Departamento de Engenharia Electrotécnica Mestrado em Engenharia Electrotécnica – Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia
Unidade Curricular de PRODI – PRODI – Produção Distribuída
Exame Época Normal 23 de Janeiro de 2012
SECÇÃO I 1. A avaliação económica económica dos projetos de investimento investimento em instalações instalações de produção produção de energia pode ser baseada no cálculo do custo unitário médio atualizado, modelo simplificado. Indique os seus pressupostos. Neste modelo simplificado admite-se que: O investimento se concentra no instante inicial, inicial, t = 0; A utilização anual da potência instalada é constante ao longo da vida útil e igual a ha; Os encargos de O&M são constantes ao longo da vida útil e iguais a dom; Não há encargos com combustível: será o caso dos pequenos aproveitamentos hidroeléctricos, dos aerogeradores, das células fotovoltaicas, da queima de resíduos de custo nulo; Os encargos diversos são nulos ou podem ser incluídos nos encargos de O&M. • •
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2. Caraterize as centrais centrais mini-hídricas mini-hídricas em termos de capacidade capacidade instalada e de aspetos aspetos eletrotécnicos de construção que as distinguem das grandes hídricas. A designação central mini-hídrica generalizou-se em Portugal para designar os aproveitamentos hidroeléctricos de potência inferior a 10 MW. Este limite é geralmente usado internacionalmente como fronteira de separação entre as pequenas e as grandes centrais hidroeléctricas. São centrais a fio de água, sem condições para armazenamento armazenamento de água, logo, sem capacidade de regularizar os caudais. No âmbito da engenharia electrotécnica as contribuições contribuições repartiram-se, essencialmente, em duas áreas: nos conversores mecano-eléctricos, com especial relevo para a utilização da máquina assíncrona como gerador, e na automatização total das instalações, que permite a sua exploração em modo abandonado.
3. Indique e justifique o caudal que é considerado válido para o cálculo detalhado da energia elétrica produzível anualmente por uma central mini-hídrica. Por razões ambientais, o caudal existente não pode ser totalmente utilizado para a produção de energia eléctrica, sendo necessário deixar uma determinada quantidade de água para evitar que o leito principal fique completamente seco, o chamado caudal residual, Qr. O caudal residual deve ser subtraído a cada um dos valores da curva de duração de caudais, obtendo-se os valores do caudal disponível, Q’i como sendo o valor obtido por subtração do Qr aos valores da curva de duração de caudais. Sendo o caudal nominal – Q N considerado como o caudal máximo turbinável, os caudais que são efetivamente usados são Qi usado = min(Q´i; QN).
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4. Explique o princípio de funcionamento das tecnologias de cogeração de combustão externa e indique o tipo de combustíveis utilizados. No caso da combustão externa os processos de combustão ocorrem externamente ao motor. Neste caso, os gases de combustão transferem calor a um segundo fluido que opera como fluido de trabalho, como ocorre nos ciclos Rankine . Nas instalações de cogeração o calor é oriundo da queima de combustíveis sólidos como a biomassa ou da queima de gás natural. O fluido de trabalho - a água - muda de fase ao longo do ciclo termo-dinâmico: o combustível é queimado numa caldeira que produz vapor que, por sua vez, produz trabalho utilizável. Na caldeira, a água é convertida em vapor saturado de alta pressão a uma temperatura superior à temperatura de saturação (sobreaquecimento); O vapor é expandido numa turbina de vários andares (é frequente pelo menos um reaquecimento intermédio); O vapor é rejeitado (a baixa pressão) para um condensador de vácuo, onde se processa a condensação do vapor; O condensado é bombeado de novo para a caldeira (eventualmente com um préaquecimento) para re-início do ciclo (otimização do rendimento para conversão elétrica)
5. A variação da velocidade do vento ao longo do tempo pode ser representada por uma variável aleatória contínua cuja distribuição de probabilidade pode ser obtida pela função densidade de probabilidade de Weibull de Rayleigh . Caraterize e compare estas duas funções. A distribuição probabilística de Weibull é normalmente considerada como a mais adequada. A expressão matemática da função densidade de probabilidade de Weibull calcula a probabilidade da velocidade do vento ser igual a um determinado valor, relacionando-o com os parâmetros c e k , respetivamente, parâmetro de escala e parâmetro de forma. O parâmetro c dá-nos a indicação da velocidade média anual do vento (em m/s), o parâmetro k (adimensional) indica-nos a medida da dispersão da velocidade do vento no local. Para k = 2 a distribuição de Weibull reduz-se à distribuição uni-paramétrica de Rayleigh . Uma aplicação útil da distribuição de Rayleigh ocorre na fase em que não se dispõem de dados experimentais e se pretende caracterizar sumariamente um local, unicamente a partir da velocidade média anual.
6. Uma célula fotovoltaica pode ser descrita através de um modelo matemático simplificado que representa o funcionamento de um circuito elétrico. Descreva e caraterize os valores da corrente e tensão no bipolo daquele circuito. Em termos de modelo matemático simplificado, uma célula pode ser descrita através do circuito eléctrico equivalente que se mostra na figura:
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A orrente I ue se fec a pela carga e a tensão V aplicada carat erizam-se curva do género apresentado no grá fico:
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O alor máxi o de corr nte corres ponde ao aso da co rente de c urto-circut Icc, é o valor máximo da corrent de carga ( neste caso, V= 0), igual à corren e gerada por efeito fot voltaico. A tensão e vazio V ca o valor máximo da t nsão aos erminais da célula, qu ocorre quando esta stá em va io, neste c so, I= 0. Pa a além destes pontos que ocor rem naqu las duas ondições speciais, inda se de tacam os ontos Imax Vmax, resp etivament , valores d corrente tensão o tidas na situação de máxima potência.
