Os Geradores Eólicos

UNIVESIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA DISCIPLINA DE TÓPICOS ESPECIAIS EM SISTEMA DE POTÊNCIA  [pic 1]

   

Marcelo Kawasaki

           

Tipos de Geradores de Energia Eólica

 

Curitiba, 2017

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO.................................................................................................4

1. TECNOLOGIAS APLICADAS NA GERAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA.........................5

1. GERADORES....................................................................................................8

1. GERADOR ASSÍNCRONO TRIFÁSICO DUPLAMENTE ALIMENTADO COM ESCOVAS [GATDACE].....................................................................................10

1. GERADOR ASSÍNCRONO TRIFÁSICO DUPLAMENTE ALIMENTADO SEM ESCOVAS [GATDASE].....................................................................................12

1. CONCLUSÃO E REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...............................................14

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FIGURAS

Figura 1 – Dimensões típicas das turbinas eólicas comparando com as dimensões do Boeing 747.................................................................................................................6

Figura 2 – Curva de geração de energia elétrica extraída da turbina eólica.................7

Figura 3- Grupo eólico-elétrico conectado diretamente à rede elétrica. a) Gerador assíncrono de gaiola.  b) Gerador síncrono com excitação independente...................8

Figura 4 - Grupo eólico-elétrico conectado à rede elétrica através de um conversor. a) Gerador assíncrono de gaiola   b) Gerador síncrono com excitação independente......9

Figura 5 – Grupo eólico-elétrico constituído de gerador assíncrono trifásico duplamente alimentado com escovas[GATDACE].......................................................9

Figura 6 – Grupo eólico-elétrico conectado à rede elétrica através de um conversor
a)Gerador síncrono com excitação independente b)Gerador síncrono de imãs permanente.............................................................................................................10

Figura 7 – Circuito Equivalente do GATDACE.............................................................11

Figura 8 – Grupo eólico-elétrico constituído de gerador assíncrono trifásico duplamente alimentado sem escovas [GATDASE].....................................................12

Figura 9 – Circuito equivalente do GATDASE em cascata mais ..................................13

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1. Introdução

Com crescente preocupação do homem em relação a questão como o aquecimento global, bem como a necessidade de preservação ambiental, vem estimulando as pesquisas para desenvolvimento tecnólogo (sistemas avançados de transmissão, melhor aerodinâmica, estratégias de controle e operação das turbinas, etc.) que visam atingir uma sustentabilidade ambiental.

A energia dos ventos é uma das formas de energia primária em abundancia na natureza, na qual é denominada energia Eólica. Inicialmente aproveitado pelos Persas em um engenho que consiste na utilização do vento, ao atingir uma hélice, impulsiona a bomba de sucção da água para um reservatório, que posteriormente utilizada na irrigação de plantações. É o moinho de vento, cujo estes mecanismos não obtiveram grandes modificações ao passar dos tempos.

 A geração de energia elétrica através da utilização do vento tem aumentado constantemente na última década, tendo como o vento a sua principal característica, como não apresentam velocidade constante, consequentemente a turbina eólica opera com velocidade variável, exigindo assim que, um gerador acoplado a turbina eólica gere energia elétrica com frequência constante em uma certa faixa de variação de velocidade. Existem uma série de geradores que são utilizados atualmente, no entanto o que melhor atende estas condições é o Gerador Assíncrono Trifásico Duplamente Alimentado com Escovas (GATDACE), que possui o seu enrolamento estatórico ligado diretamente à rede elétrica e seu enrolamento do rotor é ligado à rede através do conversor que é responsável pelo controle do equipamento. Por sua vez, este gerador (GATDACE) apresenta desvantagem na manutenção devido ao desgaste nas escovas, mesmo sendo uma solução viável, na geração eólica, a confiabilidade e o baixo índice de manutenção são quesitos importantes para torna-la competitiva, para isso, muito tem se pesquisado para o desenvolvimento do gerador Assíncrono Trifásico Duplamente Alimentado sem Escovas (GATDASE).

1. Tecnologias aplicadas na geração de energia eólica

A turbina eólica capta uma parte da energia cinética do vento que passa através da área varrida pelo rotor e a transforma em energia mecânica de rotação. O eixo do rotor acionando o gerador elétrico transforma uma parte desta energia mecânica de rotação em energia elétrica. A potência elétrica gerada em watts é uma função da velocidade ao cubo do vento, dada pela equação [1]:

  [1][pic 2]

Onde  representa o rendimento considerando as perdas no conjunto de transmissões mecânicas e as perdas no gerador, isto é, a eficiência do aerogerador.[pic 3]

O termo  representa o coeficiente aerodinâmico de potência do rotor, cujo valor máximo é = 0,593  e o valor usual assume = 0,45. [pic 4][pic 5][pic 6]

O termo  representa a massa específica do ar, que a 15ºC e ao nível do mar vale  =1,225kg /m3.[pic 7][pic 8]

O termo  representa o raio do rotor da turbina em metros e  a velocidade dos ventos em metros por segundo.[pic 9][pic 10]

Com a acentuada expansão das estações eólicas no mundo nos últimos anos, os geradores eólicos se encontram em franco desenvolvimento tecnológico, tendo como objetivo o aumento progressivo nas dimensões e capacidades de geração das turbinas.