Estudo comparativo de pás para aerogeradores de grande porte fabricadas em materiais compósitos reforçadas com fibra de carbono ou fibra de vidro

The research and development of wind turbine blades are essential to keep pace with worldwide growth in the renewable energy sector. Although currently blades are typically produced using glass fiber reinforced composite materials, the tendency for larger size blades, particularly for offshore applications, has increased the interest on carbon fiber reinforced composites because of the potential for increased stiffness and weight reduction. In this study a model of blade designed for large generators (5 MW) was studied on a small scale. A numerical simulation was performed to determine the aerodynamic loading using a Computational Fluid Dynamics (CFD) software. Two blades were then designed and manufactured using epoxy matrix composites: one reinforced with glass fibers and the other with carbon fibers. For the structural calculations, maximum stress failure criterion was adopted. The blades were manufactured by Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM), typical for this type of component. A weight comparison of the two blades was performed and the weight of the carbon fiber blade was approximately 45% of the weight of the fiberglass reinforced blade. Static bending tests were carried out on the blades for various percentages of the design load and deflections measurements were compared with the values obtained from finite element simulations. A good agreement was observed between the measured and calculated deflections. In summary, the results of this study confirm that the low density combined with high mechanical properties of carbon fibers are particularly attractive for the production of large size wind turbine blades

A atividade eólica e o desenvolvimento regional: perspectivas na formação do pólo eólico no Rio Grande do Norte

The object of this study involves the eolian energy and the scenario the training of wind pole in Rio Grande do Norte. The aim is to investigate how far the implementation of the potiguar eolian pole may represent a regional development policy with real change in the structure of the traditional local productive base. About the interaction between the public and private to development of the local eolian activity, the hypothesis is that there is no coordination between the sectors responsible for eolian activity in the state. The theoretical approach follows the developmental current and theory of growth poles, and methodology adopted is a search of exploratory and documentary, with analysis of relevant documents on the subject. As a result of the study it was found that owing to the fragility of the productive structure potiguar and imbalances produced by the concentration of capital in the Northeast, the eolian activity in the state, needs a greater state-owned intervention to ensure a basis of development based on the study and strengthening local productive chain

Estratégia de conversor para interligação de sistemas de geração eólica à rede elétrica

Currently, there are several power converter topologies applied to wind power generation. The converters allow the use of wind turbines operating at variable speed, enabling better use of wind forces. The high performance of the converters is being increasingly demanded, mainly because of the increase in the power generation capacity by wind turbines, which gave rise to various converter topologies, such as parallel or multilevel converters. The use of converters allow effective control of the power injected into the grid, either partially, for the case using partial converter, or total control for the case of using full converter. The back-to-back converter is one of the most used topologies in the market today, due to its simple structure, with few components, contributing to robust and reliable performance. In this work, is presented the implementation of a wind cogeneration system using a permanent magnet synchronous generator (PMSG) associated with a back-to-back power converter is proposed, in order to inject active power in an electric power system. The control strategy of the active power delivered to the grid by cogeneration is based on the philosophy of indirect control

Projeto de um parque eólico com a utilização de sistema de informação geográfica

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Estudo analise e exemplo de aplicação de geração eólica

Brazil economic growth has to predict the need for implementation of new energy sources to ensure the continuity of the economic growth and improvement of life of the brazilian population. Until this moment, this assistance included the construction of large hydroelectric plants, mainly in the amazon region, where the environmental impact is difficult or, as in the case of the Belo Monte made this impossible so far, the implementation of these projects. In this work is conducted a study that demonstrates an example of application of wind energy, through an assessment of wind resources in the brazilian Northeast for the implementation of a wind farm

Singular value analyses of voltage stability on power system considering wind generation variability

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Viabilidade da geração de eletricidade a partir de fonte eólica on-shore: dificuldades e vantagens de expansão na matriz elétrica brasileira

The renewable energy sources presents an important role on the world's current context, its growing is essentially connected to the environmental issues and the energetic security, guided by the search for alternatives of energy. Among the alternative energy sources, the wind energy shows great importance in the brazilian territory, it has a great potential still unexplored and constant growth in the national electric matrix. The specific factor of generation, the conjuncture and the incentive politics influence on the expansion of wind energy in Brazil. Thus, the brazilian wind sector shows features which can be evaluated enable its developing. Keeping that in mind, the present work aims identify which are the advantages and the difficulties for the expansion of this energy source in the brazilian electric matrix. For that, the work studies the different parameters: features of electric generation of the different energy sources, incentive politics, generation costs, CO2 emission, evolution of wind energy in Brazil, the brazilian wind potential, and the regime of complementarily hydro-wind

Minimizar o sobrecusto da redução da capacidade de interligação com recurso ao counter-trading

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

Controle de uma microrrede ilhada baseada em geração eólica-diesel com alto nível de inserção de geração eólica

The insertion of distributed generation units in the electric power systems have contributed to the popularization of microgrid concepts. With the microgrids, several potential benefits can be achieved in regard to power quality and supply reliability. However, several technical challenges related to the control and operation of microgrids, which are associated with high insertion of generation systems based on static converters, must be overcame. Among the opportunities in the context of microgrids, there is the islanded operation of microgrids temporarily disconnected from the electric power systems and also the autonomous operation of geographically isolated microgrids. The frequency in large power systems is traditionally controlled by the generation units based on traditional synchronous generator. The insertion of distributed generation units based on static power converters may bring difficulties to the frequency control in microgrids, due to the reduction of the equivalent inertia of conventional synchronous generators present in islanded and isolated microgrids. In this context, it becomes necessary the proposition of new operational and control strategies for microgrids control, taking into account the presence of distributed generation units based on full-rated converter. This paper proposes an operational and control strategy for the islanded operation of a winddiesel microgrid with high insertion level of wind generation. The microgrid adopted in this study comprises of a wind energy conversion system with synchronous generator based on full rated converter, a diesel generator (DIG) and a dump load. Due to the high insertion level of wind generation, the wind unit operates in Vf mode and the diesel generator operates in PQ mode. The diesel generator and the dump load are used to regulate the DC-link voltage of the wind generation unit. The proposed control allows the islanded operation of the microgrid only with wind generation, wind-only mode (WO), and with wind-diesel generation, wind-diesel mode (WD). For the wind-only mode, with 100% of penetration level of wind generation, it is proposed a DC-link voltage control loop based on the use of a DC dump load. For the winddiesel mode, it is proposed a DC-link voltage control loop added to the diesel generator, which is connected to the AC side of the microgrid, in coordinated action with the dump load. The proposed operational and control strategy does not require the use of batteries and aims to maximize the energy production from wind generation, ensuring the uninterrupted operation of the microgrid. The results have showed that the operational and control strategy allowed the stable operation of the islanded microgrid and that the DC-link voltage control loop added to the diesel generator and the dump load proved to be effective during the typical variations of wind speed and load.

Enquadramento legal e estudo económico de parques eólicos

Portugal, no intuito de alcançar metas ambientais e económicas a que se propôs, e de reduzir a dependência das importações de energia, tem aumentado o investimento em eletricidade produzida a partir de energias renováveis (FER-E). Apesar do consenso em torno da sua utilização, as energias renováveis deparam-se com barreiras de várias ordens que dificultam a sua difusão no mercado. A atuação do Estado neste enquadramento passa por criar modelos de promoção da FER-E. A maioria dos países da União Europeia, incluindo Portugal, aplica as tarifas feed-in (FIT) como instrumento central de suporte à FER-E, inserido num modelo de apoio que contempla outros parâmetros de construção considerados críticos para o seu sucesso. No seguimento do estágio realizado na empresa Senvion Portugal a presente tese explora os programas e modelos de apoio às FER-E em Portugal, nomeadamente as que se referem à energia eólica. Bem como os trabalhos realizados com as equipas de O&M e a realização de um estudo de viabilidade económica da substituição de aerogeradores no parque eólico de Picos Verdes II.

Estudo comparativo de pás para aerogeradores de grande porte fabricadas em materiais compósitos reforçadas com fibra de carbono ou fibra de vidro

The research and development of wind turbine blades are essential to keep pace with worldwide growth in the renewable energy sector. Although currently blades are typically produced using glass fiber reinforced composite materials, the tendency for larger size blades, particularly for offshore applications, has increased the interest on carbon fiber reinforced composites because of the potential for increased stiffness and weight reduction. In this study a model of blade designed for large generators (5 MW) was studied on a small scale. A numerical simulation was performed to determine the aerodynamic loading using a Computational Fluid Dynamics (CFD) software. Two blades were then designed and manufactured using epoxy matrix composites: one reinforced with glass fibers and the other with carbon fibers. For the structural calculations, maximum stress failure criterion was adopted. The blades were manufactured by Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM), typical for this type of component. A weight comparison of the two blades was performed and the weight of the carbon fiber blade was approximately 45% of the weight of the fiberglass reinforced blade. Static bending tests were carried out on the blades for various percentages of the design load and deflections measurements were compared with the values obtained from finite element simulations. A good agreement was observed between the measured and calculated deflections. In summary, the results of this study confirm that the low density combined with high mechanical properties of carbon fibers are particularly attractive for the production of large size wind turbine blades

Comunidades energéticas sustentáveis: estudo de Implementação de uma comunidade eólica no Algarve

Tese de Doutoramento, Gestão da Inovação e do Território, Faculdade de Economia, Universidade do Algarve, 2016

Acordo Aeroespacial Teuto-Brasileiro (1969-1989; 1990-2001 e 2002-2011): uma cooperação complementar

Este projeto de dissertação se propõe a analisar a cooperação aeroespacial entre o Brasil e a Alemanha de 1969 a 2011 em três recortes temporais: 1969 a 1989, 1990 a 2001 e 2002 a 2011. Seguindo as bases teóricas de classificação da CID (Cooperação Internacional para o Desenvolvimento), e apoiada em pesquisa de campo conduzida em ambos os países, este trabalho apresenta um novo conceito de cooperação que, até onde a pesquisa bibliográfica aqui conduzida avaliou, constitui uma contribuição original deste trabalho: a Cooperação Complementar. A cooperação aeroespacial teuto-brasileira é pouco conhecida e divulgada, embora tenha completado vigorosas quatro décadas de exitosa existência. A conclusão de êxito desta cooperação encontrou lastro em pesquisa de campo conduzida pela autora no Brasil (IAE Instituto de Aeronáutica e Espaço) e na Alemanha (DLR Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt), consubstanciada por quatro entrevistas (SILVA, 2011a), (SILVA, 2011c), (SILVA, 2011d) e (SILVA, 2011e) realizadas junto a importantes representantes destes dois centros. Os conhecimentos extraídos por meio destas entrevistas agregaram, no entender desta autora, importantes informações à bibliografia específica e relativamente escassa disponível em ambos os países.O êxito defendido nesta dissertação fundamenta-se não apenas na longevidade advinda dos 40 anos de existência desta Cooperação, na sua capacidade de renovação e na complementaridade atingida, mas sobretudo pela consecução dos diversos objetivos técnico-científicos integrantes do escopo do referido Tratado, muitos dos quais responsáveis por importantes desdobramentos de tecnologias em outras áreas do saber, tais como o projeto DEBRA 25 (SCHUSTER, 2011), de energia eólica, e o projeto VLS (Veículo Lançador de Satélites), que utiliza como seus motores os foguetes desenvolvidos no escopo desta Cooperação.

Otimização de torre de aço para aerogerador eólico.

Diversas formas de geração de energia vêm sendo desenvolvidas com o objetivo de oferecer alternativas ecologicamente corretas. Neste contexto, a energia eólica vem se destacando na região Nordeste do Brasil, devido ao grande potencial dos ventos da região. As torres, que representam parcela significativa do custo total do sistema, tendem a crescer buscando ventos mais fortes e permitindo assim a utilização de aerogeradores com maior capacidade de geração de energia. Este trabalho tem como objetivo formular um modelo de otimização de torres tubulares de aço, para aerogeradores eólicos. Busca-se minimizar o volume total (custo, indiretamente), tendo como variáveis de projeto as espessuras da parede da torre. São impostas restrições relativas à frequência natural e ao comportamento estrutural (tensão e deslocamento máximo de acordo com recomendações da norma Europeia). A estrutura da torre é modelada com base no Método dos Elementos Finitos e o carregamento atuante na estrutura inclui os pesos da torre, do conjunto de equipamentos instalados no topo (aerogerador), e o efeito estático da ação do vento sobre a torre. Para verificação das tensões, deslocamentos e frequências naturais, foram utilizados elementos finitos de casca disponíveis na biblioteca do programa de análise ANSYS. Os modelos de otimização foram também implementados no modulo de otimização do programa ANSYS (design optimization), que utiliza técnicas matemáticas em um processo iterativo computadorizado até que um projeto considerado ótimo seja alcançado. Nas aplicações foram usados os métodos de aproximação por subproblemas e o método de primeira ordem. Os resultados obtidos revelam que torres para aerogeradores merecem atenção especial, em relação à concepção do projeto estrutural, sendo que seu desempenho deve ser verificado através de metodologias completas que englobem além das análises clássicas (estáticas e dinâmicas), incluam também as análises de otimização.

Economic optimization of wind farms in function of the cost of energy produced

Esta tese apresenta um estudo sobre otimização económica de parques eólicos, com o objetivo de obter um algoritmo para otimização económica de parques eólicos através do custo da energia produzida. No estudo utilizou-se uma abordagem multidisciplinar. Inicialmente, apresentam-se as principais tecnologias e diferentes arquiteturas utilizadas nos parques eólicos. Bem como esquemas de funcionamento e gestão dos parques. São identificadas variáveis necessárias e apresenta-se um modelo dimensionamento para cálculo dos custos da energia produzida, tendo-se dado ênfase às instalações onshore e ligados a rede elétrica de distribuição. É feita uma análise rigorosa das características das topologias dos aerogeradores disponíveis no mercado, e simula-se o funcionamento de um parque eólico para testar a validade dos modelos desenvolvidos. Também é implementado um algoritmo para a obtenção de uma resposta otimizada para o ciclo de vida económico do parque eólico em estudo. A abordagem proposta envolve algoritmos para otimização do custo de produção com multiplas funções objetivas com base na descrição matemática da produção de eletricidade. Foram desenvolvidos modelos de otimização linear, que estabelece a ligação entre o custo económico e a produção de eletricidade, tendo em conta ainda as emissões de CO2 em instrumentos de política energética para energia eólica. São propostas expressões para o cálculo do custo de energia com variáveis não convencionais, nomeadamente, para a produção variável do parque eólico, fator de funcionamento e coeficiente de eficiência geral do sistema. Para as duas últimas, também é analisado o impacto da distribuição do vento predominante no sistema de conversão de energia eólica. Verifica-se que os resultados obtidos pelos algoritmos propostos são similares às obtidas por demais métodos numéricos já publicados na comunidade científica, e que o algoritmo de otimização económica sofre influência significativa dos valores obtidos dos coeficientes em questão. Finalmente, é demonstrado que o algoritmo proposto (LCOEwso) é útil para o dimensionamento e cálculo dos custos de capital e O&M dos parques eólicos com informação incompleta ou em fase de projeto. Nesse sentido, o contributo desta tese vem ser desenvolver uma ferramenta de apoio à tomada de decisão de um gestor, investidor ou ainda agente público em fomentar a implantação de um parque eólico.