UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO

FACULDADE DE AGRONOMIA E MEDICINA VETERINÁRIA

Cassiano R. Sartoretto

Fernando S. Zanatta

Mecanização Agrícola I

PASSO FUNDO, MAIO DE 1999.

Sumário

1.0 - Introdução

2.0 - Princípios

2.1 - Ventos de interesse para instalação de motores eólicos

2.1.1 - Variação da velocidade do vento

2.1.2 - Curva de duração da velocidade dos ventos

2.1.3 - Medida da velocidade dos ventos

2.2 - Tipos de motores eólicos

2.3 - Velocidade de partida e velocidade de fechamento do motor eólico

2.4 - Sistemas de energia eólica

2.4.1 - Sistemas de grande dimensão ligados à rede

2.4.2 - Sistemas híbridos de média dimensão

2.4.3 - sistemas eólicos isolados de pequena dimensão

2.5 - Aspectos econômicos da energia eólica

2.5.1 - Custos de fabricação dos geradores eólicos

2.5.2 - Custos de preparação do projeto e de infra-estruturas

2.5.3 - Custos de operação e manutenção

2.5.4 - Operabilidade do sistema

2.5.5 - Tempo de vida

2.5.6 - Período de amortização

2.5.7 - Valor médio da velocidade do vento

2.5.8 - Custo anual de energia produzida com sistemas eólicos

2.6 - Impacto ambiental

2.6.1 - Utilização do terreno

2.6.2 - Emissão de ruídos

2.6.3 - Impacto visual

2.6.4 - Balanço energético

2.6.5 - Aves

2.6.6 - Interferências eletromagnéticas

2.6.7 - Segurança

2.7 - Utilização mundial de energia eólica

2.8 - Situação da energia eólica no Brasil

2.9 - Futuro

3.0 - Conclusão

4.0 - Referências bibliográficas

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1.0 - Introdução

    Inspirado em um sistema extremamente simples: o vento soprando sobre lâminas inclinadas gera uma rotação, como em qualquer catavento de criança tem-se uma fonte de energia, usando essa rotação para os mais diversos fins, principalmente para produção de energia elétrica ou mecânica. Generalizando, chamamos esta "energia dos ventos" de energia eólica.

    Aqui apresentamos uma breve resenha dos principais tópicos relacionados à esta forma de energia "limpa", dizemos breve pois trata-se de um campo muito vasto e de grande utilização futura, visto que possui grandes vantagens sobre as demais: é, como já mencionado anteriormente uma energia "limpa", ou seja que não causa danos ao meio, é de baixo custo e praticamente inesgotável, se instalada em local apropriado.

Este trabalho pretende dar uma idéia dos princípios da utilização da energia eólica, uso mundial, teoria e condições de funcionamento, custos e uma expectativa da evolução para futuros desenvolvimentos. Pretende-se ainda, fazer uma apresentação do estado da arte em tecnologia de energia eólica incluindo uma descrição do campo de aplicação dos diferentes tipos de sistemas. Dá-se uma idéia do impacto desta forma de energia em setores como economia, indústria, impacto ambiental e finalmente perspectivas futuras para a energia eólica.

2.0 - Princípios

    O sistema de conversão de energia eólica opera pelo vento atuando basicamente em lâminas ou velas partindo de uma haste. A rotação da haste está conectada ao maquinaria usada para realizar trabalho, que pode ser moagem de grãos, bombear água ou gerar eletricidade. Quando usado para eletricidade é conhecido turbina geradora eólica.

    Além dos usos relacionados acima, no século XV eram usadas para retirar a água do mar das terras dos Países Baixos, serrar madeira, fazer papel, extrair óleo de sementes, moer materiais variados. No século XIX a Holanda tinha construído por volta de 9 mil moinhos de vento.

    Os cataventos foram largamente usados na colonização dos Estados Unidos. O uso de turbinas para gerar eletricidade foi usado pela primeira vez na Dinamarca em 1890. Pequenas turbinas geradoras tem seu principal uso atualmente no fornecimento de energia elétrica e para bombear água para propriedades rurais em todo mundo.

2.1 - Ventos de interesse para instalação de motores eólicos

    Na obtenção de potência através de motores eólicos, interessam os ventos de baixa altitude, que ocorrem a 30-60 m acima do solo e que não são afetados pela topografia e por obstruções (árvores, edificações, etc) da área onde se pretende instalar o aeromotor.

    O fato de que o potencial energético do vento é proporcional ao cubo de sua velocidade torna esse fator de fundamental importância. A direção do vento não é tão importante, exceto nos casos em que a topografia ou obstruções interfiram significativamente na direção do vento predominante.


2.1.1 - Variação da velocidade do vento.

    Uma das mais importantes características dos ventos, do ponto de vista de seu potencial para conversão em trabalho útil, é a variabilidade de sua velocidade. Num dado local qualquer, o vento pode, de um instante para outro, variar sua velocidade de zero a 100 km/h ou mais e, no momento seguinte, baixar para 5-10 km/h ou mesmo voltar a zero. A magnitude dessas variações, bem como sua freqüência, dependerá da "tempestuosidade" do vento, durante o intervalo de tempo de medida da velocidade. Assim, a partir de registros contínuos de velocidade, através de anemógrafos, obtém-se:

a)Velocidade máxima instantânea: importante para o projeto de motores eólicos, tendo em vista as características dos mecanismos de controle e a severidade das solicitações mecânicas que sofrerão o aeromotor e a torre onde ele se acha instalado.

b)Velocidade média para vários níveis de tempo: a velocidade média horária, a velocidade média diária, a velocidade média mensal, a velocidade média anual. etc., que são dados importantes para a estimativa das potencialidades para uso da energia eólica num dado local.

2.1.2 - Curva de duração da velocidade dos ventos.

    Na estimativa das potencialidades para uso da energia eólica num dado local, há necessidade de conhecer-se a velocidade média horária do vento, em cada hora do dia e em todos os dias do ano, resultando em 8.760 dados de velocidade média. A seguir, estabelecer-se níveis crescentes, desde zero até a máxima velocidade média horária observada, a intervalos predeterminados, por exemplo, de 5 em 5, de l0 em 10 ou de 20 em 20 km/h.

    Para cada nível, soma-se o número de horas durante as quais a velocidade média horária do vento manteve-se igual ou superior ao valor da velocidade daquele nível. Obtém-se dessa maneira, a duração do vento, em horas, para cada nível de velocidade preestabelecido. A partir desses dados, é construído um gráfico cartesiano, localizando-se na abscissa o tempo de duração em horas e nas ordenadas os níveis de velocidade média horária. Chega-se, assim, a uma curva denominada curva de duração da velocidade dos ventos.

2.1.3 - Medida da velocidade dos ventos

    A medida da velocidade dos ventos é feita através de seus efeitos, ou seja: movimentar um sistema suscetível de girar em torno de um eixo: produzir variação de pressão em diferentes partes de órgãos fixos ou de movimento limitado; arrefecer, por convecção, superfícies aquecidas a altas temperaturas; acelerar a evaporação; emitir sons de diferentes intensidades ou freqüência, em instrumentos suscetíveis á vibração Na prática, os anemômetros mais comumente utilizados baseiam-se nos dois primeiros efeitos: rotação e variação de pressão.

    Estes instrumentos São empregados em conjunto com vários tipos de registradores, que podem registrar a velocidade instantânea ou a velocidade média por um certo período de tempo. Entre os tipos principais de anemógrafos destacam-se:

    a) anemógrafo de contato: constitui-se de um anemômetro de canecas ao qual é adaptado um registrador elétrico; recebe essa denominação porque após a passagem de 100 m³ de vento, fecha-se um contato elétrico acionando o sistema de registro;

    b) anemógrafo universal; registra diretamente a velocidade de uma faixa de papel bobinado, acionado por mecanismo de relojoaria; registra simultaneamente a direção, a velocidade instantânea e a velocidade acumulatória do dia.

    Um método prático para avaliação da velocidade do vento foi idealizado por Beaufort e constituí-se de uma escala de números-índices. Cada número da escala Beaufort associa-se a uma velocidade do vento, assim como as características principais provocadas pelo movimento do ar.

    A direção e o sentido do vento são determinados por instrumentos denominados cataventos. A direção e o sentido são designados simplesmente pela indicação do local de onde ele vem e, para tanto, utiliza-se a rosa-dos-ventos.

 

    2.2 - Tipos de motores eólicos

    A mais antiga forma de utilização da energia dos ventos talvez seja a movimentação de barcos a vela. Neste caso, a pressão do vento sobre as velas produz trabalho útil a medida que o barco se desloca em tinha reta. Nas máquinas motoras eólicas, por estarem montadas em instalações fixas, o trabalho útil é obtido através de movimento rotativo do órgão receptor. Assim, no motor eólico, o principal elemento é um rotor que, ao girar impulsionado pelo vento, desenvolve potência. Esta, por sua vez, é transmitida á máquina movida, geralmente bomba d-água ou gerador de eletricidade.

    São inúmeros os tipos de motores eólicos, designados comumente de "moinhos de vento", embora nem sempre sejam realmente moinhos. Os tipos mais utilizados poderão ser agrupados em: a) moinhos com rotor de árvore vertical b) moinhos com rotor de árvore horizontal. Os rotores de árvore vertical apresentam a vantagem de normalmente captar o vento proveniente de qualquer direção. Os rotores de árvore horizontal necessitam orientar-se axialmente em relação à direção do vento predominante e, em geral, apresentam menor eficiência e velocidade angular. (o termo eficiência é aqui utilizado para expressar a fração de potência disponível no vento que é captada pelo motor eólico).

    Motores eólicos com rotor de árvore vertical- São aqueles cuja superfície móvel receptora se desloca na direção do vento, pelo fato de terem seu eixo de rotação posicionado verticalmente.

    Motores eólicos com rotor de árvore horizontal- São máquinas cujo rotor movimenta-se num plano perpendicular à direção da vento, uma vez que seu eixo de rotação está posicionado horizontalmente e orientado na direção do vento. De acordo com o número e conformação das pás, distinguem-se dois tipos básicos de rotor: a) roda de pás (de alta e de baixa velocidade) e rotor de hélice (fixa ou de passo variável).


2.3 - Velocidade de partida e velocidade de fechamento do motor eólico

    Os motores eólicos, como qualquer outro tipo de máquina motora, no início de funcionamento consomem uma certa potência, denominada potência de atrito, para vencer as resistências passivas geradas em seus próprios órgãos. Assim, uma certa velocidade mínima do vento é necessária para que o motor eólico atinja sua plena capacidade em desenvolver potência utilizável, denominada velocidade de partida.

    Por outro lado, em função das próprias características do motor eólico, existe um limite máximo de velocidade do vento a partir do qual é comprometida a eficiência de operações e a integridade estrutural da instalação; que recebe a denominação de velocidade limite ou de fechamento do aeromotor.

    A fim de limitar a velocidade máxima de funcionamento, os motores eólicos são equipados com mecanismos controladores que, alterando a posição dos órgãos receptores em relação á direção do vento, estabelecem um nível máximo de velocidade angular do rotor. Nos moinhos de vento do tipo roda-de-pás, o mecanismo controlador atua no leme de direção que, atingido o limite máximo de velocidade do vento, dobra-se numa posição paralela ao rotor; nessa situação a roda-de-pás passa da posição normal à direção do vento para uma posição paralela e, conseqüentemente, interrompe seu funcionamento. Nos aeromotores de hélices, o mecanismo controlador altera o passo desta, ou posiciona superfícies de frenagem (brake flaps) na hélice.

    As velocidades de partida e de fechamento de um dado aeromotor constituem informações que deverão ser incluídas na curva de duração de velocidade e na curva de duração de potência.

2.4 - Sistemas de Energia Eólica

    Os sistemas de energia eólica existem para diferentes dimensões e para diferentes aplicações. Podemos subdividir estes sistemas em três categorias.

 

2.4.1 - Sistemas de grande dimensão ligados à rede

    As dimensões típicas das turbinas eólicas de eixo horizontal de ligação à rede situam-se numa gama entre 50 KW e 800 KW. Para a próxima geração estão já em teste aerogeradores com gamas de potência entre 1000 e 1500 KW. A tentativa de especificar um ótimo para a dimensão dos aerogeradores tem alimentado grande número de discussões. No entanto ainda não existe evidência de que exista um ótimo econômico. A tecnologia de sistemas eólicos atingiu, nos EUA e na Europa, a maturidade. A Europa tem vantagem competitiva ao nível de aerogeradores de grande dimensão (ordem dos MW) pois o desenvolvimento destes sistemas apenas tem lugar neste continente. Estas máquinas são desenvolvidas com base em experiências não comerciais de projetos de investigação e demonstração.

    Aerogeradores de ligação à rede funcionam agrupados em estruturas denominadas parques eólicos. A dimensão dos parques eólicos varia entre alguns 0,1 MW a dezenas de MW.

    Vários modelos conceituais estão em uso: aerogeradores de eixo horizontal ou eixo vertical; de velocidade variável ou de velocidade fixa; com reguladores de velocidade stall (vertical) ou reguladores de velocidade pitch (horizontal).

    A velocidade das turbinas stall é regulada naturalmente pelas características aerodinâmicas das pás sendo necessário um sistema de travagem para parar o rotor quando necessário. Os aerogeradores com reguladores de velocidade pitch são constituídos por pás em que o ângulo de inclinação é regulável. Este tipo de controle, mais complexo, dá a turbina uma maior capacidade de aproveitamento energético. Os aerogeradores atualmente no mercado usam, para a conversão de energia mecânica em elétrica, geradores assíncronos. A designação de aerogeradores de velocidade fixa vêm da tentativa de manter a velocidade fixa a partir de sistemas mecânicos ou aerodinâmicos. No entanto, o gerador assíncrono utilizado por estes aerogeradores não têm que funcionar forçosamente a uma velocidade fixa, tal como acontece com o gerador síncrono, mas sim dentro de uma gama de velocidades recomendável. A grande desvantagem dos geradores assíncronos reside no fato de precisarem absorver energia reativa da rede o que, para além de uma dependência desta, lhe trás problemas de controle de tensão e freqüência.

    Os aerogeradores mais comums no mercado são aerogeradores de eixo horizontal, com três pás e com reguladores de velocidade do tipo stall (2/3 das máquinas) ou pitch (1/3), funcionando com velocidade aproximadamente constante. Outros modelos conceptuais promissores, baseados em velocidades do rotor variáveis, estão a ser explorados em projetos liderados por companhias Européias.

    Os modelos de velocidade variável baseiam-se no uso de geradores síncronos e permitem um melhor aproveitamento da energia. Os geradores síncronos têm capacidade de controlar, através da excitação, a tensão e a potência reativa gerada o que era impossível nos geradores assíncronos. No entanto, a freqüência é diretamente proporcional à velocidade de rotação do rotor pelo que são necessários sistemas de conversão de freqüência. Os sistemas de conversão de freqüência baseiam-se em sistemas electrônicos de potência, mais concretamente: um retificador AC-DC e um inversor DC-AC. Estes sistemas possibilitam uma total manipulação da onda de saída: forma, freqüência, fator de potência e tensão.

    Uma das maiores preocupações no dimensionamento e projeto de parques eólicos é o levantamento do potencial eólico da região. Para tal, foram desenvolvidas ferramentas de simulação de ventos para estimar o potencial eólico e para possibilitar um correto dimensionamento dos parques.

    A penetração de energia eólica admissível em grandes redes pode atingir valores entre 15% e 20% sendo necessário tomar precauções respeitantes à qualidade de tensão e freqüência e à estabilidade da rede.

    Os parques eólicos podem ser instalados rapidamente. Parques eólicos com, por exemplo, 50 MW podem ser postos em operação em menos de um ano após o contrato.

 

2.4.2 - Sistemas híbridos de média dimensão

    Estes sistemas são sistemas eólicos combinados com sistemas fotovoltaicos, diesel ou hídricos em que podem ou não ser usados sistemas de armazenamento de energia. Estes sistemas são usados para pequenas redes isoladas ou para aplicações especiais tais como bombeamento de água, carga de baterias, dessalinização, etc.

    A dimensão destes sistemas varia entre 10 KW e 200 KW sendo os modelos criados e dimensionados especialmente para cada caso de estudo o que justifica o elevado custo deste tipo de sistemas.

 

2.4.3 - Sistemas eólicos isolados de pequena dimensão

    Estes sistemas delimitam uma gama de potências entre 25 W e 10 KW e são usados para carga de baterias, bombeamento de água, aquecimento, etc. Para sistemas de carga de pequenas baterias, com potências entre 25 W e 150 W (usando turbinas com diâmetro de rotor de 1 a 3 m), sendo este tipo de sistemas o mais bem sucedido comercialmente. Aproximadamente 200 mil pequenos sistemas de carga de baterias estão neste momento em uso.

    Os sistemas mecânicos para bombeamento são os sistemas eólicos numericamente mais representativos. Cerca de 1 a 2 milhões de unidades sob o nome de 50 marcas diferentes estão em uso dispersas por todo o mundo. No entanto estes sistemas são bastante antigos tendendo a ser substituídos por sistemas modernos atualmente em desenvolvimento e que têm vindo a despertar um interesse crescente.

 

2.5 - Aspectos econômicos da energia eólica

    As abordagens econômicas de sistemas eólicos com ligação à rede podem ser de dois tipos diferentes:

    a) Estudos na perspectiva das autoridades governamentais para planejamento energético: Esta abordagem faz um estudo comparativo dos custos anuais de energia U$/KWh para as diferentes fontes de energia. Esta abordagem é feita ao nível de economia internacional não incluindo fatores sociais ou influências governamentais tais como taxas de inflação, taxas de CO₂ ou outro tipo de taxas.

    b) Estudos na perspectiva de investidores privados ou distribuidores de energia elétrica: Nesta abordagem já são considerados os efeitos dos sistemas de taxas aplicados por cada país tais como taxa de inflação, taxa de atualização, taxas do sistema, etc. Como conseqüência deste tipo de abordagem a nível de economia nacional verifica-se que a viabilidade de sistemas de energia eólica difere muito de país para país. Ainda dentro deste tipo de abordagem a análise econômica poderá ser feita de duas formas diferentes: considerando os custos anuais de energia U$/KW; ou fazendo um estudo individual para cada projeto onde se tem em conta o montante do investimento, o dinheiro disponível e o tempo de amortização do investimento.

    Estima-se que em grande número de países a energia eólica é competitiva com energia fóssil e com energia nuclear desde que se considerem custos sociais e custos externos tais como o desenvolvimento econômico, diversidade energética, produção dispersa e benefícios ambientais. Estudos da EWEA (European Wind Energy Association) mostram que o preço U$/KWh de energia eólica podem ser reduzidos 25% com ajuda dos novos desenvolvimentos de tecnologia e com um incremento dos volumes de produção

    Organizações internacionais sem preferências por energia eólica (por exemplo a IAEA, International Atomic Energy Agency) prevêm que a energia eólica seja, antes de 2010, competitiva com as energias fósseis e nuclear sem que seja necessário ter em conta os custos externos e sociais.

    O custo da energia gerada através de sistemas eólicos é basicamente determinada pelos seguintes parâmetros:

    - Custo total de investimento

    - Custos de fabrico dos geradores eólicos

    - Custos de preparação do projeto, custos de infra-estruturas, etc.

    - Custos de operação e manutenção

    - Valor percentual da operabilidade do sistema

    - Tempo de vida

    - Valor médio da velocidade do vento no local de instalação

    - Período de amortização

    - Taxa de atualização

 

2.5.1 - Custos de fabricação dos geradores eólicos

    Estudos sobre os custos de fabricação para os fabricantes Europeus é de 167 dólares/KW. Existem aerogeradores com preços de 117 dólares/KW e 57 dólares/m² . No entanto, estes baixos custos estão relacionados com uma menor altura das torres implicando que estes aerogeradores não sejam os mais viáveis. Estes preços referem-se a custos individuais sendo negociáveis os preços para projetos de larga escala.

 

2.5.2 - Custos de preparação do projeto e de infra-estruturas.

    Este tipo de custos depende das características do local tal como a utilização do terreno, inclinação do terreno, proximidade de estradas, proximidade do ponto de interligação, etc. Estudos sobre este tipo de custo indicam valores da ordem de 43 dólares/KW para máquinas entre 450 KW e 600 KW localizadas em terreno plano. Estes preços não incluem a construção de estradas nem os custos da linha de interligação ou reforço de linhas já existentes.

2.5.3 - Custos de operação e manutenção

    Os custos de operação e manutenção incluem: serviços, reparação, seguro, administração, aluguel do local, etc. Estudos recentes dinamarqueses e alemães estimam que os custos de operação e manutenção, para aerogeradores entre 450 KW e 500 KW, variam entre 1.9 e 2.9 dólares/KWh dos quais metade corresponde ao seguro. Para uma máquina de 55 KW com 10 anos os custos de operação e manutenção estão tipicamente entre 3.8 e 5.8 dólares/KWh

 

2.5.4 - Operabilidade do sistema

    A operabilidade do sistema é dada em percentagem e representa o tempo de operabilidade do sistema desde que a velocidade do vento seja superior à velocidade mínima de arranque (aproximadamente 5 m/s). Para as máquinas modernas de fabrico Europeu a operabilidade é aproximadamente de 98%.

 

2.5.5 - Tempo de vida

    O tempo de vida para as máquinas é de aproximadamente 20 anos. Algumas peças individuais são substituídas ou renovadas regularmente. Consumíveis tais como o óleo da caixa de engrenagens, travões e amortecedores, etc. são substituídos de 2 em 2 anos. Partes do sistema de orientação das pás devem ser substituídos a cada 5 anos. Componentes vitais tais como mancais da caixa de engrenagens e mancais do gerador devem ser substituídos a metade do tempo de vida do aerogerador.

 

2.5.6 - Período de amortização

    Para o cálculo econômico do custo anual da energia é utilizado como período de amortização o tempo de vida do equipamento que é de aproximadamente 20 anos. Para investimentos privados será conveniente usar o período de amortização real. que corresponde ao tempo de amortização do empréstimo bancário. Normalmente os projetos privados de energia eólica, na Europa, são financiados em 10-20% a fundo perdido e os restantes 90-80% são cobertos por empréstimos bancários com um período de amortização entre 8 e 12 anos.

2.5.7 - Valor médio da velocidade do vento

    O mais importante parâmetro para o cálculo da viabilidade de um investimento é o conhecimento dos recursos eólicos do local. Teoricamente a energia produzida varia diretamente com o quadrado da velocidade média do vento e a potência varia com o cubo da velocidade. Na prática, a potência produzida por um aerogerador varia com a velocidade do vento segundo a curva de potência desse mesmo aerogerador e a energia produzida será o integral da potência produzida durante o tempo que estiver em funcionamento. Por seu lado o custo anual da energia é inversamente proporcional à potência produzida.

    Dados experimentais recolhidos na Noruega, Alemanha, Dinamarca e no Reino Unido, nos últimos 3 anos, mostram que os sistemas eólicos instalados atualmente com velocidades médias de 4.7 m/s a 10 m de altura produzem 800 KW/h/m²; com 5 m/s produzem 1000 KW/h/m² e com 9 m/s produzem valores anuais de energia superiores a 2000 KW/h/m².

 

2.5.8 - Custo anual de energia produzida com sistemas eólicos

    Os aerogeradores modernos produzem, hoje em dia, eletricidade a preço competitivo. Os custos anuais de energia foram reduzidos de U$ 35 KW/h em 1980 para os valores atuais que rondam os U$ 10 KW/h em locais com bons recursos eólicos. Prevê-se que com as novas tecnologias se atinjam no ano 2000 custos anuais de energia da ordem dos U$ 6 KW/h. Para investimentos privados, em que a avaliação econômica é baseada em períodos de amortização menores e com taxas de juros mais altas, os custos anuais são cerca de 1,7 vezes superiores. Os investimentos de sistemas eólicos de energia poderão ser amortizados em menos de 3 anos de operação para locais com bons recursos.

2.6 - Impacto ambiental

    A energia eólica é uma eficiente fonte de produção de eletricidade tendo ainda como vantagem os fatos de estar livre de perigos , de ser limpa e de ser abundante. Estas inquestionáveis vantagens da energia eólica não impedem que se tenham feito estudos, muito aprofundados, sobre todo o tipo de impactos que ela possa constituir. Sendo os mais importantes referidos e analisados em seguida.

 

2.6.1 - Utilização do terreno

    Os parques eólicos tem a vantagem de permitirem que o terreno ocupado seja utilizado para outros fins, agrícolas por exemplo, no entanto não devemos esquecer que a implantação de obstáculos ou o aumentos da rugosidade do terreno implica uma diminuição da produção do parque. De uma forma geral a instalação de parques eólicos não afeta significativamente o habitat natural.

    A área ocupada por um parque eólico não é excessiva quando comparada com outros tipos de aproveitamentos (hídricos por exemplo). A relação entre a área varrida pelas pás e a potência dos aerogeradores é de aproximadamente 3 m²/KW. Como exemplo, podemos observar que um aerogerador de 500 KW terá um comprimento de pás de aproximadamente 21 m. Estudos aerodinâmicos comprovam que os aerogeradores devem estar distribuídos pelo terreno de forma que o funcionamento de cada aerogerador não seja afetado pelas perturbações aerodinâmicas dos aerogeradores vizinhos. Estes fatos implicam que a disposição dos aerogeradores respeite uma distância mínima entre eles de 5 vezes o comprimentos das pás. Assim, como regra prática podemos admitir que a área requerida por um parque eólico é de 0,08 a 0,13 km²/MW (8-13 MW/km²).

 

2.6.2 - Emissão de ruídos

    A emissão de ruídos nos aerogeradores é devida ao funcionamento mecânico e ao efeito aerodinâmico. Para aerogeradores com diâmetro do rotor superior a 20 m os efeitos aerodinâmicos são os que mais contribuem para a emissão de ruídos.

    Os ruídos emitidos pelos aerogeradores decresce entre os 50dB junto ao aerogerador e os 35dB a uma distância de 450m. Os efeito fisiológicos, sobre o sistema auditivo, e efeitos sobre diferentes funções orgânicas apenas é sentida a partir dos 65dB. No entanto, valores mais altos que 30 dB podem provocar efeitos psíquicos sobre o homem sendo o nível de ruído recomendável inferior a 40 dB. O ruído de 40 dB corresponde a uma distância dos aerogeradores de 200 m. Sendo esta a distância entre aerogeradores e habitações respeitada na Europa

 

2.6.3 - Impacto visual

    Os modernos aerogeradores, com alturas das torres de 40 m e comprimento das pás de 20 m, constituem obviamente uma alteração visual da paisagem. O impacto visual é muito difícil de avaliar. No entanto, existem alguns efeitos incomodativos que podem ser contabilizados tais como: o efeito de sombras em movimento e reflexões intermitentes. O primeiro pode ser evitado com uma correta planificação do parque. O efeito das reflexões intermitentes, devidas à incidência do sol sobre as pás em movimento, pode ser evitado utilizando pinturas opacas. Pintar os aerogeradores com as cores da paisagem é uma boa solução para minimizar o impacto visual. Por vezes nas proximidades de instalações militares é sugerida uma pintura de camuflagem para evitar que os aerogerados constituam pontos de referência.

 

2.6.4 - Balanço Energético

    A energia gasta para produzir, instalar e para operação e manutenção de um aerogerador típico é produzida por esse mesmo aerogerador em menos de meio ano. Este fato torna a energia eólica numa das energias mais atrativas em termos de planeamento energético mundial.

2.6.5 - Aves

    Em alguns casos de parques localizados em zonas de migração de aves, tais como Tarifa no sul de Espanha, tem-se observado um elevado número de aves mortas pelo movimento de rotação das pás. No entanto, estes incidentes não constituem um caso sério na grande maioria dos parque. A forma de evitar estes incidentes é uma correta planificação na localização dos parques evitando as rotas de migração.

2.6.6 - Interferências eletromagnéticas

    Os aerogeradores, em alguns casos podem refletir as ondas eletromagnéticas. Isto implica que podem interferir e perturbar sistemas de telecomunicações. Estas interferências não são significativas. No entanto, é necessário efetuar estudos mais detalhados quando o parque se situa junto de aeroportos ou de sistemas de retransmissão.

 

2.6.7 - Segurança

    Quanto a segurança das pessoas, tem-se verificado que os sistemas eólicos estão entre os sistemas de produção de energia elétrica mais seguros. tendo sido registrados apenas casos raros de pessoas feridas por pedaços partidos das pás ou por pedaços soltos de gelo em países onde a temperatura é muito baixa.

2.7 - Utilização mundial de energia eólica

    Existem, atualmente, mais de 20.000 turbinas eólicas de grande porte em operação no mundo, com uma capacidade instalada de 5.500 MW. De acordo com a Agência Internacional de Energia, a capacidade mundial de turbinas eólicas instaladas alcançará 10.000 MW até o ano 2000. Na Europa, espera-se gerar 10% de toda eletricidade a partir do vento, até o ano 2030.

    A capacidade mundial de produção eólica cresceu rapidamente: passando de um crescimento anual de 541 MW em 1993 para 742 MW em 1994, dos quais aproximadamente 450 MW correspondem ao crescimento anual Europeu. Prevê-se que o crescimento de potência instalada de origem eólica em 1995 atinja 1200 MW.

    Programas ativos de instalação suportados pelos governos de longa data na Europa e nos EUA extendendo-se atualmente a outros países tais como China, Índia, Canadá, etc.

    Organizações, indústria e empresas de serviços assumem, cada vez mais, o seu interesse na energia eólica como um bom investimento e como solução para os problemas energéticos do futuro. No entanto a viabilidade econômica dos investimentos é muito diferente de país para país e de região para região dependendo essencialmente da distribuição geográfica do potencial eólico.

    A produção mundial de pequenos sistemas eólicos, com sistema de armazenamento de energia em baterias, é aproximadamente de 30 a 50 mil unidades por ano das quais 90% têm um limite máximo de potência inferior a 100 W. Os principais mercados são o Reino Unido (marinha e caravanas) e China (populações semi-nômades na região da Mongólia).

    A principal aplicação para sistemas de bombeamento mecânico é o abastecimento de água potável às populações. Os mercados principais são os EUA, Argentina, África e Nova Zelândia. O atual mercado para sistemas eólicos de bombas dágua é aproximadamente de 5 a 10 mil unidades por ano originárias de 50 fabricantes diferentes.

    A tabela 1 dá uma estimativa da potência eólica instalada nos anos de 1994 e 2000 dando também uma ideia do acréscimo de potência instalada para 1994 e 1995.

Tabela 1: Estimativas do acréscimo de capacidade de potência eólica para 1994 e 1995 e da capacidade para os anos de 1995 e 2000.

2.8 - Situação da Energia Eólica no Brasil

    Sabendo que o Brasil possui um grande potencial eólico, confirmado através de medidas de vento precisas realizadas recentemente, é possível produzir eletricidade a custos competitivos com centrais termoelétricas, nucleares e hidroelétricas. Análises dos recursos eólicos medidos em vários locais do Brasil, mostram a possibilidade de geração elétrica com custos da ordem de US$ 40 - US$ 60 por MWh.

    "De acordo com estudos da ELETROBRÁS, o custo da energia elétrica gerada através de novas usinas hidroelétricas construídas na região amazônica será bem mais alto que os custos das usinas implantadas até hoje. Quase 70% dos projetos possíveis deverão ter custos de geração maiores do que a energia gerada por turbinas eólicas. Outra vantagem das centrais eólicas em relação às usinas hidroelétricas é que quase toda a área ocupada pela central eólica pode ser utilizada (para agricultura, pecuária, etc.) ou preservada como habitat natural."(CBTTE)

    A energia eólica poderá também resolver o problema do uso da água do Rio São Francisco no Nordeste (água para gerar eletricidade versus água para irrigação). Grandes projetos de irrigação às margens do rio e/ou envolvendo a transposição das águas do rio para outras áreas podem causar um grande impacto no volume de água dos reservatórios das usinas hidrelétricas e, conseqüentemente, prejudicar o fornecimento de energia para a região. Entretanto, observa-se que as maiores velocidades de vento no nordeste do Brasil ocorrem justamente quando o fluxo de água do Rio São Francisco é mínimo. Logo, as centrais eólicas instaladas no nordeste poderão produzir grandes quantidades de energia elétrica evitando que se tenha que utilizar a água do rio São Francisco.

    Por outro lado, o Brasil possui milhares de locais isolados onde a eletricidade é gerada através de óleo diesel. Apenas na região Amazônica, mais de 500 comunidades utilizam motogeradores diesel para a geração elétrica com custos de geração entre US$ 0,20/KWh e US$ 0,80/KWh. Turbinas eólicas acopladas aos sistemas diesel existentes (sistemas híbridos eólico/diesel) podem propiciar uma economia substancial em termos de consumo de combustível, transporte, armazenamento, operação, manutenção e logística, sem contar com a redução da poluição ambiental.

2.9 - Futuro

    Algumas organizações internacionais fizeram estudos para prever cenários para a evolução de sistemas de energia eólica em todo o mundo.

    A EWEA (European Wind Energy Association) elaborou um documento estratégico, "Time for Action" publicado em 1991, onde estableceu metas realísticas para a Europa no ano de 2030. Neste documento prevê-se que sistemas eólicos alimentem 10% do consumo estimado o que equivale a 100000 MW instalados.

    O WEC (World Energy Council) elaborou dois cenários: o primeiro enquadra-se numa situação em que não existem alterações significativas nas medidas ambientais. Este cenário prevê uma potência instalada de 10000 a 15000 MW no ano 2000 e 180000 MW no ano 2020. O segundo cenário, cenário ecológico, prevê para o ano 2020 uma potência instalada de energia eólica de 474000 MW.

 

3.0 - Conclusão

    Conclui-se, ao término deste trabalho que a energia eólica é uma das grandes promessas de geração de energia para o futuro, devido ao seu caráter de energia "limpa", baixo custo e segurança.

    Com o avanço das pesquisas e de novas tecnologias que emergem constantemente, a energia eólica torna-se cada vez mais barata e eficiente, podendo em breve tornar-se competitiva com as energias fóssil e nuclear

    Na Europa e nos Estados Unidos, a energia eólica está em um estágio bem avançado se comparado ao Brasil, mas a América do Sul (principalmente Chile e Nordeste do Brasil) oferece ventos de ótimas condições, que só podem ser encontrados semelhantes nas regiões polares, podendo gerar, mesmo com tecnologia inferior, uma grande quantidade de energia; superior até a gerada pelo Rio São Francisco com baixo custo e grandes vantagens sobre a energia proveniente de usinas hidroelétricas.

    Para que o avanço seja possível e para que a energia eólica passe a ser uma energia competitiva com as energia fóssil e nuclear, sem que para tal seja necessário considerar custos sociais e outros custos externos, será necessário que as organizações responsáveis e as entidades governamentais tomem as medidas de incentivo necessárias para que a tecnologia de sistemas eólicos atinja a maturidade e a total viabilidade na América do Sul e especialmente no Brasil.

 

4.0 - Referências Bibliográficas

- Mialhe, L.G. Máquinas motoras na agricultura. São Paulo: EDUSP. 1980, v1, pág. 74 - 93.

- Vento Solar - Energia Alternativa

http://www.ventosolar.de/

- CBTTE - Centro Brasileiro de Testes de Turbinas Eólicas

http://www.windcenter.com/

- CRESESB - Centro de Referência para Energia Solar e Eólica

http://www.cepel.br/crese/cresesb.htm

- ABC Geografia

http://www.winbr.com/abc/geografia.htm

- The World Energy Council

http://www.wec.co.uk/

- European Wind Energy Standards Buletins

http://www.igc.org/awea/tech/ewts/index.html

- European Wind Energy Association

http://www.ewea.org/

- European Wind Atlas

http://130.226.52.108/foreword.htm