Planejamento e gestão de recursos eólicos
para produção de energia elétrica
Marcos Antonio Tavares Lira1
José Machado Moita Neto2
Bartolomeu Ferreira dos Santos Júnior3
Fabiola Maria Alexandre Linard4
Albemerc Moura de Moraes5
Resumo: O trabalho apresentado trata do planejamento integrado com a gestão dos
recursos eólicos na perspectiva de produção de energia elétrica. Seu objetivo é discutir as
práticas de planejamento, apontando as dimensões técnicas, econômicas, sociais e
ambientais presentes em empreendimentos voltados para a obtenção de energia eólica.
Inicialmente, faz-se uma abordagem sobre as características físicas dos recursos eólicos,
as quais são importantes quando da escolha de um local como potencial para a instalação
de uma usina eólica. Em seguida é feita uma análise dos aspectos sócio-econômicaambiental relacionados com a energia eólica e finalmente o planejamento ambiental é
discutido numa vertente mais sistêmica.
Palavras – chave: Energia Eólica. Impacto Ambiental. Planejamento Ambiental.
1 - Marcos Antonio Tavares Lira - Doutorando em Desenvolvimento e Meio Ambiente – UFPI.
Campus Ministro Petrônio Portela. CEP 64049-550. Teresina/PI. (86) 99994 1399.
[email protected]
2 - José Machado Moita Neto - Doutor em Química. Professor do Programa de Pós-Graduação em
Desenvolvimento e Meio Ambiente - UFPI. Campus Ministro Petrônio Portela. CEP 64049-550.
Teresina/PI. (86) 99900 2630. [email protected].
3 - Bartolomeu Ferreira dos Santos Júnior - Doutor em Engenharia Elétrica. Professor do
Departamento de Engenharia Elétrica - UFPI. Campus Ministro Petrônio Portela. CEP 64049-550.
Teresina/PI. (86) 99801 8178. [email protected].
4 - Fabiola Maria Alexandre Linard - Mestre em Engenharia Elétrica. Professora do Departamento de
Engenharia Elétrica - UFPI. Campus Ministro Petrônio Portela. CEP 64049-550. Teresina/PI. (86) 99488
1001. [email protected].
5 - Albemerc Moura de Moraes - Doutor em Energia. Diretor Científico da FAPEPI. Campus Ministro
Petrônio Portela. CEP 64049-550. Teresina/PI. (86) 98851 2980. [email protected].
Introdução
Para Chiavenato (2004), o planejamento consiste em um processo administrativo
onde se estabelecem os objetivos ou metas organizacionais e os melhores meios de como
alcançá-los por meio da organização dos recursos disponíveis. É tida como a primeira
função administrativa devido a sua importância, pois envolve a solução de problemas e a
tomada de decisões não só quanto às alternativas futuras, mas também às alternativas do
presente.
Segundo Oliveira (2007), planejamento é um processo contínuo de pensamento
sobre o futuro que envolve basicamente os seguintes questionamentos: o que fazer, como,
quando, quanto, para quem, por que, por quem e onde. É, portanto, um processo de
estabelecimento de um estado futuro desejado e um delineamento dos meios efetivos de
torná-lo realidade.
Na construção de um plano, inicialmente, identifica-se objeto do planejamento.
Em seguida é importante identificar o conjunto de informações sobre o assunto e prever
como serão as quatro etapas do ciclo de Deming (Mirshawka, 1990), conhecido como
PDCA (Plan, Do, Control, Act), ou seja: Planejar, Executar, Avaliar e Agir.
A definição de gestão pressupõe a otimização do funcionamento das organizações
a partir de tomada de decisões racionais e fundamentadas na escolha e tratamento de
dados e informações relevantes com o propósito de colaborar para o seu desenvolvimento
e para a satisfação do interesse de todos.
Por gestão ambiental, entende-se o processo contínuo e adaptativo, por meio do
qual uma organização define seus objetivos e metas relativas à proteção do meio ambiente
e à saúde e segurança de seus empregados, clientes e comunidade, assim como seleciona
as estratégias e meios para atimgir tais objetivos em determinado período de tempo, por
meio da constante interação com o meio ambiente externo (ANDRADE, 2002).
Quando se pensa na gestão dos recursos eólicos para produção de energia é
necessário que se leve em consideração todas as variáveis envolvidas: quantificação dos
recursos eólicos (velocidade e direção dos ventos), a área afetada pela construção de uma
usina eólica, as condições sociais, econômicas e culturais na população diretamente
atingida, bem como os aspectos ambientais.
Caracterização do regime de ventos
Segundo Varejão-Silva (2006), um dos fatores que influenciam o fluxo das massas
de ar é a temperatura do ar, que é uma expressão utilizada para traduzir a temperatura
reinante em um ponto da atmosfera que esteja a aproximadamente 1,25 a 2,0 m acima do
terreno, além disso, essa medida de temperatura deve ser realizada de acordo com a hora
solar média local, fato que deve ser levado em consideração, pois devido ao formato da
terra o planeta não é iluminado de forma homogênea.
Outro fator que influencia o regime dos ventos é a umidade do ar, particularmente
o ramo aéreo, que se inicia quando a água é cedida à atmosfera, no estado de vapor e
encerra no momento em que é devolvida à superfície terrestre, no estado líquido ou sólido,
assim o vapor d’água, é um eficiente acumulador de calor transportando energia das
regiões mais aquecidas da Terra para as mais frias. O vapor d’água que surge na interface
globo-atmosfera mistura-se ao ar por difusão turbulenta, sendo rapidamente transportado
para outras áreas mais distantes, via corrente aérea.
A radiação solar também deve ser considerada nos estudos sobre o movimento de
massas de ar, sendo ela uma energia que se propaga sem a necessidade da presença de um
meio material, podendo ser caracterizada pelo comprimento de onda e frequência de
oscilação. Tal variável climatológica afeta diretamente toda a vegetação, fato que
posteriormente influenciará a umidade do ar, e consequentemente o clima de um local.
Caracterização de um local
Segundo Castro (2007), a potência disponível no vento aumenta com o cubo da
velocidade sua velocidade, razão pela qual a instalação das turbinas em locais com ventos
fortes e persistentes é um aspecto relevante para o sucesso do empreendimento.
Os locais potencialmente aproveitáveis podem ser identificados usando mapas
adequados (atlas eólicos, por exemplo), e a sua escolha complementada com visitas aos
locais. Se estiverem disponíveis mapas de isoventos (linhas de igual velocidade média
anual do vento) eles certamente servirão para se fazer uma primeira estimativa
(superficial) do recurso eólico. No entanto, é indispensável uma caracterização detalhada
do sítio e para tanto deve-se recorrer a dados obtidos a partir de séries históricas de
medições de velocidade e direção dos ventos realizadas no local escolhido.
Adicionalmente, numa situação ideal, a caracterização do recurso eólico num local
deve ser feita com base em medições realizadas em vários pontos da zona envolvente e
ao longo de um número significativo de anos. Na prática, a falta de tempo e de recursos
financeiros leva a que as decisões sejam muitas vezes baseadas num único registo medido
ao longo de apenas um ano.
A medição do vento deve ser efetuada a uma altura próxima da altura a que vai
ficar o cubo do rotor da turbina. Por forma a permitir correlacionar os dados do local com
os registos existentes em estações meteorológicas próximas é desejável uma medida
adicional à altura normalizada de 10 metros.
Em última análise, na ausência de medições realizadas na altura onde ficarão as
turbinas, a medição feita a 10 metros nas estações meteorológicas de superfície nos dá
uma estimativa da velocidade em outras alturas através da eq. (1), a qual é uma
extrapolação para alturas diferentes de dados medidos a uma altura de referência
(CASTRO, 2007):
z
ln  
z0
v(z)  v(zR )  
 zR 
ln  
 z0 
(1)
Onde a variação da velocidade com a altura vertical z, v(z), é dada em função da
velocidade a uma altura de referência v(zR), do comprimento de rugosidade (Z0) e da
própria altura de referência ZR. O comprimento de rugosidade corresponde à altura em
que o vento, próximo à superfície, assume valor zero, e depende do relevo e obstáculos
da superfície. Contudo, o perfil real de velocidades na vertical depende também da
variabilidade de temperatura e pressão na atmosfera (MARTINS, 2008).
Uma importante fonte de coleta de dados a 10 metros é a rede de Plataformas de
Coleta de Dados (PCD’s) no Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), presentes em
todas as regiões do país, totalizando 77 unidades apenas na região Nordeste. Algumas
dessas PCD’s possuem séries históricas de 30 anos. Outra rede de PCD’s bem consolidada
é a da Fundação Cearense de Meteorologia e Recursos Hídricos (FUNCEME) presente
em vários municípios daquele Estado.
Representação do perfil de ventos
Os dados obtidos das medições da velocidade média e da direção do vento podem
ser registados em tabelas ou gráficos de frequências. Existem ferramentas computacionais
que fazer o tratamento desses dados, como por exemplo, o software Windographer®, com
qual pode-se obter o gráfico do perfil diário e mensal da velocidade média de uma região,
a rosa dos ventos com a direção predominante dos mesmos, bem como a curva de
produção estimada de energia eólica (CRESESB, 2008).
A caracterização de um local a partir dos dados de velocidade do vento e direção
é importante para a orientação inicial das turbinas; a frequência de ocorrência de cada
velocidade do vento tem aplicação direta nos cálculos de produção de energia.
Se os dados disponíveis são de apenas um ano faz-se necessário saber se esse ano
é representativo, ou seja, se não foi um ano de velocidades extremamente elevadas ou
muito baixas. Contorna-se essa contingência medindo-se estes ventos por um maior
número de ciclos anuais. Sempre que possível, o ideal é que se compare valores de
velocidades e direção de ventos em determinada altura com os valores medidos a 10
metros nas PCD’s, de modo a tentar estabelecer correlações e estender, assim, a
representatividade a um número significativo de anos.
Aspectos socioeconômicos
Em países em desenvolvimento é comum verificar um consumo de energia per
capita menor que em países desenvolvidos, uma vez que esses países encontram-se em
fase de desenvolvimento e expansão da produção de bens e serviços, assim como redução
de desigualdades ao acesso à energia. A incorporação de tecnologias de energias
renováveis e eficiência energética no início do processo de desenvolvimento acelera a
eficiência na utilização de recursos, contrapondo o pensamento de que, para haver
desenvolvimento, é preciso que ocorram impactos ambientais (GOLDEMBERG, 1998).
A construção de parques eólicos na perspectiva do desenvolvimento pode ajudar
um país a alcançar suas metas econômicas sem necessariamente aumentar seu consumo
de combustíveis fósseis, opção fortemente marcante no crescimento de alguns países
desenvolvidos.
A presença de projetos de energias renováveis em áreas rurais e costeiras,
especialmente em áreas que carecem de desenvolvimento econômico, pode trazer
diversos benefícios para a comunidade. Características socioeconômicas de muitas
regiões, como alto desemprego, falta de alternativas de desenvolvimento econômico e
altas taxas de migração da população economicamente ativa, fazem com que seja
vantajoso o investimento nessas tecnologias. As usinas de geração de energias renováveis
são frequentemente menores e mais dispersas que usinas tradicionais, e por esse motivo
encontram-se muitas vezes situadas em áreas rurais e costeiras de baixa densidade
demográfica. Devido a essa característica, a construção dessas usinas demanda maior
quantidade de mão de obra, e gera potencial para a capacitação e emprego de populações
rurais em diversas localidades (NGUYEN, 2007).
Se por um lado há oportunidade, em menor número, de empregos na operação e
manutenção (O&M) das usinas, por outro na fase de construção das mesmas há uma
geração maior de empregos, embora em caráter temporário. Especialmente no caso de
usinas eólicas, um aspecto importante a ser considerado é o arrendamento ou
desapropriação de terras. No caso do arrendamento, como os aerogeradores ocupam
apenas uma parte da área, os recursos advindos do aluguel podem ser aplicados em outras
atividades produtivas na propriedade.
Além dos proprietários de terras diretamente envolvidos com a implantação das
usinas e os trabalhadores na construção e O&M, outros atores locais podem ser
beneficiados com os projetos. Durante o período de construção, há um aumento na
demanda por bens e serviços para o volume de pessoas envolvidas na obra, como
hospedagem e alimentação. Fornecedores de bens e serviços dentro das comunidades
podem ser beneficiados com a construção do projeto e aumentar a renda total da
comunidade (RÍO; BURGUILLO, 2008).
Apesar do potencial de trazer diversos benefícios para o desenvolvimento local e
regional, a implantação de uma usina eólica deve ser vista com cautela, principalmente
quando envolve o processo de desapropriação de famílias residentes ao longo das áreas
diretamente afetadas. Em geral, estas famílias acumulam perdas não só de ordem
econômica, mas também social e cultural, uma vez que se veem obrigadas a deixarem seu
lugar de origem levando consigo apenas as lembranças de histórias que marcaram suas
vidas (CUSTÓDIO, 2007).
Especificamente para zonas costeiras a presença de aerogeradores pode causar
conflitos com atividades típicas dessas áreas, tais como o turismo e a pesca. Daí a
importância de um Estudo de Impacto Ambiental (EIA) bem que preveja como estes
aspectos serão tratados.
Aspectos ambientais
A energia eólica também pode produzir impactos ambientais, apesar de não
estarem relacionadas à emissão de gases ou resíduos. Em geral, os benefícios ambientais
da energia eólica estimados pelas emissões evitadas de outras fontes (PINTO, 2013).
O nível de impacto visual é influenciado por fatores como tipo da paisagem, as
cores e o número de pás, a quantidade e o design das turbinas. Ainda que a alteração na
paisagem seja uma percepção de ordem subjetiva, ela precisa ser levada em consideração,
sobretudo se as turbinas forem de grande porte.
Uma medida para minimizar o efeito visual é pintar as turbinas com a cor
predominante da paisagem local. A projeção da sombra em movimento cíclico devido à
rotação das pás pode gerar desconforto nas pessoas residentes próximas às turbinas
eólicas. Para amenizar esse efeito deve-se atentar para a distância dessas residências bem
como para a direção de incidência solar.
Outro efeito indesejado é o impacto sonoro provocado pela emissão de ruído de
uma turbina eólica, o qual, ainda que minimamente, pode provocar incômodo às pessoas
que residem no perímetro. Em geral, sons de baixa frequência (inferiores a 20 Hz) podem
causar náuseas e dores de cabeça. O ruído da turbina eólica é geralmente continuo e
contém baixas frequências. A audição humana experimenta irritações a partir de 60
decibéis. Dados da AWEA (American Wind Energy Association) mostram que uma
turbina eólica a 300 metros emite em torno de 40 dB (PINTO, 2013).
O impacto da energia em pássaros é extremamente baixo se comparado ao de outra
atividade. Existem na literatura vários relatos de acidentes envolvendo mortes de aves.
Há dois pontos cruciais que devem ser abordados na discussão deste aspecto: os efeitos
sobre as populações de pássaros das mortes provocadas por turbinas eólicas e a violação
de trajetórias migratória de pássaros. Alteração do habitat, colisões e eletrocussões são
algumas das maneiras com as quais o desenvolvimento da energia eólica pode afetar os
pássaros. Uma medida que pode amenizar as colisões diretas seria a emissão, pelo
aerogerador, de um ruído com frequência audível apenas pelas aves e que fizesse com
estas desviassem sua trajetória.
A energia eólica produz eletricidade a partir da energia cinética do vento, sem
produzir diretamente qualquer emissão durante a conversão, contudo não se pode afirmar
que ela é isenta de emissão de CO2, uma vez que há certo impacto tanto no processo de
fabricação dos aerogeradores quanto no estágio de eliminação dos mesmos ao fim do seu
ciclo de vida.
Em geral, quantifica-se apenas a energia elétrica produtível por uma usina eólica,
quando o ideal seria que se quantificassem também os impactos pela emissão de CO2.
Uma técnica que pode auxiliar nesta tarefa é um estudo da Avaliação do Ciclo de Vida
(ACV) onde são quantificados os impactos globais de uma turbina bem como de todos
seus componentes. A ACV também permite fazer uma análise dos casos que produzem
maior impacto e os aspectos que poderiam ser melhorados na perspectiva de diminuir
efetivamente este impacto.
Planejamento ambiental integrado
Praticar o planejamento e a gestão ambiental é uma tarefa complexa e como tal
deve levar em conta a natureza entrópica dos processos e sistemas ambientais (RAMOS
DE CAMARGO, 2009 apud MATEO e SILVA, 2013).
A concepção o Planejamento Ambiental requer uma visão integrada das relações
natureza-sociedade, partindo do pressuposto de que os sistemas ambientais estão interrelacionados, formando um todo.
Para Lopes de Souza (2002), o planejamento e gestão ambiental devem usar a
tendência natural para a autorregulação dos sistemas complexos para implementar ações
que permitam um novo tipo de interação, uma organização espontânea dos vários atores
que atuam no território em torno de um objetivo comum: a incorporação da
sustentabilidade ambiental no processo de desenvolvimento. Nesta perspectiva, a gestão
ambiental requer a combinação da espontaneidade com a imposição associada à autoorganização como a hetero-organização para que um tipo mais flexível de planejamento
possa ser desenvolvido.
Um planejamento verdadeiramente integrado depende da informação como
ferramenta de redução da entropia do sistema e aporte de energia que promove o
relacionamento entre os vários atores envolvidos.
No processo de interpretação nas inter-relações dos sistemas, deve-se considerar
que os sistemas ambientais são sempre influenciados pela relação dialética entre
fenômenos naturais e sociais seja através da adaptação social às potencialidades e
limitações do ambiente seja através da gestão e transformação dos sistemas ambientais
naturais, pelo sistema social, em função de seus objetivos e suas capacidades cientificas,
técnicas e organizacionais.
Ainda quando se fala em planejamento ambiental integrado é preciso pensar na
dimensão e participação da Política Ambiental, a qual é uma tarefa relacionada com o
poder político com as suas instituições que devem desempenhar um papel essencial na
definição das estratégias, das políticas e dos incentivos que promovem certas
características necessárias para incorporar a sustentabilidade no processo de
desenvolvimento.
Empreendimentos como os de uma usina eólica dependem de avaliações técnicas
e grupos de discussão (com participação popular e outras instituições interessadas) sobre
os impactos ambientais relacionados. A localização, construção, instalação, ampliação,
modificação e operação do empreendimento dependem de licenciamento prévio do órgão
ambiental competente, sem prejuízos de outras licenças legalmente exigíveis
(BARSANO; BARBOSA, 2012).
O estudo de Impacto ambiental e seu respectivo relatório devem ser fontes de
indícios de um empreendimento ambientalmente inviável, daí a necessidade desses
estudos serem realizados com total profundidade para que, com base em dados bem
consolidados, norteiem os passos seguintes do empreendimento.
Considerações finais
Entre as renováveis, a energia eólica é a que mais cresce no mundo, já sendo uma
alternativa consolidada. A associação de Energia Eólica Europeia (EWEA) estima que
em 2020 a capacidade instalada em termos de energia eólica nos países que compõem a
União Europeia será em torno de 180 GW, o que equivale a algo em torno de 12% da
demanda de eletricidade da Europa.
A energia eólica tem a vantagem de praticamente não emitir CO2. Apenas uma
pequena quantidade é produzida nas etapas de construção e manutenção dos
aerogeradores. O olhar que, a nosso ver, precisa ser lançado é no que se refere na
quantidade de CO2 que se evitar lançar na atmosfera por conta da operação de usinas
eólicas. De acordo com o Ministério Federal da Alemanha para o Meio Ambiente,
Natureza e Segurança Nuclear, foram evitados 67 milhões de toneladas de CO2 em 2006,
com a geração de eletricidade por meio de fontes eólicas, solar, hídricas e biomassas.
Devido ao desenvolvimento econômico e tecnológico, a demanda por energia é
significativamente crescente. A economia mundial cresceu 3,3% nos últimos 30 anos,
enquanto a demanda por energia aumentou 3,6%. Dados do IEA (International Energy
Agency) mostram que a produção mundial de energia em 2004 foi de 17.450 TWh e
estima-se que em 2030 o consumo será 31.657 TWh.
Sistemas eólicos, ainda que de baixa potência, dão uma contribuição enorme ao
meio ambiente. Estima-se que um sistema de 2,5 kW de potência pode evitar a emissão
de 1 a 2 toneladas de CO2.
A energia eólica tem um grande potencial para a geração de empregos, sendo a
maior contribuição, tanto em termos quantitativos como em contribuição para o
desenvolvimento sustentável, é a dos empregos em construção e, em menor número, os
empregos em O&M. Ambas as atividades têm alto potencial para a geração de empregos
no nível local, gerando oportunidade de geração de renda, muitas vezes em localidades
rurais com baixas oportunidades de crescimento econômico. No entanto, a geração de
empregos não deve, ser o único parâmetro a decidir a adoção de uma tecnologia. Além
da geração de empregos, a eólica pode trazer ainda outros benefícios sociais, podendo
aumentar a renda total das comunidades atingidas pelos parques e oferecer oportunidades
de empregos temporários. Em parques eólicos, que ocupam menos de 10% da área total
da propriedade, podem coexistir diversas atividades econômicas, geralmente agricultura
e pecuária.
O planejamento e gestão ambiental vistas numa perspectiva sistêmica tem papel
decisivo na implantação de empreendimentos voltados para o aproveitamento da energia
eólica, desde que estejam fundamentadas em princípios consolidados com participação
de todos os atores envolvidos e encontre amparo numa sólida Política Ambiental.
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