Avaliação do Potencial Eólico Para Implementação De Um Gerador Eólico Do Tipo Evance R9000

Autor: Salomão Arrone Dombole

Resumo

Avaliar o potencial eólico disponível, para geração de energia eléctrica, em um ponto do distrito Urbano KaMavota, cidade de Maputo, foi o objectivo central do trabalho; para alcançá-lo, realizou-se a análise de dados do vento obtidos a partir de ogiment.com no windographer. Para a compreensão do fenómeno em estudo houve a descrição dos fundamentos teóricos da Energia Eólica, princípios de geração de energia eléctrica, que auxiliaram na interpretação e enquadramento dos resultados obtidos. Após a avaliação da velocidade, direcção e influência da rugosidade do lugar, obtiveram-se os seguintes resultados: durante o ano predominam ventos de 0⁰ (N), 22.5⁰ (NNE), 67.5⁰ (ESE), 90⁰ (E), 112.5⁰(SSO), 180⁰ (S), 202.5⁰ (ONO) e 225⁰ (SO); observou-se ainda, que a velocidade do vento para a altura de 18m, considerando-se a rugosidade do terreno Z₀=1.5m para extrapolação, atinge 4.26 m/s de mínima no mês de Abril e6.39 m/sde máxima anual no mês de Fevereiro, que geram um potencial eólico disponível de 2.17 kW média anual. Da potência eólica disponível, a turbina eólica Evance R9000, consegue converter apenas 0.66kW de potência média anual, o equivalente a 30.4% da potência disponível, cuja energia anual gerada é de 5.7MWh.

Palavras-chave: Energia eólica, potencial eólica, velocidade do vento.

Introdução

O presente artigo, tem como objectivo Avaliar o potencial eólico disponível, para geração de energia eléctrica, em um ponto do distrito Urbano Ka Mavota, cidade de Maputo, que foi motivado pelas constantes restrições de fornecimento de energia eléctrica que os moradores do mesmo distrito tem experimentado vezes sem conta, o que sugere a busca de novas fontes de geração de energia eléctrica que visam reduzir a dependência energética da rede pública de distribuição. No entanto o potencial eólico disponível neste ponto apresenta-se como solução imediata para geração de energia eléctrica, através da implementação de aerogerador Evance R9000.

Referencial teórico

O aproveitamento da energia eólica, é feito com o emprego de turbinas eólicas, também chamadas de aerogeradores. No entanto serão usadas as seguintes Obras Bibliográficas para a descrição teórica: (Ribeiro, 2017), (FUNAE, 2014), (Menezes, 2015), (Pires, 2016), (Vieira, 2014) e (Teles Filho, 2013).

Energia eólica

A energia eólica é a energia existente na movimentação dos ventos, ou seja, é a energia cinética contida nas massas de ar da atmosfera (Ribeiro, 2017).

Energia eólica em Moçambique

Moçambique apresenta um regime de ventos de intensidade média-baixa com velocidades predominantemente entre os 4 e os 6 metros por segundo a 80 metros acima do nível do solo (a.n.s), com excepção da zona sul do país e das zonas altas no centro e norte do país onde os ventos atingem valores mais elevados (FUNAE , 2014).

Potencial eólico confirmado em Moçambique

Moçambique possui 3,9 GW de potencial eólico no país dos quais 1,1 GW com potencial efectivo de ligação à rede, e com projectos confirmados em 12 locais e elevado número de horas médias de produção anual ( Menezes, 2015):

Figura 1: Projectos confirmados em 12 locais no território Moçambicano

Tecnologia de aproveitamento de energia eolica:Turbinas eólicas

Segundo  (Pires, 2016), o aproveitamento pontencial eolico pode ser feito através da implementação de turbinas eólicas, do eixo vertical ou horizontal.

Potência de uma turbina eólica

Através das turbinas eólicas, a energia cinética contida no vento é convertida em energia mecânica pelo giro das pás do rotor e transformada em energia eléctrica pelo gerador (Martins, Guarnieri, & Pereira, 2008).

Segundo (Teles Filho, 2013), a potência disponível contida no vento, numa da área de uma turbina eólica é dada por:

Onde p representa a densidade do ar, A área da secção transversal de um tubo de corrente pelo qual o vento escoa à velocidade v .

Como a potência disponível não pode ser convertida completamente, introduz-se, o conceito de Coeficiente de Potência (Cp), que segundo (Correia, 2014), é definido como sendo a razão entre a potência produzida pelo rotor, e a potência disponível. Desta forma temos que a potência gerada pela turbina é dado por:

Onde n  é eficiência do conjunto gerador/transmissão e  Cp o coeficiente aerodinâmico de potência do rotor.

Rugosidade do local (Z₀)

A rugosidade da superfície é a propriedade física que descreve a acção da superfície terrestre na redução do momento e na absorção do impacto dos ventos (Reis, 2016). Na ausência de medições realizadas na altura onde ficarão as turbinas, a medição feita a 10 m nas estações meteorológicas de superfície nos dá uma estimativa da velocidade em outras alturas (Tavares & Neto, 2016):

Figura 2: Perfil vertical da velocidade do vento

Rugosidade (Z₀) é a altura onde a velocidade é nula

Materiais e métodos

Para avaliação do potencial eólico, usou-se os dados quantitativos da velocidade e da direcção predominante do vento, que com recurso do Windographer foram processados para se obter os perfis horários, mensais e anuais da velocidade e direcção do vento, que auxiliaram na determinação da potência de saída na turbina eólica EVance R9000.

Descrição dos Materiais

Wind Power Program

O programa WindPower consiste em três painéis, nomeadamente, (i) o painel Entrada de Dados de Turbina Eólica e Curva de Potência onde os dados básicos da turbina  e a curva de potência são introduzidos, (ii) o Painel de saída Potência Média ou Saída Anual de Energia versus Resultados os resultados finais da potência de saída média são exibidos e (iii) o painel Entrada de desvio padrão do vento, onde a magnitude do componente instável da velocidade do vento (ou seja, seu desvio padrão) pode ser ajustada (PelaFlow Consulting, 2010).

Software windographer

O Windographer é uma ferramenta para análise de dados de vento. Este software é utilizado para tratamento de dados colectados de estações meteorológicas da superfície. Através do Windographer é possível avaliar, a intensidade e a direcção predominante dos ventos num determinado período e obter o perfil diário, mensal ou anual da sequência de dados. O software pode exibir diversos gráficos e tabelas como do perfil logarítmico do vento, direcção dos ventos, médias mensais e diárias a partir desses dados (LINARD, 2010).

Local de Estudo

O local de estudo proposto, pertence ao distrito municipal de KaMavota, no bairro de Laulane, onde cita o Seminário Nazareno em Moçambique (instituição religiosa vocacionada na formação de pastores), que dista cerca de 6 Km do aeroporto Internacional de Maputo (Latitude 25-55S. Longitude 032-34E.), onde está localizada a estação de medição meteorológica. Para a iluminação nocturna da residência, o SNM usa 30 lâmpadas da marca CATA, de 40 W cada que gastam 5.04MWh durante o ano (Demanda Energética).

Dados da turbina Evance R9000

.Tabela 1: Especificações da turbina eólica Evance R9000

Arquitectura	Upwind, rotor com 3 pás, regulação automática
Potência Nominal	5kW contínua de 12m/s a 60m/s
Produção Anual de Energia	8.780kWh (Rendimento anual com velocidade média do vento de 5m/s (Em conformidade com a norma IEC)
Velocidade de Arranque	3m/s
Sistema de Controlo	Pás de posicionamento reactivo (Reactive Pitch Control)
Diâmetro do Rotor	5,5m
Eficiência do gerador	0,96
Velocidade Nominal do Rotor	200rpm
Tipo de Pás	Perfil aerodinâmico, totalmente optimizado, garantindo o máximo rendimento e o mínimo ruído.
Altura da Torre	10m, 12m, 15m e 18m

Fonte: http://www.windup.pt/resources/EVANCE_Especificacoes_PT.pdf

Métodos

Nessa secção são apresentados os procedimentos experimentais, que procedem a colecta dos dados da velocidade do vento, que com auxílio da folha de Excel, WindPower e Windgrapher, contribuíram para a determinação da energia eléctrica produzida pelo modelo da turbina eólica proposto na elaboração deste artigo (Evance R9000).

Colecta de dados

Os dados da velocidade e direcção do vento, utilizados para a avaliação do Potencial eólico, foram colectados a partir https://www.ogimet.com/home.phtml.en, a uma altura de 10m em relação ao solo, num intervalo de uma hora, num período compreendido entre 01 de Janeiro à 31 de Dezembro de 2010.

Procedimento experimental

Para a avaliação do potencial eólico, no local de estudo, converteu-se os Metars da velocidade do vento de Knots (kt) para metros por segundo (m/s), sendo que 1 knot = 0.514444444444 m/s, onde através Windographer, foram importados as médias horárias da velocidade do vento para todos meses do ano,os gráficos do perfil da velocidade do vento, as funções de distribuição de probabilidade e rosas-dos-ventos que relacionam a velocidade e a direcção do vento; Em seguida através do Wind Power Program, estimou-se os valores do C_P para Evance R9000 e determinou-se a potência disponível e a potência eléctrica gerada pela turbina eólica Evance R9000, fazendo-se a extrapolação da velocidade até a altura da turbina, considerando-se a influência da rugosidade do local de estudo Z₀ =1.5 m, e com base na potência disponível e potência gerada por Evance R9000, determinou-se a potência média anual e a energia eléctrica gerada por ano.