Fontes renováveis (Parte 1): Energia Eólica

A energia eólica é uma das fontes renováveis de energia que mais crescem no mundo atualmente.

Buscando mostrar aspectos importantes de algumas fontes renováveis, essa primeira parte, de uma série de artigos, aborda a energia eólica e suas características.

A Energia Eólica ao longo do tempo

Há muito tempo o homem utiliza a força dos ventos para realizar certas atividades. Desde a moagem de grãos pelos persas, alguns séculos depois de Cristo, até a geração de eletricidade com os aerogeradores modernos. Sem contar o uso do vento para impulsionar embarcações, que datam de bem antes da Era Cristã.

Um aspecto importante a ser mencionado é a diferença na tecnologia empregada nos chamados moinhos de vento ao longo dos anos.

No início eles apresentavam em sua maioria eixos verticais. E depois, os moinhos de vento com eixo horizontal foram se tornando mais comuns (Obs.: mais informações no tópico “Tipos de aerogeradores”).

Por volta dos anos 1800, foi criado nos Estados Unidos um moinho de vento que ficou bastante conhecido no mundo inteiro, o moinho de Halladay. Ele apresenta várias pás e seu uso é voltado para o bombeamento de água.

Os aerogeradores como conhecemos hoje surgiram no século passado. Alguns países da Europa e os Estados Unidos foram pioneiros no desenvolvimento dessas máquinas.

O primeiro aerogerador de 1 MW entrou em operação em 1941, e hoje, tem-se notícias de aerogeradores para uso offshore (no mar) de mais de 10 MW, com diâmetros do rotor de mais de 150 metros.

Como os aerogeradores funcionam ?

O princípio de funcionamento de um aerogerador consiste na conversão da energia cinética do vento em energia elétrica.

O formato aerodinâmico das pás dos aerogeradores faz com que o vento, ao atingi-las, gere uma força que proporciona o giro do rotor.

O eixo que fica acoplado ao rotor apresenta baixa rotação. Então geralmente tem-se uma caixa multiplicadora, responsável por elevar a rotação a níveis compatíveis com o gerador elétrico.

É interessante dizer que os aerogeradores modernos apresentam controles importantes. O controle de pitch faz com que a pá gire em torno do seu próprio eixo, modificando a velocidade de rotação do rotor.

O controle de yaw é responsável por deixar o rotor sempre perpendicular à direção do vento. Dessa forma, o aerogerador consegue extrair a quantidade máxima de energia.

Tipos de aerogeradores

Como mencionado anteriormente, existem aerogeradores de eixo vertical e horizontal.

A força gerada quando o vento atinge as pás pode ser decomposta em duas componentes. Uma componente de arrasto (drag) e outra de sustentação (lift).

Os aerogeradores de eixo vertical de forma geral utilizam a componente de arrasto para girar o rotor. Por outro lado, os de eixo horizontal utilizam a componente de sustentação.

A utilização da componente de sustentação acaba sendo a opção mais eficiente. Logo, os aerogeradores que apresentam controle de pitch buscam maximizar a componente de sustentação e diminuir a de arrasto através da rotação da pá.

É importante mencionar que os aerogeradores de eixo vertical não necessitam de controle de yaw, uma vez que o giro do rotor independe da direção do fluxo do vento.

Energia Eólica no Brasil

A matriz elétrica brasileira é conhecida pela predominância das fontes renováveis de energia. Dentre essas fontes, a energia eólica tem grande destaque.

O primeiro aerogerador instalado no Brasil entrou em operação em 1992 em Fernando de Noronha, resultado da parceria entre o antigo Centro Brasileiro de Energia Eólica (CBEE) da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE) e a Companhia Energética de Pernambuco (CELPE), com financiamento do instituto de pesquisas dinamarquês Folkecenter.

No ano de 2009 foi realizado o primeiro leilão exclusivo para a fonte eólica e em 2019 as eólicas assumiram o segundo lugar na matriz elétrica, passando de aproximadamente 600 MW para 15,45 GW de capacidade instalada na última década.

Essa potência instalada deixa o Brasil no sétimo lugar no ranking mundial de capacidade instalada de energia eólica.

As regiões brasileiras que mais utilizam a força dos ventos para geração de eletricidade são a região Sul e Nordeste. Nessa última, estão instalados mais de 80 % dos parques eólicos nacionais.

É importante dizer que o Brasil apresenta ventos com características ideais para a geração de energia, resultando em centrais eólicas com alta produtividade.

O fator de capacidade (relação entre a produção efetiva e a capacidade máxima de produção em um mesmo período de tempo) médio das eólicas no mundo é de aproximadamente 25 %, enquanto a média nacional é superior a 40 %.

Nesse cenário, nota-se a importância da energia eólica para o país, gerando energia limpa e atraindo investimentos do mundo inteiro.

Avanços e desafios da Energia Eólica

Um dos avanços tecnológicos mais notáveis no setor eólico é a evolução do tamanho das máquinas.

Aerogeradores maiores conseguem captar ventos de maior intensidade, os quais ocorrem nas camadas mais elevadas da atmosfera, resultando numa maior geração de energia.

Essas máquinas maiores acabam sendo mais utilizadas na aplicação offshore, a qual apresenta em geral um maior recurso eólico se comparada a onshore devido aos ventos mais intensos em alto mar por falta de obstáculos.

Vários desafios são encontrados na aplicação offshore. Desde os desafios tecnológicos de desenvolver máquinas cada vez maiores e fundações seguras, por exemplo, até desafios logísticos no transporte de componentes tão grandes.

Além disso, no Brasil ainda não há uma regulamentação ambiental específica para tal aplicação. Isso faz com que projetos eólicos desse tipo encontrem dificuldades de implantação.

Com relação à área de materiais, na fabricação das pás dos aerogeradores, o material utilizado em geral é a fibra de vidro. Porém, atualmente vem sendo cada vez mais comum encontrar pás de fibra de carbono, sendo mais leves e resistentes.

Uma aplicação que já é comum em alguns países europeus mas que é rara no Brasil é o uso de aerogeradores de pequeno porte em ambiente urbano.

Embora essa aplicação apresente alguns pontos negativos como os ventos mais fracos na cidade por conta da presença de vários obstáculos e o ruído gerado pelas máquinas, ela se torna uma alternativa para os proprietários das residências que desejam gerar sua própria energia e não têm áreas livres para instalação em sua propriedade.