Development of a horizontal axis wind turbine system for vertical rotor and transmission power in order to reduce downtime and maintenance cost

• Grant number: 18/01446-6
• Support Opportunities: Scholarships in Brazil - Technical Training Program - Technical Training
• Start date: February 01, 2018
• End date: July 31, 2018
• Field of knowledge: Interdisciplinary Subjects
• Principal Investigator: William Marcos Muniz Menezes
• Grantee: Angelo Alves Carvalho
• Associated research grant: 16/21569-0 - Development of a horizontal axis´ wind turbine system for vertical rotor and transmission power in order to reduce downtime and maintenance cost., AP.PIPE

Abstract

A geração de energia por meio de fontes renováveis é assunto de grande relevância global e a energia eólica tem tido destaque devido a vantagens tangíveis relacionada ao baixo impacto ambiental, o alinhamento referente a redução das emissões de gases e a rapidez na implantação, o que levou à crescente evolução na matriz energética Brasileira, passando de 0,027GW em 2005 para a capacidade instalada atual de 10,0GW, com 400 parques eólicos no país . Os aerogeradores são sistemas complexos e em sua maioria estão sujeitos a condições climáticas e de operação muito variáveis e severas , exigindo um maior grau de manutenção (programada ou não) para prolongar a vida útil e fornecer energia confiável e segura. Além disso, devido ao tempo de inatividade (downtime) do aerogerador, causado por falhas de componentes específicos e a necessidade de manutenção não programada, há perda de receitas na geração de energia. Segundo a literatura , a manutenção corretiva representa 42,9% dos custos de Operação e Manutenção (O&M) do projeto e a manutenção preventiva 47,9%. Em termos de custos, a manutenção corretiva é US$ 3,7 milhões mais cara que a preventiva. Um dos componentes do aerogerador de maior taxa de manutenção e que impacta no aumento dos custos de operação é a caixa de transmissão. Segundo a literatura, por exemplo, considerando-se o investimento da caixa de transmissão, aluguel de gruas, trabalho e perda de receita, a substituição desta caixa em um aerogerador de 1,5 MW pode custar mais de US$250.000,00 . Diante deste cenário a Eolic Future tem como objetivo avaliar a viabilidade técnica do desenvolvimento de um aerogerador de rotor de eixo horizontal e transmissão de potência verticalizada, por meio de uma configuração inovadora de reposicionamento da nacele conduzindo-a à base da torre. A inovação proposta aponta para três desafios técnico científicos a serem pesquisados `a luz da metodologia DIP (Desenvolvimento Integrado de Produtos) visando a verticalização da transmissão de potência do aerogerador. A metodologia proposta prevê a utilização das seis fases do modelo de processo da ferramenta DIP (Desenvolvimento Integrado de Produtos) agrupadas em 4 etapas de desenvolvimento da pesquisa. Na etapa 1 será realizada a conceitualização da problemática por meio da discretização do problema geral Seguindo-se a ferramenta DIP, na etapa 2 será realizada a integração de sub-soluções, por meio da geração e avaliação de alternativas que possam resolver as funções destacadas na primeira etapa. Para tanto, na geração de alternativas será construída a Carta Morfológica destacando as funções e meios de solução, bem como os cálculos analíticos para realizar o dimensionamento inicial e a seleção de materiais para cada uma das partes discretizadas e integradas para determinar a solução. Na terceira etapa, a equipe estará envolvida em verificar se as sub-soluções avaliadas de forma analítica são de fato as mais assertivas e se convergem na solução geral, utilizando-se de simulações computacionais e realizando de forma as fases de melhoria de detalhes e avaliação de alternativas, da ferramenta DIP. A etapa 4 engloba uma análise geral do uso da ferramenta DIP com o objetivo de apontar as limitações da pesquisa, bem como indicar as possíveis soluções que possam a ser estudadas na Fase II deste projeto. Durante a execução de toda a metodologia, o grupo de pesquisadores receberá o apoio técnico do Grupo do CCM, do Instituto Tecnológico de Aeronáutica, visando validar o uso da metodologia DIP e os resultados obtidos em cada etapa do projeto de pesquisa, bem como auxiliando no uso de ferramentas para simulação computacional. O resultado esperado é a obtenção de um novo produto, considerando um aerogerador horizontal com transmissão de potencia vertical, que contribuirá para a redução dos custos em manutenção e tempos de paradas (downtime), trazendo impactos econômicos positivos para o sistema de geração de energia.