Concepção de uma pequena turbina eólica destinada ao segmento doméstico (simplificação e análise aerodinâmica das pás)

O trabalho que se apresenta incide sobre o estudo aerodinâmico das pás de uma turbina eólica de pequeno porte, com vista à simplificação geométrica, de forma a que estas sejam baratas e de fácil concepção. A teoria da quantidade de movimento do elemento de pá (BEMT), que é o modelo de referência para o projecto e análise aerodinâmica das pás das turbinas eólicas, foi utilizada neste trabalho de forma a projectar e analisar aerodinamicamente as pás da turbina. Sendo assim, desenvolveu-se um programa computacional em MATLAB, denominado de “Turbina”, de forma a implementar a teoria BEM. Introduzindo os dados dos parâmetros de projecto no programa (potência requerida, o número de pás, velocidade do vento, a TSR e o tipo de perfil alar), obtêm-se os parâmetros geométricos das pás (distribuição da corda ao longo da envergadura, o raio da pá e a distribuição da torção da pá), os parâmetros aerodinâmicos e de desempenho. Uma pá ideal foi calculada e de seguida foi modificada de forma a obter-se uma pá simples e menos carregada aerodinamicamente. Introduzidas as modificações na geometria da pá ideal, obtiveram-se duas configurações distintas. Uma configuração linear, onde a distribuição da corda e do ângulo de torção se tornam lineares, e outra configuração bi-linear, onde a distribuição da corda continua linear mas o ângulo de torção se torna bi-linear, isto é, a pá é composta por dois troços onde cada troço apresenta uma distribuição linear do ângulo de torção geométrica. As conclusões demonstram que a configuração bi-linear é uma boa alternativa a configuração ideal, apresentando uma redução do desempenho do rotor de 2.8% para um aumento do raio da pá em 1.41%, para se obter a mesma potência da configuração ideal. A análise aos perfis alares, utilizados neste trabalho, foi efectuada a partir dos programas comerciais ICEM e FLUENT. De forma a automatizar a análise de CFD, três programas foram desenvolvidos utilizando a linguagem de programação “C”. Os programas são denominados de “Malha2D”, “Calcula_Coeficientes” e “Plot_Graficos”. Finalmente, um estudo paramétrico foi feito de forma a avaliar a influências das variáveis de projecto no desempenho geral da turbina.

O papel da geração hídrica reversível na integração da energia eólica em ambiente de mercado

A geração de energia elétrica a partir de fontes renováveis, tal como as centrais eólicas, apresenta diferente disponibilidade ao longo do tempo. Por esse motivo, a crescente integração da energia eólica no sistema elétrico levanta questões operacionais importantes, tal como o equilíbrio entre a potência da geração e a potência do consumo, podendo em certos períodos, ocorrer fenómenos de excesso de geração. Atualmente, as centrais hídricas reversíveis (CHR) têm sido vistas como uma solução para absorver esse excesso de geração, evitando-se assim, a necessidade de corte da geração eólica. Num contexto de mercado liberalizado, considerando-se que as CHR são tomadoras de preço, nos períodos de baixo consumo e elevada disponibilidade de vento, o baixo preço da energia elétrica dará incentivo para as CHR realizem bombagem, promovendo a integração da energia eólica. No entanto, se uma CHR apresentar poder de mercado, a sua estratégia de maximização do lucro pode levar a um perfil de bombagem e geração diferente, desviando-se do objetivo de maximizar a integração da energia eólica. Neste sentido, o presente trabalho tem como objetivo estudar a influência do poder de mercado na operação de uma CHR inserida no mercado diário do mercado ibérico de eletricidade (MIBEL). Para tal, é desenvolvido um modelo de despacho em ambiente de mercado, sendo o poder de mercado da CHR modelado através de uma curva de procura residual inversa com elasticidade variável. Os resultados obtidos evidenciam que o aumento do poder de mercado da CHR corresponde a uma diminuição do nível de energia armazenada e, portanto, a capacidade de integrar energia eólica pode ser consideravelmente reduzida. No entanto, quando a CHR pertence a uma empresa de geração que para além desta, possui também uma central de tecnologia diferente, tal como uma central térmica ou eólica, o seu comportamento pode inverter-se.

Integração da produção eólica em mercado: estratégia de licitação no mercado diário e seviços de sistema

A produção de energia elétrica através de fontes de energia renovável tem crescido de uma forma considerável nos últimos anos com um forte incentivo decorrente das políticas europeias e nacionais. Portugal é assim um dos países de referência a nível mundial de energia eólica, ocupando o terceiro lugar relativamente ao consumo de energia proveniente da eólica com uma percentagem de 15,6%. O crescimento deste tipo de tecnologias foi possível devido aos apoios governamentais, que introduziram um regime remuneratório assente sobre uma tarifa regulada, incentivando assim o investimento em fontes de energia renovável. Derivado à crise económica atual e ao pedido de ajuda externa de Portugal, o governo português foi aconselhado a parar com os incentivos financeiros às energias renováveis. Face a esta conjuntura económica, o sobrecusto atual para os consumidores assim como a projeção futura de novas instalações de acordo com o plano de Estratégia Nacional para a Energia com horizonte de 2020, poderá influenciar Portugal no futuro a passar para mercado liberalizado no que diz respeito à energia eólica. O presente trabalho tem como objetivo a análise de um parque eólico em mercado liberalizado, ou seja deixando de estar sob tarifa, tendo assim de licitar a sua energia em mercado como qualquer outro produtor em regime ordinário. Com a ida a mercado poderá existir um decréscimo de receita do produtor eólico, devido à dinâmica do próprio mercado. Desta forma a presente dissertação tem como objetivo principal estudar um meio de maximização da receita. Os resultados obtidos demonstram uma dependência de vários fatores, nomeadamente da volatilidade dos preços de mercado, dos preços de regulação de energia secundária, da previsão da produção, para os vários cenários efetuados para maximizar a receita do produtor num ambiente de mercado livre. No final são ainda identificados alguns meios de incentivo assim como de incremento da receita do produtor em tecnologias renováveis em detrimento da produção baseada em recursos fósseis.

Integração da eólica com a hídrica reversível

Este trabalho incide sobre a integração da energia eólica com a energia hídrica reversível num horizonte temporal de 24 horas com períodos horários. O objectivo deste trabalho é demonstrar as vantagens na utilização de um sistema eólico - hídrico reversível, aproveitando os excessos de energia eólica e/ou baixo custo da energia em horas de baixo consumo para bombear água da albufeira inferior para a superior, turbinando-a mais tarde quando for economicamente vantajoso. Serão apresentados três cenários com três simulações cada, para demonstrar a viabilidade económica do estudo.

Modelação de torre eólica: controlo e desempenho

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia

A engenharia Civil e a produção industrial de energia eólica

Dissertação para obtenção do grau de Engenharia Civil na Área de Especialização de Edificações

Localização ótima de potência eólica para integração no sistema elétrico português

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia

Identificação da combinação ótima das fontes de energia renovável de origem hídrica, eólica e fotovoltaica para a integração no sistema elétrico português

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia

Estudo e proposta de algoritmo para a minimização do corte de eólica no contexto de uma análise custo-benefício multicritério

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia

Modelos de risk based inspection e risk based inspection and maintenance aplicados a sistemas de produção de energias renováveis

A utilização de recursos energéticos renováveis apresenta-se como um caminho vital para a humanidade alcançar um desenvolvimento sustentável. Nesta campanha, a energia eólica surge como um dos principais vectores de orientação tendo evoluído de forma quase exponencial nos últimos anos. No entanto, apesar da sua relativa maturidade, esta tecnologia enfrenta ainda alguns problemas e desafios. Não obstante a experiência empírica da indústria eólica, adquirida nos últimos trinta anos e dos esforços para melhorar a fiabilidade operacional das turbinas, as taxas de falha ainda se apresentam elevadas. Face às correntes práticas de Manutenção das turbinas e parques eólicos e às características de falha, (por vezes catastróficas), existe a necessidade de optimizar as estratégias de manutenção das turbinas eólicas e reduzir os custos durante o ciclo de vida, de modo a maximizar o retorno do investimento. Descreve-se neste trabalho o estado do conhecimento actual face ao objectivo pretendido, a recolha de dados reais da operação e Manutenção, a aplicabilidade dos modelos escolhidos para obtenção da probabilidade de falha, e as consequências e avaliação do risco. Assim, desenvolveu-se uma ferramenta de apoio à decisão, baseada em Modelos de RBI (Risk Based Inspection) e RBIM (Risk Based Inspection and Maintenance) aplicados a turbinas eólicas.

Estudo de sistemas de aproveitamento de energias renováveis em edifícios, análise de casos práticos e vantagens da sua aplicação

Este trabalho pretende analisar o estado da arte da tecnologia das energias renováveis em Portugal e das suas perspectivas de evolução. Analisa os progressos que têm feito nessa área e o interesse que o País tem em evoluir na sua sustentabilidade e, no desenvolvimento duma estratégia forte para o futuro nessa área. Com esta investigação, pretende-se, explicar os conceitos de sustentabilidade e eficiência energética em relação aos edifícios e como fazer a sua classificação, além do caminho para lá chegar. Também são referidas as diferentes tecnologias existentes no mercado, como a solar, eólica, biomassa, geotérmica e hídrica, e as que poderão surgir no futuro, os estudos feitos para avaliação do potencial de redução de custos de cada uma, da diminuição dos impactes ambientais, da maior sustentabilidade dos edifícios, bem como das vantagens destes em relação às fontes de energia já existentes. È também analisado o papel que poderão desempenhar estas energias de fonte renovável na redução da dependência energética de um edifício em relação às energias de origem fóssil. O ponto de situação actual da indústria e o seu futuro a nível mundial é estudado. Ao nível internacional são examinados os estudos feitos para desenvolver a tecnologia. No plano nacional foi feito uma recolha de dados que permitirá fazer uma compilação da situação energética actual, da estratégia para o sector no futuro, do enquadramento legal actual, bem como das barreiras que limitam o seu desenvolvimento. A consideração de todos estes elementos, vai mostrar que as energias renováveis, só deverão ter um papel importante no fornecimento de energia global com o investimento de privados e com ajudas do governo. Em Portugal, já representa uma fatia importante no consumo energético. Estes dois factos permitem inferir que hoje um investimento é uma oportunidade no mundo da Engenharia Civil, e que apesar de o sector nacional estar no bom caminho, o mesmo está ainda aquém do necessário e longe do seu potencial máximo.

Adaptação de variadores industriais à excitação de geradores assíncronos: aplicação em turbinas Savonius

Este trabalho é um contributo para o desenvolvimento de sistemas de conversão de energia eólica em energia eléctrica em equipamentos comercialmente disponíveis. Com base na recolha de dados meteorológicos, foi caracterizada a disponibilidade da energia eólica num local de instalação de um sistema de geração de energia eléctrica. A exploração dos recursos eólicos pode ser caracterizada por intermédio de geradores eléctricos accionados por turbinas de eixo vertical ou de eixo horizontal. O sistema de geração projectado utiliza como gerador eléctrico a máquina assíncrona de rotor em curto-circuito accionada por uma turbina de eixo vertical do tipo Savonius. No que respeita a conversão electromecânica de energia, para realizar a excitação do gerador de indução e o controlo da potência entregue à rede, foi utilizado um conversor electrónico industrial do tipo regenerativo dedicado a accionamentos de velocidade variável. A estratégia de controlo utilizada, nos modelos desenvolvidos para simulação do sistema de geração proposto, utiliza a técnica de controlo vectorial de orientação de campo para realizar o controlo do binário do gerador de indução, colocando-o em modo de frenagem, através do qual é recolhida energia eléctrica. Tendo em vista a comprovação experimental do desempenho do sistema proposto, foi realizado em laboratório um protótipo. Neste protótipo a turbina Savonius é simulada por um accionamento mecânico constituído por um conjunto variador de velocidade - máquina síncrona de magnetos permanentes. O controlo do sistema é feito por intermédio de um processador digital de sinal (DSP). O DSP impõe a dinâmica desejada para turbina ao seu simulador electromecânico, faz o tratamento dos dados adquiridos no sistema gerador, implementa o seu controlo e estabelece a interface humano-máquina. O modelo teórico proposto para o sistema de geração e a estratégia de controlo adoptada são validados por comparação entre resultados de simulação numérica e os correspondentes resultados experimentais.

Simulação interactiva do mercado de energia eléctrica

A área de comercialização de energia eléctrica conheceu uma profunda mudança após a liberalização do sector eléctrico, que levou à criação de algumas entidades, as quais gerem os mercados de electricidade europeus. Relativamente a Portugal e Espanha, durante esse processo de liberalização, deu-se também um acordo que os levou à criação de um mercado conjunto, um mercado Ibérico (MIBEL). Dentro deste mercado estão contemplados dois operadores, sendo que um deles representa o pólo Português (OMIP) e o outro representa o pólo Espanhol (OMEL). O OMIP contempla os mercados a prazo, ou futuros, normalmente apresenta contratos de energia comercializada com durabilidade de semanas, meses, trimestres, semestres ou mesmo anos. Diariamente estes contratos poderão vencer no OMEL, que engloba os mercados, diário e intradiário. Este, ao contrário do OMIP negoceia para o dia seguinte (mercado diário) ou para uma determinada altura do dia (mercado intra diário). O mercado diário será o exemplo usado para a criação do simulador interactivo do mercado de energia eléctrica. Este será composto por diversos utilizadores (jogadores), que através de uma plataforma HTML irão investir em centrais de energia eléctrica, negociar licitações e analisar o funcionamento e resultados deste mercado. Este jogo subdividir-se-á então em 3 fases: 1. Fase de investimento; 2. Fase de venda (licitações); 3. Fase de mercado. Na fase do investimento, o jogador terá a possibilidade de adquirir unidades de geração de energia eléctrica de seis tipos de tecnologia: 1. Central a Carvão; 2. Central de Ciclo Combinado; 3. Central Hídrica; 4. Central Eólica; 5. Central Solar; 6. Central Nuclear. Com o decorrer das jogadas o jogador poderá aumentar a sua capacidade de investimento, com a venda de energia, sendo o vencedor aquele que mais saldo tiver no fim do número de jogadas previamente definidos, ou aquele que mais depressa atingir o saldo definido como limite pelo administrador do jogo. A nível pedagógico este simulador é muito interessante pois para além de o utilizador ficar a conhecer as tecnologias em causa e as vantagens e desvantagens das centrais de energia renovável e das centrais a combustíveis fósseis, este ganha igualmente uma sensibilidade para questões de nível ambiental, tais como o aumento dos gases de estufa e o degelo resultante do aquecimento global provocado por esses gases. Para além do conhecimento adquirido na parte de energia eléctrica este jogo dará a conhecer ao utilizador o funcionamento do mercado da energia eléctrica, bem como as tácticas que este poderá usar a seu favor neste tipo de mercado.

A energia das ondas e o seu aproveitamento

As crises energéticas surgidas no decorrer do último século, incluindo a crise do petróleo, obrigaram o Homem a procurar cada vez mais fontes de energia alternativas e preferencialmente inesgotáveis. Desta situação, resultou uma forte aposta na exploração das fontes de energias renováveis, que são uma das principais alternativas para responder a um aumento de procura, e também, face às exigências de consumos actuais, beneficiando de ao se apostar numa energia limpa e renovável existir uma forte redução nos impactes ambientais que outras fontes de energia não apresentam. O aproveitamento dos recursos provenientes de fontes de energia renováveis para a produção de energia já existe há vários anos, e, em alguns casos, atingiram já um estado de maturidade considerável, como é caso da energia eólica. Em comparação, o mesmo já não acontece com a energia das ondas. Embora o oceano apresente um recurso com enorme potencial para ser explorado, incluindo as ondas e correntes oceânicas, os dispositivos tecnológicos necessários para a exploração deste recurso encontram-se maioritariamente ainda em fase experimental, havendo casos pontuais que atingiram a fase pré-comercial. Assim, não existe até à data um dispositivo padrão para a exploração da energia das ondas em grande escala, contrariamente ao que acontece com a energia eólica. Para esta situação, contribuiu o elevado número de dispositivos patenteados para a exploração da energia das ondas, nenhum deles com vantagens significativas relativamente a outros, e também, devido ao facto de a exploração deste tipo de energia não poder ser feito de igual modo na costa ou a muitos quilómetros dela. Na presente dissertação são apresentados alguns dos principais dispositivos existentes para a extracção de energia proveniente das ondas oceânicas, com especial atenção para os dispositivos de coluna de água oscilante.

Soluções técnicas e eficiência energética em Bungalows, incorporando microprodução

No presente trabalho apresenta-se um conceito de habitação, aplicado a uma casa do tipo Bungalow que alia a arquitetura, clima, e energias renováveis (Produção fotovoltaica e eólica), denominado Green Bungalow, para um agregado familiar de 3 pessoas. Para o efeito foram analisados e estudados princípios de arquitetura bioclimática, considerando e potencializando as condições climáticas existentes no local onde o conceito foi aplicado. Foram igualmente otimizados os respetivos consumos energéticos e construídos os respetivos diagramas de carga. São propostas soluções técnicas para a alimentação da carga dimensionada para o Green Bungalow para funcionamento em sistema isolado e ligado à rede elétrica de energia. Para averiguar a racionalidade económica do investimento teve-se em consideração os aspetos legislativos, tarifas e taxas em vigor (2011) respeitantes à microprodução. Efetuou-se uma análise de sensibilidade que, tendo por base uma solução técnica dimensionada para o consumo de 1890 kWh/ano, considerou os seguintes cenários: • Sensibilidade a diferentes níveis de consumo – 4000 kWh/ano e 6000 kWh/ano; • Sensibilidade a diferentes níveis de geração; • Sensibilidade a valores de custo do equipamento considerado para cada solução técnica exequível. Conclui-se que o conceito Green Bungalow é uma boa escolha do ponto de vista técnico e em termos ambientais. Da simulação da microprodução do caso de estudo comprovou-se que, para o atual enquadramento tarifário e custo de equipamento não existe viabilidade económica, sendo viável apenas para cenários de consumo muito elevados. Nesse cenário a tecnologia fotovoltaica de produção de energia apresentou-se a mais rentável em todas as simulações.