Energia Eólica
Discutir a importância do vento para o caminhar da humanidade é uma tarefa muito difícil. Se não fosse por essa incrível força da natureza talvez não tivéssemos conseguido avançar tanto no aspecto tecnológico. Descobrir formas de catalisar essa força e utilizá-la a seu favor sempre foi um objetivo no horizonte da espécie humana.
Segundo estudos a energia eólica nos acompanha a mais de 3000 anos. Não faltam registros sobre civilizações que utilizavam grandes moinhos de vento e cata- ventos para realizar atividades difíceis como moagem de grãos e bombeamento de água. E é claro, as grandes velas, responsáveis pelo “descobrimento” de locais distantes, responsáveis pelo transporte de mercadorias e utilizadas como ferramentas de guerra. Os barcos a vela moveram a humanidade por incontáveis anos.
Colocando em um belíssimo combate duas das principais forças da natureza: os ventos contra as ondas. É claro que os fortes braços de guerreiros e escravos moviam pesados remos como uma ajuda as velas nos barcos mais antigos como o birreme e o trirreme, ou mesmo nas primordiais jangadas, mas a força do vento inflando as velas jamais foi esquecida.
Charles Francis Brush foi o homem que entendeu que os antigos moinhos de vento poderiam ser utilizados para gerar energia elétrica. E assim o fez, em 1888 Brush construiu um gerador movido pelo vento, que permitia abastecer sua casa e seu laboratório. Antes dele em 1887 James Blyth havia construído uma estrutura com pás de tecido que conseguiu utilizar para gerar uma pequena quantia de energia.
O que esses homens fizeram, nada mais foi do que ligar as pás que eles desenvolveram em pequenos geradores que eram os responsáveis por transformar a energia cinética (energia do movimento) em elétrica. Vamos entender melhor esse fenômeno?
Neste texto você irá conhecer tudo sobre a energia eólica, irá entender as vantagens de seu uso, seu funcionamento, seu histórico no Brasil e no mundo e até sobre os custos necessários para sua implementação. Agora iremos entender um pouco melhor como a mágica acontece.
Nada se cria, nada se perde, Tudo se transforma!
A famosa frase profe.rida por Antoine-Laurent de Lavoisier, químico francês, é a base para entendermos o funcionamento de qualquer transformação energética. Neste capítulo trataremos especificamente da energia eólica
Para que os cata-ventos (usaremos este termo por hora, já que essa estrutura podem ser as atuais pás feitas de fibra de vidro ou de fibra de carbono, as hélices de moinhos antigos, ou as estruturas de tecido feitas por Blyth) produzam energia elétrica, acontecem três transformações energéticas.
A primeira é a transformação da energia cinética do vento, ou seja a energia do movimento, (que ocorre graças a variação de pressão entre as massas de ar) em energia mecânica (o giro dos cata-ventos) que, posteriormente irá movimentar um gerador que irá transformar essa energia mecânica em energia elétrica.
Até aqui entendemos que a energia eólica, nada mais é, do que uma máquina que transforma o movimento dos ventos em energia elétrica. E você deve estar pensando que esse movimento é causado pela velocidade do vento, e está certo! Assim como nas antigas caravelas, o que nos interessa aqui é a velocidade do vento. Quanto mais rápido mais energia será gerada.
Por esse motivo o estudo sobre a velocidade média dos ventos na hora de instalar os imensos geradores é essencial. Sobre ele falaremos nos próximos capítulos. Mas antes, vamos entender um pouco mais como a turbina funciona.
Estrutura
A turbina eólica é composta por três grandes estruturas: a nacela, as pás e a torre. A seguir vamos conhecer detalhadamente cada uma dessas estruturas e suas especificidades.
A nacela é o coração da turbina. Dentro dela estão todas as estruturas responsáveis por transformar a energia e transmiti-la. As principais estruturas são o multiplicador de velocidade que irá aumentar a velocidade dos eixos e fazer com que o transformador gire muito mais rápido do que as pás e o próprio transformador que, por sua vez, irá transformar a energia de seu eixo (através da lei de Indução de Faraday) em eletricidade que será transmitida por cabos.
Por fora da nacela existem ainda uma biruta, que é um aparelho simples para medir a direção do vento e um sistema de freio a disco acoplado em um medidor de
giro. Caso as pás estejam rodando tão rápido a ponto de danificar as estruturas internas, o freio entrará em ação.
As pás são, comumente, três. Elas são presas por um rotor: uma estrutura cônica responsável por manter as pás presas. As pás são feitas de fibra de vidro ou fibra de carbono, estes materiais são utilizados para garantir a resistência, sem que a estrutura fique muito pesada.
Por fim, a torre que sustenta toda a estrutura. Ela pode ser cônica feita de aço ou de concreto, ou treliçada feita de aço galvanizado. Por dentro dela correm os cabos responsáveis por transmitir a energia transformada no gerador para as estruturas externas responsáveis por sua distribuição.
Essas turbinas variam de 80 a 120 metros de altura. As pás pesam cerca de 17 toneladas e medem mais de 60 metros. Agora que sabemos como é composta uma turbina eólica, vamos conhecer os países que mais utilizam este tipo de energia.
Energia Eólica pelo mundo
A produção de energia eólica vem crescendo ano a ano no mundo. Em 1996, o mundo todo produzia cerca de 6,1 GW (unidade que mede a capacidade cumulativa). Em 2020 o mundo alcançou 650 GW.
Os países responsáveis por puxar esse número foram a China (dona de mais de 25% da produção mundial) e os Estados Unidos. O top cinco conta ainda com a Alemanha, a Índia e a Espanha.
O Brasil contou com um alto investimento no setor nos últimos anos. O que o tirou da 15ª posição em 2012 e o fez chegar na 8ª em 2020.
Apesar dos números absolutos da China e dos Estados Unidos serem muito altos, quando comparados com outras formas de geração de energia a porcentagem não fica tão grande. Nos Estados Unidos, por exemplo, a energia eólica representa 10% e na China somando todas as energias renováveis o valor chega a 13%.
Porém países menores conseguem ter um melhor resultado nesse quesito. Na Dinamarca, por exemplo, 48% de toda a energia produzida é eólica e na Irlanda esse percentual é de 38.
Considerando todo o continente europeu 14% da energia produzida tem sua origem nos ventos. Mas o que faz com que alguns países possuam mais ou menos energia eólica? O primeiro motivo é óbvio: o investimento governamental, o interesse por fontes de energia que sejam limpas. Mas há, também, um motivo geográfico. A energia eólica necessita que haja um espaço grande e com muito vento para garantir o seu funcionamento. Por isso algumas áreas são melhores do que outras. Vamos entender um pouco melhor?
Produção mundial
A produção energética mundial, em 2018, era dividida da seguinte forma:
Podemos extrair algumas informações interessantes deste gráfico. O primeiro ponto é a decadência da produção de energia através do óleo. O método que representava 25% da produção mundial nos anos 70 hoje representa apenas 3%. A maioria dos países que ainda investem nesse método ficam no Oriente Médio.
Outros dados interessantes são relacionados ao crescimento do uso de fontes renováveis, se somarmos elas (hidroelétrica, eólica, solar, biocombustíveis) chegaremos a, aproximadamente, 25% o que já seria o segundo colocado no ranking, superando a energia por gás natural ficando atrás apenas das termoelétricas movidas a carvão.
Maiores parques eólicos do mundo
Desde o início do século XX as maiores geradoras de energia elétrica são as hidrelétricas. Atualmente o topo do ranking está ocupado pela chinesa Três Gargantas que tem capacidade para produzir 22.500 MW. Seguida pela brasileira Itaipu que pode produzir 14.000 MW.
Neste texto, nosso foco é na energia eólica, mas é importante sabermos o quanto as maiores usinas do mundo geram para podermos comparar com a produção eólica. A maior usina eólica do mundo também está na China. É a usina de Gansu que pode produzir 7.950 MW valor impressionante, que a coloca como a 8ª maior usina do mundo (independente da forma de produção).
A título de curiosidade o Brasil possui três usinas no top-10 das maiores. Todas elas hidrelétricas (Itaipu 2ª, Belo Monte 4ª e Tucuruí 7ª).
A segunda e terceira maiores usinas eólicas são “Alta” nos Estados Unidos e “Muppandal” na Índia que tem capacidade de produção em 1548 MW e 1500 MW respectivamente. Outra curiosidade é que a maior off-grid do mundo seria a 4ª maior usina se considerarmos as off-grid e as on-grid.
Os dois maiores parques eólicos em fase de construção atualmente são: o parque Centro Asiático de Energia Renovável que está localizado na Austrália e que desde sua proposta em 2014 já teve o seu projeto alterado inúmeras vezes. Finalmente em 2020 começou a construção de um dos parques, que gerará energia para a Indonésia e, talvez, para Cingapura. A energia será transmitida por cabos subaquáticos que passarão pelo oceano. A capacidade total do complexo deve ser de 7500 MW.
O segundo maior parque já está em construção, fica na Suécia e terá capacidade de 4000 MW. O parque de Markbygden sofreu alguns contratempos, principalmente ligados a questões ambientais, mas sua construção está ocorrendo. Ele será o maior parque europeu on-grid e um dos maiores do mundo.
Onde construir um parque eólico?
Bom, essa não é uma pergunta fácil de ser respondida, já que existem muitos fatores a serem considerados, normalmente a equipe responsável por propor um novo parque eólico é composta por profissionais de muitas áreas diferentes.
De forma geral, é preferível que o terreno seja plano, uma planície ou um planalto; que não tenha nenhum obstáculo, seja ele acidente geográfico ou construção
humana, que possa bloquear o vento. E, é necessário muito cuidado para a construção das turbinas, precisa-se garantir que uma não vá “roubar” o vento da outra, esse planejamento é feito por profissionais como geógrafos e físicos, de forma geral a maior parte dos parques eólicos do mundo tem um desenho parecido.
Outra informação importante que precisa ser considerada são as espécies animais que ali vivem. Especialmente os pássaros. Um dos maiores problemas da energia eólica são os acidentes com pássaros que acabam se chocando com as pás. Isso pode ser evitado se a altura de cruzeiro dos pássaros for considerada no momento do planejamento da altura das turbinas.
Encontrar as condições ideais pode levar ao surgimento de novos problemas, na China, por exemplo, o local ideal para a construção de grandes parques eólicos é a região de Xinjiang, mas essa região fica distante das grandes cidades, e considerando que a China é o terceiro maior país do mundo dá para imaginar que a distância é bem longa. Com isso é necessário uma gigantesca cadeia de transmissão responsável por levar a energia até os consumidores.
No Brasil temos um fenômeno parecido ao chinês, já que a melhor região para construção de parques eólicos é o nordeste. Mesmo sendo uma região populosa e importante está distante dos grandes centros urbanos como São Paulo e o Rio de Janeiro.
Fabricação
Uma curiosidade interessante sobre a energia eólica brasileira é o fato de três grandes fábricas de componentes das turbinas estarem instaladas no país. A Enersud, que é a menor, está no Rio de Janeiro.
Enquanto a Enercon e a Tecsis estão no interior de São Paulo, mais especificamente na cidade de Sorocaba. Cidade que, não por acaso, acolhe diversas fábricas de diversos ramos. A Tecsis, inclusive, é a maior fabricante de pás eólicas personalizadas do mundo. Atualmente são 11 plantas instaladas na cidade de Sorocaba, que empregam mais de 5000 pessoas.
Praticamente toda a produção das duas fábricas sorocabanas são para exportação. Agora que você já sabe sobre a fabricação dos componentes das turbinas aqui no Brasil, deve estar curioso para conhecer os grandes parques eólicos brasileiros.
Energia Eólica no Brasil
A maior parte dos parques eólicos brasileiros estão nas regiões sul e nordeste do país. O maior parque eólico brasileiro, em capacidade instalada, é o Complexo Eólico Alto Sertão II com potencial de 386,10 MW, seguido de perto pelo irmão mais velho Complexo Eólico Alto Sertão I que tem potencial de 293,6 MW. Ambos ficam na Bahia. No total os complexos abrigam 29 parques e ainda possuem parques de energia solar anexos.
Quem fecha o pódio dos parques eólicos brasileiros é o Complexo Eólico Delta 3 que fica no Maranhão e tem potencial de 220,8 MW. Fora da região nordeste o maior parque fica no Rio Grande do Sul e foi batizado como Usina de Energia Eólica Capão do Tigre e tem potencial de 180 MW.
Para se ter uma ideia o complexo Alto do Sertão II, sozinho, seria capaz de abastecer uma cidade do tamanho de Maceió. Sem precisar de outras fontes de energia.
No mapa você pode conferir as regiões brasileiras que mais possuem ventos.
O governo brasileiro pretende, até 2030, aumentar 2,4 gigawatts por ano em energia eólica e 731 megawatts de energia solar. O crescimento com as termelétricas deve ser comparável ao das eólicas e para as hidrelétricas, não há planos de construção de novos empreendimentos, porém, existem para o aumento de capacidade das atuais.
Vantagens
A primeira vantagem, e talvez a mais importante, é que a energia eólica é limpa e renovável. Mas o que isso quer dizer?
Ser limpa significa que não emite gases, ou outros resíduos que causam poluição, como é o caso das termelétricas, por exemplo. E renovável significa que ela não utiliza insumos que podem acabar, como o carvão ou o petróleo. Ela simplesmente usa o movimento do vento. Um fenômeno natural que sempre existirá.
Deixando de lado as questões ambientais, uma grande vantagem social que a energia eólica gera são os empregos e o desenvolvimento para áreas que, normalmente, são desfavorecidas, como é o caso do nordeste brasileiro ou da região de Xinjiang na China. Estima-se que, só no Brasil, a energia eólica vai gerar mais de 200 mil empregos nos próximos cinco anos.
Desvantagens
Se por um lado as turbinas eólicas não geram poluição no ar ou no solo elas causam poluição visual e sonora. Vários pontos turísticos, como praias, planícies e parques acabam ganhando em seu horizonte as gigantes turbinas eólicas o que desagrada locais e turistas, não raro vemos locais que viviam do turismo perdendo grande parte dos visitantes por causa do ruído e da aparência dos parques eólicos.
Em relação à poluição sonora o problema é maior para as cidades que moram próximo aos parques, assim como as populações que moram próximas a aeroportos. A grande diferença é que o barulho dos aeroportos é ocasional, enquanto as turbinas fazem barulho o tempo inteiro. A solução que vem sendo utilizada é aumentar a altura das turbinas tentando, assim, diminuir o ruído audível.
Outro problema é a intermitência dos ventos. Ou seja, os ventos não são sempre constantes. Por esse motivo a fonte de energia não é confiável. Então é sempre importante ter uma segunda fonte de backup para garantir que nenhuma região fique sem fornecimento de energia. Você deve estar pensando no caso da Dinamarca que possui 48% de sua energia baseada nas turbinas eólicas.
Os dinamarqueses pretendem ter 100% de energia limpa até 2030. E a opção encontrada foi a de construir painéis solares. Se não há vento, deve haver Sol! Outras técnicas utilizadas pelos dinamarqueses são as opções de armazenagem de energia. A mais curiosa provavelmente são os carros. O governo dinamarquês pretende utilizar carros elétricos para suprir a demanda total de energia quando os ventos estiverem fracos.
Para isso os carros serão mantidos sempre carregados e, em caso de necessidade, usados como reservatórios de energia. Outra solução interessante encontrada pelo governo foi em relação às linhas de transmissão. Segundo especialistas, a população dinamarquesa jamais aceitaria tamanha poluição visual (as turbinas mais as torres de transmissão) por isso o pequeno país europeu resolveu criar suas linhas de transmissão a partir de linhas subterrâneas.
Direcionando nosso olhar de novo para as desvantagens das turbinas eólicas. Outro problema bem grave relacionado com as turbinas são os acidentes com pássaros e morcegos. Estima-se que em 2016 mais de 300 mil pássaros e 1 milhão de morcegos tenham morrido após se chocar com as pás.
Uma forma de amenizar este problema é estudando as atividades das espécies de animais que ali vivem e construindo as turbinas em alturas que respeitem os voos
dos pássaros. Isso pode ser feito adicionando as equipes responsáveis profissionais como biólogos e veterinários.
Por fim, caímos no eterno problema do custo. As turbinas eólicas ainda são uma das formas de se produzir energia mais onerosos que existe. Principalmente se as linhas de transmissão forem subterrâneas.
Turbinas “Off-Grid”
O termo “off-grid” está na moda atualmente, mas você sabe o que ele significa?
Vamos explorar esse conceito!
Utilizamos o termo off-grid para nos referir a fontes de energia que não estão ligadas a rede energética principal. Na tradução literal off-grid significa: “fora da rede”. Esse modelo é muito importante para suprir as necessidades energéticas de regiões afastadas. Mas, cada vez mais, vem crescendo seu uso em regiões que estão ligadas a rede.
Isso é feito de forma privada, para garantir o fluxo de energia em casos de problemas com a rede principal. Não raro, edifícios ou residências instalam sistemas geradores de energia em seus ambientes para garantir a independência energética. Além de reduzir custos a longo prazo. Porém o investimento inicial é único e bem grande.
As pessoas que escolhem criar sistemas off-grid tendem a utilizar a energia eólica e a solar, normalmente. Muitas vezes elas são utilizadas de forma acoplada, para garantir que, quando uma estiver com baixa produção a outra possa compensar. Uma terceira forma de produção de energia off-grid é a hidrelétrica, porém os requisitos são mais complexos, por isso ela fica limitada a poucos locais.
As off-grids podem ser utilizadas em sistema análogo aos geradores à diesel, ou seja, no caso de apagão ou falha na rede principal, existe uma fonte alternativa.
Outra utilidade muito interessante para as off-grid está no uso rural. Pode-se, voltar aos primórdios, e instalar turbinas eólicas com intenções distintas de apenas gerar energia elétrica. A energia eólica pode ser utilizada para bombear água, por exemplo. Segundo estudos é possível bombear até 3000 litros por hora em até 60 metros de profundidade. E isso pode ser distribuído, com uso de uma única turbina, por até 50 metros de distância.
Apesar do raio de distribuição ser relativamente pequeno, é possível abastecer diversas estruturas em uma fazenda média, como a casa principal, os estábulos e outras estruturas de animais, além da irrigação de pomares e hortas.
Para se ter ideia, o maior parque eólico off-grid do mundo seria o 4º maior parque mesmo se considerarmos os on-grid. Os sete maiores parques off-grid do mundo estão na Europa, o Reino Unido, a Alemanha, a Holanda e a Dinamarca possuem alguns desses parques.
Custos
Quando pensamos no valor da energia, costumamos pensar no valor que nos é apresentado na conta. Porém nesse valor existem muitos aditivos, como impostos, custos de operação, distribuição e etc. Para sabermos qual é a fonte de energia mais barata precisamos direcionar nosso olhar para o cerne da questão. Ou seja, o custo de 1w de energia para a empresa responsável.
Em 2020 o custo médio, no estado de São Paulo, foi de 85 centavos para o consumidor final. Esses dados específicos, muitas vezes, são ocultados pelas empresas. Porém o custo médio de 1w de energia nos Estados Unidos é de 2 centavos isso tanto para as formas tradicionais de geração quanto para eólica o que aponta para uma tendência mundial de barateamento da energia eólica (mas temos que nos lembrar que os custos iniciais são muito altos e são diluídos no preço do watt por anos). Porém, a tendência é que a energia eólica fique mais barata para o consumidor final já que os governos oferecem subsídios para fontes limpas de energia, isso significa que os impostos sobre as energias renováveis são menores.
Mas, no caso de você ter as condições ideais para construir um gerador eólico na sua residência, a economia com a conta de luz pode chegar a 90% do valor que você paga atualmente. Segundo estudos (isso depende, é claro, do vento na sua região) um único gerador eólico é capaz de suprir a necessidade de uma casa com até dois moradores.
Aqui você encontra uma calculadora de consumo de energia por equipamentos elétricos. Ela é baseada para o mercado estadunidense, porém pode servir como uma base para você entender o quanto cada aparelho consome em dinheiro.
Custo da implementação
Até agora falamos sobre as vantagens e os problemas, os cuidados a serem tomados, as regiões mais propícias, mas eu tenho certeza que você quer saber dos números. Bom, vamos a eles:
Para a implementação de pequenas turbinas (residências ou industriais) existem opções que variam de mil reais a três mil e quinhentos. Porém, com a instalação, mão de obra e estruturas adjacentes necessárias o investimento beira os 12 mil reais.
Com essa informação em mãos você deve estar querendo saber qual é o valor das turbinas gigantes e até de um parque eólico completo. Esse custo varia muito de acordo com as distâncias, dificuldades de instalação, logística, etc. Mas, de forma aproximada, podemos fazer a conta por megawatts que ela produzirá. No Brasil o custo médio de uma usina é de 1,66 milhão de reais por MW.
Futuro
A energia eólica é uma das formas de se produzir energia mais limpa que existe. Para o futuro já é possível pensarmos em turbinas sem pás. Na Espanha, por exemplo, elas já são realidade. Essas turbinas sem pás não irão causar danos aos pássaros e morcegos, por exemplo.
Outra tecnologia que já existe consiste em películas extra finas e de fácil instalação que podem ser colocadas em janelas de edifícios, por exemplo, que conseguem gerar energia mesmo com ventos fracos. Já existem, também, turbinas portáteis, que pesam cerca de 10 quilos e podem ser montadas em minutos, ideais para acampamentos, por exemplo.
Todas essas tecnologias descritas neste capítulo pertencem a Startups europeias e ainda estão em desenvolvimento, mas nos mostram que a tecnologia eólica é uma ótima opção para o presente e continuará sendo no futuro.
Resumindo…
Agora que você está munido de inúmeras informações sobre a energia eólica pode chegar as suas próprias conclusões. Quanto a implementação residencial a energia eólica deixou de ser uma grande aventura e passou a ser um investimento, a longo prazo, benéfico tanto individualmente, quanto para o planeta, já que se trata de uma energia “limpa”.
Mesmo se você for instalar apenas uma turbina, busque saber se ali tem alguma rota de voo de pássaros ou de morcegos, afinal, eles também são importantes para garantir o equilíbrio ecológico da sua região. Se você mora em um condomínio, seja vertical ou horizontal, pode procurar informações sobre como instalar turbinas que
geram energia o suficiente para todos os condôminos. Off-grid, ou não, será uma economia e uma segurança extra para todos os envolvidos.
Além disso, podemos utilizar os conhecimentos dos antigos e aplicá-los em nossa vida, usar a energia eólica para bombear água e até para moagem de grãos em uma baixa quantia.
A energia eólica vem demonstrando ser uma das principais vertentes energéticas do futuro. A humanidade precisará, cada vez mais, de energia, mas também precisa cuidar de seu planeta. Combustíveis fósseis poluem, além de serem finitos. Conseguir canalizar as forças da natureza como o vento e a água provavelmente será o maior aliado dos humanos em busca de um futuro rico e saudável.
Mas a natureza exige respeito. Precisamos saber exatamente o que fazer de forma a não quebrar ciclos de vida, não extinguir espécies ou destruir habitats naturais. Os parques eólicos precisam ser sustentáveis, respeitar o espaço dos pássaros e morcegos, além de não destruir a flora local.
Tomando todos os cuidados necessários, o vento deve seguir empurrando a humanidade em direção a um progresso sustentável. Como faz há mais de 3000 anos.