Sistema híbrido eólico solar desenvolvido pela integração de pás eólicas ao concentrador solar de sistema Dish-Stirling.

Abstract

Os sistemas Dish-Stirling são comumente instalados em campos abertos, os quais apresentam apreciável disponibilidade eólica, portanto estes sistemas de conversão de energia solar estão freqüentemente sujeitos a fortes ventos (Sun et al., 2014). A incidência de ventos em concentradores solares dish a determinadas velocidades torna imperativo que o sistema de conversão de energia seja desativado afim de que não ocorram danos ao mesmo (Sun et al., 2014). Portanto, a disponibilidade eólica estabelece uma limitação intrínseca ao período de operação deste sistema de conversão de energia solar. Contudo, a principal limitação estabelecida ao período de geração de energia elétrica dos sistemas Dish-Stirling, concernente a todos os sistemas de conversão de energia solar, consiste em sua restrição ao período diurno, visto que não há disponibilidade de energia solar no período noturno. A proposta estabelecida nesta dissertação consiste na integração de conversão de energia eólica ao sistema Dish-Stirling, originando um novo conceito de sistema híbrido. Esta hibridização oportunizará o acréscimo no período de geração de energia elétrica dos sistemas Dish-Stirling referente ao período noturno, possibilitado fornecimento de energia elétrica durante todo o dia. A proposta técnica apresentada na dissertação consiste na hibridização do sistema Dish-Stirling fundamentada no desenvolvimento de um novo conceito de concentrador dish, o concentrador híbrido dish. O concentrador híbrido dish consiste conceitualmente em um concentrador solar dish associado a pás eólicas, estabelecendo nesta mesma estrutura, a conversão de energia solar e a conversão de energia eólica. Portanto, o desenvolvimento do concentrador híbrido dish compreende fundamentalmente seu projeto solar e eólico. O projeto solar do concentrador híbrido dish foi efetivamente estabelecido mediante aplicação da metodologia de dimensionamento geométrico e térmico de sistemas Dish-Stirling estabelecidos por Castellanos et al. (2017) e Hafez et al. (2016). O projeto eólico do concentrado híbrido dish foi desenvolvido mediante aplicação da teoria da quantidade de movimento do elemento de pá (BEM) associada à metodologia de dimensionamento de ventiladores e a análise fluidodinâmica computacional (CFD). A viabilidade do sistema híbrido foi analisada mediante estudo comparativo estabelecido entre a geração de energia elétrica anual do sistema híbrido proposto e a geração de energia elétrica anual de um sistema Dish-Stirling correspondente, ambos instalados numa mesma localidade brasileira. Os resultados do estudo comparativo demonstram que o sistema híbrido apresenta pequeno incremento na geração de energia elétrica em relação ao sistema Dish-Stirling correspondente, corroborando a viabilidade técnica da hibridização proposta. As análises estabelecidas sob determinados parâmetros de projeto demonstram que a aplicação de estudos de otimização ao desenvolvimento do sistema proposto resultaria em ganhos significativos na geração de energia elétrica. Portanto, são identificados e analisados estes parâmetros que se constituem determinantes na ampliação da geração de energia elétrica do sistema proposto.