Aluno: Alesson Itallo Ribeiro Dias da Silva

Orientador: Dr. Alex Maurício Araújo

Coorientador: Dr. Gustavo de Novaes Pires Leite

ANÁLISE DA REPOTENCIAÇÃO DE PARQUES EÓLICOS: ESTUDOS DE CASO NO BRASIL

Recife, 2023

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO

CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

SUMÁRIO

Objetivos

2

Conceitos Fundamentais

Resultados e Discussões

5

6

7

3

4

Revisão Bibliográfica

Metodologia

Considerações Finais

2

Referências

8

1

Introdução

Trabalhos Futuros

9

INTRODUÇÃO

3

Energia Eólica

Primeiras máquinas: moinhos de vento para bombeamento de água e moagem de grão

Avanços Tecnológicos: O surgimento dos aerogeradores atuais

O potencial eólico brasileiro: o seu lugar no mundo renovável

Avanço da capacidade instalada de energia eólica no Brasil

Evolução da capacidade instalada (MW).

4

Avanços Tecnológicos: O surgimento das turbinas eólicas atuais

O potencial eólico brasileiro: o seu lugar no mundo renovável

Fim de vida dos empreendimentos eólicos

“Como a repotenciação total de parques eólicos podem ajudar no fim de vida dos empreendimentos eólicos no Brasil ?”

Energia Eólica

INTRODUÇÃO

Ao passar dos anos, locais com bons potenciais eólico para o comissionamento de novos parques estarão escassos em algumas localidades, pois os parques já existentes ocuparão esses locais (KITZING et al., 2020).

​

JUSTIFICATIVA

INTRODUÇÃO

5

​

Realizar uma análise técnica, econômica da repotenciação, considerando, adicionalmente, a sua interferência em parques eólicos vizinhos.

​

Geral

OBJETIVOS

6

Verificar influência da repotenciação

em parques eólicos vizinhos;

​

• Identificar em quais condições a repotenciação é viável economicamente.

Analisar tecnicamente a viabilidade da repotenciação

em todas as regiões analisadas;

7

01

02

03

Específicos

OBJETIVOS

8

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Expressão-chave:

“repowering of wind farms”

Total: 156 materiais

Total: 98 materiais

Total: 60 artigos

Organização das informações

9

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Números de Artigos sobre repotenciação com base nos anos de Publicação.

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Fonte: O Autor (2022)

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10

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Disposição temporal dos estudos científicos sobre a repotenciação

Fonte: O Autor (2022)

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11

Evolução dos aerogeradores

CONCEITOS FUNDAMENTAIS

Fonte: EPE (2021).

Média de potência Nominal da turbina, comparando com altura do cubo e diâmetro do rotor por ano de entrada em operação comercial.

12

A importância da repotenciação

CONCEITOS FUNDAMENTAIS

O aumento do fator de Capacidade;

Redução do Ruído;

Melhoria na economia local do parque instalado;

Aproveitamento dos espaços com o melhor potencial eólico;

Redução do impacto visual.

13

Metodologia WAsP

CONCEITOS FUNDAMENTAIS

Fonte: O Autor (2022)

Fluxograma da metodologia WAsP.

14

EFEITO ESTEIRA

CONCEITOS FUNDAMENTAIS

O modelo de Jensen é baseado na conservação da massa para estimar a velocidade do vento na altura do cubo a jusante de um aerogerador.

Fonte: LONGATT (2012).

15

Atlas global de vento

CONCEITOS FUNDAMENTAIS

Fonte: Global Wind Atlas (2022)

METODOLOGIA

16

ANÁLISE TÉCNICA - Escolha da localidade

Fonte: ANEEL (2021)

Quantidades de parque por localidade

METODOLOGIA

17

ANÁLISE TÉCNICA - Escolha da localidade

Fonte: O Autor (2022)

Parques eólicos analisados

no estudo de caso

METODOLOGIA

18

ANÁLISE TÉCNICA - Escolha da localidade

METODOLOGIA

19

ANÁLISE TÉCNICA - Escolha das Turbinas

Fonte: O Autor (2022)

1. Curva de potência das turbinas do parque sem a repotenciação
2. Curva de potência das turbinas usadas na repotenciação.

(a)

(b)

METODOLOGIA

20

ANÁLISE TÉCNICA

METODOLOGIA

21

ANÁLISE TÉCNICA

METODOLOGIA

22

ANÁLISE TÉCNICA – Repotenciação

Quantidades de turbinas por parque eólico

Fonte: O Autor (2022)

METODOLOGIA

23

ANÁLISE TÉCNICA – Localização dos parques

​

Fonte: O Autor (2022)

METODOLOGIA

24

ANÁLISE TÉCNICA – Dados de vento

​

Fonte: O Autor (2022)

METODOLOGIA

25

ANÁLISE TÉCNICA – Simulação no WAsP

​

​

Fonte: O Autor (2022)

METODOLOGIA

26

VIABILIDADE ECÔNOMICA

​

​

Valor Presente Líquido

Taxa Interna de Retorno

Payback

Fonte: Adaptado de Leite et al. (2022).

Premissas adotadas

Nas simulações o valor da tarifa foi de R$ 179,30/MWh.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

27

Estudo de caso – PE1

Layout do parque eólico

Distribuição de Weibull

Curva nível

RESULTADOS E DISCUSSÕES

28

Estudo de caso – PE2

Layout do parque eólico

Distribuição de weibull

Curva nível

RESULTADOS E DISCUSSÕES

29

Estudo de caso – PE3

Layout do parque eólico

Distribuição de weibull

Curva nível

RESULTADOS E DISCUSSÕES

30

Estudo de caso – PE4

Layout do parque eólico

Distribuição de weibull

Curva nível

RESULTADOS E DISCUSSÕES

31

ANÁLISE TÉCNICA DA REPOTENCIAÇÃO

Produção anual de energia

RESULTADOS E DISCUSSÕES

33

ANÁLISE TÉCNICA DA REPOTENCIAÇÃO

Fator de capacidade

RESULTADOS E DISCUSSÕES

33

ANÁLISE TÉCNICA DA REPOTENCIAÇÃO

Perdas causada pelo efeito esteira

RESULTADOS E DISCUSSÕES

34

ANÁLISE ECONÔMICA DA REPOTENCIAÇÃO

RESULTADOS E DISCUSSÕES

35

ANÁLISE ECONÔMICA DA REPOTENCIAÇÃO

RESULTADOS E DISCUSSÕES

36

ANÁLISE ECONÔMICA DA REPOTENCIAÇÃO - Payback

RESULTADOS E DISCUSSÕES

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EFEITO ESTEIRA CAUSADO PELA REPOTENCIAÇÃO EM PARQUES EÓLICOS VIZINHOS

RESULTADOS E DISCUSSÕES

38

EFEITO ESTEIRA CAUSADO PELA REPOTENCIAÇÃO EM PARQUES EÓLICOS VIZINHOS

CONSIDERAÇÕES FINAIS

• A repotenciação é uma alternativa viável tecnicamente no território brasileiro, visto que, em todos os cenários estudados, a repotenciação foi capaz de aumentar o fator de capacidade e a produção anual de energia

39

• Dentre os aerogeradores estudados o que apresentou melhores resultados foi o Vestas V150, que apresenta maior potência nominal e diâmetro do rotor.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

• A repotenciação se mostrou viável economicamente, visto que, para a mesma tarifa os aerogeradores utilizados na repotenciação obteve uma TIR superior.

40

• O aerogerador GE-120 foi o que apresentou os melhores resultados econômicos e o que apresentou o pior resultado foi o aerogerador Vestas V150.

• Em relação ao payback os menores valores apresentados foi em PE1, PE3 e PE4 com o aerogerador GE-120, isso se deve ao fato de o FC desses parques ser superior ao de PE2, além de que o CAPEX para a implantação do aerogerador GE-120 ser inferior ao demais aerogeradores estudados para a repotenciação.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

• O parque que apresentou melhor potencial para a repotenciação foi PE1 seguido de PE3, PE2 e PE4.

41

• O distanciamento entre o parque eólico a ser repotencializado e o parque eólico vizinho interfere diretamente nas perdas da produção anual de energia do parque eólico vizinho. A distância de 20DP se mostrou adequada, visto que em todos os casos estudados a interferência ficaria menor que 10%.

TRABALHOS FUTUROS

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• Verificar o efeito da turbulência causados pelo aerogeradores com a repotenciação.

• Avaliar os efeitos da estabilidade atmosférica no regime eólico da região em estudo;

• Empregar metodologias de análise técnica da formação e evolução espacial da esteira com modelos Computational Fluid Dynamics (CFD);

• Verificar os resultados das metodologias e procedimentos com dados de torres anemométricas instaladas nas regiões estudadas;

• Realizar análises de modelos de esteira com 2 e 3 dimensões;

REFERÊNCIAS

Bona, J. C. De; Ferreira, J. C. E.; Duran, J. F. O.; Analysis of scenarios for repowering wind farms in Brazil, Renewable and Sustainable Energy Reviews, v.135, n.110197. 2021.

EPE. Empreendimento eólicos ao fim da vida útil. Relatório técnico, p.57, 2021.

LEITE, G. DE N. P.; WESCHENFELDER, F.; FARIAS, J. G.; AHMAD, M. K. Economic and sensitivity analysis on wind farm end-of-life strategies. Renewable and Sustainable Energy Reviews. v.160, p.112273, 2022.

KITZING, L.; JENSEN, M. K.; TELSNIG, T.; LANTZ, E. Multifaceted drivers for onshore wind energy repowering and their implications for energy transition. Nature Energy. v.5, p. 1012-1021, 2020.

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