladas, por meio da geração de energia elétrica descentralizada, de forma sustentável, priorizando a utilização de fontes renováveis de energia e mitigando o impacto ambiental”, dentre cujas opções tecnológicas se encontram os sistemas híbridos. Esta concebido para comunidades isoladas, preferivelmente na Amazônia. Como exemplo são apresentados a seguir os dados técnicos e o diagrama de blocos do sistema de geração do Projeto da Ilha dos Lençóis, no município de Cururupu, Estado do Maranhão:

o Geração Solar: 162 Módulos Fotovoltaicos de 130 Wp - Potência Total: 21,06 kW

o Geração Eólica: 3 Turbinas Eólicas de 7,5 kW - Potência Total: 22,5 kW

o Geração Diesel: 1 Motor-gerador diesel de 42,4 kW (back-up)

1“Potencial Eólico Argentino. Electrificación rural en la Provincia de Chubut”. Héctor Mattio. 1er Seminario

Internacional de Energía Eólica. Lima, julio del 2008

2

“Programa Luz para Todos - Projetos Especiais. Atendimento de comunidades isoladas”. Paulo Gonçalves

Cerqueira. ELECSOLRURAL - Seminário Minirredes e sistemas híbridos com energias renováveis na eletrificação rural. San Pablo, Brasil, Mayo 2011.


o Distribuição: Rede de distribuição trifásica a tensão de 380/220 Vca, 60 Hz.

o Iluminação Pública: 4 circuitos com lâmpadas fluorescentes compactas de 20 W

o Uso Produtivo de Energia: Instalação de uma fábrica de flocos de gelo para atender as necessidades dos pescadores.

Ilustração 11. Diagrama de blocos do sistema de geração do Projeto da Ilha dos Lençóis, no Brasil3

Chile4: dentro do Plano de Eletrificação Rural se encontra o Projeto “Remoção de Barreiras

ao Uso das Energias Renováveis na Eletrificação Rural” (GEF: US$ 6 milhões não

reembolsáveis), 2001 – 2007. Uma das atividades inseridas neste projeto inclui o estudo de “Sistemas de Geração com Eólica e Diesel para 10 Ilhas do Arquipélago de Chiloé”, com a

configuração estudada nesta seção dentro dos sistemas com armazenamento de energia

elétrica com baterias. O estudo considera o desenho de três sistemas de geração com eólica e diesel, modulares, para três gamas de potência (aproximadamente de 5, 10 e 20 kW), a

serem adaptados às necessidades energéticas de 9 sistemas elétricos. Já havia sido realizado um sistema análogo em outra ilha, a Ilha Tac, no mar interior de Chiloé, para dar eletricidade

a 72 famílias. O sistema possui 3 turbinas eólicas de 7,5 kW, cada uma, uma bateria de 100

kWh e inversores sinusoidais de 4,5 KW cada um, a fim de alimentar a rede local de 220V. Estima-se que a rede terá um consumo de 85 kWh por dia. O sistema trabalha em forma

autônoma controlando, inclusive, o sistema de respaldo constituído por um grupo gerador de 15 kW que supre o aumento da demanda da ilha ou durante períodos de escasso vento.

3 “Projeto Sistema Híbrido de Geraçao sustentável para a Ilha de Lençóis, Município de Cururupu– MA”.

Technical Report. Outubro de 2008. 4

“Electrificación de las Islas de Chiloé mediante energías renovables”. (http://www.chiloeweb.com/chwb/suplementos/revista/articulos/wireless_tac_1.html

http://www.chiloeweb.com/chwb/suplementos/revista/articulos/wireless_tac_1.html


Projeta-se que o sistema requererá somente 5000 litros de combustível por ano, reduzindo o consumo em 85% com relação a qualquer outro sistema alternativo à solução atual, segundo

a empresa desenhadora e instaladora.

México5: país pioneiro na região na implantação de sistemas híbridos e sua análise, instalou na década de 90 alguns dos sistemas mais emblemáticos desta tecnologia a nível mundial, alguns deles amplamente documentados, com a participação na avaliação de pessoas do Departamento de Energia (DOE) dos EUA. Na seguinte tabela são apresentados os projetos realizados, com suas principais caraterísticas:

Tabela 2. Principais projetos de sistemas híbridos realizados México, nos 905

Localização do Projeto

Ano de Instalação

Potência Fotovoltaica

(kW)

Potência Eólica (kW)

Gerador Diesel (kW)

População servida

Ma. Magdalena 1991 4.3 5 18 168

Nva. Victoria 1991 8.6 - 28 355

Oyamello 1991 0.76 5 4 -

X-Calak 1992 11.2 60 125 232

El Junco 1992 1.6 10 - 250

La Gruñidora 1992 1.2 10 - 230

I. Allende 1992 0.8 10 - 140

Calabazal 1992 0.8 10 - 130

Agua Bendita 1993 12.4 20 48 250

Villas Carrousel 1995 0.15 0.5 - -

Isla Margarita 1997 2.25 15 60 200

San Juanico 1999 17 70 85 400

Peru6: outra experiência muito interessante de eletrificação rural com mini-eólica, fabricada localmente, é a desenvolvida dentro do PNER (Plano Nacional de Eletrificação Rural). Com 20 sistemas híbridos (100W eólico, 50 W FV) já implementados no anterior Plano de Eletrificação Rural, calcula-se que existem 3500 moradias potencialmente atendíveis com sistemas que incluam mini-eólica. Dentro da atividade já realizada, é destacável o Projeto El Alumbre (2007), cujo objetivo foi dotar de eletricidade a 33 famílias rurais, um posto médico e uma escola da comunidade de El Alumbre, bem como testar o funcionamento da tecnologia e implementar um modelo de gestão.

5 “Plataforma Experimental para el Desarrollo de Sistemas Híbridos Solar- Eólico para Aplicaciones

Productivas”. Jorge M Huacuz. Taller Internacional sobre Electrificación Rural con Energías Renovables. Cusco, Perú, Noviembre 2, 2010


A configuração (e os custos) do sistema típico se incluem na seguinte tabela:

Tabela 3. Configuração e custos de instalação típica em El Alumbre, Peru6

Componentes principais USD

Aerogerador 100 W 600

Bateria 130 AH 180

Controlador eólico 35 A 160

Inversor 12 VDC/220VAC- 300 W 140

Chaves termomagnéticas 40

Cabos elétricos 75

Acessórios 35

Resistência 200 W 30

TOTAL 1260

Venezuela7: O projeto de eletrificação rural para comunidades isoladas na Venezuela foi

formalizado a finais do ano 2009, fornecido por Bornay (por um total de 2.4 milhões de dólares), fabricante espanhol de aerogeradores de pequena potência. O projeto está

composto por 48 sistemas híbridos, eólico - fotovoltaico - diesel, para o abastecimento elétrico de pequenas comunidades repartidas em comunidades de até 10, 20, 30 ou 40

moradias respectivamente.

O sistema híbrido está baseado nos equipamentos Sunny Island fabricados por SMA, alimentados por

um banco de baterias de 48 Vcc, do qual os equipamentos, em um ponto centralizado, criam uma micro-rede de CA. Partindo desta micro-rede, a geração tanto eólica quanto fotovoltaica é conectada

na parte de CA em paralelo com os consumos através de um inversor de conexão à rede, de modo que a energia é consumida diretamente pelos diferentes consumos e o excedente passa a carregar o

banco de baterias, diminuindo deste modo as perdas por queda de tensão e máxima geração, já que

os equipamentos trabalham nos pontos de máxima eficiência o tempo todo.

6 “Resultados Microaerogeneradores para electrificación rural: Caso de El Alumbre, Campo Alegre, Alto Perú

Cajamarca” Jose Chiroque. Simposio internacional de energía eólica de pequeña escala, Lima, diciembre 2011

7 “Proyecto de electrificación rural para comunidades aisladas en Venezuela”. www.bornay.com

http://www.bornay.com/


As caraterísticas principais dos sistemas são:

Tabela 4. Principais caraterísticas dos sistemas híbridos instalados na Venezuela7

Nº de moradias

Potência Fotovoltaica (kW)

Potência Eólica (kW)

Baterias (C10, Ah)

Inversor (kW)

Gerador Diesel (kVA)

10 3 3 800 10 10

20 5.4 6 2x800 10 15

30 8.4 6+3 2x1200 15 20

40 10.8 2x6 4x800 30 25

O projeto EUROSOLAR8

Por último, apresenta-se o projeto EUROSOLAR, um projeto cujo objetivo era atender os serviços

básicos comunitários, como escolas, postos de saúde e locais comunitários em 600 comunidades em El Salvador, Guatemala, Nicarágua, Honduras, Peru, Paraguai, Bolívia e Equador, com um orçamento

total de mais de 36 milhões de dólares, dos quais a Comissão Europeia aportou mais de 8 milhões de dólares.

Os sistemas propostos são sistemas isolados alimentados com energias renováveis, a maior parte dos quais utilizam somente geração fotovoltaica, mas existem 177 instalações atendidas com sistemas

híbridos eólico-fotovoltaicos (as 55 instalações implementadas na Bolívia e 122 instaladas no Peru).

Nestes casos, os kits híbridos eólico-fotovoltaicos de 1,4 kW cada kit, contém: 1 aerogerador, 6 painéis solares, 1 antena de satélite, 5 computadores laptop, 1 purificador de água, 1 refrigerador

para vacinas, carregador de baterias, 1 equipamento multi-função (impressora e scanner), 1 projetor

e serviço de conexão à internet.

Ilustração 12. Kit híbrido eólico-fotovoltaico usado no projeto EUROSOLAR

8

8 www.programaeuro-solar.eu/

http://www.programaeuro-solar.eu/


Sistemas coletivos (mini-redes) com diesel. Sistemas eólico-diesel

Na medida em que o tamanho do sistema de eletrificação isolado com renováveis aumenta, existem

determinados aspectos que tradicionalmente dificultaram a extrapolação da configuração com armazenamento energético em baterias, dentre os que se destaca a inviabilidade técnica e econômica

que representa um sistema de armazenamento de energia semelhante de grande tamanho. Outro

aspecto que influenciou a mudança de configuração foi o alto custo que a tecnologia fotovoltaica conferia ao sistema no caso de grandes gerações. Ainda que estes fatores tenham sido superados

atualmente (principalmente a inviabilidade técnica de grandes baterias e o alto custo da geração fotovoltaica), o que está possibilitando instalações comerciais com a mesma configuração de grande

tamanho (centos de kWs), apresenta-se nesta seção uma configuração para sistema isolado de

grande tamanho e não baseado em baterias como elemento de estabilização elétrica. No seu lugar, o elemento base para a estabilização elétrica será o grupo eletrógeno diesel.

Esta configuração baseada em uma rede alimentada por um grupo (ou central) diesel incorporou

tradicionalmente a geração eólica para constituir a configuração denominada sistemas eólico-diesel,

que será analisada a seguir em termos de componentes mais comuns.

A explicação do funcionamento destes sistemas encontra-se no capítulo

anterior, na seção “Sistemas isolados: sistemas eólico-diesel; caminho em alternada”.

Outras formas de geração renovável: admite, mas não são frequentes

A configuração típica inclui geração eólica, além do grupo diesel; mas também admite outras formas de geração como a fotovoltaica (cada vez mais utilizada em razão da diminuição de custos

experimentada nas instalações de grande escala) e a hidráulica (pouco frequente, ainda que emblemática no projeto da Isla del Hierro).

Acumulação: curto prazo

Já foram descritas algumas das distintas tecnologias existentes de acumulação de energia, e já se adiantou então que, dentre os diferentes tipos de acumulação em função do tempo em que são

capazes de proporcionar fornecimento à carga, o tipo utilizado em sistemas eólico-diesel de alta penetração eólica é o de curto prazo (<1 minuto). Este curto prazo serve (nos sistemas eólico-diesel

de alta penetração, porque os de baixa penetração prescindem de acumulação já que o grupo está

sempre aceso) tanto para filtrar as variações mais rápidas do vento, quanto para dotar o sistema de fornecimento durante o tempo que o grupo demorar para arrancar, ambas quando o sistema

funciona em modo SOMENTE EÓLICO.

Existem sistemas eólico-diesel que utilizam baterias como sistema de acumulação de curto prazo, mas resulta mais interessante analisar agora a utilização do volante de inércia como acumulação a

curto prazo em sistemas eólico-diesel de alta penetração eólica. Na seção "Sistemas Eólicos Isolados" mencionou-se a existência das duas filosofias de utilização de volantes de inércia:

Volantes muito pesados, metálicos, girando a relativamente (de 3.000 a 5.000 rpm)

baixas rotações (não é raro que girem solidários com o motor diesel). Não necessitam qualquer controle porque o balanço de potência é mecânico, em função das voltas, mas por

Para saber +


outro lado a gama de velocidades permitidas é pequena, pois a frequência elétrica da rede depende diretamente da velocidade de giro, e a frequência tem um gama admissível limitada.

Volantes leves, incluem materiais compostos, girando a altas rotações (de 30.000 a 50.000

rpm), e precisam de um conversor eletrônico para conectar-se à rede elétrica do sistema eólico-diesel, e de um controle que lhes diga a cada momento a potência que o volante deve

fornecer ou tomar do sistema. A gama de velocidades de giro permitida é muito maior (o conversor eletrônico dissocia a velocidade de giro da frequência elétrica da rede), de modo

que as possibilidades de utilização da energia acumulada são maiores. Por outro lado, o controle é mais sofisticado.

Controle: supervisor O controle supervisor varia em sistemas eólico-diesel em função do nível de penetração eólica,

segundo o funcionamento descrito no capítulo anterior, na seção “Sistemas isolados: sistemas eólico-diesel; caminho em alternada”. Assim:

- Em sistemas de baixa penetração eólica, o controle do próprio grupo diesel é capaz de

manter a estabilidade elétrica da rede, considerando que a geração eólica nunca ultrapassa o

consumo mínimo da rede, de modo que a geração eólica se comporta simplesmente como uma redução do consumo que atende o grupo diesel, o que leva a uma economia do

combustível consumido. O controle supervisor, como tal, não é imprescindível para estes sistemas.

- Em sistemas de penetração eólica média, o grupo diesel está sempre funcionando, como nos sistemas de baixa penetração eólica, mas agora a geração eólica pode superar o

consumo demandado, de modo que, nesses momentos, o controle do grupo diesel não é capaz de manter a estabilidade elétrica pois é incapaz de consumir potência. Neste caso, é imprescindível um controle supervisor que mantenha a estabilidade elétrica no sistema nos

momentos em que a geração eólica supere a demanda. São várias as formas de fazê-lo: regulando a geração eólica, conectando cargas reguláveis (bombeamento, dessalinização,…)

ou conectando cargas resistências.

- Em sistemas de alta penetração eólica, o controle supervisor é ainda mais imprescindível, pois nestes sistemas se contempla o modo de funcionamento SOMENTE EÓLICA, com o grupo diesel deligado, o que representa que o controle supervisor responde

pela estabilização elétrica do sistema. Esta tarefa é muito complexa, de modo que costuma-se incluir uma unidade estabilizadora (geralmente composta por um sistema de

armazenamento de energia de curto prazo, como os volantes de inercia, e um conversor eletrônico que atua de interface com a rede) para ajudar no controle supervisor neste modo

de funcionamento.

O controle supervisor do Sistema Eólico-Diesel coordena e supervisa a operação do Sistema, através

de um controle distribuído. O controle distribuído é realizado permitindo que os componentes do sistema usem seus próprios sistemas de regulação e controle para proteger a operação. O controle

supervisor é responsável por selecionar o melhor modo de operação do sistema, considerando os objetivos específicos de operação, a configuração do sistema e as restrições. O controle supervisor

também pode determinar a ordem de funcionamento dos diferentes componentes para os diferentes

modos de operação e enviá-los aos respectivos controladores locais.


Grupo eletrógeno: imprescindível

O mesmo nome do sistema, "Eólico-diesel", informa a importância do grupo diesel no funcionamento do sistema. Diferentemente do grupo dos sistemas híbridos, em que desempenha um papel de apoio

e não faz parte essencial de seu funcionamento, nos sistemas eólico-diesel o grupo eletrógeno desempenha uma papel fundamental: arranca a rede elétrica, mantém a estabilidade elétrica em

grande parte dos modos de funcionamento e é parte imprescindível para garantir um correto

funcionamento do sistema.

Precisamente, este papel tão importante do grupo diesel torna muito interessante a incorporação de energia eólica às redes diesel já existentes, que são muitas em todo o mundo, já que uma parte

considerável do sistema (Planta diesel, linhas de energia, distribuição,...) já se encontra instalada, e somente é preciso desenhar a melhor opção da componente eólica.

No caso de aplicações eólico-diesel, a viabilidade do sistema se dá em função da economia de combustível que traz consigo a incorporação de energia eólica a um grupo diesel, normalmente

existente antes do estudo, junto com outros aspectos como a manutenção, o custo do transporte de combustível, emissões, etc.

Consumos: convém incluir cargas reguláveis

São pequenas redes de distribuição, de modo que os consumos são os típicos deste tipo de redes.

Contudo, é muito recomendável que os consumos que possam ser controlados pelo controle supervisor (cargas reguláveis), possam ser administrados por este para uma otimização da gestão

energética do sistema. Dentre estes consumos se encontram: bombeamento de água, plantas dessalinizadoras, plantas de fabricação de gelo, sistemas de pré-aquecimento, etc.

Experiências de eletrificação rural com sistemas eólico-diesel na América Latina e no Caribe

Apresentam-se a seguir alguns projetos eólico-diesel emblemáticos na região ALC:

Sistema eólico-diesel de San Cristobal, nas Ilhas Galápagos, Equador9

O objetivo principal do projeto era substituir, na medida do possível, a geração existente de energia

com base na combustão de diesel, por uma fonte limpa de energia, conseguindo assim, além da redução do consumo do combustível, a redução do risco de catástrofe ecológica. A financiamento do

Projeto Eólico foi possível com base na doação d os membros do E8 e da Fundação das Nações Unidas, bem como do Governo do Equador.

No momento de abordar a solução tecnológica do projeto, deve-se considerar os seguintes aspectos:

• A geração energética é realizada a partir de uma planta diesel, cujos 3 grupos principais são de 650 kW (812 kVA) e, instalados em 1992, são integrados à operação do conjunto.

• De acordo com as previsões de crescimento da demanda energética na ilha de San Cristóbal, decide-se pela instalação de 3 aerogeradores do modelo AE59 de MADE (agora integrado em

GAMESA), passagem e velocidade variável, cuja potência nominal unitária é de 800 kW.


• O controle dos parâmetros fundamentais da rede, tensão e frequência é realizado pelos grupos diesel, de modo que é necessário a todo tempo ter pelo menos um diesel arrancado. De acordo com

o exposto anteriormente, isto significa que se trata de um sistema com baixa penetração eólica.

• O funcionamento de contínuo de um grupo diesel não deve estar abaixo de 25% de sua potência nominal (dado aportado pelo fabricante).

• A carga da ilha segue a curva de demanda de uma carga residencial.

Neste caso o tamanho da geração eólica está fora da gama da mini-eólica, mas se apresenta como exemplo de aplicação desta configuração. No seguinte diagrama de linha se mostra a configuração

deste sistema eólico-diesel de baixa penetração eólica, com as caraterísticas principais dos

componentes que formam o sistema.

Ilustração 13. Esquema linear sistema eólico-diesel em Galápagos, Equador

9

9 “SISTEMA EÓLICO/DIESEL - Proyecto San Cristóbal (Islas Galápagos)”. Alberto Alonso. Noviembre 2010


O projeto Nazareth, na Colômbia 10

Até 2011, os vilarejos de Nazareth e Puerto Estrella na região de La Guajira (Colômbia), com uma população superior a 2000 habitantes, não desfrutavam da prestação do serviço de energia elétrica,

apesar de contar com grupos eletrógenos. O Instituto de Planificação e Promoção de Soluções Energéticas para zonas não interconectadas (IPSE), entidade dependente do Governo colombiano,

propôs-se a melhorar a qualidade de vida dos habitantes destas localidade. Em razão de que o local é

uma região com muito vento abundante irradiação solar, ADES propôs ao IPSE (proprietário da instalação) uma solução consistente em minimizar o funcionamento do grupo eletrógeno através da

incorporação de distintas fontes energéticas renováveis (eólica e solar) no sistema existente.

A instalação, que finalmente se encontra em funcionamento, integra dois aerogeradores com

tecnologia mono-pá pivotante ADES com 100 kW e uma altura de 20 m, um parque fotovoltaico de 100 kW com acompanhamento, um banco de baterias e três grupos eletrógenos que somam 250 kW

de potência, além dos correspondentes inversores, retificadores e demais equipamentos elétricos, e do sistema de controle que se encarrega de otimizar a gestão do conjunto.

Na seguinte ilustração mostra-se o diagrama de linha da instalação. Apesar de que a configuração

corresponda mais a sistemas com baterias do que ao sistema eólico-diesel objeto desta seção,

incluiu-se aqui pelo tamanho considerável da mesma e pela gestão de distintos grupos diesel, ainda que sirva para comentar que nos últimos anos também estão sendo realizadas instalações de grande

tamanho com a configuração de sistemas com acumulação em baterias.

Ilustração 14. Esquema linear do projeto Nazareth, na Colômbia

10

10 “Experiencia Eólica en Colombia”. S. Garzón. IRENA, abril 2012


Sistemas eólico-água

Já foi comentado que manter a estabilidade elétrica é uma das caraterísticas que mais influem no

desenho dos sistemas isolados. Assim, nesta seção se incluem os sistemas cuja estabilidade elétrica pode ser mais flexível, abrindo a porta para sistemas de tensão e frequência variáveis, o que pode

permitir uma maior simplicidade na solução com relação aos componentes que surgem.

Acumulação: armazena-se um produto da geração elétrica.

Esta configuração pode funcionar com baterias, mas uma das possibilidades desta solução é a eliminação do sistema de armazenamento de energia elétrico a longo prazo (bateria). Neste tipo de

sistemas o armazenamento é realizado no produto final (água, gelo, calor,...), e não no produto intermediário (eletricidade). Para que esta configuração seja viável, o produto final deve poder ser

armazenado de uma forma simples a baixo custo.

Controle: imprescindível, mas simples A ausência da necessidade de manter a estabilidade elétrica (tensão e frequência) pode permitir a

simplificação do controle do sistema, contemplando-se inclusive a possibilidade da conexão direta do aerogerador à aplicação (resistência, motor,...). Não obstante, inclusive esta conexão tão simples

necessita de um mínimo controle para proteger o sistema ante situações de ventos muito altos e/ou

consumos muito baixos. Por essa razão, existem soluções que contam com um controle mais sofisticado para conseguir um melhor funcionamento do sistema.

Grupo eletrógeno: pode existir A outra grande vantagem desta configuração é a possibilidade de prescindir do grupo eletrógeno,

pois o sistema pode funcionar quando exista recurso renovável suficiente e não fazê-lo em caso

contrario. A garantia do produto gerado é obtida com o sistema de armazenamento. Contudo, pode ser necessária uma garantia do produto diante de qualquer situação em que seja necessária a

inclusão de um grupo eletrógeno que garanta o fornecimento do produto seja qual for a relação entre o recurso renovável e o consumo do produto final.

Consumos: cargas reguláveis, não dedicadas Desde logo, esta configuração é especialmente apropriada para cargas reguláveis, aquelas que

podem atuar de forma independente do consumo do produto final. Não são apropriados, portanto,

em aplicações de cargas principais, em que o consumo elétrico se produz quando o usuário o deseje.

Experiências em aplicações de pequena eólica com água na América Latina e no Caribe Nesta seção não serão indicados projetos concretos, mas será comentada a experiência existente na

região principalmente com os sistemas de bombeamento eólicos baseados em moinhos multi-pá mecânicos, uma solução muito utilizada na América em geral e, dentro da região ALC, em países

como Argentina ou Colômbia, este último em que se trabalhou não apenas na instalação, mas na

fabricação de moinhos deste tipo.


Resumo

Apresentam-se neste capítulo as aplicações representativas das configurações introduzidas no capítulo anterior: sistemas conectados à rede, sistemas isolados híbridos (sistemas com acumulação

de energia elétrica), sistemas isolados eólico-diesel (com caminho em alternada) e sistemas isolados

sem acumulação de energia elétrica ou grupo eletrógeno (aplicações eólico-água). Para cada uma destas configurações, comentou-se as particularidades que apresentam os componentes desse tipo

de configuração, bem como as aplicações mais típicas utilizadas pela configuração. Apresentam-se igualmente as experiências em cada configuração na região ALC.

Assim, a configuração de sistema conectado à rede é a mais simples de todas, pela vantagem que representa dispor de uma rede elétrica estável. Costumam incorporar somente o aerogerador, pois a

presença da acumulação, controle supervisor e a implicação dependem do quadro normativo e de remuneração, não sendo, portanto, uma imposição técnica para que o sistema funcione

corretamente.

Para a configuração denominada como sistemas isolados híbridos, as peculiaridades incluem a

presença frequente de geração fotovoltaica junto com a eólica, o uso de baterias como sistema de armazenamento mais utilizado, distintas possibilidades do controle do sistema em função do tamanho

e da arquitetura do mesmo, e a presença opcional de um grupo eletrógeno como elemento de apoio. Para esta configuração apresentou-se também um resumo da normativa aplicável, tanto dentro do

âmbito da Comissão Eletrotécnica Internacional, quanto dentro do trabalho realizado na Agência

Internacional da Energia. A revisão de atividades de eletrificação rural na região ALC usando esta configuração foi realizado de uma forma mais extensa que em outros casos, dado que é a

configuração mais utilizada das três. Assim, revisou-se dentre outras as experiências com sistemas híbridos no México na década dos 90, o grande projeto de eletrificação com mini-eólica, com mais de

1500 sistemas, incluída dentro do PERMER na Argentina, ou a interessante experiência com

fabricação local de pequenos aerogeradores no Peru. Também foi apresentado o projeto EUROSOLAR, a principal aposta de a Comissão Europeia em projetos de eletrificação rural a nível

internacional nos últimos anos, desenvolvida na região ALC e na que se incluem 177 sistemas híbridos eólico-fotovoltaicos.

Com relação aos sistemas isolados eólico-diesel, foram reveladas peculiaridades como a possível

(ainda que pouco frequente até a data) presença de outras fontes de geração renováveis além da

eólica, a presença quase obrigatória de algum sistema de armazenamento de curto prazo (principalmente nos sistemas de alta penetração eólica), a necessidade de um controle supervisor,

tanto mais complexo quanto maior seja o nível de penetração eólica, a presença obrigatória de um grupo ou uma central diesel que, neste caso, é um elemento essencial para o correto funcionamento

do sistema e, por último, a conveniência de cargas reguláveis, além das cargas dedicadas que devem

ser alimentadas.

Finalmente, os sistemas isolados eólico-água são caraterizados pela ausência de necessidade de manter uma estabilidade em tensão e em frequência estrita, como ocorre nas outras duas

configurações. Esta caraterística revela que não é necessário o uso de sistemas de armazenamento

de energia, pois se armazena um produto derivado (água, água dessalada, gelo, calor,…); revela também a necessidade de um certo controle do sistema, ainda que simples; e revela que o tipo de

cargas que podem ser atendidos com esta configuração são somente cargas reguláveis, que variam em função do recurso eólico disponível.


Glossário

Ângulo de passagem ou de ataque: ângulo que determina a relação entre a posição da pá e o plano de rotação das pás.

Anemômetro: dispositivo utilizado para medir a velocidade do vento.

Área de rotor: área varrida pelo rotor, que se calcula a partir do raio R: A = π R2.

Barlavento: sistemas de captação em que o vento entra de frente, isso é, passa primeiro pelo rotor

e depois pela torre.

Bucha: elemento da máquina em que o eixo do rotor se apoia e gira. É frequente descrever a altura

do aerogerador como “a altura da bucha”.

Coeficiente de potência relação entre a potência mecânica captada pelo rotor e a potência cinética transportada pelo vento, tudo para a superfície do rotor.

Curva de potência gráfico que mostra a relação entre a potência elétrica na saída do aerogerador e a velocidade do vento incidente, para a gama de velocidades de vento de uso.

Mudança de passo: estratégia em que se permite modificar durante a operação o ângulo de passagem.

Freno: qualquer sistema usado para deter o rotor.

Gôndola corpo de aerogeradores de eixo horizontal, que se encontra sobre a torre e tem capacidade de girar orientando-se com a direção do vento.

Inversor: dispositivo eletrônico usado para realizar uma conversão na forma de energia elétrica, de corrente contínua a corrente alternada.

Orientação: movimento da gôndola para permanecer de frente para o vento.

Pás: elemento que captura aerodinamicamente a energia transportada pelo vento.

Perfil : forma da pá em uma seção transversal, utilizada em sistemas de captação eólica para

melhorar a eficiência de captação.

Potência nominal saída de potência média do aerogerador quando opera a uma velocidade média

nominal. Ele é geralmente usado para definir o tamanho de uma turbina eólica.

Produção energética anual, produzida por um aerogerador concreto, em um local concreto. Costuma-se usar este parâmetro para comparar o comportamento entre aerogeradores.

Retificador dispositivo eletrônico usado para realizar uma conversão na forma de energia elétrica, de corrente alternada à corrente contínua.

Rotor: parte rotatória do aerogerador que inclui as pás e o eixo sobre o que se acoplam.


Sota-vento: sistemas de captação em que o vento entra por trás, isso é, passa primeiro pela torre e depois pelo rotor.

Turbulência: mudanças na velocidade e direção do vento, frequentemente causadas pelos

obstáculos.

Velocidade específica: relação entre a velocidade linear na ponta da pá e a velocidade do vento

incidente. Costuma ser um requisito de desenho para os aerogeradores.

Velocidade média de vento: valor médio da velocidade de vento durante um período.

Velocidade de arranque: velocidade média do vento em que o aerogerador começa a gerar.

Velocidade nominal: menor velocidade média do vento em que o aerogerador produz a potência

nominal.


Bibliografia e referências recomendadas [1] Cádiz Deleito J.C. “Historia de las Máquinas Eólicas”. Endesa. Madrid 1992.

[2] Varios Autores, 2010. “Principios de Conversión de la Energía Eólica”. Serie Ponencias. Editorial CIEMAT Madrid

[3] Varios Autores, 2002. “Desarrollo Tecnológico de Sistemas Aislados con Energía Eólica”. Serie Ponencias. Editorial CIEMAT Madrid

[4] Varios autores, 2000. “Fundamentos, Dimensionado y Aplicaciones de la Energía Solar Fotovoltaica”. Serie Ponencias. Editorial CIEMAT. Madrid

[5] Rodríguez J.L., Burgos J.C., Arnalte S., 2003 “Sistemas Eólicos de Producción de Energía Eléctrica”. Editorial Rueda S.L Madrid

[6] I. Cruz, L. Arribas “Wind Energy THE FACTS”. Ed. 2009. Capítulo 6 de Tecnología: “Small Wind Turbines”. ISBN: 978184407710

[7] “AWEA, 2002. ROADMAP. A 20-year industry plan for small wind turbine technology”.

[8] Varios autores, 2008. Ponencias de la “II Jornadas sobre generación minieólica y aplicaciones”, organizadas por el CIEMAT el 2 de diciembre de 2008.

[9] Avia F., Cruz I. (1998) Estado del arte de la tecnología de pequeños aerogeneradores

Documento Técnico CIEMAT. Ref. 875

[10] Johnson G.L. (1985). Wind Energy Systems. Prentice Hall. Englewood.

[11] EC (1998). Desalination guide using renewable energies. European Communities

[12] Carlin P.W., Laxson A.S., Muljadi E.B. (2001) The History and State of the Art Technology of Variable-Speed Wind Turbine. NREL/TP-500-28607

[13] Cruz I., Arribas L., et al, (1996), “Hybrid Wind Diesel System for a Village in the Canary Islands: Operation Results and Conclusions”, European Wind Energy Conference, Goteborg, Sweden

[14] Fiffe R. P., Arribas L.M., Cruz I., Avia F. (2001), “A Review Of Wind Electric Pumping Systems (WEPS): CIEMAT’s Activities”, European Wind Energy Conference,

Copenhagen, Denmark

[15] Alliance for Rural Electrification (2012), “The potential of small and medium wind energy in developing countries. A guide for energy sector decision makers”. Position

paper: ARE ha lanzado recientemente la Campaña de Mini-eólica, que intenta eliminar los mitos erróneos y los cuellos de botella que han impedido a los encargados de

tomar las decisiones el incluir esta tecnología como opción para la electrificación rural.

[16] L. Arribas et al (2011), “World-wide overview about design and simulation tools for hybrid PV systems“. IEA PVPS Task 11, Report IEA-PVPS T11-01:2011

[17] M. Bergey, “Hycad Spreedsheet”, Village Power 2000 Conference Tutorial on Small Wind Systems.

[18] L. Arribas, I. Cruz (2010). “A revisited approach for the design of PV-Wind Hybrid Systems”, European Conference on PV Hybrids and Mini-Grids, Tarragona, Spain

[19] Varios autores (2012), “Guía sobre Tecnología Mini-eólica”, Comunidad de Madrid

[20] WWEA (2013), “Small Wind World Report Update”


Páginas da Internet

[1] http://www.small-wind.org/, plataforma dedicada à mini-eólica, dentro do portal da

Associação Mundial de Energia Eólica (WWEA). [2] http://www.awea.org/smallwind web dedicado à geração eólica distribuída, dentro do portal

de a Associação Americana de Energia Eólica (AWEA).

[3] http://www.renewáveluk.com/em/renewável-energy/wind-energy/small-and-medium-scale-wind/index.cfm, web dentro do portal RenewableUK dedicada aos aerogeradores de pequena

e média potência no Reino Unido. [4] http://www.ieawind.org/task_27_home_page.html, web da Tarefa 27 da Agência

Internacional da Energia (IEA), lançada para promover o uso de uma etiqueta orientada ao consumidor para mini-eólica.

[5] http://www.soluçõespraticas.org.pe/detalle_evento.php?id=80: palestras do “Simpósio internacional de energia eólica de pequena escala”, celebrado em Lima nos dias 5 e 6 de dezembro de 2012.

[6] http://www.allsmallwindturbines.com web com informação de grande quantidade de fabricantes de aerogeradores de pequena potência

[7] http://www.ruralelec.org/, web da Aliança para a Eletrificação Rural (ARE), em que se

encontram, dentre outras cosas, relatórios relacionados com a eletrificação rural através de sistemas isolados híbridos em que se inclui mini-eólica.

[8] http://www.iea-pvps-task11.org/, web da Tarefa 11 da Agência Internacional da Energia (IEA), com informação sobre “Sistemas Híbridos com FV e Mini-redes”

[9] www.windpoweringamerica.gov/wind_diesel.asp apresentações de conferências de 2002 a 2009 sobre sistemas Eólico-Diesel. Em inglês.

[10] www.homepower.com revista eletrônica muito interessante dedicada a todos os aspectos

energéticos para uma casa, desde veículos elétricos ao fornecimento com renováveis de todo tipo, incluída a eólica. Em inglês

[11] www.urbanwind.net web do Projeto WINEUR, com abundante informação sobre integração da energia eólica em meios urbanos. Em inglês.

[12] www.homerenergy.org web da empresa que administra a ferramenta de otimização de

sistemas híbridos HOMER, uma referência a nível internacional. Inclui, além do software gratuito, exemplos de aplicação e ajuda de manejo. Em inglês.

INFORMAÇÃO GERAL

http://www.windpowerwiki.dk/ Página dedicada ao ensino da energia eólica aberta a todos

os níveis. Inclui algumas ferramentas que permitem realizar certos cálculos. Em inglês.

http://www.wind-energy-the-fats.org/ O objetivo do projeto WIND ENERGY: THE FATS é

responder às preguntas e aos desafios que aparecem junto com a energia eólica através desta publicação completa que é periodicamente atualizada. Em inglês.

ALGUNS FABRICANTES DE PEQUENOS AEROGERADORES www.bergey.com, fabricante norte americano de longa tradição

www.bornay.com, fabricante espanhol de longa tradição

www.windspot.es , fabricante espanhol mais recente, com um modelo certificado de 3.8kW www.windenergy.com, a web de Southwest Windpower, o principal fabricante ocidental de

mini-eólica www.kingspanwind.com, antiga Proven, fabricante britânico de longa tradição

www.zephyreco.co.jp/em , fabricante japonês com um modelo certificado de 1kW

www.marlec.co.uk , fabricante britânico de aerogeradores de muito pequena potência www.fortiswindenergy.com , fabricante holandês de longa tradição

NOTA: os endereços referidos nesta página foram acessados em julho de 2013

http://www.small-wind.org/

http://www.awea.org/smallwind

http://www.renewableuk.com/en/renewable-energy/wind-energy/small-and-medium-scale-wind/index.cfm

http://www.renewableuk.com/en/renewable-energy/wind-energy/small-and-medium-scale-wind/index.cfm

http://www.ieawind.org/task_27_home_page.html

http://www.solucionespracticas.org.pe/detalle_evento.php?id=80

http://www.allsmallwindturbines.com/

http://www.ruralelec.org/

http://www.iea-pvps-task11.org/

http://www.windpoweringamerica.gov/wind_diesel.asp

http://www.homepower.com/

http://www.urbanwind.net/

http://www.homerenergy.org/

http://www.windpowerwiki.dk/

http://www.wind-energy-the-facts.org/

http://www.bergey.com/

http://www.bornay.com/

http://www.windspot.es/

http://www.windenergy.com/

http://www.kingspanwind.com/

http://www.zephyreco.co.jp/en

http://www.marlec.co.uk/

http://www.fortiswindenergy.com/


Índice de tabelas Tabela 1. Classificação de aerogeradores de pequena potência (Fonte: CIEMAT) ................................ 3 Tabela 2. Principais projetos de sistemas híbridos realizados no México, nos 905. ............................. 45 Tabela 3. Configuração e custos de instalação típica em El Alumbre, Peru6 ........................................ 45 Tabela 4. Principais caraterísticas dos sistemas híbridos instalados na Venezuela7 ............................ 47

Índice de ilustrações

Ilustração 1. Curva de potência (Fonte: CIEMAT) ................................................................................... 4 Ilustração 2. Aerogerador de eixo horizontal, bi-pá a barlavento .......................................................... 6 Ilustração 3. Componentes de um aerogerador de pequena potência .................................................. 7 Ilustração 4. Anemômetro de copos e cata-vento (Fonte: CIEMAT) .................................................... 16 Ilustração 5. Distribuição de direções. Rosa dos ventos (Fonte: CIEMAT) ........................................... 18 Ilustração 6. Distribuções de Weibull, Rayleigh e histograma de velocidades (Fonte: CIEMAT) ......... 19 Ilustração 7. Exemplos de mapas eólicos na ALC .................................................................................. 22 Ilustração 8. Configuração típica para mini-eólica conectada à rede (Fonte: CIEMAT) ....................... 30 Ilustração 9. Esquema de funcionamento básico de sistema isolado com armazenamento de energia elétrica (Fonte: CIEMAT) ....................................................................................................................... 31 Ilustração 10. Esquema de funcionamento básico de sistema isolado eólico-diesel ........................... 33 Ilustração 11. Diagrama de blocos do sistema de geração do Projeto da Ilha dos Lençóis, no Brasil .. 44 Ilustração 12. Kit híbrido eólico-fotovoltaico usado no projeto EUROSOLAR8 ..................................... 47 Ilustração 13. Esquema linear sistema eólico-diesel em Galápagos, Equador9 .................................... 51 Ilustração 14. Esquema linear do projeto Nazareth, na Colômbia10 .................................................... 52

Arribas, L. (2013). Energia Mini-eólica

Energia Minieolica

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