Modelo para identificar as condições que determinam a viabilidade econômica de um projeto de geração de energia com uso de aerofólios cabeados

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Mendonça, Anny Key de Souza
Data de Publicação: 2017
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/183605
Resumo: Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção, Florianópolis, 2017.
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spelling Universidade Federal de Santa CatarinaMendonça, Anny Key de SouzaRojas Lezana, Álvaro Guillermo2018-02-20T19:03:13Z2018-02-20T19:03:13Z2017350292https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/183605Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção, Florianópolis, 2017.Com o crescimento econômico e a expansão populacional, a procura por fontes de energia elétrica tende a aumentar rapidamente. Com isso, surgem preocupações com a produção e demanda de energia elétrica. Em tempos de cuidados com o meio ambiente e preocupações com o efeito estufa, muitos países têm buscado alternativas para a geração de energia sem fazer uso de combustíveis fósseis. Nessa direção, estudos apontam que a tecnologia de energia eólica clássica, baseada em torres que sustentam turbinas de eixo horizontal, apesar de consolidada, se mostra economicamente inviável na exploração dos ventos mais fortes e frequentes encontrados nas camadas mais altas da atmosfera. Aliado ao fato de que as localidades apropriadas à exploração da energia eólica com a tecnologia atual são limitadas, vários grupos de pesquisa ao redor do mundo têm investigado outros paradigmas de exploração desta fonte renovável. Em especial, a geração de energia elétrica com uso de aerofólios cabeados (tethered airfoils, em inglês) tem sido investigada como uma alternativa para a exploração do fluxo de energia eólica em altitudes até 600m, com potencial para alcançar altitudes ainda maiores. É nesse contexto que este trabalho propõe identificar as condições que determinam a viabilidade econômica de um projeto de geração de energia combinando o uso de aerogeradores clássicos e uma nova tecnologia, baseada em aerofólios cabeados. Levando se em conta as características de vento no local de operação, da curva de potência do sistema de geração, dos investimentos necessários e características do mercado, estuda-se nesse trabalho a viabilidade econômica e o custo nivelado de energia para três tipos de parques eólicos: Parque de aerogeradores clássicos, Parque de aerogeradores com aerofólios cabeados operando em modo Pumping Kite, e um parque híbrido com os dois tipos de aerogeradores. No estudo de viabilidade econômica utilizou-se a Taxa Interna de Retorno e um valor de referência obtido a partir do modelo de precificação de ativos de capital. O custo nivelado da energia foi calculado utilizando o fluxo de caixa descontado. A análise realizada mostrou que os parques que usam a tecnologia com aerofólios cabeados conseguem gerar mais energia que um parque clássico de mesma potência nominal. Isto ocorre devido ao fato da tecnologia de aerofólios cabeados explorar ventos em altitudes mais elevadas, onde os ventos são mais frequentes e fortes. Aliado ao fato que esta tecnologia também requer menor investimento, o estudo mostrou que esses parques apresentam não apenas viabilidade econômica mas produzem energia com custo nivelado bem inferior aos valores praticados atualmente para venda de energia no mercado nacional. Além disso, a inserção de unidades de aerogeradores baseados em aerofólios cabeados nos parques clássicos já existentes melhora o fator de capacidade do parque tornando o empreendimento mais atrativo do ponto de vista econômico. Uma análise de sensibilidade também foi realizada para identificar os principais fatores de risco associados ao desenvolvimento desta tecnologia. Incertezas nos parâmetros do modelo de vento e nos investimentos se apresentaram como as principais fontes de risco. Dessa análise ficou claro a necessidade de se melhorar o modelo de vento para altitudes elevadas no local de instalação dos parques e uma melhor definição dos custos associados à tecnologia de aerofólios cabeados. A conclusão geral deste trabalho é que, baseado no modelo proposto, a tecnologia de aerofólios cabeados, que atualmente se encontra em estágio de pesquisa e desenvolvimento, seria competitiva no mercado e economicamente atraente. Além disso, o estudo mostrou que esta tecnologia seria atraente em localidades onde a tecnologia convencional não é, permitindo assim a construção de parques próximos aos grandes centros de consumo o que reduziria o custo de construção e perdas em grandes linhas de transmissão.Abstract : With economic growth and population expansion, the demand for electric energy tends to increase rapidly and questions about how to face this increasing demand of energy without degrading the environment need to be answered. When looking for alternatives to electric energy generation without using fossil fuels, studies indicate that the classical wind energy technology, based on wind turbines mounted on towers, although consolidated, is economically unviable in harvesting the strongest and most frequent winds found in the upper layers of the atmosphere. Moreover, the fact that appropriate sites to the exploitation of wind power with current technology are limited, several research groups around the world have investigated other harvesting paradigms to this renewable source. In particular, wind turbines based on tethered airfoils have been investigated as a promising alternative for harvesting the wind energy flow in altitudes up to 600m with potential to reach even higher altitudes . In this context, this doctoral study proposes to identify the conditions that determine the economic viability of an energy generation project that combines the use of classic wind turbines and a new technology of wind turbines based on tethered airfoils. Taking into account the characteristics of the wind at the operation site, the power curve of the generation system, the necessary investments and characteristics of the economic market, this work analyses the economic viability and the level of energy cost for three types of wind farms: Farm with classic wind turbines, Farm with wind turbines based on tethered airfoils operating in Pumping Kite mode, and a hybrid farm with the two types of wind turbines. In the economic analysis the Internal Rate of Return is used and a reference value is obtained from the capital assets pricing model. The levelized cost of energy is calculated using the discounted cash flow. The result of the analysis showed that farms using wind turbines based on tethered airfoils can generate more energy than a classic farm of wind turbines with the same nominal power. This is due to the fact that the technology of tethered airfoils exploits winds at higher altitudes, where the wind is more frequent and strong. Moreover, with the fact that this technology also requires less investment, the study showed that these farms are not only economic viable but produce energy with levelized cost below the values ??currently found for electric energy in the national market. In addition, by adding wind turbines units based on tethered airfoils to the existing classic farms, an improve to the capacity factor of the farm is obtained, making the venture more attractive from an economic point of view. A sensitivity analysis was also performed to identify the main risk factors associated with the development of this technology. Uncertainties in the parameters of the wind model and required investments were shown to be the main sources of risk. From this analysis, it became clear the need to improve the high altitude wind model at the farm location and to better define the costs associated with the tethered airfoil technology. The general conclusion of this work is that, based on the proposed economic analysis model, the technology of tethered airfoils, which is currently in the research and development stage, would be competitive in the market and economically attractive. In addition, the study showed that this technology would be attractive in locations where conventional technology is not. Thus, allowing for the installation of farms near major consumer centers, which could reduce the cost of construction and power losses in large transmission lines.179 p.| il., gráfs.porEngenharia de produçãoEnergia eólicaModelo para identificar as condições que determinam a viabilidade econômica de um projeto de geração de energia com uso de aerofólios cabeadosinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALPEPS5660-T.pdfPEPS5660-T.pdfapplication/pdf17083702https://repositorio.ufsc.br/bitstream/123456789/183605/-1/PEPS5660-T.pdf97fc2f792fe4f2bc0c75dfe9782339a0MD5-1123456789/1836052018-02-20 16:03:14.853oai:repositorio.ufsc.br:123456789/183605Repositório de PublicaçõesPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732018-02-20T19:03:14Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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