A força dos ventos

jan, 2012

Edição 71 – Dezembro de 2011
Por Juliana Martins

Considerada uma das mais eficientes e limpas, dentre as renováveis, a energia eólica desponta como uma grande solução para os problemas de falta de energia. As dificuldades tecnológicas ainda persistem, mas aos poucos o país começa a dominar a técnica e a produzir em larga escala. Se mantiver a tendência de contratação atual, o Brasil chegará à capacidade de 20 GW até 2020. Mas para investigar a fundo e entender a situação, é preciso seguir os passos da energia eólica desde o seu começo e entender o seu funcionamento e evolução.

Muitas vezes, quando se faz o óbvio, fica difícil datar exatamente quem foi o primeiro. Neste caso, indica-se que o uso inicial do vento foi com os barcos à vela no Egito, em 2800 a.C. Na Pérsia, em 200 a.C., tem-se o primeiro registro do uso dos ventos para bombear água e moer grãos, mas acredita-se que na China, perto de 2000 a.C., e no Império Babilônico, 1700 a.C, poderiam ter usado cata-ventos rústicos para irrigação. Mas pouco se sabe sobre esses artefatos.

Historicamente, o homem sempre usou a inteligência para diminuir o trabalho e criar ferramentas que possibilitassem o menor emprego da força física. Esse primeiro moinho de vento tinha um eixo vertical e uma longa haste que era movida por homens ou animais caminhando em uma gaiola circular. “Existia também outra tecnologia utilizada para o beneficiamento da agricultura onde uma gaiola cilíndrica era conectada a um eixo horizontal e a força motriz (homens ou animais) caminhava no seu interior”, indica uma pesquisa do Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio Brito (Cresesb).

No decorrer da Idade Média, do século V ao XV, os senhores feudais utilizavam-se dos moinhos como mais uma forma de dominação. Entre as leis da época, estava o direito ao senhor de recusar a construção desse advento pelos camponeses, com isso, precisavam usar o pertencente ao senhor feudal e pagar por isso. Esses lugares, conhecidos como “tavernas banais” chegaram a abrigar, inclusive, encontros amorosos e, principalmente, os proibidos e envolvendo prostituição. Foi nessa época que as lâminas ficaram mais aerodinâmicas.

Para se ter uma ideia, os grandes vilões do personagem de Dom Quixote, de Miguel de Cervantes, eram os moinhos formados por uma ou mais vigas de madeira montadas verticalmente. Na base havia uma pedra de rebolo fixada ao eixo rotativo que girava com o vento, simples como o cata-vento. Acredita-se que o primeiro aparato foi criado na Europa, no início do século XI d.C. Foi neste continente que se consolidaram e chegaram a se transformar em figuras ilustres.

Com o fim das Cruzadas e das conquistas territoriais, no século XIII, a Europa precisou voltar seu olhar para seu próprio território e se antes não tinham difundido os moinhos porque não tinham interesse em fortalecer a economia local, a volta dos exércitos fez essa tecnologia chegar a quase toda a Europa.

Apenas em 1850 houve uma grande alteração no formato. Daniel Halliday criou o moinho americano, cuja figuração costuma ser necessária em muitos filmes que têm como cenário alguma fazenda. Este modelo, rural multipás ou multilâminas, foi muito utilizado para bombear água. Por causa de seu custo-benefício, continua sendo fabricado até os dias atuais para ser usado em áreas rurais.

Em 1940, foi construído perto de Rutland, em Vermont (EUA), uma máquina com lâminas de 50 m e desenhada para fornecer 1.250 kW. Nos anos 1950, os franceses chegaram a desenhos de geradores de 100 kW a 300 kW. A imprensa também teve ajuda dos moinhos. No século XVI, com o seu surgimento e consequente demanda crescente por papel, criou-se um moinho apenas para fabricação de papel.

De acordo com o Atlas de Energia Eólica, elaborado pelo Governo Federal, apesar de ser usada durante milhares de anos com finalidades específicas, apenas no final do século XIX, foram feitas as primeiras experiências para se obter uma turbina comercial e ligada à rede elétrica pública. A crise do petróleo, em 1970, incentivou a busca por fontes alternativas e, com isso, o seu desenvolvimento, afinal, viu-se a necessidade de viabilizar o desenvolvimento de outras fontes de energia em escala comercial. Em 1976, na Dinamarca, foi instalada a primeira turbina dentro destas condições.

Encontro de gigantes

 

“Nosso potencial eólico está elevado principalmente por causa do nordeste, onde o vento é constante na direção e é um dos melhores potenciais do mundo e praticamente inexplorado. O oeste da Bahia, nordeste de Minas Gerais e mesmo no sudeste do Paraná e oeste de SP, são regiões que mostram potencial elevado e ainda inexplorado”, detalha o pesquisador do Centro de Ciência do Sistema Terrestre, ligado ao Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe-CCST), Ênio Bueno Pereira.

A chegada da eólica ao Brasil uniu potenciais. De um lado, um país que tem condições propícias: “o vento brasileiro é um que tende a ser um dos melhores do mundo, além de constante é controlado e não oscila muito”, diz a presidente-executiva da Associação Brasileira de Energia Eólica (Abeeolica), Elbia Melo. Do outro lado, está a energia renovável, que está equalizando o valor entre custo e produção, e que se apresenta como alternativa para o sistema energético.

A primeira turbina foi instalada em junho de 1992, no Arquipélago de Fernando de Noronha (PE), a partir do projeto realizado pelo Grupo de Energia Eólica da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE) em parceria com a Companhia Energética de Pernambuco (Celpe). “A turbina possui um gerador assíncrono de 75 KW, rotor de 17 m de diâmetro e torre de 23 m de altura. Na época em que foi instalada, a geração de eletricidade dessa turbina correspondia a cerca de 10% da energia gerada na Ilha, proporcionando uma economia de aproximadamente 70.000 litros de óleo diesel por ano. A segunda turbina foi instalada em maio de 2000 e entrou em operação em 2001. Juntas, as duas turbinas geram até 25% da eletricidade consumida na ilha. Esses projetos tornaram Fernando de Noronha o maior sistema híbrido eólico-diesel do Brasil”, destaca o Atlas.

Pereira costuma discutir o aspecto da energia eólica sob o enfoque da seguinte questão: “Porque usar energia eólica se temos um vasto potencial de energia hidrelétrica, descobrimos mais jazidas de petróleo e tal”. Ele faz questão de elucidar as respostas: “São dois aspectos. Primeiro tem a ver com o ambiental, emissão de efeito estufa e o da necessidade de energia em um país em desenvolvimento como Brasil. Desenvolvimento demanda energia. A evolução do h

omem primitivo ao homem tecnológico mostra isso”.

O pesquisador do Inpe explica a necessidade de aumentar a segurança energética: “Mesmo o Brasil, que tem uma forte matriz hidrelétrica (79% da energia elétrica do Brasil vem de fontes renováveis, quando no mundo a média é 17%), precisa de reforço. A hidrelétrica usa água e existem períodos de escassez. Podemos utilizar energia nuclear, carvão, petróleo, mas precisamos de fontes mais limpas como a solar e a eólica”, ressalta.

Após a instalação deste primeiro parque eólico em Noronha, iniciou-se o trabalho de pesquisa para tentar conhecer melhor a capacidade do país. Em 1998, foi lançado o primeiro Atlas Eólico do Nordeste Brasileiro, parceria entre a Aneel e o Centro Brasileiro de Energia Eólica (CBEE). Já em 2011, uma nova edição mirou os estudos no Brasil inteiro. O Atlas do Potencial Eólico Brasileiro estimou o potencial de instalação de energia eólica no país de 143 GW, considerando fatores como densidade demográfica e ocupação urbana.

Em 2002, foi lançado o Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica (Proinfa), com objetivo de contratar 3.300 MW divididos igualmente entre as fontes pequenas centrais hidrelétricas, biomassa e eólica. Foram contratados pelo Programa 1.422,9 MW eólicos entre os Estados do Ceará, Paraíba, Pernambuco, Piauí, Rio Grande do Norte, Rio de Janeiro, Santa Catarina e Rio Grande do Sul.

Em um momento em que era possível comprar energia de hidrelétrica a R$ 70,00 (valor atualizado considerando o IPCA), a energia eólica custou cerca de R$ 298,00. “Não eram competitivas e custavam mais que as que a gente produz no Brasil. Elas não tinham chance de entrar pelo preço e foi esse o intuito do programa, para que no futuro devolvesse esses ganhos para a população. Pagou uma tarifa mais cara no começo, para que no futuro auferisse benefícios”, analisa Elbia Melo.

Em 2009 foi realizado um leilão específico de energia eólica, o Leilão de Energia de Reserva (LER-2009), e contratou, pelo valor de R$ 164,00, 1.805 MW, divididos entre os Estados da Bahia, Ceará, Rio Grande do Norte, Sergipe e Rio Grande do Sul. Esta capacidade deverá entrar em operação até a metade do ano de 2012, detalha Melo.

A presidente da Abeeolica narra que, em agosto de 2011, a fonte eólica participou do Leilão de Energia de Reserva (LER-2011) e do Leilão de Energia Nova (A-3 2011), junto com as fontes PCH, biomassa e gás natural. Foram inscritos para a participação nesses leilões 10,9 GW de projetos de energia eólica, que correspondem a quase metade de toda a potência registrada para esses leilões. Juntos, esses leilões contrataram 1.928,7 MW, dois terços dela na região Nordeste, entre os estados do Piauí, Ceará, Rio Grande do Norte, Pernambuco e Bahia. Um terço da capacidade foi contratado para o Rio Grande do Sul. Esses projetos deverão entrar em operação até o final de 2014. Em 2010, o valor da eólica chegou a R$ 144,00 e, em 2011, teve seu menor resultado com preço médio de R$ 99,54 por MWh.

A explicação, segundo a profissional é que a queda mostra o ganho tecnológico que não existia antes. “Nosso fator de capacidade é da ordem de 45%. Sempre que você monta uma usina, existe uma determinada potência instalada, que é o máximo que ela pode produzir. Mas nenhuma produz capacidade máxima, ela produz a média, que é o fator da capacidade. A hidrelétrica produz 60% e as eólicas têm fator menor. No passado eu acreditava que ia ter 32% de energia, mas descobrimos que temos 42%, isso ajuda a reduzir o preço”, diz Melo.

Já em 2011, a crise tirou o sono da Europa e dos Estados Unidos, que perderam espaço no setor. Assim como a China, o Brasil continuou investindo. Outra estratégia foi oferecer equipamentos eólicos com preços mais baixos para entrar no mercado. Deu certo! Mas há um “porém” nesse otimismo: “Do ponto de vista técnico, o que se percebe é que a curva de aprendizagem chegou ao grau máximo e dificilmente o preço continua diminuindo por isso. Outros fatores são difíceis de prever e não posso afirmar que o preço vai se manter, pois ele repete a condição economia do momento”, anuncia Melo.

Pereira aponta outro empecilho: “A energia eólica tem custo baixo no Brasil por causa do potencial eólico e o custo da terra, que ainda é muito baixo nessas regiões e isso pode não ser sempre assim. Quando o proprietário perceber que o vento dá dinheiro, o valor pode aumentar. Por isso as áreas estão sendo prospectadas com sigilo para não haver inflação”.

Otimista, a presidente executiva da Abeeolica diz que o país não tem obstáculos, mas desafios: “No passado, a maior barreira foi o preço. O Brasil cresce e vai precisar de outras fontes. É preciso diversificar a matriz energética”.

A cadeia do conhecimento

Energia eólica é a energia cinética contida nas massas de ar em movimento, o vento. Ela é gerada por meio da conversão da energia cinética de translação em energia cinética de rotação, usando turbinas eólicas, conhecidas como aerogeradores. Classificada como renovável, sua fonte primária é o sol que aquece determinadas regiões provocando o deslocamento das massas de ar no planeta.

O ar é um fluído como qualquer outro com as partículas na forma gasosa. Quando há o deslocamento, todas as partículas se movem também e essa energia cinética pode ser capturada pelas pás da turbina. Elas então começam a se movimentar em torno do eixo que une o cubo do rotor a um gerador, que é o que transforma o movimento de rotação em eletricidade.

Para se construir uma planta eólica, é necessário observar uma série de variáveis. “Primeiro você busca o vento, depois, confirma se existe linha de transmissão – se tiver de construir uma nova para interligar tem custo adicional – em terceiro, descobre o custo da terra”, conta Pereira. Alguns locais como São Paulo tem potencial, como aponta o Atlas 2011, no entanto, por ser um território já procurado por causa da plantação de cana-de-açúcar, tem custo elevado e impossibilita, ao menos neste momento, a chegada das usinas de vento.

A viabilidade econômica não é ligada somente ao potencial eólico da região, mas ao sistema econômico. Precisa ter facilidades como transporte. “Eles estão onde estão hoje porque já há essas variáveis. Regiões mais remotas com potencial muito alto, como interior da Bahia, podem demorar mais e esperar que a tecnologia se torne barata suficiente para se desenvolver nesta área”, conta Pereira.

Entretanto, outro ponto fundamental é que este é o momento em que se deve centralizar o conhecimento da fonte aqui no país. “Insisto em comentar que precisamos
que os setores fiquem atentos ao desenvolvimento da tecnologia em toda a cadeia do conhecimento, não negligenciem essa formação de recursos humanos nas universidades, produtoras de conhecimento. Temos de produzir os aerogeradores, mas também fazer prospecção, gerar recursos humanos e parar de importar conhecimento”, incita Pereira.

E sempre é importante lembrar que a construção de empreendimentos leva vantagens para a cidade de origem. Regiões que eram pobres e até improdutivas podem se beneficiar desses parques e até gerar renda para quem não tinha, diminuindo problemas sociais. “Muitos estão ajudando a fixar o homem no campo, além de gerar oportunidades”, garante Melo.

As energias são adotadas quando se tornam economicamente viáveis, mas pra isso precisam evoluir em toda a cadeia, da prospecção até a geração e distribuição. “Você não pode depender de uma energia que depende de uma tecnologia que você não domina. Existe escassez de profissional da área eólica no Brasil. Os projetos estão sendo implantados e os profissionais estão sendo formados. Isso está ocorrendo ainda. Há demanda também de um conhecimento na área de prospecção eólica, que é feita empregando pacotes, tipo ‘caixa preta’ da computação, vindos do exterior. Não sabemos o que tem nessa caixa preta, são criados por países desenvolvidos e de altitudes altas, como Dinamarca, para serem implantados em um país tropical, onde o vento é diferente”, avalia Pereira.

Existem hoje no Brasil quatro fábricas de aerogeradores. Elas produzem toda a planta eólica, mas muitas peças são trazidas de fora. Segundo a presidente executiva da Abeeolica, cerca de 70% do conteúdo das máquinas é produzido no Brasil. “Estamos com um montante razoável capaz de atender à demanda”, acredita ela.

Tamanho importa

“Os moinhos eram aparatos mecânicos que utilizavam a força dos ventos para moer grãos, bombear água e até mesmo eram utilizados como serraria. Hoje, basicamente não existe mais este tipo de máquina em funcionamento salvos alguns exemplares em museus”, aponta o pesquisador do Centro de Pesquisas de Energia Elétrica (Cepel), Ricardo Dutra. E ele tem razão. Tudo mudou desde os primeiros cata-ventos.

Os desenvolvimentos tecnológicos, a melhora na aerodinâmica das hélices e outras inovações têm ajudado a reduzir custos no setor. Um dos maiores entraves para o início da exploração da energia dos ventos era exatamente este: gastos elevados.

Todavia, descobriu-se que é possível tirar mais vantagem aumentando o tamanho das pás das turbinas e quanto maior o diâmetro do rotor, mais energia cinética pode ser usada para gerar mais energia elétrica. Isso vale para locais que apresentem ventos com maior velocidade. Para áreas que querem aproveitar a menor velocidade do vento, um rotor menor pode produzir mais energia. Porém, nos parques brasileiros a altura era de 50 m e a produção de energia era, em média, de 145 GW. Desde 2009, a torre chegou aos 100 m e permite gerar quase o dobro, com 300 GW. Os especialistas estimam alta de 12% na velocidade do vento cada vez que se dobra a altura.

Basicamente, a tecnologia é a mesma empregada na aeronáutica. Tem ainda o gerador elétrico, mas já é um modelo desenvolvido. A parte que transforma a cinética em energia tem base na aeronáutica. “Podemos melhorar a aerodinâmica, mas não temos muito espaço de melhora, estamos no ajuste fino, são ajustes que ajudam, mas os grandes avanços já ocorreram. O que acontece agora é um gigantismo desses aerogeradores que estão cada vez maiores. Os raios deles estão aumentando em altura onde o vento é coletado. Chegamos a 100 m e tem a forte indicação de crescer cada vez mais”, explica Pereira.

Melo faz coro: “do ponto de vista técnico, o que se percebe é que a curva de aprendizagem chegou ao grau máximo”. Uma das variáveis que vem mudando rapidamente é a potência dos aerogeradores. “Antes, eram de no máximo 1 MW. Hoje, estão com 2 MW a 3 MW. Na China estão falando de 6 MW. Na Alemanha parece estar em teste um de 6 MK também, mas aqui temos até 3 MW”, complementa a profissional.

O vento

Durante o período feudal, do século V ao XV, existiam leis sobre a implantação e uso dos moinhos, como mencionado anteriormente, entre elas, estava o direito ao vento. Por ele, era proibido plantar árvore perto do artefato para que não bloqueasse a matéria-prima. E não é que os senhores feudais tinham razão? No sistema eólico, como é conhecido hoje, não há produção de energia se o vento não está soprando. Dutra é taxativo: “Ventos fortes e constantes são os melhores combustíveis, ele é o combustível para geração de energia elétrica. Não há forma de driblar. Ou seja, pouco vento, pouca geração de energia”.

E o vento não sopra da mesma forma o ano todo. “Em média, no Nordeste os ventos sopram mais intensos durante a primavera, já no Sul, os mais intensos ocorrem nos meses de inverno. Mas esse padrão pode se alterar devido a eventos como o El Niño, que tende a aumentar a velocidade dos ventos no nordeste, por exemplo”, explica Pereira. Ou seja, é uma energia intermitente, ou relativamente intermitente, mesmo no nordeste. Não é como a hidrelétrica que você gera a vazão de acordo com o planejamento.

O especialista do Inpe é quem aponta a saída: “O sistema eólico precisa armazenar energia e começa a ver uma nova demanda de um sistema de previsão, porque você sabe que o vento é metereologia. Em países como a Alemanha há empresas que desenvolveram mecanismos que preveem o quanto de energia você vai produzir amanhã e aponta o quanto vai distribuir no sistema integrado”.

Assim como a energia solar, a eólica teria de ter um meio de armazenar a energia produzida em períodos de baixo consumo. Hoje, ela não é usada nestes momentos e se perde. Quando há o maior consumo de energia, a eólica não tem capacidade ainda de gerar a quantidade necessária.

Impactos ambientais

Existem muitas teorias sobre os danos causados pela construção de parques eólicos. Elas vão desde acidentes com pássaros a barulho ensurdecedor. No entanto, os especialistas concordam que com os estudos realizados atualmente esses problemas foram minimizados e muitos até extinguidos.

“No passado, principalmente nos Estados Unidos e na Alemanha, existiram problemas associados a barulhos das máquinas, mas com a melhora da tecnologia, isso foi ajustado. Esse problema de barulho praticamente não existe. Entrei a duas semanas em um gerador. Lá, você escuta a turbina, mas fora e com a porta fechada, não há barulho”, garante, com experiência, Melo.

Com pássaros foi questão de aprendizagem, continua a

presidente: “Viram que as peças atrapalhavam a rota migratória e fizeram ajustes. Hoje, observa-se se tem rota migratória e, se tiver, desviam o parque. Recentemente saiu uma notícia em um jornal, falando que os EUA estavam com um problema com albatroz, pois os parques construídos há 15 e 20 anos estavam matando o pássaro. É preciso fazer um estudo migratório antes”.

Segundo Dutra, outro ponto que ajudou foi a mudança no tamanho: “O impacto de aves nas pás acontece, mas com pouca frequência. A altura dos aerogeradores mais novos ultrapassam 100 m, muito acima da altura de vôo de pássaros menores. Já existem mecanismos e técnicas para manter os pássaros afastados das pás, reduzindo muito a incidência de colisões”.

O pesquisador ainda aponta que os principais impactos dos parques são a alteração da paisagem local e os relacionados a um canteiro de obrar qualquer. Na outra ponta, os especialistas indicam que a eólica não libera gases nocivos como dióxido de carbono e óxidos de nitrogênio, não corre o risco de alagar grandes áreas e não existe, ao menos por enquanto, o risco de escassez de ventos.

Confiabilidade e competitividade

Hoje, a energia eólica não tem obstáculo muito forte no Brasil, pois tem grande potencial e a tecnologia aumenta a produtividade. Ela é a segunda fonte mais barata, só perde para a hidrelétrica. Existem alguns gargalos, principalmente no que se refere à infraestrutura para os parques eólicos, mas que não impede o investimento.

O Nordeste e o Sul são de longe os maiores potenciais de geração, pois os ventos mais fortes estão lá. Pereira aponta a existência de um corredor, do Nordeste do Brasil, passando pelo interior da Bahia, em Minas Gerais, no estado de Goiás, até São Paulo, chegando ao norte do Paraná. Este é um corredor bom não só para a eólica, mas para solar, pois existem áreas interessantes, com muito sol e ventos. “Temos complementaridade entre ventos e hídrico (nos tempos de seca temos mais ventos no Nordeste) e pode-se complementar o déficit de hidrelétricas com eólica”, aposta o pesquisador.

A China é o país que mais investe em eólica neste momento, mas quem mais produz é a Alemanha, seguida pela própria China e na frente dos Estados Unidos. Em termos de potencial, a Alemanha perde espaço. O país com maior capacidade instalada é o norte-americano, seguido por Alemanha, Espanha e China. O Brasil ocupa a 16ª posição com 1,2 GW e deve chegar a 7,2 GW até 2014, colocando o país na 10ª posição. Mantendo a tendência de contratar 2 GW por ano, em 2020, a energia eólica no Brasil chegará à capacidade de 20 GW. Para comparar, a China produz hoje 45 GW.

E mais uma vez os especialistas fazem coro ao dizer que há capacidade e potencial. Começamos a construir conhecimento, mas falta mais investimento também da iniciativa privada, que deve aceitar o risco de entrar nesse negócio enquanto engatinha. “É preciso maior confiança dos investidores do setor e depende de uma atuação mais constante e firme do governo no sentido de dar esse apoio e desenvolver a corrente de conhecimento e assim ampliar a segurança do investido”, conclui Pereira.


Pesquisa

  • Tutorial: eólica. Disponível em: <http://www.cresesb.cepel.br/tutorial/tutorial_eolica.htm>.

 

  • Vantagens e desvantagens da energia eólica. Disponível em: <http://www.portal-energia.com/vantagens-desvantagens-da-energia-eolica/>.

 

  • Atlas do potencial de energia eólica brasileiro. Disponível em: <http://www.cresesb.cepel.br/publicacoes/index.php?task=livro&cid=1>.

 

  • Atlas eólico Minas Gerais. Disponível em: <http://www.cemig.com.br/Inovacao/AlternativasEnergeticas/Documents/atlas%20eolico%20MG.pdf>.

 

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