A energia eólica é a energia cinética do deslocamentos de massas de ar, gerados pelas diferenças de temperatura na superfície do planeta. Resultado da associação da radiação solar incidente no planeta com o movimento de rotação da terra, fenômenos naturais que se repetem. Por isso é considerada energia renovável.
Tudo indica que as primeiras utilizações de energia eólica deram-se com as embarcações, algumas publicações mencionam vestígios de sua existência já por volta de 4.000 a.C., recentemente testemunhado por um barco encontrado num túmulo sumeriano da época, no qual havia também remos auxiliares.
Por volta de 1.000 a.C. os fenícios, pioneiros na navegação comercial, se utilizavam de barcos movidos exclusivamente a força dos ventos. Ao longo dos anos vários tipos de embarcações a vela foram desenvolvidos, com grande destaque para as Caravelas - surgidas na Europa no século XIII e que tiveram papel destacado nas Grandes Descobertas Marítimas.
As embarcações a vela dominaram os mares durante séculos, até que o surgimento do navio a vapor, em 1807 veio dividir este domínio, mas pelo fato de exigir menores despesas em contrapartida a menor regularidade oferecida no tempo dos trajetos, o veleiro conseguiu manter o páreo por um bom tempo, só vindo a perder a concorrência no início do século XX, quando foi praticamente abandonado em favor do vapor. Atualmente os maiores usos das embarcações a vela são no esporte e lazer.
Na edição especial da revista Motor 3 - "100 Anos do Automóvel" -, é mencionado que no ano de 1600, o Almirante holandês Maurício de Nassau - Tio do administrador, homônimo, do território brasileiro dominado pela Holanda de 1.636 a 1644 -, durante a luta da independência da Holanda contra a Espanha, idealizou uma canhoeira terrestre dotada de rodas, sendo as traseiras providas de mecanismo esterçante controlado por tirante, o veículo seria impulsionado por velas idênticas as das embarcações marítmimas. A construção ficou a cargo do seu engenheiro Symon Stevin, tendo a mesma sido construído com madeira e lona, conseguindo a façanha de, com vinte e oito homens a bordo e favorecida pelos ventos fortes e constantes da costa holandesa, cobrir os 80 Km que separam Le Havre de Petten, em exatamente duas horas, surpreendendo os espanhóis num ataque surpresa.
Este veículo batizado por seu construtor de "zeylwagen", ou carro a vela, aparece como o primeiro a não depender da propulsão muscular.
Nos anos 70/80 surgiram, inicialmente no Estados Unidos, pequenos veículos de lazer com três rodas e propulsão similar ao carro de Nassau, que logo se tornaram muito comuns, tendo se popularizado também nas principais praias brasileiras, eram os chamados windcar.
Parece ser difícil afirmar com segurança a época em que surgiram os primeiros moinhos de vento, há indicações sobre tais motores primários já no século X. Este assunto é bem dessertado no livro " Uma História das Invenções Mecânicas" de Abbot Payson Usher, editado pela primeira vez em 1929 e reproduzido no Brasil pela editora Papirus Ciência, o livro cita relato de geógrafos descrevendo moinhos de ventos usados no Oriente Médio para bombeamento d´agua. O mesmo aponta ainda referências diversas como historias e crônicas - mas, neste caso, considerando sua veracidade incerta - que mencionam o uso dos moinhos de vento já em 340 d.C.
Ainda conforme a citada publicação, até a sua introdução na Europa por volta do século XII, os moinhos de vento eram projetados em função da direção predominante dos ventos, tendo o seu eixo motor direção fixa. As características de variação de intensidade e direção dos ventos na Europa incentivaram a criação de mecanismos para mudança de direção do eixo dos cataventos, surgindo então os primeiros modelos onde o eixo das pás podia ser girado em relação ao poste de sustentação.
Na Holanda, onde os moinhos de vento eram usados desde o século XV para drenarem as terras na formação dos pôlderes, a invenção dos moinhos de cúpula giratória, que permitia posicionar o eixo das pás em função da direção dos ventos, é registrada como um grande incremento de capacidade destes, e grande progresso nos sistemas de dessecamento.
A Revolução Industrial trouxe consigo as invenções das máquinas de produção, como os teares industriais, tais máquinas assim como os moinhos de farinha, exigiam uma certa constância da velocidade, evidenciando uma das desvantagens da energia eólica em relação a força animal e a roda d´agua, que é o fato de sua ocorrência ser irregular e de intensidade variável. Para contornar a variação de intensidade surgiram, ainda no século XVI, os primeiros sistemas de controle ou limitação de potência, sendo mencionados o freio aplicado ao eixo das pás - existindo inclusive esquemas de Leonardo da Vinci de um freio de cintas aplicado a roda acionadora - e a inclinação do eixo das pás em relação ao horizonte. Tais aperfeiçoamentos permitiram integrar os moinhos de vento também a estas unidades produtivas, e até o século XVIII - século do surgimento da máquina a vapor - os moinhos de vento, juntamente com as rodas d´agua, marcavam muitas paisagens.
Os aerogeradores e aeromotores, costumam ser classificadas pela posição do eixo do seu rotor que pode ser vertical ou horizontal, a seguir mencionaremos os principais modelos relativos aos tipos de classificação mencionados.
Está disposição necessita de mecanismo que permita o posicionamento do eixo do rotor em relação a direção do vento, para um melhor aproveitamento global, principalmente onde se tenha muita mudança na direção dos ventos. Encontra-se ainda moinhos de vento seculares com direcionamento do eixo das pás fixo, mas situam-se onde os ventos predominantes são bastante representativos, e foram instalados em épocas em que os citados mecanismos de direcionamento ainda não haviam sido concebidos.
Os principais modelos diferem quanto as características que definem o uso mais indicado, sendo eles:
Rotor multipás - atualmente representa a maioria das instalações eólicas, tendo sua maior aplicação no bombeamento d´agua. Suas características tornam seu uso mais próprio para aeromotores, pois dispõe de uma boa relação torque de partida / área de varredura do rotor, mesmo para ventos fracos, em contrapartida seu melhor rendimento encontra-se nas baixas velocidades, limitando a potência máxima extraida por área do rotor, que não é das melhores, tornando este tipo pouco indicado para geração de energia elétrica.
O fato de alguns autores de livros, escritos em outras décadas, contrariamente a percepção atual, apontarem-no como sendo a melhor opção devido a sua característica de menor variação de velocidade do rotor em função da velocidade do vento, devia-se as limitações de controle da curva de tensão de saída dos sistemas de geração de energia disponíveis naquelas épocas, o que restringia o aproveitamento da energia gerada, a uma faixa estreita de velocidade do rotor.
Com o desenvolvimento da eletrônica este panorama mudou, pois os sistemas atuais podem ser facilmente projetados para uma faixa de velocidade bastante ampla e com um rendimento bastante satisfatório, passando o fator determinante a ser a potência obtida pelo rotor em relação a área de varredura, onde os modelos de duas e três pás se destacam com um rendimento muito superior.
Rotor de três ou duas pás - é praticamente o padrão de rotores utilizados nos aerogeradores modernos, isto deve-se ao fato da grande relação de potência extraída por área de varredura do rotor, muito superior ao rotor multipás (embora isto só ocorra em velocidades de vento superiores), pois além do seu rendimento máximo ser o melhor entre todos os tipos, situa-se em velocidades mais altas.
Entretanto, apresenta baixos valores de torque de partida, e de rendimento para velocidade baixas, características que apesar de aceitáveis em sistemas de geração de eletricidade, imcompatibilizam seu uso em sistemas que requeiram altos momentos de força e ou carga variável.
A principal vantagem das turbinas de eixo vertical é não necessitar de mecanismo de direcionamento, sendo bastante evidenciada nos aeromotores por simplificar bastante os mecanismos de trasmissão de potência.
Como desvantagens apresentam o fato de suas pás, devido ao movimento de rotação, terem constantemente alterados os angulos de ataque e de deslocamento em relação a direção dos ventos, gerando forças resultantes alternadas, o que além de limitar o seu rendimento, causa vibrações acentuadas em toda sua estrutura.
Apresenta sua curva de rendimento em relação a velocidade próxima a do rotor de multipás de eixo horizontal, mas numa faixa mais estreita, e menor amplitude, seu uso, como o daquele, é mais indicado para aeromotores, principalmente para pequenos sistemas de bombeamento d´agua, onde o custo final devido a simplicidade do sistema de transmissão e construção do rotor propriamente dito, podem compensar seu menor rendimento.
Por ter curva de rendimento característica próxima a dos rotores de três pás de eixo vertical, são mais compatíveis com o uso em aerogeradores, mas como nestes os sistemas de transmissão já são bastante simples, seja qual for o tipo de disposição do eixo do rotor, o Darrieus perde uma das vantagens comparativas.
Além disto a necessidade de sistema de direcionamento para o outro tipo de rotor, é compensada pela facilidade de implementação de sistemas aerodinâmicos de limitação e controle de potência, que amplia a faixa de utilização em relação a velocidade dos ventos e deixa-o muito menos suceptível a danos provocados por ventos muito fortes. Desta forma o Darrieus parece ficar em plena desvantagem em relação ao rotor de eixo horizontal, sendo seu uso pouco notado.
Com o surgimento da máquina a vapor, dos motores de combustão interna e das grandes usinas de eletricidade e rede de distribuição, os sistemas eólicos foram relegados a um segundo plano por um bom tempo, permanecendo em algumas aplicações, como o bombeamento d´agua em áreas rurais e salinas, além de outras mais raras.
Durante a crise do petróleo, na década de 70, a energia eólica voltou a ser bastante cogitada, e os avanços da aerodinâmica e surgimento da eletrônica, permitiu o aparecimento de aerogeradores muito eficientes e com o custo por KW, quando utilizado em sistemas de grande porte interligados a rede de distribuíção, comparável com o das hidroelétricas, com isto desde a década de 80, tem sido cada vez mais comuns a instalação de parques eólicos em vários países principalmente da Europa e nos Estados Unidos, atualmente podem ser encontrados em nivel comercial aerogeradores com potências nominais de até 1,5MW.
Os aerogeradores pequenos para sistemas autônomos de carregamento de baterias, também evoluiram bastante incorporando novas tecnologias, tendo com isto ampliando muito sua faixa de utilização, existe atualmente varias opções na faixa de 50 a 600W nominais.
No Brasil o primeiro aerogerador de grande porte foi instalado no arquipélago de Fernando de Noronha, em 1992, tratando-se de uma turbina de 75KW, com rotor tripá de 17 metros de diametro, tendo o mesmo sido integrado ao sistema de fornecimento de energia, formando um sistema híbrido com o gerador diesel já existente na ilha, patrocinando uma economia de aproximadamente 10% no consumo de diesel, alem da redução de emissão de poluentes.
O Atlas Eólico da Região Nordeste (CBEE & ANEEL - 1998), demonstra o grande potencial que o Brasil tem a explorar, dispondo ao longo da costa grandes áreas de ventos bastante regulares e de boa velocidade. Em 1998 foi inaugarada em Sorocaba-SP, a Wobben Windpower, subsidiária da ENERCON, passando a produzir no país aerogeradores com potência de 600 KW.
Com a instalação, em janeiro de 1999, do parque eólico de Palmas no Paraná - primeiro parque eólico da região Sul - o incremento de seus 2,5MW, promoveu a elevação da potência instalada no país, que já ultrapassa os 20MW. Atualmente os maiores parques instalados são os do Ceará, representados pelo de Taíba com 5MW e o de Prainha com 10 MW. Em Minas Gerais encontra-se o de Gouvêia com 1MW.
Apesar de ser uma fonte relativamente barata a energia eólica apresenta algumas características que dificultam seu uso como fonte regular de energia, além de sua ocorrência ser irregular para pequenos períodos, a quantidade de energia diária disponível, pode variar em muitas vezes de uma estação do ano para outra, em um mesmo local.
O fato da potência disponível variar com o cubo da velocidade do vento, dificulta muito a questão do dimensionamento e a escolha do local para instalação, limitando seu uso apenas em regiões de ventos fortes e relativamente constantes.
Atualmente os sistemas mais comuns de fornecimento de energia utilizando sistemas eólicos são:
Sistemas eólicos de grande porte interligados a rede pública de distribuição - por dispensarem sistemas de armazenamento são bastante viáveis representando atualmente a maior evolução em sistemas eólicos, já apresenta custos paritários ao das hidrelétricas. Nesta configuração os sistemas eólicos podem ter uma participação na ordem de 15% do fornecimento total de energia, envolvendo a definição deste percentual estudos específicos de vários fatores que garantam fornecimento regular e a qualidade de energia do sistema interligado como um todo.
Sistemas híbridos diesel-eólico de médio porte - nestes os geradores eólicos podem representar fator de economia de combustível com custos bem atraentes para locais onde não dispõe da rede de distrubuíção interligada e dependam de geradores a diesel para fornecimento de energia elétrica, como o motor diesel garante a regularidade e estabilidade no fornecimento de energia, dispensando sistemas de armazenamento, e o transporte do diesel representa um custo adicional, a implementação de aerogeradores é neste caso bastante compensador e recomendado.
Sistemas eólicos autônomos / armazenamento - sistemas de energia eólica outônomos para fornecimento regular de eletricidade, tornam-se bastante dispendiosos devido as complicações dos sistemas de armazenamento, que devem compensar não só as variações instantâneas e diarias, mas também compensar a variação da disponibilidade nos períodos do ano, Sendo sua aplicação limitada a pequenos sistemas para recarga de baterias, em regiões remotas, principalmente para fornecimento de eletricidade para equipamentos de comunicação e eletrodomésticos, onde o benefício e conforto compensam o alto custo por watt obtido.
Outros usos diversos a geração de eletricidade, como aeromotores para bombeamento d´agua são mais compatíveis com o uso singular da energia eólica. Talvez o desenvolvimento de tecnologias de obtenção, aplicação e estocagem do hidrogênio, venham a representar uma nova opção para um sistema de armazenamento compatível com a energia eólica, possibilitando sistemas eólicos ou eólicos-solares autônomos economicamente viáveis.
Fonte: www.aondevamos.eng.br
O vento é uma fonte de energia limpa e inesgotável. A resolução de problemas técnicos e uma abordagem sensata de enquadramento dos parques eólicos na paisagem, estão a tornar esta forma de energia ainda mais atractiva.
A energia eólica encontra-se na categoria das Fontes de Energia Renováveis (FER), em que mais se tem apostado na Europa durante a última década, sendo a região líder a nivel mundial nesta área. Os projectos para o seu aproveitamento têm aumentado cerca de 40% por ano nos últimos seis anos, resultando na produção de energia eléctrica suficiente para satisfazer o consumo doméstico de 5 milhões de pessoas.
A União Europeia estabeleceu como meta para 2005, que a contribuição das FER aumentasse dos actuais 4% para 8% do total de consumo energético. Assim, a energia eólica, poderá representar um papel relevante no cumprimento deste objectivo, uma vez que a sua indústria se propõe instalar uma capacidade de 40 000 MW até 2010, fornecendo electricidade a aproximadamente 50 milhões de pessoas.
Na Alemanha, o governo planeia substituir a energia nuclear (responsável por mais de um terço da energia eléctrica produzida), pela energia eólica nos próximos 30 anos. Para tal, serão implantados no Mar do Norte importantes parques eólicos, assim como em terra. A Alemanha, com as suas 8500 centrais eólicas, é o país número um no sector a nivel mundial, produzindo um terço da energia eólica mundial, o que corresponde a metade da produção europeia.
* Em crescimento ** Crescimento muito rápido
O aproveitamento da energia eólica para produção de electricidade é feito recorrendo aos aerogeradores de grande dimensão, os quais podem ser implantados em terra ou no mar e estar agrupados em parques ou isolados. São constituidos por uma torre metálica com uma altura que pode oscilar entre 25 e 80 m e por turbinas com duas ou três pás, cujos diâmetros de rotação se situam em valores idênticos à altura dos postes.
As turbinas de última geração têm uma capacidade de produção de energia de 1.6-2 MW, encontrando-se em fase de teste turbinas de 5 MW.
A velocidade mínima do vento necessária para entrarem em funcionamento ronda os 10-15Km/h e a velocidade de cruzeiro é de 50-60 Km/h. Em caso de tempestade as pás e o rotor são automáticamente travados quando a velocidade de vento for superior a 90 Km/h. Uma vez travado, o aerogerador pode suportar velocidades de 200Km/h sem sofrer danos. Possuem ainda protecção contra raios e microprocessadores que permitem o ajuste continuado do ângulo das pás às condições de vento dominantes e a manutenção de um output de corrente eléctrica uniforme, condição esta muito importante quando se encontram ligados à rede de distribuição eléctrica.
Existem também sistemas híbridos de média dimensão, onde se combinam os aerogeradores eólicos com sistemas fotovoltaicos, diesel ou hídricos, podendo ou não possuir sistema de armazenamento de energia. São apenas usados para pequenas redes ou para aplicações especiais tais como bombagem de água, carga de baterias, dessalinização, etc. A sua capacidade ronda os 10-200 kW.
Os sistemas eólicos isolados, com gamas de potência entre 25W e 150W, são dos mais bem sucedidos comercialmente, sendo usados para carga de baterias (utilizados no Reino Unido pela Marinha e caravanas e na China pelas populações semi-nómadas da região da Mongólia), bombagem de água, aquecimento, etc.
Por último, os sistemas mecânicos para bombagem de água são ainda, numericamente, dos mais representativos, com cerca de 2 milhões de unidades dispersas por todo o mundo, sendo os mercados principais o dos EUA, Argentina, África e Nova Zelândia. Encontram-se em fase de desenvolvimento sistemas de melhor performance para a sua substituição.
Embora nenhuma das FER possua per si a capacidade de satisfazer a 100% as necessidades de consumo, a energia eólica é aquela que deverá ser aproveitada até ao máximo do seu potencial porque é uma energia limpa, i.e. não causa poluição atmosférica (não produz dióxido de carbono, dióxido de enxofre ou óxidos de azoto responsáveis pelo "efeito de estufa" e pela "chuva ácida") e não produz ou utiliza qualquer material radioactivo.
Os custos do seu aproveitamento estão em franco decréscimo devido à evolução das novas tecnologias, existe em abundância e nunca se esgotará.
Os seus impactos ambientais, eventualmente desfavoráveis, traduzem-se num aumento do ruído nas suas proximidades (perfeitamente dentro dos limites do suportável com a nova geração de aerogeradores, onde é enorme o esforço de minimização do ruído) e no considerável efeito visual e paisagístico proporcionado pelas elevadas dimensões das torres e das pás dos aerogeradores. Contudo, mesmo este eventual senão, pode ser minorado se houver o cuidado de fazer a sua integração com a paisagem envolvente na fase de planeamento e escolha do local mais propício para a instalação do projecto. A maior parte das pessoas que vivem nas imediações dos parque eólicos acham-nos atraentes, tornando-se muitas vezes atracções turísticas e um símbolo elegante e estéticamente reconfortante de um futuro melhor.
Outros factores negativos, como interferências electromagnéticas que podem perturbar os sistemas de telecomunicações, efeito de sombras em movimento e mortalidade de aves em zonas de migração causada pelas pás em movimento, podem ser muito atenuados ou inexistentes se for correcta a planificação da sua localização.
Estudos realizados na Alemanha, Holanda, Dinamarca e Reino Unido demonstraram que os aerogeradores não representam nenhum problema acrescido para a deslocação das aves quando devidamente localizados (fora das rotas de migração e das áreas preferenciais de nidificação, por exemplo). Esta constatação é confirmada pela "Royal Society for the Protection of Birds", que encoraja a viragem em direcção às tecnologias de aproveitamento das energias renováveis, em particular a energia eólica, desde que sensatamente ponderadas a dimensão e localização dos parques.
Um parque eólico com 20 aerogeradores ocupará em média um quilómetro quadrado. No entanto, ao contrário de outras centrais eléctricas, apenas 1% é ocupado pelas estruturas. Se os terrenos forem de aptidão agrícola esta actividade poderá desenvolver-se até às bases das torres e quando o período de vida útil dos aerogeradores termina (cerca de 20 anos), podem ser facilmente removidas todas as estruturas, devolvendo o local ao seu uso original ou outro estabelecido no plano de exploração do parque.
O valor deste material para reciclar geralmente compensa os custos do desmantelamento, sendo, contudo, conveniente prever uma verba para este fim aquando da elaboração do plano.
O balanço energético de um parque eólico é dos mais atractivos em termos de planeamento energético mundial, sendo a energia gasta para instalar, operar e manter um aerogerador produzida por este em menos de seis meses. A potência produzida por um aerogerador varia com a velocidade do vento segundo a curva de potência desse mesmo aerogerador. A energia produzida será o integral da potência produzida durante o tempo em que estiver em funcionamento.
A electricidade produzida tem, hoje em dia, um preço competitivo. Em termos anuais, os custos da energia decresceram de 35$00/kWh em 1980 para 10$00/kWh em 1996 e espera-se que sejam da ordem dos 6$00/kWh em 2000. Para investimentos privados (períodos de amortização menores e taxas de juro mais altas), os custos são cerca de 1.7 vezes superiores. Quando passarem a ser contabilizadas as externalidades (custos indirectos para o meio ambiente do aproveitamento das diferentes fontes de energia, por exemplo) este tipo de electricidade será, então, dos mais competitivos.
Os parques eólicos são também dos sistemas mais seguros de produção de energia eléctrica, tendo-se registado apenas raros casos de pessoas feridas por pedaços partidos de pás ou por pedaços de gelo.
1 unidade de electricidade = 1 kilowatt hora (kWh)
1000 kW = 1 Megawatt (MW)
Fonte: www.naturlink.pt
