111115709 Artigo Parque Eolico

5/26/2018 111115709 Artigo Parque Eolico

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Universidade Federal de ItajubUNIFEI

Campus Itabira

Arthur de Souza Meirelles Pires RibeiroEEL - RA 25798

Fernando Freitas HiginoEEL - RA 24317

Gabriel Guimares Rosa NascimentoEEL - RA 23765

Gleidson Pereira RoqueEEL - RA 24663

Vincius Silveira BastosEEL - RA 24669

DIMENSIONAMENTO DE UM PARQUE ELICO

EAM-002 - Cincias do Ambiente

Prof. M.Sc. Rafael Balbino Cardoso

ITABIRA2012


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DIMENSIONAMENTO DE UM PARQUE ELICO

Arthur de Souza Meirelles Pires Ribeiro1

Fernando Freitas Higino2

Gabriel Guimares Rosa Nascimento

Gleidson Pereira Roque4

Vincius Silveira Bastos5

RESUMO

Este artigo tem como objetivo dimensionar um parque elico na sub-bacia do

Verde Grande, analisando os benefcios econmicos, energticos e ambientais. Buscou-

se tambm por meio de reviso bibliogrfica, avaliar a estrutura da matriz de gerao de

energia eltrica no Brasil e a destacando o potencial elico. Tratou-se tambm das

tecnologias de turbinas elicas e dos critrios para determinao do potncial elico.

Palavras-chave: Parque - Elico. PotencialElico. TurbinasElicas.

1. INTRODUO

1.1 Composio da matriz de gerao de energia eltrica no Brasil

Segundo Cruz (2009), A matriz de gerao de energia eltrica no Brasil no

muito diversificada. Sendo classificada como hidrotrmica de grande porte por ser

1 Acadmico do 1 perodo de Engenharia Eltrica; RA 25798; [email protected] Acadmico do 1 perodo de Engenharia Eltrica; RA 24317; [email protected] Acadmico do 1 perodo de Engenharia Eltrica; RA 23765; [email protected] Acadmico do 1 perodo de Engenharia Eltrica; RA 24663; [email protected] Acadmico do 1 perodo de Engenharia Eltrica; RA 24669; [email protected]


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predominantemente baseada em Hidroeltricas e Termoeltricas. Isso pode ser

observado na figura Figura 1.1. Segundo o Balano Energtico Nacional - BEN 2008,

ano base 2007 (EPE, 2008), no qual a comparao feita pelos indicadores de 2007 em

relao a 2006. Segundo esse balano, houve um crescimento de 4,9% na gerao de

energia eltrica, e a importao manteve-se praticamente igual. O BEN 2008 tambm

mostra que houve um forte crescimento no emprego das fontes renovveis de energia.

Por exemplo, a gerao elica triplicou, com um aumento de 135,8%, isso graas a

programas governamentais de incentivo ao uso dos recursos renovveis de energia.

Figura 1.1 - Matriz de Gerao de Energia Eltrica do Brasil.

Fonte: Adaptada de EPE (2008).

A hidroeletricidade foi por muito tempo considerada uma fonte de energia limpa

e, por isso, uma alternativa positiva queima de combustveis fsseis. No entanto, uma

srie de estudos que avaliaram a emisso de GEE por essas usinas, revela resultados

impressionantes que depe contra esse conceito geral. Por exemplo, estudos realizados

por Fearnside (2007 e 2006), mostraram que as emisses de gs carbnico e metano porusinas hidreltricas podem ser responsveis pelo agravamento do efeito estufa e isso a

um nvel maior do que teria sido se essa mesma energia tivesse sido gerada pela queima

de petrleo. Essa comparao teria sido ainda muito mais marcante caso fossem usados

biocombustveis adicionados ao combustvel fssil. Esse fato ilustra a importncia de se

rever alguns conceitos atualmente estabelecidos sobre os impactos ambientais da

gerao de energia eltrica e de se promover uma reforma no setor energtico. (CRUZ;

ELIUDE, 2009).


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1.2 Participao da energia elica

A elica considerada atualmente, uma das fontes renovveis de energia com

maior viabilidade, economicamente falando e tambm em relao aos impactos

ambientais, porque essa forma de gerao de energia eltrica no libera gases

causadores do efeito estufa aps a sua implantao, alm de causar pouco impacto

ambiental comparado com todas as fontes de gerao de energia eltrica conhecidas

atualmente.

1.3 Critrios para determinao do potencial elico

Para realizar a determinao do potencial elico de uma determinada regio

necessrio uma avaliao detalhada de vrios aspectos, sendo os principais: a

velocidade e densidade do vento, elevao e inclinao do terreno, a ocupao do solo,

rede eltrica e infraestrutura, distancia at a prxima subestao, existncia de rea de

preservao ambiental, entre outros aspectos.

2.OBJETIVOS

2.1 Geral

Projetar um parque elico na sub-bacia do Verde Grande.2.2 Especificos

Estimar o beneficio liquido Estimar o beneficio ambiental em termos de reduo de emisses de gases do

efeito estufa.

3.REVISO BIBLIOGRFICA

3.1 Estrutura da matriz energtica no Brasil

Diferentemente da matriz energtica mundial, onde a utilizao do petrleo

supera a utilizao de fontes renovveis, o Brasil, tendo a seu favor significativos

recursos hdricos e de biomassa, tem nas fontes renovveis a maior parcela quanto

oferta de energia, como mostra a figura abaixo:


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Ainda assim, percebe-se uma grande participao do petrleo na composio da

matriz energtica brasileira. Isto se deve principalmente utilizao de seus derivados

(gasolina e leo diesel) no setor de transportes e tambm pelo uso em grande escala do

gs liquefeito de petrleo nos domiclios brasileiros.

A gerao de energia eltrica no Brasil concentra-se predominantemente em

fontes hidrulicas. Segundo a ANEEL (2006), as usinas hidreltricas tem participao

de 78,1% na gerao de energia eltrica. Apesar disso, o Brasil ainda no chegou a

aproveitar nem 25% de todo o potencial hidrulico que possui.

A unio usinas hidreltricas com as termoeltricas e nucleares, alm das outras

fontes (incluindo os parques elicos) resulta numa capacidade de gerao de energia

eltrica na ordem de 112 GW (ANEEL, 2010).

No Brasil, a participao da energia elica na gerao de eletricidade ainda

pouco significativa. Segundo a EPE (2011), a energia dos ventos responsvel pela

gerao de apenas 0,8% da matriz energtica brasileira.

Apesar da baixa representao na matriz energtica nacional, o potencial elico

brasileiro enorme. O Brasil um pas favorecido em termos de ventos, que se

caracterizam por volatilidade de 5% e uma presena duas vezes superior mdia global.

Alm disso, como a velocidade dos ventos tende a ser maior nos perodos de estiagem,


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existe a possibilidade de as usinas elicas operarem de forma complementar s usinas

hidreltricas, preservando as guas nesses perodos.

Estima-se que, considerando locais onde os

ventos ultrapassam a velocidade de 7m/s, o potencialelico no Brasil ultrapassa os 147 GW, valor superior

capacidade total de gerao de energia eltrica atual

(ANEEL, 2007). A figura ao lado mostra que a regio

Nordeste possui o maior potencial elico no Brasil,

com 75 GW, seguida pela regio Sudeste (29,7 GW)

e Sul (22,8 GW).

Potencial elico brasileiro.

Fonte: EPE, 2007

A medio da velocidade do vento de determinada regio fundamental quando

se trata de determinar o potencial elico. Por isso, a figura a seguir mostra o panoramado potencial elico do Brasil, apresentando a velocidade mdia anual do vento a 50

metros de altura.


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Velocidade mdia anual do vento a 50m de altura.

Fonte: FEITOSA, E. A. N. et al. Panorama do Potencial Elico no Brasil. Braslia:

Dupligrfica, 2003. (adaptado)

Como se pode observar, as informaes apresentadas na figura acima corroboram com

os dados mostrados anteriormente, evidenciando o maior potencial elico na regio

Nordeste (principalmente no litoral do Rio Grande do Norte), seguido pela regio

Sudeste, com destaque para a regio do Vale do Jequitinhonha.


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3.2.1 Aspectos Econmicos

Segundo a Associao Brasileira de Energia Elica (2012), a energia elica

produzida no Brasil j a mais barata do mundo. Enquanto a energia europeia custa

cerca de R$300,00 por megawatts/hora (MWh), a brasileira sai, em mdia, por R$105,00 MWh.

Comparando o custo da energia elica com as outras fontes de gerao que o

Brasil possui o resultado tambm positivo. Perde somente para a energia hidrulica, que

tem o custo aproximado entre R$80,00 a R$90,00 por MWh.

Para se estimar o custo da energia elica, so considerados diversos quesitos, como:

Custo total de investimento; Custos de fabricao das turbinas elicas; Custos de preparao dos projetos, custos de infraestrutura; Custos de operao e manuteno; Valor percentual da operabilidade do sistema; Tempo de vida til; Valor mdio da velocidade do vento no local de instalao.

Estudos da EWEA (European Wind Energy Association) mostram que os preos da

energia elica podem ser reduzidos em at 25% com o desenvolvimento de novas

tecnologias e com o aumento dos volumes de produo.

3.2.2 Impactos socioambientais

A gerao de energia eltrica a partir dos ventos constitui uma alternativa para

diversos tipos de demanda. Os pequenos parques podem suprir pequenas localidades,enquanto as centrais de grande porte podem atender uma importante parcela do Sistema


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Interligado Nacional. Esta interligao ao SNI promove diversos benefcios, como a

diminuio da necessidade de construo de novas hidreltricas e a contribuio para a

reduo de poluentes atmosfricos lanados pelas usinas trmicas.

Entretanto, existem tambm impactos socioambientais negativos, sendo osprincipais os impactos sonoros e visuais. Os impactos visuais decorrem do agrupamento

de torres e aerogeradores, principalmente no caso de grandes centrais elicas, que

possuem uma quantidade relativamente alta de turbinas. Estes impactos variam de

acordo com o local das instalaes, a disposio das torres a configurao das turbinas.

J os impactos sonoros so devidos ao rudo dos rotores e variam de acordo com

as especificaes dos equipamentos (ARAJO, 1996). Segundo o autor, as turbinas de

mltiplas ps produzem mais barulho e so menos eficientes que as turbinas de hlices

de alta velocidade. Com o objetivo de evitar transtornos s pessoas que residem

prximas s centrais, existe uma legislao vigente que estabelece normas e padres

para os nveis de rudo.

Apesar de serem considerados impactos negativos, por provocarem alteraes na

paisagem natural, estes impactos promovem o turismo, gerando empregos, renda, e

tambm promovendo o desenvolvimento regional.


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3.3 Tecnologias de turbinas elicas

Existem essencialmente dois tipos de turbinas elicas: as de eixo horizontal e as

de eixo vertical. As figuras a seguir mostram esses dois tipos de turbina:

Turbina de eixo horizontal. Turbina de eixo vertical.

Fonte: Merkasol. Disponvel em: www.merkasol.com Fonte:Merkasol. Disponvel em:www.merkasol.com

As turbinas de eixo horizontal so montadas horizontalmente, paralelas ao solo.

Como elas precisam se alinhar constantemente com o vento, existe um sistema de

ajuste, constitudo por caixas de engrenagens e motores eltricos, que move o rotor paraa direita ou esquerda.

As turbinas de eixo horizontal so as mais comuns do mercado, estando

presentes na maioria dos parques elicos atualmente.

As turbinas de eixo vertical, por sua vez, no necessitam de nenhum ajuste em

relao s mudanas do vento, pois ao contrrio das turbinas de eixo vertical, elas se

encontram permanentemente alinhadas. Entretanto, as turbinas de eixo verticalnecessitam de um sistema eltrico de partida; as ps no se movem por si mesmas. As


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TEEVs so mais caras que as turbinas de eixo vertical, j que seu projeto e construo

so muito mais complexos. Apesar disso, elas ainda so menos eficientes que as

TEEHs, apresentando uma velocidade de rotao menor. Por isso, so de rara

utilizao.

Desde o incio da implantao da energia elica, foram desenvolvidos diversos

tipos de turbinas de eixo horizontal com apenas uma p, com duas ou trs ps, com

gerador de induo, gerador sncrono at a elaborao dos modelos atuais, que

possuem as seguintes caractersticas: eixo horizontal de rotao com trs ps, gerador de

induo, alinhamento ativo e estrutura no flexvel, como mostra a figura a seguir:


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Desenho esquemtico de uma usina elica moderna.

Fonte: CENTRO BRASILEIRO DE ENERGIA ELICA - CBEE / UFPE. 2000. Disponvel em:www.eolica.com.br.(adaptado)

3.4 Critrios para determinao do potencial elico

Para que a energia elica seja considerada tecnicamente aproveitvel, necessrio que sua densidade seja maior ou igual a 500 W/m, a uma altura de 50m, o

que requer uma velocidade mnima do vento de 7 a 8 m/s (GRUBB; MEYER, 1993).

Alm da densidade e velocidade do vento, vrios outros fatores so considerados

para avaliar o potencial elico de determinada regio. Entre os principais, esto:

Elevao e inclinao do terreno; Ocupao do solo; Rede eltrica e infraestrutura; Distncia at a prxima subestao; Existncia ou no de reas de preservao ambiental;O ato de identificar locais com alto potencial elico em uma fase inicial do projeto

traz muitos benefcios, j que o tempo gasto para encontrar os locais ideais diminudo

drasticamente. Do mesmo modo, locais com pouco potencial so evitados desde o

incio, bem como os locais sensveis em relao ao licenciamento. Todos estes aspectos

visam reduo de tempo e custo eescolhendo-se o melhor local dentro da regio de

anlise maximizao do rendimento econmico. (Atlantec)

4. MTODOS

Para obter-se bom rendimento em um parque elico necessrio que a regio deinstalao proporcione ventos com potencial acima de 6m/s. Assim localizada na divisa

entre o Norte de Minas Gerais com 87% do territrio e Sul da Bahia com 13%, com

altitude media de 800m a Bacia do Verde Grande apresentou durante o ano de 2001

uma incidncia aproximada de 53% do tempo com ventos acima deste potencial, alem

de apresentar uma media total de 6,30 m/s.

Para projetar o parque elico, primeiramente preciso escolher as turbinas, e

fazer a distribuio das turbinas no espao de acordo com o dimetro da turbina,
http://www.eolica.com.br/http://www.eolica.com.br/http://www.eolica.com.br/http://www.eolica.com.br/


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respeitando a distancia lateral de 5 vezes o dimetro entre turbinas, e a distancia frontal

de 10 vezes o dimetro.

Foram escolhidas turbinas de 500 kW, com dimetro de 40m, sendo que o local

tem 800x8000m, respeitando-se as distancias de segurana possvel instalar 120turbinas.

Com os dados acima citados, podemos calcular a potencia de uma turbina,

usando a seguinte formula:

P = Cp x x 1/2 x x A x V (W)

Onde Cp o coeficiente aerodinmico de potencia do rotor, o

rendimento do aerogerador, " a densidade do ar em kg/m, A a rea do rotor,

V a media do cubo e o cubo das medias da velocidade do ar.

Com o auxilio de uma tabela no Excel contendo a serie de ventos, podemos

analisar a potencia em relao a diferentes velocidades do vento e a frequncia que

esses ventos ocorrem, dando mais credibilidade ao projeto, afinal um investimento de

alto valor, e deve ser analisado nos mnimos detalhes.

Com a potencia media, calculamos a energia gerada anualmente de acordo com a

formula:

E = P x 8760 x frequncia relativa do vento (kWh)

Sabendo a quantidade de energia gerada, podemos calcular os gastos e os lucrosanuais. Para calcular os gastos, pesquisamos dados de mercado como o custo para cadakW instalado, de acordo com a empresa Wobben, o custo da instalao varia de R$1700 a R$ 2380 o kW de potncia instalada., sendo assim escolhemos um valor de R$

2000 como custo de instalao por kW.

Para calcular os lucros necessrio pesquisar o preo da tarifa de energia, e o

fator de recuperao de capital, a media da tarifa de energia elica que encontramos de

R$ 100,00 por MWh, e o fator de repureraao de capital fica em 14% considerando

juros de 13% ao ano, e um perodo de 20 anos.

Com os dados de custos e lucro bruto, fazemos uma simples subtrao e

achamos o beneficio liquido.


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Com essa analise visamos ter um bom retorno financeiro, com um projeto vivel

e com o Maximo de confiabilidade, para atrair investidores. Sendo este um projeto que

utiliza uma fonte renovvel de energia, acreditamos que possa contribuir com a

diminuio da emisso de gases poluentes e que possa atender a demanda energtica da

populao de forma satisfatria, ou seja, um projeto vivel do ponto de vista

econmico, ambiento-social e energtico.

5. RESULTADOS

5.1 Resultados Econmicos

Aps levantamentos dos dados foram feitas as analises de viabilidade econmicacom utilizao de clculos de TIR e VPL, utilizando se de uma taxa de 13% para ceifaras incertezas do mercado.

As turbinas selecionadas foram do Fabricante Vestas, que apresenta umrendimento de 46,6% e um custo de operao R$50,00 por kW nos dois primeiros anosdo projeto e posteriormente R$120,00 por kW, valores que poderiam potencializar osretornos do projeto.

Para checar as possibilidades forma feitas analise de viabilidade com as demais

turbinas (80m, 72m, 64m, 54m, 48m, 44m, 33m e 27m), mas todas se mostraraminviveis a atual situao do mercado de custo de instalao, orado em R$2000,00 porkW instalado, tarifa de venda de energia a R$100,00 por MWh.

Os custos de instalao foram os mais baixos apresentados por todos os parquesonshore.

O fator de suma importncia que realmente deixou a desejar fora a serie deventos, apresentando uma media de 6,30m/s. Velocidades abaixo dos 6m/s ficaram em46,5% e abaixo dos 4m/s por 22%.

velocidade(m/s)

v classe (m/s) f. absoluta f. relativa(%) f/soma

0 a 1 0,5 72 1,07%

1 a 2 1,5 279 4,14%

2 a 3 2,5 460 6,82%

3 a 4 3,5 676 10,02%

4 a 5 4,5 789 11,70%


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5 a 6 5,5 859 12,74%

6 a 7 6,5 909 13,48%

Velocidades acima de 6,m/s foram encontrados por 53,5%, porem concentrada entre 6 e9 m/s.

6 a 7 6,5 909 13,48%

7 a 8 7,5 874 12,96%

8 a 9 8,5 676 10,02%

9 a 10 9,5 469 6,95%

10 a 11 10,5 307 4,55%

11 a 12 11,5 156 2,31%

12 a 13 12,5 113 1,68%

13 a 14 13,5 67 0,99%

14 a 15 14,5 22 0,33%

15 a 16 15,5 11 0,16%

16 a 17 16,5 2 0,03%

17 a 18 17,5 1 0,01%

18 a 19 18,5 2 0,03%

19 a 20 19,5 0 0,00%

Fator determinante para a instalao e viabilidade do projeto do parque elicopara Sub-Bacia do Verde Grande, a velocidade medida pelos anemmetros, apresentoubaixo desempenho.

Sendo assim resultados alcanados no foram satisfatrios. Analisando todos osnmeros fornecidos, pode-se perceber a inviabilidade do projeto do ponto de vistaeconmico.


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Custo de Instalao Custo anualP.parque x C.unitario x FRC

B.anualEnergiat x tarifa

BLB.anual - Ct.anual

R$ 120.000.000,00 R$ 1.024.947,28 R$ 8.924.167,04 R$ 7.899.219,76

VPL TIR a.a. Payback

-R$ 57.088.445,60 3% #Invalido#

Para a tarifa de venda de energia ousamos testar uma variao maior no preo,

descobrimos que o investimento neste parque elico s se torna vivel com uma tarifa apartir de energia de R$203,00 por MWh.

5.2 Resultados Ambientais

Uma turbina de 600kW, dependendo do regime de vento, pode evitar a emissode 20.000 a 36.000 toneladas de CO2, equivalentes gerao convencional, durante seus20 anos de vida til estimado (EWEA, 2000d).

Assim podemos estimar que este parque elico poderia contribuir na reduo de

2.400.000 a 4.320.000 toneladas de CO2, Durante sua vida til.6. CONCLUSO

Com as informaes adquiridas pelo estudo de viabilidade econmica da SubBacia do Verde Grande, a partir de medies de velocidade do vento, levantamento decustos de instalao e operao de uma usina elica, taxa media de juros atuais e valoresde venda de energia. Chegou-se a concluso que seria Invivela construo de tal usinado ponto de vista econmico.

Para que se instalasse uma usina com tais custos, no local haveria de

encontrarmos uma frequncia maior de velocidades do vento acima de 6m/s.

Como no se pode alterar a frequncia do vento acreditamos que seja melhoraguardar no futuro a utilizao do local, haja visto a velocidade em que os custos dos datecnologia para as usinas elicas vem caindo esta cada vez maior, tornando assim o

projeto mais vantajoso.


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REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

Cruz Segundo, E., ESTUDO DE ENERGIA ELICA PARA A ILHA DE

MARAJ - PA, 2009. Registro do documento original disponvel no

site: Acesso em: 10 de

junho de 2012.

Abeelica (Associao Brasileira de Energia Elica), www.abeeolica.org.br, acessado

em 10/06/2012.

AGNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELTRICA. Atlas de energia eltrica doBrasil. 2.ed.Braslia, DF: Aneel, p. 93109, 2005.

AGNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELTRICA. Atlas de energia eltrica do

Brasil. 3.ed.Braslia, DF: Aneel, p. 7782, 2009.

Atlantec, www.atlantec.com.br, acessado em 10/06/2012.

BALBINO, R.B., Perspectivas da Matriz Energtica mundial e no Brasil, Rev. O

Setor Eltrico, p 3243, 2007.

EWEA - European Wind Energy Association. Wind Energy - The Facts Environment,

Vol. 4., 2000d. 2000.

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