Para alcan¸car os objetivos propostos, al´em deste cap´ıtulo introdut´orio, esta tese est´a estruturada pelos seguintes cap´ıtulos:
CAP´ITULO II: ENERGIA E ´OLICA - PRINC´IPIOS GERAIS
Este cap´ıtulo aborda os conceitos b´asicos sobre a fonte prim´aria de energia, o vento, e a energia cin´etica por ele transportada. Nesse sentido, o cap´ıtulo aborda, al´em dos t´opicos mencionados, os c´alculos energ´eticos b´asicos decorrentes de um escoamento de ar e as diferentes formas de aplica¸c˜ao de sistemas e´olicos, destacando-se as principais caracter´ısticas de cada uma das topologias existentes, quanto `a sua forma de opera¸c˜ao frente aos sistemas de potˆencia.
CAP´ITULO III: ARRANJOS T´IPICOS PARA OS SISTEMAS DE CONVERS ˜AO DE ENERGIA E ´OLICA
Este cap´ıtulo tem por objetivo abordar os principais aspectos tecnol´ogicos relacionados com sistemas de convers˜ao de energia e´olica atualmente em opera¸c˜ao ou WECS (Wind Energy Conversion System), como s˜ao amplamente conhecidos. ´E feita uma classifi- ca¸c˜ao de sistemas e´olicos em fun¸c˜ao de aspectos construtivos e de opera¸c˜ao dos mesmos e apresentadas as formas utilizadas para efetuar o controle da potˆencia aerodinˆamica extra´ıvel do vento. Na seq¨uˆencia, s˜ao descritas as principais topologias existentes de turbinas e´olicas, em fun¸c˜ao de suas caracter´ısticas tecnol´ogicas e operativas. Encerra- se o cap´ıtulo analisando os principais aspectos envolvidos na interconex˜ao com a rede el´etrica.
CAP´ITULO IV: CARACTERIZA ¸C ˜AO DO WECS A SER UTILIZADO NOS ES-
TUDOS E MODELAGEM MATEM ´ATICA
O presente cap´ıtulo ´e destinado `a caracteriza¸c˜ao da topologia utilizada na presente tese, bem como `a apresenta¸c˜ao dos desenvolvimentos matem´aticos de cada um dos sub-sistemas que formam o WECS enfocado. Nessa dire¸c˜ao, a modelagem matem´atica do aerogerador ´e iniciada pelo modelo do vento e conclu´ıda no ponto de conex˜ao entre os sistemas e´olico e rede el´etrica.
CAP´ITULO V: IMPLEMENTA ¸C ˜AO COMPUTACIONAL DO SISTEMA DE CON-
VERS ˜AO DE ENERGIA E ´OLICA NO SIMULADOR SABER
Esta etapa dos trabalhos trata da implementa¸c˜ao computacional dos modelos matem´ati- cos que comp˜oem o sistema de convers˜ao de energia e´olica sob investiga¸c˜ao (WECS), desenvolvidos no Cap´ıtulo 4. Tendo em vista que a ferramenta desenvolvida permi- tir´a a realiza¸c˜ao de estudos de naturezas diversas, de regime permanente e transit´orio, as representa¸c˜oes das distintas unidades componentes do arranjo utilizam t´ecnicas no dom´ınio do tempo e s˜ao direcionadas para o pacote computacional Saber.
CAP´ITULO VI: ESTUDOS COMPUTACIONAIS DO DESEMPENHO DO MO- DELO IMPLEMENTADO
Este cap´ıtulo destina-se `a realiza¸c˜ao de investiga¸c˜oes computacionais com o modelo do sistema de convers˜ao de energia e´olica implementado. Na parte inicial do cap´ı- tulo s˜ao introduzidas as principais defini¸c˜oes e valores de referˆencia estabelecidos no ˆambito do PRODIST, referentes `a qualidade de energia el´etrica no ponto de conex˜ao entre os sistemas e´olico e equivalente da rede el´etrica. S˜ao descritos seis casos estuda- dos computacionalmente, elucidativos do desempenho do complexo el´etrico enfocado. Iniciam-se os estudos considerando uma condi¸c˜ao de vento calmo, o qual ´e denomi- nado de caso base, apresentando apenas as componentes base e ru´ıdo. Na seq¨uˆencia, de forma isolada, s˜ao impostas turbulˆencias do tipo rajada e sombreamento da torre, verificando-se o impacto sobre o desempenho das tens˜oes, correntes e potˆencias ativa e reativa nos distintos pontos observados e, portanto, a sua correla¸c˜ao com os indi- cadores utilizados para aferir a qualidade da energia el´etrica. No segundo conjunto de casos apresentado, o foco dos estudos est´a voltado para avaliar a influˆencia da opera¸c˜ao conjunta da turbina e´olica e rede el´etrica, quando esta ´ultima apresenta comprometi- mento do padr˜ao de qualidade. Nesse sentido, s˜ao simuladas situa¸c˜oes para uma rede el´etrica apresentando desequil´ıbrios, distor¸c˜oes harmˆonicas e afundamentos monof´asi- cos de tens˜ao, extraindo-se os indicadores correspondentes, de maneira a possibilitar o estabelecimento de termos comparativos com os casos anteriores e tamb´em com os valores de referˆencia estabelecidos nos documentos normativos. O cap´ıtulo ´e encerrado com uma s´ıntese dos casos estudados.
CAP´ITULO VII: CONCLUS ˜OES FINAIS
Constituindo a etapa final, este cap´ıtulo apresenta as principais discuss˜oes e conclus˜oes da tese como um todo, as contribui¸c˜oes relevantes, bem como sugest˜oes vislumbrando trabalhos futuros a partir dos desenvolvimentos alcan¸cados.
ENERGIA E ´OLICA -
PRINC´IPIOS GERAIS
2.1
Considera¸c˜oes iniciais
O insumo prim´ario em sistemas de convers˜ao de energia e´olica ´e o vento. Aproveita- mentos que utilizem deste energ´etico, portanto, exigem o conhecimento de aspectos diversos que venham a assegurar a viabilidade t´ecnica, econˆomica e ambiental de um determinado empreendimento. Dentre os principais fatores que devem ser observados pode-se citar: o processo envolvido na gera¸c˜ao dos ventos; identifica¸c˜ao de locais po- tencialmente aproveit´aveis e defini¸c˜ao do melhor ponto para se construir uma turbina ou parque e´olico; a opera¸c˜ao do sistema e´olico dar-se-´a de forma isolada ou integrado `a rede el´etrica; entre outros, que exigem conhecimentos t´ecnicos aprofundados em di- versos campos do conhecimento humano.
Nesse sentido, e com o intuito de estabelecer uma base conceitual sobre o vento e a energia cin´etica por ele transportada, este cap´ıtulo aborda, al´em dos t´opicos menciona- dos, os c´alculos energ´eticos b´asicos decorrentes de um escoamento de ar e as diferentes formas de aplica¸c˜ao de sistemas e´olicos, destacando as caracter´ısticas principais de cada uma das topologias existentes, quanto a sua forma de opera¸c˜ao frente aos sistemas de potˆencia, ou seja, isolados, h´ıbridos ou interligados a rede el´etrica.