Energia Eólica e Termossolar: Guia Completo

Componentes de uma Turbina Eólica

• Pás
• Rotor
• Torre
• Nacelle
• Caixa multiplicadora
• Gerador elétrico
• Mecanismo de controle
• Anemômetro
• Catavento

Quais os Tipos de Aerogeradores?

• Aerogerador de indução convencional do tipo gaiola de esquilo;
• Aerogerador de indução com rotor bobinado;
• Aerogerador de indução com rotor bobinado (DFIG);
• Aerogerador síncrono de rotor bobinado;
• Aerogerador síncrono de ímãs permanentes.

O gerador de indução duplamente alimentado DFIG (Doubly Fed Induction Generator) é caracterizado por operar a velocidade variável, permitindo assim a extração da máxima potência do vento. O gerador utilizado é uma máquina de indução com rotor bobinado onde o estator está diretamente conectado à rede, enquanto o rotor é alimentado por um conversor na configuração "back-to-back". O controle do fluxo de potência no rotor da máquina possibilita ao gerador operar tanto abaixo quanto acima da velocidade síncrona.

Vantagens

• Permite gerar eletricidade com frequência constante e velocidade de rotação variável com controle desacoplado das potências ativa e reativa;
• Conversor de dimensões menores, que reduz o custo do aerogerador;
• Redução do valor das perdas.

Desvantagens

• Complexidade do sistema de controle do DFIG e a escassez de modelos matemáticos adequados para estudar todas as condições de funcionamento;
• Necessidade de usar um multiplicador de velocidade para adaptar as velocidades de rotação, implicando maiores custos de investimento e manutenção;
• Redução da eficiência mecânica.

Principais Tipos de Usinas Termossolares

Concentradores Cilíndricos Parabólicos

São espelhos côncavos em que, na linha focal, passa um tubo absorvedor de calor por onde circula um fluido térmico. Esse fluido, normalmente óleo sintético, tem grande capacidade térmica e é aquecido à medida que escoa pelo tubo. Finalmente, o fluido térmico flui por um trocador de calor (gerador de vapor), onde se gera o vapor-d'água pressurizado que acionará o ciclo Rankine.

Discos Parabólicos

Utilizam espelhos parabólicos independentes e, em seu ponto focal, o fluido é aquecido, acionando um motor de ciclo Stirling acoplado a um gerador de pequeno porte local.

Têm alta eficiência na concentração de calor e baixa perda térmica por terem movimentação em dois eixos.

Torre Concentradora de Calor

Consistem de um campo de helióstatos que se movem independentemente e de um concentrador localizado no topo de uma torre. Cada helióstato se move de forma a refletir os raios solares ao concentrador. O concentrador consiste de um feixe tubular por onde circula um fluido térmico, que é aquecido pela insolação refletida.

Vantagens e Desvantagens das Usinas Termossolares

Vantagens

• A energia solar não polui durante sua produção;
• As centrais necessitam de manutenção mínima;
• Os painéis solares são a cada dia mais potentes ao mesmo tempo que seu custo vem caindo. Isso torna cada vez mais a energia solar uma solução economicamente viável;
• A energia solar é excelente em lugares remotos ou de difícil acesso;
• Em países tropicais, como o Brasil, a utilização da energia solar é viável em praticamente todo o território;
• A radiação solar, produto da energia solar, é gratuita e abundante.

Desvantagens

• Um painel solar consome uma quantidade enorme de energia para ser fabricado;
• Os preços são muito elevados em relação aos outros meios de energia;
• As formas de armazenamento da energia térmica são pouco eficientes;
• As usinas solares térmicas empregam fluidos tóxicos e sua instalação ocupa grandes áreas e afeta habitats naturais.

Controle de Passo (Pitch Control)

O controle de passo (pitch control) é utilizado para o controle de potência em uma turbina eólica.

O controle de passo é baseado no ajuste do ângulo da pá em relação à massa de ar. Deste modo, de acordo com a velocidade do vento, medida pelo sistema de controle da turbina, o ângulo de passo é ajustado para manter a velocidade de giro da turbina constante. A velocidade é mantida, pois o torque presente nas pás da turbina, que provoca o movimento de rotação, surge devido à diferença de pressão na parte superior e inferior da pá.

A Geração Termossolar

A geração termossolar é um processo que converte a energia solar em energia térmica (pode-se utilizar essa energia térmica para dessalinização por destilação através de um forno solar, para tornar a água potável) e esta, por sua vez, em energia elétrica. Em sua forma mais completa, o processo de conversão passa por quatro sistemas básicos:

Coletor, receptor, transporte-armazenamento e conversão elétrica.

O coletor tem a função de captar e concentrar a radiação solar incidente na superfície do coletor e dirigi-la até o sistema em que a radiação solar transfere o calor a um fluido de trabalho.

No sistema de transporte-armazenagem, o fluido é transferido para o sistema em que a energia térmica converte-se em energia mecânica, por meio dos ciclos básicos termodinâmicos – o ciclo de Rankine (vapor) e Brayton (gás), entre outros, dependendo da temperatura e da natureza do fluido.