Energia Eólica

A energia eólica representa uma fonte de energia renovável, ou seja, que advêm dos recursos naturais que, a princípio, apresentam capacidade de se recompor continuamente, como o sol, marés, energia geotérmica e outros. A energia eólica também apresenta alto grau de consolidação técnica, pois seus princípios de funcionamento são bem conhecidos e difundidos, o que representa significante capacidade de aperfeiçoamento.

Por ter uma fonte de energia renovável, a utilização da energia eólica representa uma alternativa para diminuir a emissão de gases que aumentam a intensidade do efeito estufa. Apresenta boa capacidade de conversão de energia, podendo chegar a um rendimento aerodinâmico de até 59%, sendo a relação entre a potência retirada do gerador e a potência existente no vento. Diversos fatores estão atrelados a sua eficiência, como a velocidade do vento, a densidade do ar, a área de influência do aerogerador, entre outros.

PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO

A energia eólica tem como fonte as movimentações das massas de ar causadas por um conjunto de eventos astronômicos e físicos como as mudanças de temperatura na atmosfera, os movimentos da terra e a radiação solar, sendo o fenômeno conhecido como vento.

Através dos princípios da aerodinâmica se pode obter, mediante a massa de ar e da velocidade do vento, a quantidade de energia cinética contida no vento. Aplicando esse princípio as excentricidades do conjunto eólico, pode-se reescrever os princípios da energia cinética para adequá-la ao projeto eólico. Posteriormente, se obtêm a potência disponível pelo vento, sendo este potencial proporcional à densidade do ar, à área de abrangência do aerogerador e ao cubo da velocidade do vento.

Sabe-se que a velocidade dos ventos é muito inconstante e projetar um conjunto eólico para trabalhar em função de uma única velocidade de vento significa perda de energia que poderia ser convertida. Para isso, os geradores eólicos devem funcionar com velocidade de rotação variável para manter o rendimento aerodinâmico em seu valor máximo independente da velocidade do vento.

O rendimento máximo pode ser entendido conhecendo a relação curva e potência e velocidade rotacional.

Figura – Relação potência x velocidade de rotação

Fonte: Reis, 2008.

COMPONENTES

As turbinas eólicas são formadas por um conjunto básico de itens, que podem ser:

Pás do rotor: são seções transversais em forma de aerofólios, sujeitos às tensões e forças previstas na aerodinâmica para asas;
Nacele: é onde ficam os outros componentes que são acoplados ao rotor;
Caixa multiplicadora: converte a rotação baixa do rotor em uma mais alta para que o gerador possa produzir energia;
Freio: dispositivo de segurança para evitar que ventos extremos causem rotações excessivas, fazendo com que a turbina possa parar sem que haja danos ao equipamento;
Rotor: é o equipamento que converte a energia cinética dos ventos em energia mecânica de rotação;
Gerador: converte a energia mecânica em elétrica;
Anemômetro: Instrumento que mede a velocidade dos ventos;
Sensor de direção: Instrumento que capta a direção do vento;
Torre: é o componente que sustenta o rotor e a nacele.

Figura – Componentes de uma turbina eólica

Fonte: PUCRS

A turbina eólica conta com um mecanismo de controle onde faz o sistema se adaptar a velocidade média dos ventos.

TIPOS DE TURBINAS

Atualmente existem diversos tipos de turbinas eólicas que normalmente são classificadas em detrimento de sua capacidade de geração de potência e/ou suas características eixo do rotor.

Enquanto a geração de potência, se tem:

Turbinas de pequeno porte: são turbinas com capacidade de produção de energia de até 20kW. São turbinas relativamente compactas e de menor custo;
Turbinas de médio porte: produzem entre 20 e 250 kW, geralmente são utilizadas para telecomunicações, bombeamento de água e suprimento elétrico de pequenas comunidades;
Turbinas de grande porte: quando produzem mais de 250kW, são geralmente usadas para distribuição de energia e composição de fazendas eólicas.

Enquanto ao eixo do rotor:

Turbinas de eixo horizontal: são as mais comumente utilizadas. Tem como caraterística que todos seus componentes ficam situados no interior da nacele e é sustentada pela torre. A turbina horizontal pode ser subclassificada em upwind (quando o vento incide diretamente no rotor) e downwind (quando o vento passa primeiramente pela torre e nacele antes de chegar ao rotor).

Figura – Turbina eixo horizontal

Fonte: Aneel

Turbinas de eixo vertical: formada por uma estrutura vertical em forma de S com rotação em torno de um eixo central. Tem os mesmos componentes da turbina horizontal, diferenciando apenas em sua configuração interna. Tem como vantagem que sua caixa multiplicadora e gerador podem ficar na base da torre, o que torna sua manutenção mais fácil, porém tem como desvantagem menor eficiência, pois operam em velocidades de ventos mais baixas.

Figura – Turbina eixo vertical

Fonte: Evoluçãoaalp

SOBRE A QUANTIDADE DE ENERGIA PRODUZIDA

A quantidade de energia elétrica convertida está relacionado ao projeto da turbina. Geralmente, a maioria das turbinas têm um rotor com pás rotativas, com velocidade angular (Ω) em torno de um eixo normal ao plano do rotor e paralela à direção do vento. As pás geram um gradiente de pressão em relação ao disco do rotor, o que é responsável pela perda de movimento axial na esteira. Também, relacionado a essa perda de movimento, ocorre a perda de energia que pode ser coletada pelo gerador elétrico acoplado ao eixo do rotor.

ENERGIA EÓLICA NO MUNDO

A produção de energia limpa vem sendo difundida em todo mundo, sendo que a busca por energias renováveis tem aumentado consideravelmente nas últimas décadas. Logo, a energia eólica faz parte do plano energético de diversos países, tendo destaque:

Espanha: Produção de energia eólica em diversas fazendas, produzindo energia elétrica para distribuição. Tem como meta exceder 45GW de produção de energia eólica no país até 2020;
Alemanha: Produz energia eólica desde os anos 80, e pretende, até 2020, adicionar mais 15GW em sua matriz energética através da energia eólica;
China: é o atual maior produtor de energia eólica, tendo como capacidade total instalada, em 2011, 62,4GW;
Estados Unidos: Em 2008 produziram cerca de 25GW de energia e pretendem até 2030 ter 20% de sua demanda nacional de energia suprida por energia eólica;

Figura – Energia eólica produzida no mundo

ENERGIA EÓLICA NO BRASIL

O Brasil tem um potencial eólico estimado em 300GW. Mas tem apenas 2,9% dessa capacidade em funcionamento.

A região do Brasil que apresenta o melhor potencial eólico e a região nordeste, estudos indicam que as fontes térmicas de energia (normalmente utilizadas em época de seca) poderiam ser totalmente substituídas pela energia eólica.

Em 2012, foram instalados 38 novos aerogeradores, aumentando em 1GW a sua capacidade. A meta de acordo com o Plano Decenal de Expansão de Energia é que até 2019 a capacidade eólica no Brasil seja de 18,79GW.

Figura – Evolução da capacidade eólica no Brasil até 2019

Fonte: Associação Brasileira de Energia Eólica (ABEEólica), 2015.

Em 2015 o Brasil terminou o ano com capacidade eólica em 8,72GW, representando 6,2% da matriz enérgica brasileira.

Figura – Matriz energética brasileira

Fonte: Associação Brasileira de Energia Eólica (ABEEólica), 2015.

IMPACTOS AMBIENTAIS

Apesar da energia eólica ser considerada uma fonte de energia limpa (que não gera resíduos durante seu funcionamento), a instalação de turbinas e/ou fazendas eólicas podem gerar diversos impactos ambientais, como os impactos paisagísticos, pois as turbinas horizontais de grande porte podem ter até 80 metros de altura, o que causa uma descaracterização na paisagem da região onde a turbina é instalada, podendo diminuir o atrativo turístico da região e causar impactos sociais.

O funcionamento da turbina pode gerar impactos auditivos em sua região de influência sonora, devido os ruídos mecânicos e aerodinâmicos emitidos pela turbina e pás durante seu funcionamento. Fora que, para a instalação da turbina é necessária a realização de supressão vegetal, fazendo ocorrer evacuação de espécies da fauna, mudanças no ciclo hidrológico da região, erosão e desprendimento do solo, entre outros.

Outro problema em relação à turbina eólica é quanto a interferência magnética causada pela reflexão dos sinas das pás, de modo que um receptor pode receber um sinal direto e outro refletido. A interferência ocorre devido ao atraso no sinal refletido provocado pela mudança no comprimento de onda causado pelas pás.

CONSIDERAÇÕES SOBRE A ENERGIA EÓLICA

A energia eólica representa cerca de 1% do total de energia produzida no mundo e apesar dos potencias impactos ambientais que sua instalação e operação possam causar, não gera emissões de CO2 durante seu funcionamento, reduzindo assim a emissão de gases causadores do efeito estufa.

A sua instalação deve levar em conta os prós e contras associados as suas caraterísticas funcionais e de impactos. De forma geral, sua instalação deve ocorrer em áreas com prévio estudo ambiental, para melhor avaliar a influência de sua instalação.

Enquanto a expansão do seu uso, apesar de ser fomentado pelo fato de ser uma energia limpa, não sabemos os impactos ambientais que podem ocorrer se essa tecnologia for colocada em funcionamento em larga escala. O que representa uma nova potencial área de estudos, pois em regiões diferentes podem ocorrer impactos diferentes, não sendo prudente, por exemplo, utilizar o mesmo modelo europeu de expansão.

De forma geral a energia eólica é uma fonte de energia limpa, que pode causar menos impactos se comparada a geração hídrica e termoquímica, que são amplamente utilizadas no Brasil. Representando uma alternativa em regiões com bom potencial eólico e também contribuindo para a diminuição da emissão de gases causadores do efeito estufa.

Figura – Emissões de CO2 evitadas no Brasil em 2015 (Toneladas)