Modelos propostos para a integração do sistema Solar/Biomassa

Existem diferentes tecnologias para a geração de energia elétrica que aproveitam: a irradiação solar, a velocidade do vento, a biomassa, etc., que tem grande potencial para ser utilizadas em sistemas híbridos isolados. Um exemplo são os motores de combustão interna de Ciclo Otto (MCI) que utiliza gás de biomassa obtido a partir da gaseificação ou sistemas como o cilíndrico parabólico e os sistemas Disco/Stirling que aproveitam a irradiação solar.

Algumas das estratégias utilizadas para a integração de fontes de geração com energias renováveis, em um sistema isolado são ilustradas nos seguintes itens.

2.3.1 Sistema de acoplamento (Integração mecânica)

A integração mecânica na saída de motores térmicos ou hidráulicos pode utilizar conversores de tipo torque, tipo rotação e tipo acumulação mecânica, de modo que seja possível gerenciar a disponibilidade do trabalho mecânico de cada máquina. Alguns das tecnologias utilizadas encontram-se o acoplamento com CVT (Continuously Variable Transmission) ou em português “transmissão continuamente variável” e também os volantes de inércia chamados Volante acoplado ao gerador [48], [49]. Estás tecnologias permitem a integração de varias fontes de potência mecânica em uma única saída para acionar um gerador elétrico, como é mostrado na Figura 2.3[50].

Figura 2.3. Esquema da integração mecânica utilizando CVT/Volante [9].

Atualmente já existem aplicações CVT para o acoplamento do Motor/Gerador, onde o motor pode trabalhar em rotação livre e o CVT fornece uma rotação constante para o gerador elétrico, melhorando a eficiência elétrica do sistema [48].

O sistema mecânico de acumulação, regulação e integração, em uma Micro-Rede, permite operar de forma isolada (ilhada) e com estábilidade suficiente para interligar outros geradores elétricos. A Figura 2.4 mostra um sistema composto por diferentes tecnologias de geração elétrica com tecnologia Volante.

Figura 2.4. Integração de vários geradores com sistema mecânico de acumulação e regulação Adaptado de Geraldino [9].

Como o gerador sincrônico está ligada à rede (Barramento infinito), sua velocidade fica fixa de acordo com a frequência da rede. Neste caso a rede elétrica faz parte essencial do sistema como referência.

2.3.2 Sistema de acoplamento (Integração hidráulica)

Quando as fontes geradoras dependem de recursos naturais tais como: solar, vento ou biomassa é necessário incluir um sistema de compensação (acumuladores) que garante a continuidade na geração de energia elétrica. Os sistemas com acumulação hidráulica apresentam-se como uma alternativa interessante para integrar tecnologias alternativas utilizando fontes renováveis num sistema híbrido de geração elétrica. Para integrar varias fontes em um circuito hidráulico é necessário utilizar geradores elétricos acoplados a bombas hidráulicas, como é mostrado na Figura 2.5. Neste caso o sistema de acumulação hidráulica é utilizado como sistema de compensação quando as fontes geradoras apresentam quedas de potência ou as condições ambientais não são apropriadas. As bombas hidráulicas são as encarregadas de levar um fluido hidráulico de baixa pressão para alta pressão, com a finalidade de acionar um motor hidráulico acoplado ao gerador elétrico, localizado ao final do circuito hidráulico.

Figura 2.5. Diagrama de um sistema híbrido com integração hidráulica, adaptado de Geraldino [9]

2.3.3 Modelo proposto para a integração do sistema Solar /Biomassa

A partir dos sistemas de acoplamentos descritos acima, este trabalho propõe um sistema híbrido Solar/Biomassa utilizando integração hidráulica e integração elétrica, como é mostrado na Figura 2.6.

As tecnologias de geração utilizadas neste trabalho são:  Sistema solar cilíndrico parabólico-ORC;

 Sistema gaseificação/Motor de combustão interna;  Sistema solar Disco/Stirling.

Estás tecnologias possuem um grande potencial de geração de energia elétrica, que integradas em uma planta pode ser uma solução como sistema de geração distribuída. O sistema híbrido Solar/Biomassa está composto pelos seguintes elementos que estão envolvidos na conversão da energia tais como:

1. Gerador elétrico; 2. Hidro motor;

3. Bomba hidráulica acoplada ao sistema de gaseificação/Motor de combustão interna; 4. Bomba hidráulica acoplada ao sistema solar cilíndrico parabólico-ORC;

5. Sistema de acumulação hidráulica tipo bexiga; 6. Reservatório de óleo;

7. Unidade conversora de potência acoplada ao sistema Disco/Stirling.

O sistema CCP/ORC e o sistema de gaseificação/MCI estão inicialmente ligados cada um a uma bomba hidráulica, com a qual se consegue bombear óleo de baixa pressão para alta pressão. Para este trabalho foi escolhido o sistema CCP/ORC como sistema principal de funcionamento que gera energia elétrica de acordo à irradiação solar disponível. O sistema gaseificador/MCI é utilizado como um sistema de compensação que trabalha cada vez que a irradiação solar diminui e o sistema CCP/ORC não consegue manter a potência na entrada da bomba hidráulica.

No lado final do sistema de integração é ligado o motor hidráulico, que recebe o fluido (óleo) que chega canalizado em tubos hidráulicos pressurizados pelas bombas hidráulicas, sendo que o liquido é armazenado em um reservatório. Desse modo, o fluido de trabalho que se move sob pressão gira o motor hidráulico, uma vez que flui através dele e depois, retorna para o reservatório.

Para garantir a vazão mássica de óleo necessário que mantenha a velocidade constante na saída do motor hidráulico quando há uma diminuição na irradiação solar é utilizado um sistema de acumulação hidráulica como compensador. O sistema de acumulação hidráulica atua quando a pressão no circuito hidráulico é menor a pressão no interior do acumulador

hidráulico. Para isso foi utilizado uma válvula de compensação que regula a vazão mássica fornecida ao circuito hidráulico, a fim de garantir a velocidade nominal do motor hidráulico.

Enquanto à tecnologia Disco/Stirling solar, é o único sistema que está ligada direto à rede elétrica. Isto é, devido à unidade conversora de potência composta por um receptor, um motor Stirling e um gerador elétrico. No capítulo 3, serão estudadas e realizadas as modelagens de cada uma das tecnologias utilizadas neste trabalho.