Synthèse des filtres

O gerador é responsável pela transformação da energia mecânica em energia elétrica, es- tes geradores podem operar de maneiras diversas. Irão ser apresentados nesta secção al- guns tipos de aerogeradores usados para a obtenção de energia eólica.

2.5.4.1 Gerador de Indução com Rotor em Gaiola de Esquilo (GIGE)

Os primeiros geradores utilizados na produção de energia de fonte eólica foram os gera- dores de indução. Estes geradores eram bastante robustos e apresentavam baixos custos operacionais (Ahlstrom, 2002).

24 O sistemas de geração de indução com rotor em gaiola de esquilo esta representado es- quematicamente na figura 16:

Figura 16 Esquema ilustrativo de um gerador GIGE

Os geradores eólicos que são compostos por um gerador de indução, ligado diretamente a rede elétrica com baterias de condensadores são normalmente mais baratos e a sua con- figuração é mais simples (Silva, 2008).

Este modo de geração parte com um gerador de menor velocidade, que opera como um motor, consumindo potência ativa da rede elétrica. Quando se dá um aumento da veloci- dade, ultrapassando a velocidade síncrona do rotor, este gerador 1 passa a operar com a função de gerador, começando a produzir e injetar na rede energia elétrica. No caso da velocidade do vento continuar a aumentar até alcançar a velocidade síncrona do gerador 2 (gerador de maior potencia) este será ligado a rede elétrica desligando-se o gerador 1 e começando a operar o gerador 2.

A transição do gerador 1 para o gerador 2 não é instantânea e nesta fase de transição a turbina não fornece energia para a rede (Muljadi, 1996).

Este sistema tem como vantagem a simplicidade, o baixo custo e a robustez. Como des- vantagem tem os elevados esforços nas componentes mecânicas, especialmente na caixa de velocidades e no rotor (durante a troca de geradores). A energia capturada neste sis- tema de duas velocidades é menor que uma turbina eólica de velocidade variável (Silva, 2008).

25 Os principais fabricantes deste tipo de turbinas são: Neg Micon, NA Bonus, Repower, Fuhrlander e a Nordex (German Wind Energy Association).

2.5.4.2 Gerador Indução Duplamente Alimentado (GIDA)

O gerador de indução duplamente alimentado é constituído por uma máquina de indução de rotor bobinado. O princípio de funcionamento deste tipo de sistema é a possibilidade de controlar a velocidade de rotação pela variação da resistência do rotor.

O estator é ligado diretamente à rede elétrica e o rotor é alimentado através de dois con- versores de potência e de um transformador elevador.

Na figura 17 está representado de forma esquemática este tipo de gerador.

Figura 17 Esquema ilustrativo de um gerador GIDA

Como principal vantagem da utilização destes geradores tem-se a reduzida potência dos conversores de potência, reduzindo o custo do sistema. Outra vantagem deste sistema é o facto de ser bastante eficiente, pois existem poucas perdas no conversor (Muller, 2002). Como desvantagens deste sistema verifica-se a necessidade de uma manutenção periódica graças à utilização de escovas no circuito rotórico. Desvantagem também é o facto de este sistema depender das características da rede devido à ligação do estator à rede elétrica ser direta. Este sistema também usa caixa de velocidades.

Os principais fabricantes deste tipo de turbinas são: Vestas, Dewind, Ge wind Energy, Nordex AG, e Neg Micon.

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2.5.4.3 Gerador Síncrono com Rotor Bobinado (GSRB)

Os geradores de rotor bobinado têm ganho bastante espaço na energia eólica pois estes não necessitam de caixa de velocidades, pois utilizam geradores síncronos com elevado número de polos, permitindo baixar a velocidade de rotação, sendo assim possível a liga- ção direta do rotor da turbina ao gerador (Silva, 2008).

Este sistema necessita de um circuito de excitação que ronda 0,5% da potência nominal do gerador (Jahns).

Na figura 18 está representado esquematicamente este sistema.

Figura 18 Esquema ilustrativo de um gerador GSRB

Este tipo de geradores não possuem caixa de velocidades, e assim sendo a velocidade mecânica de rotação do rotor é a mesma que a velocidade de rotação da turbina. Normal- mente a velocidade de rotação para uma máquina síncrona varia entre 17 rpm e 36 rpm (Silva, 2008).

Este sistema tem como vantagens a operação em velocidade variável fazendo com que o seu rendimento seja superior a baixas velocidades, a eliminação da caixa de velocidades que diminui os custos de exploração, a ligação a rede elétrica é mais suave, e não consome energia reactiva (Silva, 2008).

Como desvantagem, dado que possui um elevado número de polos vai fazer com que o diâmetro do gerador aumente assim como o seu peso, e a necessidade de um circuito extra de excitação.

27 Este sistema é pouco fabricado, e assim sendo a sua manutenção normalmente é assegu- rada pelo fabricante.

2.5.4.4 Gerador Síncrono de Ímanes Permanentes

O gerador síncrono de ímanes permanentes tem vindo a destacar-se pela sua propriedade de autoexcitação, o que permite uma operação num alto fator de potência e uma elevada eficiência.

Neste tipo de sistema o gerador não possui caixa de velocidades o que implica que o gerador seja de polos salientes e com elevado número de polos para que possa compensar a baixa velocidade de operação.

Na figura 19 está representado este sistema de forma esquemática.

Figura 19 Esquema ilustrativo de um gerador de ímanes permanentes

Nesta topologia o rotor é excitado por ímanes permanentes, opera em velocidade variável, recorrendo ao uso de controlo de pitch ou ao controlo stall para que possa extrair o má- ximo de energia possível do vento.

O gerador de ímanes permanentes apresenta um fator de potência elevado o que torna a sua exploração viável, compensando o seu investimento inicial (Silva, 2008).

Estudos mostram que a utilização de máquinas de ímanes permanentes reduzem as perdas na ordem dos 25% relativamente as máquinas de indução (Ferreira, 2000).

28 Este sistema tem com vantagem a redução de perdas.

Como desvantagem verifica-se que os materiais magnéticos são sensíveis a temperatura, sendo que podem perder propriedades magnéticas a altas temperaturas. Assim sendo a temperatura tem de ser supervisionada e é necessário um sistema de arrefecimento (Silva, 2008).

Os principais fabricantes deste tipo de tecnologia são: ENERCON, Zephyros, Lagerwey, WinWind, Multibrid e Vensys.

Neste momento a utilização deste tipo de tecnologia em sistemas de grande porte ainda não é atrativa graças ao seu elevado preço, sendo mais utilizada em sistemas de micro geração.