Engenheiros da UFABC descobrem como aumentar eficiência de turbinas eólicas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/11/2019

O sistema foi testado com êxito em escala de laboratório.
[Imagem: Solís-Chaves et al. - 10.1109/JAS.2019.1911699]

Energia eólica mais eficiente

Engenheiros da Universidade Federal do ABC (UFABC) desenvolveram uma maneira de otimizar o controle dos geradores de energia eólica, que são acionados pelas pás movidas pelo vento.

Esses geradores são tipicamente caros de manter e só conseguem converter uma parte da energia fornecida pelo vento em eletricidade.

O novo modo de controle deverá ajudar a tornar os sistemas de energia eólica mais eficientes e mais baratos.

Controle do gerador eólico

Juan Sebastián Solís-Chaves e seus colegas concentraram sua atenção no sistema mais comumente usado nas turbinas eólicas em todo o mundo, que usa um gerador de indução de alimentação dupla.

Esse sistema consiste em dois enrolamentos, ou eletroímãs, que fornecem informações do ambiente externo para o gerador. Por exemplo, eles podem ajustar a frequência com que a energia é gerada com base na força do vento girando a turbina. No entanto, o sistema de alimentação dupla requer um conversor para alterar a potência de corrente alternada para corrente contínua, dependendo da velocidade.

Os controles têm que lidar com todo o sistema ao mesmo tempo. Apesar de ter estágios diferentes, cada estágio depende dos outros e deve ser considerado em conjunto. Por exemplo, se a força do vento aumentar e girar mais a turbina, o sistema ajustará o conversor e os processos de geração de energia juntos, usando cada um como uma variável para os outros.

Para sistemas maiores, isso pode ser uma despesa significativa. Além disso, apesar de ser muito estável, esse arranjo consegue processar apenas cerca de 30% da energia gerada.

Diagrama do sistema de geração desacoplada idealizado pela equipe.
[Imagem: Solís-Chaves et al. - 10.1109/JAS.2019.1911699]

Sistema de geração desacoplada

A solução adotada pela equipe da UFABC consistiu em separar o sistema, tratando a geração de eletricidade e o feedback de energia como dois sistemas separados, cada um com uma entrada e uma saída.

"Para isso é utilizada uma estratégia de controle de potência direta, baseada na estimativa de correntes e tensões do rotor, no passado e no futuro. O algoritmo avalia as previsões de corrente do rotor para um horizonte de previsão definido e calcula as novas tensões do rotor que devem ser injetadas para controlar as potências ativa e reativa do estator," explicou a equipe.

O novo mecanismo de controle foi batizado de "sistema de geração desacoplada".

"Esta é uma teoria de controle não linear que é uma alternativa muito robusta, com uma resposta dinâmica mais rápida que os sistemas tradicionais," disse Solís-Chaves.

Neste sistema de energia eólica, a turbina pode responder muito mais rapidamente às alterações do vento, diminuindo a pressão sobre seus componentes físicos.

Apesar dos excelentes resultados em bancada, a equipe acredita que será possível fazer ainda mais melhoramentos, antes que essa abordagem comece a ser testada em turbinas de escala comercial.

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