Origens
A energia dos ventos vem sendo utilizada pela humanidade há mais de 3000
anos.
Moinhos de vento foram as primeiras aplicações da energia eólica. O
desenvolvimento da navegação propiciada pelo emprego da energia dos ventos.
Hoje aproveitamento da energia eólica como fonte alternativa de energia para
produção de eletricidade. Estudos para tal uso vêm sendo desenvolvidos a cerca
de 150 anos. Essa energia é apontada como a fonte de energia renovável mais
promissora para a produção de eletricidade.
O grande desenvolvimento iniciou-se na Dinamarca em 1980 quando as primeiras
turbinas foram fabricadas por pequenas companhias de equipamentos agrícolas.
Hoje é o maior fabricante mundial de turbinas eólicas.
No Brasil, a produção de eletricidade a partir da fonte eólica alcançou 12.210
GWh em 2014, equivalente a um aumento de 85,6% em relação a 2013.
Em 2014, a potência instalada para geração eólica no país expandiu 122,0%.
Segundo o Banco de Informações da Geração (BIG), da Agência Nacional de
Energia Elétrica (ANEEL), o parque eólico nacional cresceu 2.686 MW, alcançando
4.888 MW ao final de 2014.
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Caracteristicas
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Transformação da energia dos ventos em energia útil: aerogeradores: movimentação de imãs que geram corrente
elétrica
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Offshore: mar: presença de vento é mais regular
Onshore: implantado em terra
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2 tipos de rotores: os de eixo vertical e os de eixo horizontal. Os rotores diferem em seu custo relativo de
produção, eficiência, e na velocidade do vento em que têm sua maior eficiência.
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aerogeradores de baixa (menores e mais leves, domésticos) e alta tensão
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Parques eólicos: tornar produção mais rentável
3 tipos: Sistemas Isolados: São todos os sistemas que se encontram privados de energia elétrica proveniente da
rede pública. Estes sistemas armazenam a energia do aerogerador em baterias estacionárias, que permitem
consumir energia quando não ventar, evitando que falte energia elétrica quando o aerogerador parar. Porém, para
poder consumir a energia que o aerogerador produz é necessário alterar a corrente elétrica.
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Sistemas Hibridos: São todos os sistemas que produzem energia elétrica em simultâneo com outra fonte
eletroprodutora. Esta fonte poderá ser de origem fotovoltaica, de geradores elétricos de diesel/biodiesel, etc.
Nestes sistemas temos o mesmo funcionamento que nos sistemas isolados, a única alteração é que o
carregamento das baterias estacionárias é feito por mais de um gerador.
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Sistemas de injeção na rede: São todos os sistemas que inserem a energia produzida por eles mesmos na rede
elétrica pública. Neste caso, a maioria dos aerogeradores são os de alta tensão.
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A quantidade de energia produzida por uma turbina varia de acordo com o tamanho das suas hélices e, claro, do
regime de ventos na região em que está instalada.
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Qualidade da Energia Elétrica (QEE)
É o conjunto dos limites das grandezas elétricas que permitem o funcionamento adequado (sem perda de
desempenho ou diminuição da vida útil) dos equipamentos ligados à rede.
Alguns dos fatores que influem na QEE:
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Distorção harmônica de tensão (harmônicos)
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Flutuação de tensão (flicker)
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Ondas de tensão harmônicas (múltiplas da frequência fundamental de 60 Hz) que se sobrepoem à onda de tensão fundamental
Alguns equipamentos elétricos (computadores, lâmpadas fluorescentes, fornos por indução de alta frequência etc.) colaboram para a
ocorrência destes;
Relacionadas às cargas não-lineares. Podem ocorrer por exemplo, no acionamento (partida) de grandes motores. No caso dos
aerogeradores, ocorrem devido à natureza variável do fluxo dos ventos.
Tais fatores afetam o rendimento das máquinas, podem fazer oscilar a potência e torque e podem também
aumentar a temperatura de funcionamento de tais dispositivos, eventualmente diminuindo a vida útil destes.
Em geral, quanto mais se expandem as usinas eólicas, maior a influência destas na QEE da rede geral. No entanto,
é interessante notar que a variação de potência é diminuída conforme se aumenta o número de turbinas eólicas
(aerogeradores) de um parque eólico. Além disso, a distribuição dos parques em diferentes padrões geográficos
suavizam as variações do fluxo de ventos, reduzindo o impacto sobre a estabilidade do sistema.
Dos dois tipos de turbinas eólicas (velocidade fixa e velocidade variável), as do tipo velocidade variável são mais
usadas e as que possibilitam maior controle sobre a QEE, embora cause maior nível de harmônicos se comparadas
às de velocidade fixa.
A instalação de novas centrais eólicas deve ser feita considerando os procedimentos regulatórios da ANEEL
(através dos PRODIST e dos procedimentos do ONS), e acompanhada da realizações de metodologias de avaliação
da QEE.
Referências bibliográficas:
1. MOURA, Carlos Eduardo Barros. Análise do impacto de centrais eólicas na qualidade da energia elétrica. 2012.
Tese (mestrado em engenharia mecânica) – Programa de pós-graduação em engenharia mecânica, Universidade
Federal de Pernambuco, Recife.
• Eficiência
• 2% da energia solar absorvida pela Terra é convertida em energia
cinética dos ventos.
• aerogeradores, os quais têm a capacidade de converter a energia
cinética contida nos ventos em energia elétrica. A eficiência na
produção de eletricidade significa melhorar o aproveitamento da
energia disponível nos ventos para a produção de eletricidade e isto
é de suma importância para a maioria dos países desenvolvidos e
em desenvolvimento.
• atraente, tanto técnica quanto economicamente, alguns fatores são
determinantes. O valor da energia produzida varia com o cubo da
velocidade dos ventos, o que significa que a potência de saída é
altamente sensível a este fator: um aumento de 10% no mesmo
acarreta em 33% a mais de energia disponível. A equação abaixo
representa a potência dos ventos:
• A energia disponível para uma turbina eólica é a energia cinética associada
a uma coluna de ar que se desloca a uma velocidade uniforme e constante
u (m/s). Na unidade de tempo, aquela coluna de ar, ao atravessar a secção
plana transversal A (m2) do rotor da turbina, desloca uma massa ρAu
(kg/s), em que ρ é a massa específica do ar (ρ = 1,225 kg/m3 , em
condições de pressão e temperatura normais.
• Desta forma, a velocidade dos ventos é o fator mais crítico na
determinação da energia que pode ser obtida e também seu custo. Além
deste, outros fatores como altura da torre, altitude, superfície, entre
outros.
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Em um parque eólico existem três grandes tipos de perdas: as perdas por fatores aerodinâmicos,
que reduzem a energia disponível nas massas de ar em um fator que pode superar 60%,
dependendo da característica aerodinâmica das pás, das dimensões do rotor e do número de pás
do rotor, e também as perdas existentes no fluxo de ar que circula pelo rotor. Desta forma, no rotor
de um gerador eólico somente pode ser aproveitada entre 40 e 55% da energia disponível nas
massas de ar.
Existe um segundo tipo de perda, que é originada no processo de transformação da energia
mecânica, que chega ao rotor, em energia elétrica. Neste processo, existe o envolvimento de
componentes eletromecânicos que continuam absorvendo a energia disponível e transformando
em diversas perdas por fricção, térmicas, indutivas, etc. Estas perdas são também muito
significativas e podem superar 50% da energia disponível no rotor. Assim, a energia que chega à
rede não supera 20% da energia disponível nas massas de ar.
Eficiência Máxima (Eficiência de Betz)
Pode-se imaginar que a máxima energia retirada dos ventos por uma turbina eólica é a energia
cinética dos ventos que atravessam um círculo formado pela área das pás. Porém, o vento ainda
possui velocidade (energia cinética) na esteira do rotor e, desta forma, nem toda energia é retirada
dos ventos.
Em um modelo ideal, considera-se um cilindro de ar de área A, com um vento de velocidade V1
entrando neste cilindro, passando pela área com velocidade v e saindo com velocidade V2.