Modelagem e simulação de um acionamento hidráulico direto para turbinas eólicas

Abstract

Em vista das barreiras para a produção de energia sem comprometer o meio ambiente, as fontes de energias renováveis estão cada vez mais em destaques nas pesquisas. As tecnologias de energia eólica, por exemplo, estão sendo desenvolvidas para reduzir os custos da eletricidade gerada e para aumentar o desempenho tecnológico. A fonte eólica tem como característica o uso de caixa de engrenagem, ou caixa multiplicadora, que devido a sua aplicação, faz a multiplicação da velocidade para condizer com a faixa de trabalho do gerador e é um dos principais fatores que causam o aumento do tempo de inatividade nas modernas turbinas eólicas. Considerando o desenvolvimento eficiente de projetos para a geração de energia renovável, este trabalho propõe um sistema de transmissão hidrostática aplicado em turbinas eólicas, que tem como vantagens a eliminação do conversor de frequência bem como da caixa de engrenagem; propõe também um sistema aplicável para o regime de trabalho analisado e a validação e análise de comportamento do sistema na correção da variação da velocidade do vento, possibilitando entregar uma velocidade de rotação fixa ao gerador elétrico. A metodologia aplicada aborda: uma revisão abrangente da literatura e o uso de um software de modelagem e simulação computacional, incluindo hidráulica, pneumática, elétrica, controles, interface homem-máquina e comunicações, para avaliar o sistema proposto. Como resultado tem-se eficiência significativa de um modo geral: a potência de entrada no eixo da bomba hidráulica analisado foi de 275 kW e uma potência de saída no eixo do motor hidráulico para o gerador elétrico de 246,9 kW, obtendo uma eficiência total do sistema hidráulico de 89,78%.

In view of the barriers to energy production without compromising the environment, renewable energy sources are increasingly highlighted in research. Wind energy technologies, for example, are being developed to reduce the costs of generated electricity and to increase technological performance. The characteristic of the wind source is the use of a gear box, or gearbox, which, due to its application, makes the speed multiplication to match the generator's working range and is one of the main factors that cause the increase in the time of downtime in modern wind turbines. Considering the efficient development of projects for the generation of renewable energy, this work proposes a hydrostatic transmission system applied in wind turbines, which has the advantages of eliminating the frequency converter as well as the gearbox; also proposes an applicable system for the analyzed work regime and the validation and analysis of the system behavior in the correction of the wind speed variation, making it possible to deliver a fixed rotation speed to the electric generator. The applied methodology addresses: a comprehensive literature review and the use of computer modeling and simulation software, including hydraulics, pneumatics, electrical, controls, human-machine interface and communications, to evaluate the proposed system. As a result, there is significant efficiency in general: the input power on the analyzed hydraulic pump shaft was 275 kW and an output power on the hydraulic motor shaft for the electric generator of 246.9 kW, obtaining a total efficiency. of the hydraulic system of 89.78%