As fontes de energia alternativas, limpas e renováveis estão em crescimento exponencial no setor elétrico brasileiro, complementando a geração de energia por hidrelétricas, que ainda é a principal fonte energética no Brasil. Neste artigo será apresentado a energia eólica, que vem alcançando uma grande evolução na quantidade de usinas e capacidade instalada nos últimos 12 anos em nosso país. Como qualquer outra fonte, a energia eólica apresenta vantagens e desvantagens em sua implementação, que serão apresentadas no decorrer do artigo.
Mas afinal, o que é energia eólica?
A energia eólica é a energia oriunda do vento. A geração de energia elétrica é obtida através da conversão da energia cinética, resultante dos deslocamentos de massa de ar, em energia mecânica por meio das turbinas eólicas acopladas a geradores. A esse sistema de turbina-gerador se dá o nome de aerogerador.
O vento é uma energia de origem solar. Como a radiação solar atinge a superfície terrestre de forma irregular, são criadas áreas de diferentes temperaturas, densidades e pressões, gerando assim os deslocamentos de ar entre essas diferentes zonas, que são denominados ventos. Aproximadamente 2% da energia solar é convertida em energia cinética dos ventos. Esse tipo de conversão se origina nas regiões próximas à linha do Equador, onde a latitude é 0°. Nessas regiões o aquecimento nas massa de ar é maior do que em outras áreas, fazendo com que o vento se estendam para regiões norte e sul do globo terrestre.
Por que investir em usinas eólicas?
As usinas eólicas não provocam desapropriações de áreas e remanejamento de pessoas. Além disso, há compatibilidade entre a produção de eletricidade a partir do vento e o uso da terra para pecuária e agricultura. A instalação de usinas eólicas próximas a pequenos centros de carga, no interior, diminui as perdas elétricas na transmissão e subtransmissão, aumentando a confiabilidade da região.
Dentre as fontes energéticas limpas, ou seja, que não acarretam a emissão de gases do efeito estufa e não deixam resíduos, a energia mecânica contida no vento vem se destacando e demonstra potencial para contribuir significativamente no atendimento de requisitos necessários quanto aos custos de produção, segurança de fornecimento e sustentabilidade ambiental. Hoje o custo de geração eólica já é mais barato que das próprias hidrelétricas. No último Leilão para Contratação de Energia Nova A-4 realizado no dia 18 de dezembro de 2017 foram contemplados dois projetos de geração eólica na Paraíba com preço de R$108/MWh. Já os preços iniciais do leilão A-6 foram de R$ 281,00/MWh para contratos por quantidade de usinas hidrelétricas.
As usinas eólicas podem ser instaladas em qualquer lugar?
Como pode ser observado no mapa abaixo, as usinas no Brasil concentram-se em estados banhados pelo mar, que possuem um potencial eólico maior. Antes da construção de um parque eólico é de fundamental importância estudar as características dos ventos no local escolhido, tendo um conhecimento detalhado da velocidade e direção dos ventos em uma altura adequada. Quanto maior for o período de análise de dados, melhor e mais precisa será a previsão da energia gerada pelo parque.
A quantidade de energia que o vento pode produzir é variável, depende do seu comportamento em cada estação do ano e ao longo do dia. Outro fator que influencia na distribuição de frequência e ocorrência dos ventos em um determinado local, é a topografia e a rugosidade do solo. O vento é uma variável aleatória e, desta forma, seu aproveitamento como energia exige uma análise probabilística. Esta característica faz com que a energia eólica seja uma fonte complementar, uma vez que não há garantia de geração de energia elétrica de forma previsível.
Dessa forma, não são todas as regiões que são viáveis economicamente para a instalação de usinas eólicas. Caso não seja feito um estudo em longo prazo, com trabalhos sistemáticos de coleta e análise de dados sobre velocidade e regime dos ventos, pode-se fazer investimentos em locais com produção superestimada produzindo energia abaixo do valor esperado. Nesses casos, há um grande prejuízo financeiro e outra fonte deverá suprir a falta de energia naquela região.
Como é a operação dos aerogeradores?
Os aerogeradores podem ser classificados pelo seu sistema de acionamento, à velocidade constante ou variável. Os que operam à velocidade variável oferecem mais benefícios quando comparados aos de velocidade constante, pois podem trabalhar com maior faixa de variação da velocidade do vento e assim extrair mais energia, durante maior período de tempo, minimizando sua sazonalidade. Além disso, existem outras vantagens, como menor estresse mecânico, menor intensidade de ruídos e habilidade de fornecer potência reativa à rede elétrica. O suprimento ou o consumo de potência reativa por certos equipamentos elétricos permite o controle da tensão elétrica, uma vez sua variação pode trazer prejuízos a equipamentos elétricos.
Ventos de baixa velocidade não transportam energia suficiente para acionar o sistema. A velocidade a partir da qual o sistema inicia sua operação é denominada velocidade de entrada. Com o crescimento da velocidade, a energia gerada aumenta gradativamente até atingir a potência nominal do sistema. A partir da velocidade nominal, a geração permanece constante até a velocidade de corte, na qual o sistema de geração deve sair de operação para evitar danos estruturais.
Para melhor compreensão dos conceitos de velocidade fixa e velocidade variável, bem como os métodos de limitação de potência, os aerogeradores são divididos em três regiões operativas, como pode ser observado no gráfico abaixo:
Região I ou região de partida determina a velocidade mínima do vento necessária para partir o aerogerador. Normalmente, os aerogeradores são projetados para partirem com velocidades do vento entre 3 a 5 m/s.
Região II ou região de operação normal, o aerogerador pode operar em velocidade constante ou velocidade variável, dependendo do tipo de gerador e do sistema de controle utilizado.
Região III ou região de limitação de potência é utilizada para limitar a potência de saída no valor nominal do aerogerador, para velocidades do vento entre 12 e 25 m/s.
Região IV ou região de desligamento do aerogerador determina a máxima velocidade de operação. Não é viável dimensionar os componentes para extrair a potência contida nestas velocidades do vento, maior que 25 m/s, pois o custo desta produção extra de energia será muito alto, visto que altas velocidades de vento ocorrem esporadicamente. Então, para altas velocidades de vento, o aerogerador deve ser desligado para não danificar seus componentes. A velocidade típica de desligamento está na faixa de 20 a 25 m/s.
Dados sobre a energia eólica no Brasil
O Brasil vem se destacando na última década na produção de energia eólica passando de 245,6 MW de capacidade instalada em 2007, para quase 13 GW no final de 2017. Esse aumento exponencial proporcionou que no ano passado o país passasse a ocupar o 7° lugar entre os países com maior geração de energia eólica no mundo, ultrapassando o Canadá que pulou para oitavo lugar.
Outro dado para se comemorar é que nos meses de agosto e setembro a geração eólica representou 10% e 11% respectivamente do total de toda matriz energética nacional. A energia eólica já representa grande competitividade nos leilões de novas usinas geradoras batendo de frente com os preços das tradicionais hidrelétricas. No início de dezembro o país ultrapassou a marca de 500 usinas eólicas construídas. Considerando apenas os contratos já assinados serão mais 230 novos parques eólicos até 2020 chegando a uma capacidade instalada de aproximadamente 18 GW.
O caminho ainda é longo, mas já temos o que comemorar. Assim como a energia eólica tem conquistado cada vez mais seu espaço, outras fontes de energia alternativa como a fotovoltaica também veio pra somar e contribuir para um futuro mais sustentável e energeticamente seguro para nosso país.
Fontes: Barbosa, Carlos Vinicius de Resende, Uma Contribuição para o Estudo da Previsão do Potencial Eólico. 2012. Trabalho de Conclusão de Curso – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia – MG, 2012. CUSTÓDIO R.S. Energia Eólica Para Produção De Energia Elétrica, Eletrobrás, Rio de Janeiro, 2009 Global Wind Energy Council, Global Wind Energy Outlook 2006. Disponível em http://www.gwec.net/index.php?id=65. Silva, S. R.; Parma, G. G.; Bambirra, G. P.; de Oliveira Camponês do Brasil, D.; da Costa Medeiros, F. Desenvolvimento e Caracterização Técnica das Tecnologias em Turbinas Eólicas e seus Modelos Dinâmicos. Technical Report 1, UFMG and NOS; 2006. O Aproveitamento da Energia eólica, F.R. Martins, R.A. Guarnieri, E.B. Pereira Revista Brasileira de Ensino de FísicaVol.: 30 n.1 O.A.C. do Amarante, M. Brower, J. Zack e A.L. Sá, Atlas do Potencial Eólico Brasileiro (Ministério de Minas e Energia, Brasília, 2001). Disponível em: <https://www.canalenergia.com.br/noticias/53044906/brasil-chega-a-mais-de-500-parques-eolicos-instalados> Acesso em: 04 jan. 2018. Disponível em: <http://www.abeeolica.org.br/noticias/brasil-chega-a-dezembro-com-1264-gw-de-capacidade-eolica-instalada/ > Acesso em: 04 jan. 2018. Disponível em: <http://www.abeeolica.org.br/noticias/energia-eolica-chega-a-setima-posicao-no-ranking-mundial-de-geracao-abastecendo-10-do-brasil/> Acesso em: 04 jan. 2018. Photo by American Public Power Association on UnsplashAssine nossa newsletter e fique por dentro das notícias sobre a energia solar!
