Impacto económico-financeiro no sobreequipamento de centrais eólicas

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Impacto Económico-financeiro no Sobreequipamento de Centrais Eólicas Márcio André Oliveira Dias Dissertação realizada no âmbito do Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores Major Energia Orientador da Faculdade: Prof. Dr. António Carlos Sepúlveda Machado e Moura Orientador da Empresa: Eng. Fernando Ferreira Coorientador da Empresa: Eng. João Fernandes Junho de 2014 ii © Márcio Dias, 2014 iii Resumo A tecnologia eólica é uma aposta na produção de energia, verificando-se atualmente um crescimento da sua utilização. Neste contexto, a empresa Eurico Ferreira S.A. tem vindo a apostar na produção de energia eólica, possuindo até então dois parques eólicos situados em Portugal, um dos quais será alvo de estudo na presente dissertação. O parque eólico de Felgar é constituído por quatro aerogeradores Vestas V-80 de 2 MW verificando-se um funcionamento de poucos períodos na sua potência máxima. De modo a aproveitar melhor esse tempo anual em que o parque não está a funcionar na sua potência máxima, recorre-se ao sobreequipamento, que consiste na instalação de um ou mais aerogeradores. Como metodologia para a presente dissertação, recorreu-se a um processo para estimar a produção do parque eólico sobreequipado, utilizando dados reais históricos. De seguida procedeu-se à sua análise económica, verificando-se desta forma o retorno do investimento. Nesta análise de investimentos utilizou-se a remuneração segundo os decretos-lei, e por conseguinte os indicadores económicos de forma a avaliar a rentabilidade do parque. De um modo geral, podemos concluir que a metodologia utilizada foi bem-sucedida, uma vez que os dados previstos para a central eólica atual foram ao encontro dos dados reais da produção da empresa. Após este processo foram obtidos novos dados de produção e de remuneração para o novo aerogerador V-100 de 2 MW, para realização do sobreequipamento da central eólica. Com o sobreequipamento, verificou-se uma existência de perdas de produção, devido à limitação de produção de acordo com a potência de injeção na rede, o que seria de esperar uma vez que o valor máximo da potência de injeção na rede se manteve. iv v Abstract The wind power technology is a bet in the production of energy and nowadays there has been an increase in its use. In this context, the Eurico Ferreira S.A. firm, has been investing in the production of the wind power energy, having now two wind parks in Portugal. One of them will be the object of study in this essay. The Felgar Wind Park is constituted by four Vestas V-80 2 MW wind turbines, reaching the maximum full power only during a few periods of time. In order to take advantage of that annual time when the park is not functioning in its maximum full power, the over-equipment is used, consisting in the installation of one or more wind turbines. As methodology in this essay, a process was used to estimate the production of the over equipped wind park, using real historical data. After, an economic analysis was done, thus verifying the return of the investment. In this investment analysis, the remuneration was used according to the law ordinances, and therefore the economic indicators, in order to assess the profitability of the park. In a general way, we can conclude that the used methodology was well succeeded because the predicted data for the present wind power plant were according to the real data production of the firm. After this process, new data production and remuneration for the new V-100 wind turbine of 2 MW were obtained, having in mind the over equipment of the wind park. With the over-equipment, there were losses of production due to the limiting of production according to the power injection on the network, which one would expect since the maximum power injection on the network remained. vi vii Agradecimentos Queria agradecer ao meu orientador da faculdade, Professor Doutor António Machado e Moura pela sua disponibilidade total para a orientação desta dissertação, pela grande ajuda prestada e pelo grande exemplo de amizade, humildade e simpatia ao longo de todo o meu percurso académico na FEUP. Ao meu orientador da empresa, Engenheiro Fernando Ferreira pela sua disponibilidade em me receber, motivação, amizade e confiança que depositou em mim ao acolher esta dissertação na Empresa Eurico Ferreira S.A.. Ao meu coorientador da empresa, Engenheiro João Fernandes por toda a ajuda, dedicação, conhecimento e confiança depositada em mim durante a realização desta dissertação na empresa. Aos meus pais e irmãos um obrigado especial, que me proporcionaram todas as condições que me permitiram chegar até aqui, acreditaram nas minhas capacidades de atingir um objetivo e nunca duvidaram de mim. À Carla, ao Nuno, Joaquim, Nuno Ricardo, Rui e Fábio que foram meus colegas no departamento de I&D da empresa, por todo o apoio e motivação na realização desta dissertação e ajuda na integração na empresa. Ao Sérgio, Pedro, Henrique, José Carlos e Ricardo amigos no percurso académico obrigados pelo apoio ao longo de todos estes anos e pela amizade. Muito obrigado a todos! xiv Lista de símbolos: 𝞺 Massa Volúmica P Potência A Área de interseção V Velocidade do vento FC Fator de Carga Eanual Energia anual Pparque Potência do parque ºC Graus Celcius kW Quilowatt kWh Quilowatt-hora €/kWh Euro por quilowatt-hora m/s Metros por segundo MW MegaWatt kW Quilowatt m² Metro quadrado dB Decibel m Metro Hz Hertz nº Numero CO₂ Dióxido de Carbono km Quilometro Capítulo 1 Introdução No capítulo um pretende-se fornecer uma visão geral da contextualização da dissertação, definindo o enquadramento, os objetivos a alcançar, a motivação e a sua estrutura. A tecnologia eólica é cada vez mais uma aposta na produção de energia, verificando-se atualmente em crescimento. Este crescimento deve-se as baixas emissões de CO₂ originadas e é uma forma de aumentar a contribuição energética para o país. Um dos principais desafios para a produção da energia eólica continua a ser a variabilidade do vento que causa instabilidade na potência, sendo esta muito instável. 1.1 - Enquadramento A entidade Eurico Ferreira S.A. (detida pelo grupo PROEF SGPS S.A.) que tem vindo a apostar nas energias de origem eólica pretende sobreequipar o seu parque eólico, ou seja, construir um aerogerador adicional ao Parque Eólico de Felgar já existente, sendo este atualmente constituído por 4 aerogeradores, para desta forma, alcançar uma maior produção de energia e uma maior consistência de energia entregue à rede. O sobreequipamento do Parque Eólico tornou-se possível pela publicação do Decreto-Lei n.º 51/2010, de 20 de Maio, que alterou o anterior Decreto-Lei n.º 225/2007, de 31 de Maio, viabilizando a instalação de até 20% de potência adicional nos parques eólicos em exploração. O novo aerogerador irá utilizar a infraestrutura elétrica existente, associada ao parque eólico, sendo apenas necessária a ligação do novo aerogerador a um outro já presente que se encontre mais próximo. O Estudo de Impacte Ambiental do sobreequipamento do Parque Eólico de Felgar, foi elaborado de acordo com a legislação portuguesa em vigor, nomeadamente com o disposto no Decreto-lei n.º 69/2000 de 3 de Maio, alterado pelo Decreto-Lei n.º 197/2005, de 8 de Novembro, que estabelece o regime jurídico da avaliação de impacte ambiental (AIA) dos 2 Introdução 2 projetos públicos e privados suscetíveis de produzirem efeitos significativos no ambiente, transpondo para a ordem jurídica interna a Diretiva n.º 85/337/CEE, do Conselho, de 27 de Junho de 1985, com as alterações introduzidas pela Diretiva n.º 97/11/CE, do Conselho, de 3 de Março de 1997. A central eólica em estudo localiza-se em torre de Moncorvo, na freguesia de Felgar do distrito de Bragança. A central é atualmente constituída por quatro aerogeradores e distribuída de acordo com a figura seguinte. Figura 1 - Enquadramento e área do parque eólico de Felgar Na tabela seguinte, podemos encontrar mais dados sobre a central eólica. Tabela 1 - Dados gerais da central eólica Região Norte Sub-Região Douro Data de iniciação Setembro de 2007 Potência instalada 8 MW N.º de aerogeradores 4 1.2 -Motivação 3 1.2 - Motivação A realização desta dissertação surgiu no âmbito da Unidade Curricular “Dissertação” do Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotecnia e de Computadores da FEUP em parceria com a empresa Eurico Ferreira S.A., sendo que a escolha do tema da dissertação foi do interesse da empresa de modo a que seja benéfico para ambas as partes. A Eurico Ferreira S.A. é uma empresa de prestação de serviços de energias renováveis bem colocada no mercado nacional e muito forte também no estrangeiro. Este trabalho foi desenvolvido in the house da Eurico Ferreira S.A. na Trofa e contou com o suporte da sua área de I&D de Soluções para o futuro das Energias e Telecomunicações nos Mercados Emergentes – novos paradigmas, novas soluções. 1.3 - Objetivos O objetivo principal desta dissertação consiste no estudo do sobreequipamento da central eólica de Felgar. Numa fase inicial, pretende-se analisar a viabilidade técnica e ambiental do reforço de potência e assim verificar os impactos causados por esse reforço. Na segunda fase, o objetivo será que através da análise dos dados históricos dos ventos de anos anteriores, dados esses dos quatro aerogeradores já instalados, obter novos valores de potência para o novo aerogerador, tendo este uma curva de potência diferente dos anteriores. Já na terceira fase será realizada uma análise económica das condições de rendimento do parque eólico, para tomar uma decisão relativa à implementação ou não desse aerogerador. 1.4 - Estrutura da dissertação Esta dissertação encontra-se dividida em 7 capítulos, sendo as temáticas abordadas em cada um, as seguintes:  Capítulo um – Introdução ao tema retratado ao longo da dissertação e abordada a descrição do trabalho e qual o seu interesse, beneficiação e os correspondentes objetivos.  Capítulo dois – Numa primeira fase, pesquisa da temática da energia eólica, que menciona o seu historial, a atualidade e os impactos ambientais que pode causar. Numa segunda fase refere-se a temática do recurso eólico, ou seja, formação, variabilidade e topologia dos ventos.  Capítulo três – Descrição do dimensionamento dos aerogeradores, pesquisa e análise de equipamentos a utilizar na solução. 4 Introdução 4  Capítulo quatro - Descrição do historial do parque, da metodologia a utilizar para cálculo da potência e limitação da potência, bem como a justificação das opções tomadas.  Capítulo cinco – Caraterização da viabilidade económica e demonstração do cálculo de remuneração para o parque eólico em questão.  Capítulo seis - Demonstração do desenvolvimento e dos resultados obtidos para o trabalho realizado.  Capítulo sete – Por último, neste capítulo refere-se as conclusões do trabalho realizado, em que são mencionadas gestões do trabalho futuro que poderá vir a ser desenvolvido e algumas propostas que poderão incentivar a uma maior produção de energia eólica. Capítulo 2 A energia eólica e os recursos eólicos O capítulo dois divide-se em duas fases, numa primeira fase pretende-se realizar uma análise da energia eólica, sendo esta constituída pelo seu historial, tipos de utilização, impactos ambientais e seus constituintes, A segunda fase baseia-se mais concretamente no vento, formado pela sua origem, variabilidade e modelação. Com este capítulo pretende-se então fazer o enquadramento do vento como energia, com as novas tecnologias e os novos termos que serão utilizados nesta dissertação. 2.1 - História da Energia Eólica O domínio do vento é um dos métodos mais antigos de produção eólica. O homem com o avanço da agricultura viu-se com necessidade, cada vez mais, de utilizar novas ferramentas para o ajudar nas diversas tarefas de trabalho, tais como na moagem dos grãos e no bombeamento de água, pois exigiam cada vez mais esforço humano e animal. Desta forma, tornou-se propicio o desenvolvimento de uma forma primitiva do moinho de vento, que simplificavam a moagem dos cereais e o bombeamento de água. No final do século XIX, com o surgimento da eletricidade, foram feitos protótipos de turbinas eólicas modernas, turbinas essas, que foram inspiradas na tecnologia baseada nesses moinhos de vento [1]. O interesse pela energia aumentou quando se deu a crise petrolífera dos anos 70 e, sobretudo, nos anos 80 quando se deu o movimento anti-energia nuclear, o que levou a uma intensificação da procura de novas formas viáveis de produção de energia, tanto a nível económico como ecológico. Nessa altura, foram construídas turbinas eólicas, mas com uma finalidade, a investigação. Mais tarde, foram implementados padrões internacionais, que levaram a um design mais eficiente e uma regulamentação mais precisa, resultando em parques eólicos mais modernos e economicamente mais viáveis [1]. 6 A energia eólica e os recursos eólicos 6 Desde esses acontecimentos, as estações modernas de energia eólica têm vindo a aumentar, razão pela qual a fonte energética é pouco dispendiosa, verificando-se poucos danos ambientais. No início dos anos 80 foram instaladas as primeiras turbinas eólicas comerciais de maior porte, tanto nos E.U.A (em particular na Califórnia), como na Europa (principalmente na Dinamarca e na Holanda). Essas turbinas eram tipicamente entre 10 a 20 metros de diâmetro e com potências de 50 a 100 kW [1]. Particularmente relevante no quadro do desenvolvimento da energia eólica, foi a política de incentivo à disseminação das energias renováveis promovida pelas autoridades do estado da Califórnia, que conjuntamente com os elevados valores registados para a velocidade do vento em alguns locais deste estado, encorajou o rápido desenvolvimento de parques eólicos financiados por entidades privadas. Em 1987 a potência instalada em sistemas de conversão de energia eólica era de 1500 MW fornecidos por cerca de 15 000 turbinas eólicas. A positiva experiencia de operação com turbinas maiores, em conjunto com os frutos dos programas de investigação, levaram a que o tamanho das turbinas eólicas comerciais evoluise. Este aumento das turbinas é vantajoso do ponto de vista económico e ambiental. Em geral, para um determinado local, quanto maior for a potência unitária mais energia é produzida, e melhor aproveitadas são as infra-estruturas elétricas de construção civil. Por outro lado, a redução do número de rotores em movimento diminui o impacto visual [1]. 2.2 - O meio ambiente O impacto ambiental define-se como um conjunto de declarações favoráveis e desfavoráveis produzidas em parâmetros ambientais e sociais, num determinado período de tempo e numa determinada área (situação de referência), resultante da realização de um projeto, comparadas com a situação que ocorreria, nesse período de tempo e nessa área, se esse não viesse a ter lugar. Segundo o Decreto-lei nº69/2000, a responsabilidade por danos ambientais, é definida pelo artigo 41º: “Artigo 41º Responsabilidade por danos ao ambiente 1 – Caso as medidas compensatórias referidas no artigo anterior não sejam executadas, não eliminem integralmente os danos causados no ambiente, o infrator fica constituído na obrigação de indemnizar o estado. 2 – Na total impossibilidade de fixar o montante de indemnização por recurso à caracterização de alternativas à situação anteriormente existente, o tribunal fixará, com recurso a critérios de equidade, o montante da indemnização. 3 – Em caso de concurso de infratores, a responsabilidade é solidária. 2.2.1 – Emissões de gases 7 4 – O pedido de indemnização é sempre deduzido perante os tribunais comuns. 5 – O disposto nos números anteriores não prejudica o exercício pelos particulares da pretensão indemnizatória fundada no artigo nº4 do artigo 40.º da Lei nº11/87, de 7 de Abril, e demais legislação aplicável.” 2.2.1 - Emissão de gases Podemos referir que a energia eólica é um dos métodos mais ecológico de produção de eletricidade, pois evita a produção direta de gases por efeito de estufa e poluentes atmosféricos, que são gerados por combustíveis fósseis nessa produção. Na tabela seguinte é apresentado um conjunto de estatísticas desenvolvidas pela American Wind Energy Association (AWEA), para comparar e quantificar as emissões de gases da energia do vento com outros combustíveis, com base em dados recolhidos pelos U.S. Department of Energy´s Energy Information Administration (EIA) [2]. Figura 2 - Emissões do dióxido de carbono [2] Após a análise dos valores da Figura 2, conclui-se que com energias elétricas iguais, as que são geradas por turbinas eólicas, apresentam vantagens maiores no que diz respeito a emissões de gases por efeito de estufa e na redução da concentração de CO₂ durante a sua operação. Sabe-se que em cada MWh de energia elétrica de origem eólica são reduzidas cerca de 0,8 a 0,9 toneladas de emissões de gases de efeito de estufa, e que teriam origem na utilização dos combustíveis fósseis na produção de energia elétrica [3]. 2.2.2 - Emissão de ruido Na instalação e exploração de um sistema eólico provoca-se um impacto ambiental sonoro, em consequência do movimento giratório das suas pás, da caixa de velocidades e do sistema de transmissão. O ruido gerado pelo normal funcionamento dos aerogeradores que constituem um parque eólico tem por base:  Uma caracterização do ambiente sonoro existente na área envolvente do parque, antes da instalação dos aerogeradores; 8 A energia eólica e os recursos eólicos 8  Uma análise acústica provisional do ruido que será observada nos mesmos locais durante o pleno funcionamento do empreendimento. Cada aerogerador tem as suas emissões de ruido, dependendo da sua potência, localização espacial e característica topográfica do terreno. O ruido provocado pela caixa de engrenagem funciona na faixa de 1000 a 1500 rpm onde toda a vibração dessa caixa multiplicadora é transmitida para as paredes da cabina (Nacele) onde esta é fixada. A própria torre contribui para a diminuição desse ruido, atenuando-o através dos contatos desta com a nacele. Relativamente aos geradores utilizados, a tecnologia convencional emprega geradores que necessitam de uma elevada rotação para o seu funcionamento, que contribui assim para níveis de ruido mais elevados. 2.2.3 - Impacto visual O impacto visual das turbinas é muito subjetivo, pois é uma questão de gosto pessoal, existe pessoas que consideram as turbinas como um símbolo de energia limpa e que se interligam harmoniosamente com a paisagem e outras que consideram a sua presença intrusiva. Contudo, os efeitos do impacto visual têm sido minimizados em relação há consciencialização da população local sobre a geração eólica, passando a conhecer melhor toda a tecnologia através de audiências públicas, publicidade e artigos. Podemos também falar do sombreamento causado pela sombra de um aerogerador em rotação, originando variações de intensidade luminosa de frequência num local, que causa uma impressão visual. Com o aumento do tamanho das turbinas, para um determinado lugar, verifica-se que quanto maior for a potência unitária maior é a energia produzida, sendo esta uma vantagem a nível económico e ambiental, uma vez que ao haver maior aproveitamento das infraestruturas, menor é o numero de rotores, o que provoca uma diminuição do impacto visual. 2.2.4 - Impacto sobre a fauna Em estudos realizados anteriormente, conclui-se que existe uma taxa de mortalidade em grande escala, mais especificamente em zonas de importantes corredores migratórios ou de deslocações diárias muito frequentes e a zonas costeiras de grande abundancia de aves e fauna. A implementação de mais uma turbina, não vai afetar muito o impacto sobre a fauna ou aves, pelo facto de a central não estar em zonas próximas de alimentação, de migração ou repouso. Apesar disso, existe na mesma impactos causados por aves que são originados pela colisão com a estrutura implementada no parque eólico, mas é em pequena proporção. 2.5.1 – Turbulência 9 2.3 - Formação dos ventos A formação do vento ocorre da combinação de dois fatores, sendo estes a rotação da terra e a energia irradiada pelo sol. A radiação proveniente do sol atinge a terra maioritariamente na zona do equador, o que torna essas zonas mais quentes que nos polos, uma vez que nestas zonas o ar é mais quente, formam-se uma região de baixa pressão pela ocorrência de ascensão deste ar, havendo assim uma deslocação das massas de ar em direção às zonas mais frias. O mesmo acontece no caso oposto, ou seja, nas zonas dos polos, quando ocorre descida de ar frio, forma-se uma região de alta pressão, havendo na mesma deslocação das massas de ar, mas em direção às zonas mais quentes. Nas regiões montanhosas existe uma maior disponibilidade do vento, devido aos ventos anabáticos, que são provocados pelo aquecimento das encostas. Estes dão origem ao aquecimento do ar, ascendendo até ao topo, sendo substituído pelo ar mais frio da atmosfera da zona. Durante a noite, a temperatura da encosta da montanha é inferior à do ar atmosférico, havendo assim uma inversão da circulação do ar, são chamados ventos catabáticos. A figura seguinte representa a circulação do vento nas zonas montanhosas. Figura 3 - Circulação do vento no período diurno e noturno numa zona montanhosa [4] 2.4 - Topografia A superfície também é um fator importante para obtenção da energia eólica, tendo influência no perfil de velocidades do vento. Portanto, há três fatores que influenciam as características da superfície: a orografia, a presença de obstáculos e a rugosidade do solo. A orografia da região, tal como referido anteriormente, na presença de montanhas influencia consideravelmente, pelo facto de ser instalado num ponto alto da montanha. A presença de obstáculos no nosso caso, como é uma zona isolada e desabitada, não tem grandes problemas, mas é um fator que pode influenciar a velocidade do vento. A rugosidade do solo também é um fator importante, uma vez que representa o tipo de superfície, se têm vegetação, edifícios, entre outros. 16 Sistemas de conversão de energia eólica 16 O controlo do angulo das pás é um processo mecânico, verificando-se que o tempo de reação do mecanismo de alteração do passo é um fator crítico no projeto de aerogeradores. No entanto, se o gerador é de deslizamento variável, pode-se começar a aumentar o deslizamento quando estiver perto da potencia nominal da turbina. Contudo quando ocorrer uma rajada de vento, o mecanismo de controlo faz com que o deslizamento aumente para permitir que o rotor gire um pouco mais rapidamente, até que o mecanismo de alteração do angulo das pás possa fazer frente à situação, girando as pás ligeiramente para “fora do vento”. Após o mecanismo de alteração do angulo das pás ter concluído o seu trabalho, o deslizamento diminui de novo, e caso a intensidade de vento diminua bruscamente, o processo é inverso. O benefício real deste gerador, é que obtém uma melhor qualidade da energia, dado que as flutuações de potência de saída são absorvidas ou compensadas pela variação do deslizamento do rotor do aerogerador. 3.4 - Constituição A figura seguinte mostra a constituição de uma turbina eólica. Figura 6 - Esquema de uma turbina eólica [6] Na figura anterior, podemos então observar que o sistema de conversão de energia eólica se divide em três partes: rotor, nacele (cabina) e torre. 3.4.1 – Rotor 17 3.4.1 - Rotor A aspeto das pás do rotor têm influência determinante na produção, na qual a forma da pá e o angulo de ataque estão relacionadas com a direção do vento. Este aspeto beneficiou do conhecimento da tecnologia das asas dos aviões, que apresentam um funcionamento semelhante. Define-se solidez como sendo a razão entre a área total das pás e a área varrida pelas mesmas. Se o diâmetro e a solidez das pás forem constantes, o rendimento aumenta com o número de pás, tal acontece, porque diminuem as chamadas perdas de extremidade [5]. É necessário também que o cubo do rotor (local de fixação das pás) possa baloiçar, isto é que apresente um ângulo de inclinação relativamente à vertical, de forma a acomodar os desequilíbrios resultantes da passagem das pás em frente à torre. Contudo, a vida útil do rotor está relacionada com os esforços a que fica sujeito e com as condições ambientais em que se insere. 3.4.2 - Nacele Na Figura 6 observamos que na cabina são alojados equipamentos tais como, o veio principal, o sistema de freio a disco, o multiplicador de velocidade, o acoplamento elástico, o gerador elétrico, os sensores de vento e o mecanismo de orientação direcional. O veio principal de baixa rotação transfere o binário primário do rotor para a caixa de velocidades. Neste veio pode ser implementado ou não tubagens de controlo hidráulico dos travões aerodinâmicos. O gerador elétrico converte a energia mecânica disponível no veio de alta rotação em energia elétrica. Como já foi referido anteriormente, o gerador utilizado é um gerador assíncrono, pelo facto de a sua ligação ser mais flexível, permitida pelo escorregamento, já a do gerador síncrono é uma ligação mais rígida e não se adapta bem às variações do vento, sendo mais utilizados nos sistemas de velocidade variável. É necessário que o rotor fique alinhado com a direção do vento, de modo a extrair a máxima energia possível. Para isso, existe um motor de mecanismo de orientação direcional que desempenha essa função, face à informação recebida de um sensor de direção do vento, que roda a nacele e o rotor até que a turbina fique adequadamente posicionada. No cimo da cabina está montado um anemómetro e o respetivo sensor de direção, como podemos ver no Anexo 2. As medidas da velocidade do vento são usadas pelo sistema de controlo para controlo da turbina, nomeadamente para entrada de funcionamento com velocidades de vento a 4 m/s para a turbina V-80 e para velocidades de vento a 3 m/s para a turbina V-100, já para a paragem da mesma é com velocidades de vento superiores a 25 m/s e 20 m/s, respetivamente. A informação da direção do vento é usada como entrada do sistema de orientação direcional. 18 Sistemas de conversão de energia eólica 18 3.4.3 - Torre A torre é o que suporta a nacele, tal como se verifica na Figura 6, e eleva o rotor até a uma altura em que a velocidade do vento é maior e menos perturbadora. A sua estrutura tem de ser dimensionada para suportar cargas significativas, bem como para resistir a uma exposição em condições naturais ao longo da sua vida útil. Existem dois tipos de estrutura, a tubular que é feita de betão ou aço, sendo, normalmente os diversos troços fixados no local com uma grua, a outra estrutura é entrelaçada e apesar de ser mais barata, a tubular apresenta uma maior segurança para as pessoas que realizam a sua manutenção. Na torre tubular para garantir uma maior segurança é incorporada uma escada no interior da torre para aceder à plataforma da nacele. As figuras seguintes apresentam a estrutura de uma turbina V-80 de 2 MW. Figura 7 - Base da turbina V-80 de 2 MW A Figura 7 representa a base de uma turbina V-80 de 2 MW, onde verificamos que contém uma porta de entrada para o acesso ao sistema de controlo e as escadas para a plataforma da nacele 3.5 – Descrição dos aerogeradores 19 Figura 8 - Estrutura do aerogerador V-80 de 2 MW Na Figura 8, verificamos a estrutura do aerogerador, constituído pelo rotor e pelas pás. 3.5 - Descrição dos Aerogeradores Os aerogeradores utilizados neste estudo são da marca Vestas modelo V-80 de 2 MW, e tem a seguinte curva de potência: 20 Sistemas de conversão de energia eólica 20 Figura 9Curva de potência do aerogerador Vestas V-80 de 2 MW [7] Na tabela 2 estão representadas algumas especificações técnicas do aerogerador V-80 relevantes para o estudo, podendo encontrar-se mais especificações no Anexo 2. Tabela 2 - Especificações técnicas do aerogerador V-80 de 2 MW Tipo de aerogerador Tubular Potência máxima 2000 kW Velocidade mínima para funcionamento 4 m/s Velocidade mínima para funcionamento máximo 14 m/s Velocidade máxima para corte de funcionamento 25 m/s Temperatura de funcionamento -20ºC a 40ºC Volume de ruido 105 dB Frequência 60 Hz Altura máxima da turbina 80 m Área 5,027 m² Verifica-se que para o funcionamento do aerogerador V-80 é necessário que o vento obtenha uma velocidade mínima para arranque, cut-in, cerca de 4 m/s, e quanto maior for a velocidade, maior será a potência de funcionamento. A potência de funcionamento atinge o seu máximo, 2 Mega Watts, aos 14 m/s, rated, mantendo-se na potência máxima até aos 25 m/s, ultrapassando essa velocidade do vento, cut-out, onde existe uma limitação intencional, o aerogerador deixa de produzir, com o objetivo de diminuir as tensões mecânicas sobre as pás e o rotor, garantindo assim o bom funcionamento da máquina. Com o sobreequipamento, o aerogerador utilizado é da mesma marca Vestas, mas é um modelo diferente, V-100 de 2 MW e apresenta a seguinte curva de potência: 3.5 – Descrição dos aerogeradores 21 Figura 10Curva de potência do aerogerador Vestas V-100 de 2 MW [8] As especificações do aerogerador V-100 de 2 MW mais relevantes para o estudo encontramse descritas na tabela 3, podendo encontrar-se mais especificações no Anexo 2. Tabela 3 - Especificações técnicas do aerogerador V-100 de 2 MW Tipo de aerogerador Tubular Potência máxima 2000 kW Velocidade mínima para funcionamento 3 m/s Velocidade mínima para funcionamento máximo 12 m/s Velocidade máxima para corte de funcionamento 20 m/s Temperatura de funcionamento -20ºC a 40ºC Volume de ruido 105 dB Frequência 60 Hz Altura máxima da turbina 100 m Área 7,854 m^2 Verifica-se que para o funcionamento do aerogerador V-100 é necessário que o vento obtenha uma velocidade mínima para arranque, cut-in, cerca de 3 m/s, e quanto maior for a velocidade, maior será a potência de funcionamento. A potência de funcionamento atinge o seu máximo, 2 Mega Watts, aos 12 m/s, rated, mantendo-se na potência máxima até aos 20 m/s, ultrapassando essa velocidade do vento, cut-out, o aerogerador deixa de produzir, devido à existência de uma limitação intencional, com o objetivo de diminuir as tensões mecânicas sobre as pás e o rotor, garantindo assim o bom funcionamento da máquina. 22 Sistemas de conversão de energia eólica 22 Através da análise das tabelas 2 e 3, verificando-se que o modelo V-100 de 2 MW tem melhores especificações técnicas do que o aerogerador V-80 de 2 MW, isto é, à mesma frequência a turbina V-100 começa a produzir energia a partir dos 3 m/s, enquanto a V-80 só começa a produzir energia aos 4 m/s. Verifica-se também que o aerogerador V-100 aos 12 m/s atinge a sua potência máxima, enquanto o aerogerador V-80 só atinge a sua potência máxima aos 14 m/s. O único inconveniente em termos de produção poderá ser o facto de a turbina V100 se desligar aos 20 m/s e a turbina V-80 se desligar só aos 25 m/s, no entanto após análise dos dados históricos do vento, verifica-se que a sua velocidade a maior parte do tempo é inferior a 20 m/s. 3.6 - Sobreequipamento de parques eólicos O sobreequipamento de parques eólicos baseia-se no aumento da potência do mesmo e, consequentemente, no aumento da energia produzida. Contudo, isto não impede a necessidade de estudos de ordem económica para determinação da rentabilidade do sobreequipamento do parque eólico. 3.6.1 - Legislação Atualmente, a legislação em vigor para o sobreequipamento de parques eólicos é definida pelo decreto-lei nº 51/2010 de 20 de Maio, que veio alterar o decreto-lei nº 225/2007 de 31 de Maio, regulamentação anteriormente imposta ao sobreequipamento de centrais eólicas. Este novo decreto-lei veio tentar promover uma melhoria a nível da qualidade e da segurança de serviço da rede. Em Portugal, os parques eólicos ao ser sobreequipados, só o podem ser até uma potência de 20% da potência licenciada, sendo que a potência injetada na rede se mantém, ou seja, a potência injetada na rede não pode ser superior à licenciada 55[9]. Existe dois requisitos legais que é preciso cumprir no sobreequipamento de centrais eólicas, para o caso do estudo do impacto ambiental, que são: o parque eólico, depois de sobreequipado, não se pode encontrar a menos de 2 km de outro parque eólico e a instalação das novas torres, em caso geral não pode ter mais de 20 torres, já para áreas sensíveis o máximo é 10 torres [9]. Ainda segundo o Decreto-lei 225/2007 de 31 de Maio, “O sobreequipamento das centrais eólicas licenciadas ou em licenciamento é também uma via de desenvolvimento da energia eólica que o presente decreto-lei viabiliza, permitindo minimizar os impactes ambientais e os tempos de licenciamento e de construção por via da utilização das infraestruturas existentes. Com vista a reduzir as assimetrias entre os regimes de remuneração aplicáveis às centrais eólicas a construir após 2008, é ainda estabelecido um limite temporal às prorrogações do regime de remuneração anterior. Por outro lado, esta 3.5.1 – Legislação 23 medida incentiva igualmente uma maior celeridade na construção das centrais com base em energia renováveis durante o período de cumprimento do Protocolo de Quioto, tendo tido em consideração a necessidade de minimizar os custos de interesse económico geral. A simplificação dos procedimentos ligados ao licenciamento é um fator chave para o desenvolvimento das energias renováveis. São assim introduzidas algumas melhorias para a articulação do licenciamento da instalação das centrais renováveis com a legislação ambiental diretamente conexa, visando integrar procedimentos e acelerar o acesso à produção de energia com base em fontes renováveis, sempre sem prejuízo do respeito pelos valores da proteção ambiental.” [10]. No Artigo 3º deste mesmo decreto-lei, encontramos, “Artigo 3º Sobreequipamento de centrais eólicas 1As centrais eólicas licenciadas ou em licenciamento podem aumentar a potência de injeção atribuída e optar, nos casos de sobreequipamentos já concebidos, pelo regime previsto no presente artigo, mediante a autorização da Direção-Geral de Energia e Geologia (DGEG), desde que cumpram os requisitos de licenciamento previstos na legislação e que a totalidade dos seus aerogeradores tenham capacidade de suporte de incidências e de fornecimento de potência reativa durante cavas de tensão estabelecidos nos Regulamentos da Rede de Transporte e Regulamento da Rede de Distribuição, a aprovar nos termos do Decreto-Lei nº 172/2006, de 23 de Agosto. 2No caso dos sobreequipamentos previstos no número anterior, mantém-se a potência de injeção licenciada anteriormente, mas o respetivo operador da rede poderá decidir não aplicar o equipamento para corte de ultrapassagem do limite de potência injetável mediante contrapartida de não pagamento da eletricidade produzida acima da potência de injeção autorizada. 3A potência de sobreequipamento autorizada ao abrigo do nº 1 corresponderá a um aumento equivalente na potência declarada para efeitos da faturação ao abrigo do regime de remuneração anterior ao Decreto-Lei nº 33-A/2005, de 16 de Fevereiro. 4A autorização prevista no nº 1 de sobreequipamento ou de aplicação do regime previsto no presente artigo concebida aos parques cujo regime de remuneração seja anterior ao Decreto-Lei nº 33-A/2005, de 16 de Fevereiro, será realizada mediante contrapartida de redução na tarifa aplicável à totalidade da central eólica a realizar nos termos seguintes: a) Redução de 0,3% por cada aumento autorizado de 1% na capacidade instalada relativamente à capacidade de injeção, aplicável às centrais que tenham iniciado a exploração até à entrada em vigor do presente diploma; b) Redução de 0,4% por cada aumento autorizado de 1% na capacidade instalada relativamente à capacidade de injeção, nos restantes casos.” [10]. 24 Sistemas de conversão de energia eólica 24 A informação prévia à DGEG deve ser acompanhada de alguma documentação, tal como o projeto de sobreequipamento, planta de localização numa escala adequada, confirmação do fabricante de conformidade dos aerogeradores e autorização dos proprietários dos locais de instalação do sobreequipamento. No que diz respeito à remuneração, segundo o Anexo II do Decreto-lei nº 189/88, de 27 de Maio: 1As instalações licenciadas ao abrigo do referido Decreto-lei e do Decreto-lei nº 312/2001 de 10 de Dezembro, são remuneradas pelo fornecimento da eletricidade entregue à rede através da seguinte fórmula: VRD(indice m)= KMHO(indice m)∗ [PF(VRD)(indice m)+PV(VRD)(indice m)+PA(VRD)(indice m)∗ Z] ∗IPC(indice m−1) IPC(indice ref)∗1 1−LEV, (1.4) onde, VRD(indice m) é a remuneração aplicável a centrais renováveis, no mês m; KMHOm é um coeficiente que modula os valores de PF(VRD)m, de PV(VRD)m e de PA(VRD)m em função do posto horário em que a eletricidade tenha sido fornecida; PF(VRD)(indice m) é a parcela fixa da remuneração aplicável a centrais renováveis, no mês m; PV(VRD)(indice m) é a parcela variável da remuneração aplicável a centrais renováveis, no mês m; PA(VRD)(indice m) é a parcela ambiental da remuneração aplicável a centrais renováveis, no mês m; IPCm−1 é o índice de preços do consumidor, sem habitação, no continente, referente ao mês m-1; Z é o coeficiente adimensional que traduz as características específicas do recurso endógeno e da tecnologia utilizada na instalação licenciada; IPCref é o índice de preços no consumidor, sem habitação, no continente, referente ao mês anterior ao do inicio do fornecimento de eletricidade à rede pela central renovável; LEV representa as perdas, nas redes de transporte e distribuição, evitadas pela central renovável [10]. 2Relativamente à modulação tarifária traduzida pelo coeficiente KHMOm, no ato do licenciamento, as centrais renováveis deverão decidir se optam ou não por ela, com exceção das centrais hídricas para as quais esta é obrigatória [10]. 3As centrais renováveis que, no ato de licenciamento e nos termos do numero anterior, tiverem optado pela modulação tarifária traduzida pelo coeficiente KMHO, este tomará o seguinte valor: KMHO = [KMHO(indice pc)∗ECR(indice pc,m)+ KMHO(indice v)∗ECR(indice v, m)]/[ECR(indice m)], 3.5.1 – Legislação 25 (1.5) onde, KMHO(indice pc) é um fator que representa a modulação correspondente a horas cheias e de ponta, o qual para efeitos do presente anexo, toma o valor de 1,15 para as centrais hídricas e o valor de 1,25 para as restantes instalações de produção licenciadas ao abrigo do decretolei nº 189/88, de 27 de Maio, e instalações de bombagem; ECR(indice pc,m) é a eletricidade produzida pela central renovável nas horas de cheias e de ponta do mês m, expressa em kilowatts-hora; KMHO(indice v) é um fator que representa a modulação correspondente a horas de vazio, o qual, para efeitos do presente anexo, toma o valor de 0,80 para as centrais hídricas e o valor de 0,65 para as restantes instalações de produção licenciadas ao abrigo do decreto-lei nº 189/88, de 27 de Maio; ECR(indice vm) é a eletricidade produzida pela central renovável nas horas de vazio do mês m, expressa em kilowatts-hora; ECR(indice m) é a eletricidade produzida pela central renovável no mês m, expressa em kilowatts-hora [10]. 4As centrais renováveis que, no ato de licenciamento e como já referimos anteriormente, não tiverem optado pela modulação tarifária traduzida pelo coeficiente KMHOm, este tomará o valor 1. Para isso, considera-se que: a) No período de hora legal de Inverno, as horas vazias ocorrem entre as 0 e as 8 e entre as 22 e as 24 horas, sendo as restantes horas do dia consideradas horas cheias e de ponta; b) No período de hora legal de Verão, as horas vazias ocorrem entre as 0 e as 9 e entre as 23 e as 24 horas, sendo as restantes horas do dia consideradas horas cheias e de ponta [10]. 5O valor de PF(VRD)(indice m), é calculado através da fórmula seguinte: PF(VRD)(indice m) =PF(U)(indice ref) ∗ COEF(indice pot,m)∗POT(indice med,m), (1.6) onde, PF(U)(indice ref) é o valor unitário de referência para PF(VRD)(indice m), o qual: i) Deve estar de acordo com a mensualização do custo unitário de investimento nos novos meios de produção cuja construção é evitada por uma central renovável que assegure o mesmo nível de garantia de potência que seria proporcionado por esses novos meios de produção; ii) Toma o valor por mês de E 5,44 por kilowatts-hora; 32 Estudo da produção do sobreequipamento eólico 32 proposto, como o aerogerador empregue para o sobreequipamento do parque tem melhores características, compensa mais limitar ou desligar os aerogeradores já instalados. O controlo de limitação de potência pode ser realizado através de várias formas, pela variação do ângulo das pás, pitch, onde se consegue diminuir gradualmente a potência de um aerogerador de modo a que a produção do parque máxima não ultrapasse o limite, ou pelo desacoplamento aerodinâmico, stall, onde a limitação de potência do parque pode ser realizada pela interrupção do funcionamento dos aerogeradores. Após um estudo realizado, verifica-se que compensa mais em termos de produção, limitar as quatro turbinas V-80 2 MW já instaladas a 1,9 MW, do que limitar só uma a 1,6 MW, sendo que o parque eólico só pode ter 9.6 MW de potencia instalada, correspondendo esta valor a 20% da potência instalada. Na seguinte figura, podemos observar, a diferença da curva de potência do aerogerador V80 2 MW quando se encontra em funcionamento normal e em funcionamento limitado a 1900 kW. Figura 11Curva de Potência do funcionamento normal e limitado da V-80 2 MW Capítulo 5 Análise de investimento Um investimento é uma aplicação de fundos para meios de produção com vista a um retorno futuro, ou seja, envolve decisões de aplicações a recursos com prazos longos. Esta análise permite verificar se o retorno compensará o valor investido, no entanto este investimento exclui despesas, tais como de manutenção, reposição de peças, etc. Este capítulo serve apenas como base da análise de investimento para o projeto do sobreequipamento do parque eólico, pois para análise da empresa devem interferir outros fatores. Serão então, abordados alguns indicadores económicos que nos permitirão determinar o seu retorno de investimento num determinado período. 5.1 - Tarifas Para o estado interessa fomentar o investimento em fontes de energia de origem endógena, pelo que procura cada vez mais reduzir as emissões poluentes e a importação de energia para Portugal. Contudo, o estado para obter uma diminuição do impacto ambiental, uma melhoria de qualidade na rede de transporte e distribuição da energia às centrais renováveis, tabelou um conjunto de tarifas, desta forma, o estado paga uma bonificação, a tarifa feed-in, por kWh produzido. Como já referido anteriormente no ponto 3.6.1 - Legislação, a remuneração para as instalações licenciadas ao abrigo do decreto-lei nº 189/88 de 27 de Maio, que foi alterado pelo decreto-lei nº 33-A/2005 de 16 de Fevereiro de 2005, retificado pelo decreto-lei nº 29/2005 e entretanto foi revisto novamente pelo decreto-lei nº 225/2007 de 31 de Maio, encontra-se o sistema remuneratório atual. 34 Análise de investimento 34 Desta forma, a fórmula da remuneração é composta pelo coeficiente que modula os valores das três parcelas (parcela variável, parcela fixa e parcela ambiental), o coeficiente de Z, o índice de preço do consumidor (IPC) e as perdas nas redes de transporte e distribuição. Os valores que se aplicam na fórmula de remuneração acima referida, serão referenciados seguidamente de acordo com a legislação em vigor.  O coeficiente que modula os valores das parcelas é igual a 1, como referido já no decreto-lei no ponto 3.6.1 - Legislação.  A parcela variável tem em conta os custos associados à operação e manutenção, custos esses que seriam necessários à exploração dos novos meios de produção cuja construção é evitada pela central renovável e o valor pago nesta parcela é de 0,036 €/kWh [10].  A parcela fixa traduz o custo unitário de investimento nos novos meios de produção, cuja construção é evitada por uma central renovável. O valor unitário de referência toma um valor de 5,44 kWh por mês [10].  A parcela ambiental tem em conta as emissões de dióxido de carbono evitadas pela central, em detrimento de um outro meio de produção de energia não renovável. O valor unitário das emissões de dióxido de carbono que uma central evita é 370 g/kWh, já o valor de referência para as emissões de dióxido de carbono evitadas é de 7,5 €/MWh [10].  O coeficiente de Z assume um regime de funcionamento no valor anual para as centrais eólicas de 4,6 [10].  O IPC varia de modo a que o valor pago seja atualizado pela inflação, sendo que neste momento, o IPC altera-se de mês para mês. Por fim, segundo o decreto-lei nº 51/2010 de 20 de Maio [9], no caso de o parque ser sobreequipado, é descontado 0,12% sobre a tarifa aplicável por cada aumento de 1% na capacidade instalada relativamente à potência de injeção atribuída. Também refere na legislação que a tarifa feed-in remunera até um certo momento, ou seja, o parque eólico produzindo 33 GWh por cada MW instalado, ou passado 15 anos desde o início da atividade do parque, a compra de eletricidade passa a ser 52 €/MWh [10]. 5.2 - Investimento no parque eólico O investimento no parque eólico pode-se dividir em investimentos fixos e em investimentos variáveis. Os investimentos fixos são aqueles valores de estudos, tais como criação de acessos ao parque, encargos de licenciamento, linha de ligação à rede elétrica, etc. Enquanto os investimentos variáveis são aqueles que dependem da potência a instalar e da potência do aerogerador a instalar, incluindo transporte, montagem, construção das suas fundações e das infraestruturas elétricas. 5.3 – Indicadores de rentabilidade 35 Existem custos de exploração, mas estes dependem do contrato realizado com a empresa, que irá ficar a cargo do serviço de manutenção. Neste caso, o investimento no parque eólico compreende os custos da turbina, da construção civil e da eletrificação, sendo estes os pontos mais importantes para o investimento. Na tabela seguinte podemos verificar os valores do investimento parcelares, sendo o investimento total cerca de 2 000 000,00 €. Tabela 8 - Distribuição do investimento do sobreequipamento do parque eólico Descrição Total de Custo (%) Construção Civil 5% Ligação Elétrica 5% Aerogerador V-100 2 MW 90% 5.3 - Indicadores de rentabilidade Na avaliação da rentabilidade é preciso ter em consideração a atualização monetária, podendo ser este um projeto de investimento que se desenvolva a uma longa data, sendo que um dos fatores será a inflação, que altera o valor real do dinheiro. Então, temos: O valor atual líquido (VAL), equação (1.4), serve para determinar o valor atual de pagamentos, em função do tempo, t, descontados a uma taxa de juros (taxa de atualização), i apropriada, menos o custo do investimento inicial. 𝑉𝐴𝐿 = −𝐼𝑛𝑣𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 + ∑𝐹𝐶 (1+𝑖)𝑡 𝑛 𝑡=0 , (1.11) onde, n é o número total de anos, t é período em meses, FC é o fluxo da caixa por período e i a taxa de atualização. Após obtenção do VAL, no caso de VAL > 0, então podemos dizer que o projeto rentabiliza o investimento a uma taxa i anual. Caso se verifique o contrário, VAL < 0, podemos afirmar que o projeto não rentabiliza o custo de investimento, não compensa o investimento, ou não remunera o projeto à taxa de juro pretendida. A taxa interna de retorno (TIR) é a taxa de atualização em que o VAL é nulo, ou seja, o TIR está intimamente ligada ao VAL. O TIR é a taxa da média em cada ano que um investidor obtém, sobre os capitais que se mantém investidos num projeto [11], isto é, a taxa necessária para igualar o valor do investimento realizado. O TIR nesta dissertação apenas contabiliza os resultados da venda de energia e dos custos do investimento realizado, anteriormente referido. 36 Análise de investimento 36 Foi ainda obtido o período de retorno do investimento (PRI), sendo este o período na qual se obtém o retorno do investimento, em número de anos. 𝑃𝑅𝐼 = 𝑇𝑞𝑢𝑎𝑛𝑑𝑜 ∑𝐶𝐹𝑡 = 𝐼0 𝑇 𝑡=0 (1.12) onde, CFt é o fluxo de caixa total no ano t e 𝐼0 é o fluxo de caixa do investimento inicial. Após a obtenção destes três indicadores, VAL, TIR e PRI é possível obter uma estimativa do retorno do investimento. Capítulo 6 Caso em estudo Neste capítulo é apresentado o desenvolvimento do estudo realizado no sobreequipamento da central eólica de Felgar. 6.1 - Localização e descrição da central eólica sobreequipada Como já referido anteriormente, a central eólica localiza-se em Torre de Moncorvo, na freguesia de Felgar do distrito de Bragança. Sendo os aerogeradores instalados em zonas com boa altitude, ou seja, locais bastante favoráveis para a produção de energia eólica. O que se pretende realizar neste trabalho é o sobreequipamento da central eólica com um aerogerador do mesmo fabricante, mas com um modelo V-100 de 2 MW. Podemos encontrar na tabela seguinte outras informações relativamente à central eólica sobreequipada. Tabela 9 - Dados gerais do parque eólico sobreequipado Potência instalada 9,6 MW N.º de aerogeradores 5 6.2 - Desenvolvimento do projeto O desenvolvimento do projeto teve por base dados reais fornecidos pela empresa proprietária das quatro turbinas V-80 já instaladas no parque. Foram fornecidos vários dados, tais como a direção relativa e absoluta, temperatura ambiente média, velocidade média, 38 Caso em estudo 38 desvio de padrão da velocidade, velocidade máxima e velocidade mínima, que serviram para obter várias conclusões ao longo do projeto. No desenvolvimento do projeto apenas foram utilizados os valores da velocidade média num período de seis anos, com valores registados de dez em dez minutos numa fase inicial, como podemos ver nas três tabelas mais à frente referenciadas. Sendo posteriormente utilizado para simplificação de alguns métodos, num período de 4 anos com a média de trinta em trinta minutos para realização da análise económica. 6.2.1 - Estudo e análise da produção Através da velocidade média dos dados históricos e com as curvas de potência dos aerogeradores V-80 e V-100 fornecidas pela empresa Vestas foram obtidos valores de potência para cada intervalo de tempo durante os quatro anos, para cada aerogerador. Após obter a potência anual do parque com os quatro aerogeradores V-80 e após verificação do resultado com dados reais de faturação, calculou-se a potência dos quatro aerogeradores mas para o modelo V-100. Depois de obter para os quatro aerogeradores V-100, foi realizada a média dos quatro para obter o novo aerogerador (V-100), estando estes valores representados nas tabelas seguintes. Tabela 10 - Média da potência obtida dos quatro aerogeradores, para um intervalo de 10 minutos (kW) AEG 1 2 3 4 Modelo V-80 V-100 V-80 V-100 V-80 V-100 V-80 V-100 Média (kW) 549,18 809,97 526,63 783,04 532,67 786,87 523,19 780,88 Tabela 11 - Média da potência obtida para o quinto aerogerador, num intervalo de 10 minutos (kW) AEG 5 Modelo V-80 2MW V-100 2MW Média (kW) 532,91 792,78 Após os dados da produção da potência para cada aerogerador, é realizado um gráfico para se perceber melhor a diferença entre um modelo de aerogerador (V-80) e outro (V-100). 6.2.1 – Estudo e análise da produção 39 Figura 12 - Média da potência obtida para os aerogeradores num intervalo de 10 minutos (kW) De acordo com o gráfico, verificamos uma produção média de dez em dez minutos no novo aerogerador de 792,78 kW. Após a obtenção dos dados das médias de cada aerogerador específico, analisou-se a produção que obteríamos na central com o sobreequipamento. Na tabela seguinte, encontram-se os valores da potência produzida ao longo dos quatro anos anteriores ao atual, da central eólica atual, da central eólica sobreequipada e ainda da diferença de produção entre elas. Tabela 12 - Média da potência da central eólica atual e sobreequipada num intervalo de 10 minutos Analisando a tabela anterior, verificamos que em dez minutos podemos produzir a mais em média cerca de 793 kW de potência com o novo aerogerador (AEG), que vai sobreequipar a central eólica. No passo seguinte são analisadas as limitações, que tal como referido anteriormente, o parque eólico só pode ser sobreequipado num total de 20% da potência instalada, obtendo-se então uma potência instalada de: 𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎 + 𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎 ∗ 20% = 𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎 (1.13) Ano C/ 4 AEGs (kW) C/ 5 AEGs (kW) Diferença (kW) 2010 2318,02 3160,31 842,29 2011 1942,09 2667,24 725,15 2012 1979,99 2734,51 754,52 2013 2346,42 3195,60 849,17 40 Caso em estudo 40 Como a potência atual instalada é de 8MW e o novo aerogerador será de 2MW, resultando em 10 MW de potência instalada com o sobreequipamento, têm-se que limitar um aerogerador ou vários, de forma ao total de potência instalada ser igual a 9,6MW. Após um estudo realizado anualmente, em termos de produção, é mais rentável limitar as quatro turbinas V-80 de 2 MW já instaladas a 1,9 MW, do que limitar apenas uma a 1,6 MW, tal facto pode ser verificado na seguinte tabela: Tabela 13 - Média anual da produção com limitação dos aerogeradores (MWh) Aerogerador Energia produzida (MWh) Limitando só o AEG 1 a 1,6MW 14 347 Limitando só o AEG 2 a 1,6MW 14 357 Limitando só o AEG 3 a 1,6MW 14 350 Limitando só o AEG 4 a 1,6MW 14 364 Limitando só o AEG 5 a 1,6MW 14 217 Limitando AEG 1,2,3,4 a 1,9MW 14 388 Após análise dos resultados, verifica-se que os valores de produção anual variam entre 14000 MWh e 14500 MWh e que apesar da diferença dos valores parecer reduzida, na realidade tornase bastante significativa. Desta forma, verifica-se que ao limitar os quatro aerogeradores (V80) já instalados, a energia produzida é maior, logo esta opção é mais rentável. O contrário, isto é, limitar a potência do novo aerogerador (V-100) não seria tão benéfico, uma vez que iria levar a uma diminuição do valor de produção, em média por ano, dos 14388 MWh para os 14200 MWh. 6.2.2 - Viabilidade económica Na viabilidade económica do projeto, foi realizada a remuneração através dos dados de potência anteriormente obtidos, sendo posteriormente analisada para um período de 4 anos, com a média de meia em meia hora, em vez de ser de dez em dez minutos. Existe um ciclo semanal opcional para consumidores em MAT, AT e MT em Portugal Continental de interesse para a realização da remuneração. A seguinte figura apresenta a divisão, em horas, para a produção semanal com períodos de hora legal de Inverno e de Verão. A sua divisão implica ainda se é de segunda-feira a sextafeira (Sem), sábado (Sáb), domingo (Dom) e se for feriado é considerado como domingo (Dom). 6.2.2 – Viabilidade económica 41 Figura 13 - Períodos horários de produção [12] Após realizada a distribuição da energia produzida pelos períodos horários, obteve-se a seguinte tabela: 48 Conclusões 48 Conclui-se também que com o sobreequipamento do parque eólico, esse contribui para compensar as perdas de operação. 7.2 - Sobre o futuro Neste ponto vou falar mais sobre a legislação, mais pelo facto de o sobreequipamento da central eólica ser limitada a 20% da sua potência instalada e pelo facto de a energia entregue à rede não se alterar. Após realização deste trabalho, cheguei à conclusão que se não existisse estas leis, restrições, haveria um maior incentivo à produção de energia e assim um combate maior para o nosso défice de energia. Outro senão, é para o caso de uma central eólica ao ser sobreequipada só poderá ser num total de 20% da potência instalada, o que leva à limitação do mesmo ou de um aerogerador e até à perda de energia, energia essa que por vezes nos é escassa. Portanto, do ponto de vista das legislações impostas, conclui-se que poderiam ser tabelados diferentes valores limites de sobreequipamento, consoante a potência instalada, ou seja, quanto menor fosse o parque, maior seria o valor da sua limitação. Porque para parques eólicos pequenos não será muito benéfico o seu sobreequipamento, pelo simples facto do tempo de vida de um aerogerador ser aproximadamente vinte anos, podendo por vezes não ser possível o seu retorno, consequência que pode resultar no não sobreequipamento. Contudo, penso que a alteração dos decretos-lei, poderão ser mais um incentivo na produção de eletricidade de um modo mais ecológico. Anexos Anexo 1 As diversas categorias de perdas de produção representadas na tabela seguinte, são apenas exemplos de situações que podem afetar a produção final da central eólica. Eficiência Elétrica Eficiência elétrica operacional Eficiência dos aparelhos eletrónicos e o desgaste dos mesmos Consumos da central eólica Consumo do equipamento elétrico das turbinas Perdas por efeito de Esteira Esteira Interna Influência que os aerogeradores de uma central eólica causam entre si Esteira Interna Influencia dos aerogeradores de uma central eólica vizinha Disponibilidade do aerogerador Previsão da perda de produção associada ao tempo de paragem do aerogerador Disponibilidade da rede Disponibilidade da rede interna da central eólica Cortes Gestão da central eólica Perdas de produção associadas Cortes na rede Em certas ocasiões, devido a negociações com o operador de rede, a central pode ter que ser desconectada da rede, pelo que não faz sentido produzir energia nessas situações. 50 Anexos 50 Desempenho do aerogerador Histerese nas altas velocidades de vento Quando a velocidade de cut-out é ultrapassada, os aerogeradores desligam-se, ou seja, quando existe flutuações do vento, é aplicada uma histerese à velocidade de arranque da turbina para evitar que esta esteja repetidamente a desligar e ligar o aerogerador. Ajuste da curva de potência do aerogerador ao local Quando os locais de teste de um aerogerador e o local de instalação são muito diferentes, pode provocar alterações significativas no escoamento. Causas Ambientais Acesso ao local Dificuldade no acesso a áreas remotas onde os aerogeradores tiveram que parar para reparação e tenha sido dificultado pelo mau tempo. Degradação das pás Desgaste das pás devido à utilização, acumulação de sujidade e formação de gelo. Anexos 2 51 Anexo 2 Neste anexo, é apresentada as curvas de potência e as características das duas turbinas eólicas, V-80 e V-100 respetivamente. Figura A2. 1 - Performance da turbina Vestas V-80 de 2 MW [7] Figura A2. 2 - Curva de Potência da turbina V-80 de 2 MW [7] 52 Anexos 52 Figura A2. 3 - Características da turbina V-80 de 2 MW [7] Anexos 2 51 Figura A2. 4 - Performance da turbina Vestas V-100 de 2 MW [8] Figura A2. 5 - Curva de Potência da turbina V-100 de 2 MW [8] 54 Anexos 54 Figura A2. 6 - Características da turbina V-100 de 2 MW [8] Referências [1] Rui Castro. Energias renováveis e produção descentralizada, introdução à energia eólica. [2] American Wind Energy Association. Comparative air emissions of wind and other fuels,2008. Disponívelem http://www.awea.org/pubs/factsheets/EmissionKB. PDF. Último acesso em Junho de 2014 [3] Direção Geral de Energia e Geologia. Disponível em http://www.dgeg.pt/. Ultimo acesso em Março de 2014. [4] J. M. Moran e M. D. Morgan, Meteorology: The Atmosphere and Science of Weather, Prentice Hall, 1996. [5] Troque de Energia. Disponível em http://www.troquedeenergia.com/Produtos/LogosDocumentos/IntroducaoAEnergiaEolica.pdf . Ultimo acesso em Maio de 2014. [6] Agência Nacional de Energia Elétrica. Disponível em http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/energia_eolica/6_4.htm. [7] Vestas. Disponível em http://www.vestas.com/Files/Filer/EN/Brochures/090821_Product-brochure-V80-2.0MW-0609-EN.pdf. Ultimo acesso em Março de 2014. [8] Vestas. Disponível em http://www.vestas.com/Files/Filer/EN/Brochures/090821_Product-brochure-V80-2.0MW-0609-EN.pdf. Ultimo acesso em Março de 2014. [9] Decreto-Lei nº 51/2010 D.R. 1ªsérie 98 (20-05-10) 1740-1741. [10] Decreto-Lei nº 225/2007 D.R. 1ªsérie 105 (31-05-07) 3630-3638. [11] C. Barros, Decisões de Investimento e Financiamento de Projetos, Lisboa: Edições Sílabo, 1995. [12] Entidade reguladora dos serviços energéticos. Disponível em http://www.erse.pt/pt/Paginas/search.aspx?k=periodos+horarios. Ultimo acesso em Maio de 2014. 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