Transformando a energia solar e eólica em energia elétrica

Bruno Monteiro, Discrete Automation and Motion, setembro/2012
Transformando a energia solar e
eólica em energia elétrica
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Bruno Monteiro, Discrete Automation and Motion, setembro/2012
Energia Solar
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Energia Solar
O sol pode atender todas nossas necessidades
•
•
•
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Todas energias renováveis se originam
direta ou indiretamente do sol: eólica,
biomassa, maremotriz e etc.
Energia solar é toda energia térmica
ou elétrica gerada diretamente da
energia irradiada para a Terra.
A energia solar é:
• Gratis
• Limpa
• Inesgotável
Energia Solar
Irradiação solar
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Sistemas de geração solar
Tipos de Sistemas e Tecnologias
Sistemas
Geração Solar
Solar
Térmica
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Solar
Concentrada
Solar
Fotovoltaica
Sistemas de geração solar
Geração Térmica
•
•
•
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Gerações térmicas produzem baixas
temperaturas usando placas planas ou
coletores solares tubulares.
Nos coletores os raios solares
aquecem uma superfície de absorção
escura através do qual o fluido de
transferencia de calor fui para o
tanque por circulação forçada ou
passica.
O fluido libera calor em um tanque
através de um trocador de calor.
Sistemas de geração solar
Usinas concentração solar
•
Usinas de concentração solar podem ser
divididas em
•
•
•
•
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Calha parabólica (parabolic through)
Prato parabólico (solar dish)
Torre solar (solar tower)
O fluido de tranferência de calor é
mantido em tanques de alta temperatura
– até por volta de 550°C. O vapor então
gerado gira uma turbina que produz
energia elétrica.
Sistemas de geração solar
Usinas Fotovoltaicas
•
•
Fotovoltaico significa transformar luz
diretamente em energia elétrica.
Feito por células fotovoltaicas (PV cells)
montado em modulos FV
•
•
•
•
•
•
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Não existem partes móveis
Não existe nenhum combustivel além da
luz do dia
Os módulos não exigem nenhuma
manutenção (além de limpeza)
FV trabalha com ambas irradiação solar
direta e indireta (mais luz = mais energia)
O material semicondutor mais utilizado é
baseado no silício
A eficiência média do painéis FV mais
comumente utilizados é de por volta de
15%
Sitemas solares fotovoltaicos
Tecnologias geração fotovoltaica
Sistemas Solares
Fotovoltaicos
Sistemas
Desconectados
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Sistemas
Conectados
Sitemas solares fotovoltaicos
Sistemas desconectados (off grid)
•
•
•
•
•
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Operação off grid
(desconectado)
Utilizado em locações remotas
sem conexão com a rede.
Baterias armazenam energia
gerada durante dia para
operação durante a noite
Sistema pequenos operam por
corrente contínua (CC)
Um inversor pode ser utlizado
para se obter corrente
alternanda (CA) das baterias.
Sitemas solares fotovoltaicos
Sistemas conectados a rede
•
•
•
•
Conectado em paralelo com a
rede pública
Um inversor converte a
eletricidade DC dos painéis FV
em eletricidade AC e entrega
isso a rede
Não é necessário
armazenamento de energia no
sistema pela rede agir como um
Sistema conectado a rede
podem reduzir o consumo de
energia elétrica de prédios
públicos, industriais ou privados
se energia é usada
primariamente naquele prédio.
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PVS 300
Mercado solar fotovoltaico
Inversores Solares PVS300 – Residencial e Comercial
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Bruno Monteiro, Discrete Automation and Motion, setembro/2012
Energia eólica
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Agenda
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•
Entender terminologias básicas de uma turbina eólica
•
Entender os principais sistemas de uma turbina eólica
•
Entender os principais conceitos de “drivetrain” elétrico
•
Entender o portfolio de oferta de produtos ABB para turbinas eólicas
Terminologia
Termos comuns indústria eólica
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Terminologia
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•
Aerogerador ou Turbina eólica (não moinho de vento, catavento e etc.)
•
Usina eólica (não fazenda eólica, fazenda de vento e etc.)
•
Drivetrain
•
Gerador
•
Duplamente alimentado (“Doubly Fed”)
•
Conversor para turbina eólica
Terminologia
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Sistemas de uma turbina
Rapida introdução
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Sistemas de uma turbina
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•
Turbinas são compostas por diversos sistema que trabalham em
paralelo
•
Os produtos ABB são utilizados em todos estes sistemas
Sistemas de uma turbina
“Drivetrain elétrico”
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•
O principal sistema de produção elétrico
•
Os componentes primários são gerador e conversor eólicos
Sistemas de uma turbina
Sistema de conexão a rede
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•
Utilizado para conectar uma única turbina eólica ao ponto de
conexão de rede de toda usina eólica
•
Transformador e cubículo de média tensão
Sistemas de uma turbina
Controle da turbina e sistemas de proteção
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•
Responsável por controlar a operação da turbina
•
Inclui partida, parada e orientação da turbina em relação ao vento
•
Funçoes de proteção – contra valores de operação inseguros,
como:
•
sobre velocidade
•
vibração excessiva
•
sobrecarga no gerador
•
O PLC é o componente chave!
Sistemas de uma turbina
Sistema de “Yaw” e “Pitch”
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•
“Yaw” controla a orientação da nacelle em relação ao vento e este
sistema é responsável por girar toda a nacelle
•
“Pitch” controla a angulação de cada uma das pás em relação
vento
Sistemas de uma turbina
Proteções elétricas e sistemas de desconexão
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•
Protege a turbina contra condições elétricas inseguras resultantes
de faltas
•
Habilita a desconexão da turbina de maneira segura para
manutenção e trabalhos dentro da turbina
•
Produtos de proteção contra arcos elétricos
•
Contatores e Disjuntores
Sistemas de uma turbina
Sistema de proteção contra raios
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•
Protege a turbina de impactos diretos de raios
•
Dispositivos de proteção de surto
Sistemas de uma turbina
Sistemas hidraulicos e de resfriamento
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•
Garante o fluxo de ar e liquidos utilizados na turbina
•
Sistemas de resfriamento liquido
•
Sistemas de troca de calor
•
Sistema de frenagem
•
Bombas e ventiladores, motores, inversores e soft starters
Sistemas de uma turbina
Sistemas auxiliares
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•
Qualquer outro sistema não mencionado especificamente
•
Grande variedade de produtos utilizada
“Drivetrain” elétrico
Conceitos para as turbinas atuais
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“Drivetrain” elétrico
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•
Dois principais conceitos, duplamente alimentado (doubly fed) e
“full converter”
•
“Full converter” possui três tipos: alta velocidade, média
velocidade e baixa velocidade
•
Diferença primária é o tipo e tamanho do gerador utilizado
•
Conceito duplamente alimentado tem sido dominante
•
Conceito “full converter” vem ganhando market share
“Drivetrain” elétrico
Conceito duplamente alimentado (doubly fed)
85%
Optional power
cabinet
brake
gearbox
stator circuit
contactor
asynchronous
generator
with slip-rings
690 / 10...24 kV,
f = 50 or 60 Hz
medium
voltage
switchgear
INU
ISU
=
NDCU
LCL
~
=
RDCU
Fieldbus
wind turbine controller
(WTC)
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main circuit
breaker
15%
~
rotor bearing pitch
drive
line coupling
transformer
converter
main circuit
contactor
frequency
converter
“Drivetrain” elétrico
Conceito “full converter”
•
Toda energia flui pelo conversor eólico
•
Geradores síncronos e de imãs permanentes
•
Desconecta o gerador da rede
•
•
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Previne choques mecânicos resultantes de disturbios na rede
Maior atendimento as normas de conexão com a rede
“Drivetrain” elétrico
Conceito “full converter”
Low speed
Generator side
converter
Grid side
converter
DC
Medium
speed
frequency
converter
converter control
LCLfilter
main
circuit
breaker
10 ... 24 kV, f = 50 Hz
or 60 Hz
line coupling
transformer
MV
switchgear
High speed
wind turbine
control
pitch
drive
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Produtos ABB
Soluções para o “drivetrain” elétrico
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Produtos ABB
Conceito duplamente alimentado
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Produtos ABB
Conceito “full converter”
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