Critérios de conceção e dimensionamento do pré-esforço em torres eólicas

Abstract

In recent years, the importance of wind energy in the energy sector has been growing in Portugal. Between 2005 and 2015, the total power installed has increased from 1000 MW to 5000 MW, representing a growth of 400 MW / year and a total of 23% to the contribution to the total energy consumption in this country. To enable the continued development of this sector, which represents a relevant choice for "clean" energy, it is necessary to have hundreds of wind turbines built every year.The way to construct the towers that are supporting the turbines is a subject with an increase interest from the part of the large companies in the last years, searching ways to achieve more economically efficient designs. The purpose of the tower is supporting the turbines, but the "low" height achievable by the most competitive solutions currently hinder the growth of the sector, making it difficult to install high power generators.Pre-stressed reinforced wind-powered towers have gained interest among the multinational companies, proving an economically solution in the installation of high-power wind turbines, capable of achieving a higher height and allowing for higher energy yields.The main objectives of this work are:1) Modeling and analysis of towers with the assistance of a computer software, Autodesk Robot Structural Analysis Professional 2017;2) Sensitivity analysis to obtain the information on the parameters that may influence the most the structural behavior of the tower and consequently influencing the budget estimation, to find a more cost-effective solution, to compete with the regular solutions of the current market.It covers the following topics:1) The modeling and analysis of an initial prototype tower;2) Sensitivity analysis;3) Budget estimation for the different solutions;4) Improve de geometry of the initial tower reducing is cost.

A produção de energia eólica tem vindo a registar um crescimento vincado tanto em Portugal como em todo o mundo. No nosso país, durante o período compreendido entre 2005 e 2015 a potência total instalada passou de 1000 MW para 5000 MW, representando um crescimento de 400 MW/ano, atingindo uma contribuição de 23% do consumo total de energia. De modo a possibilitar a continuação do crescimento deste setor, que constitui uma forma de obtenção de energia “limpa”, e portanto de reduzir as soluções tradicionais mais nefastas, é necessária a construção de centenas de geradores todos os anos. A construção de torres eólicas capazes de suportar e manter longamente em funcionamento essas turbinas tem de acompanhar o desenvolvimento e o crescimento do peso dos geradores, tendo suscitado nos últimos anos um grande interesse por parte das empresas no desenvolvimento de soluções economicamente mais vantajosas. A altura limitada atingível pelas soluções mais recorrentes atualmente, em aço, restringem o crescimento do setor, pois inviabilizam a utilização de geradores de alta potência. As torres eólicas em betão armado pré-esforçado têm vindo a ganhar particular interesse no seio das empresas do ramo, demonstrando ser uma solução economicamente interessante para as gamas de alta potência de geradores, alcançando uma maior altura e possibilitando maiores rendimentos energéticos.A dissertação tem como principais objetivos:1) Modelação e análise de torres de suporte eólico com o apoio do software informático de modelação e análise de estruturas, Autodesk Robot Structural Analysis Professional 2017;2) Análise de sensibilidades, com o intuito de determinar quais os parâmetr que mais influenciam o comportamento estrutural e o custo da torre, com base na qual se procede à modificação do projeto inicial de modo a reduzir o seu custo.e cobre os seguintes aspetos:1) Modelação, análise e dimensionamento de uma torre, com caraterísticas geométricas e mecânicas iniciais obtidas por consulta da literatura;2) Análise de sensibilidades;3) Estimativa orçamental das diferentes soluções;4) Melhoramento das características iniciais da torre de modo a reduzir o seu custo.