Espaço de Ciência e Tecnologia de Joinville

Assim como a energia hidráulica, a energia eólica é utilizada há milhares de anos com as mesmas finalidades, a saber: bombeamento de água, moagem de grãos e outras aplicações que envolvem a utilização de energia mecânica. Para a geração de eletricidade, as primeiras tentativas surgiram no final do século XIX, mas somente um século depois, com a crise internacional do petróleo (década de 1970), é que houve interesse e investimentos suficientes para viabilizar o desenvolvimento e aplicação de equipamentos em escala comercial (ANEEL, 2008). A primeira turbina eólica comercial ligada à rede elétrica pública foi instalada em 1976, na Dinamarca. Atualmente, existem mais de 30 mil turbinas eólicas em operação no mundo (CBEE, 2002). Em 1991, a Associação Européia de Energia Eólica estabeleceu como metas a instalação de 4.000 MW de energia eólica na Europa até o ano 2000 e 11.500 MW até o ano 2005. Essas e outras metas estão sendo cumpridas muito antes do esperado (4.000 MW em 1996, 11.500 MW em 2001). As metas atuais são de 40.000 MW na Europa até 2010. Nos Estados Unidos, o parque eólico existente é da ordem de 4.600 MW instalados e com um crescimento anual em torno de 10%. Estima-se que em 2020 o mundo terá 12% da energia gerada pelo vento, com uma capacidade instalada de mais de 1.200GW (CBEE, 2002).

Um sistema de geração de energia elétrica baseado no aproveitamento de energia eólica funciona basicamente da seguinte forma. As partículas ar em movimento possuem energia cinética. Ao coledirem com as hélices, de uma turbina, elas provocam a rotação de um eixo acoplado a um gerador elétrico. O gerador converte o trabalho mecânico, relacionado à rotação do eixo, em trabalho elétrico, utilizado para movimentar as cargas negativas em um condutor elétrico, o que produz corrente elétrica. No caso do consumo residencial, a saída de corrente contínua pode ser armazenada em baterias ou usada para alimentar aparelhos resistivos como lâmpadas, chuveiros e aquecedores. Com relação aos geradores de grande porte, existe um aparelho denominado “inversor síncrono”, cuja função é converter a corrente contínua, produzida no gerador, em corrente alternada e descarregá-la na rede elétrica. A Figura 2.1 ilustra o referido sistema. A potência fornecida pelo vento sobre as hélices é proporcional ao cubo da velocidade do vento e à área varrida pelas pás, bem como à densidade do ar. Como o ar possui baixa densidade, as hélices da turbina têm que varrer uma área consideravelmente grande para produzir uma quantidade conveniente de energia. A eficiência máxima de uma turbina eólica é de 0,59, o que significa que 59% da energia cinética proveniente do movimento do ar é convertida em eletricidade (HINRICHS; KLEINBACH, 2008). A potência produzida por uma turbina eólica, P, é uma função da área da circunferência descrita pela hélice, A, da velocidade do vento, v , e da densidade do ar, p, podendo ser escrita como (ELETRÓNICA, 2007): Considerando-se unidades no sistema internacional.

Considerando o potencial eólico do Brasil, o país pode produzir energia elétrica a preços competitivos com as usinas nucleares, termoelétricas e hidroelétricas. Conforme análises dos recursos feitas em vários pontos do país, é possível gerar energia elétrica ao custo de US$ 70 a 80 por MWh (CBEE, 2002). Por exemplo, o custo da energia elétrica gerada por 70% das novas usinas hidroelétricas que serão construídas na Amazônia será mais alto do que se fossem usinas eólicas. Isto sem citar os impactos ambientais muito mais acentuados das hidroelétricas que levarão à inundação de largas áreas de floresta amazônica. No âmbito nacional destacam-se as usinas de Taíba e Prainha que juntamente com as demais usinas cearenses são responsáveis por cerca de 68% do parque eólico nacional (CBEE, 2002). Como mostra a Figura 2.2, os maiores potenciais eólicos do Brasil localizam-se na parte norte e nordeste do mapa, representados pela cor escura. Em seguida vêm as cores vermelha, laranja, amarela e azul (em ordem decrescente de potencial): Conforme mostra o mapa da Figura 2.2, na região sul, o oeste dos estados de Santa Catarina e Paraná e o litoral do Rio Grande do Sul apresentam algumas áreas com potencial eólico, já que contam com uma velocidade média do ar acima de 7 metros por segundo (m/s). Em particular, Santa Catarina possui três parques eólicos operando em seu território, sendo eles o Parque eólico de Bom Jardim da Serra, instalado na cidade de Bom Jardim da Serra com apenas um aerogerador, como é denominado, e os de Água Doce e Horizonte, que possuem 15 e 18 aerogeradores respectivamente e ambos instalados na cidade de Água doce. Em termos globais, este mercado tem crescido substancialmente nos últimos anos em países como Alemanha, Estados Unidos, Dinamarca e Espanha. Tal crescimento de mercado fez com que a Associação Européia de Energia Eólica estabelecesse novas metas, para as quais a energia eólica deverá suprir 10% de toda energia elétrica consumida no mundo até 2020.

Ao contrário de outras formas de obtenção de energia elétrica, os geradores eólicos causam poucos impactos ao meio ambiente. Pode-se dizer que a energia eólica é um tipo de energia sustentável que se mostra como ótima alternativa energética. Também não polui a atmosfera com gases causadores do efeito estufa. Seus impactos ambientais se resumem à poluição sonora e visual, além de impactos sobre a fauna local. O ruído produzido pelo gerador pode ser de origem mecânica e aerodinâmica. Para turbinas com hélices de diâmetros maiores que 20 metros, o ruído mecânico é observado. No caso do ruído aerodinâmico a intensidade do ruído aumenta de forma proporcional a largura das pás (CORI, 2010). Como exemplo de impacto por ruído, tem-se uma fazenda eólica na Carolina do Norte (EUA), onde as máquinas das turbinas emitiam vibrações que adoeciam pessoas, balançavam janelas, e interrompiam a ordenha das vacas (CORI, 2010). No caso da poluição visual, por causa de seu tamanho, pode-se considerar que estas torres enormes modificam bruscamente o ambiente onde estão instaladas, mas isto apenas interfere em padrões estéticos. Em termos de impactos sobre a fauna, se forem construídas estações eólicas nas rotas migratórias das aves, pode-se esperar um impacto significativo resultante das colisões das aves com as hélices da turbina (HINRICHS; KLEINBACH, 2008).