ENERGIA EÓLICA 

EVOLUÇÃO E PERSPECTIVA NO BRASIL

ALEXANDRE  JOÃO  APPIO

   Canoas,  dezembro de 2001

   “Logo, é comum acontecer que coisas modestas e pequenas revelem coisas grandes, melhor do que coisas grandes podem revelar as pequenas. Bem observou Aristóteles ‘que nas menores porções se pode perceber melhor a natureza de cada coisa’”.

Francis Bacon

RESUMO

 A energia é um dos elementos de suma importância, tanto no contexto ambiental como no contexto econômico, para a evolução e desenvolvimento da humanidade. Sendo assim, a preocupação para a obtenção e manutenção de fontes energéticas é primordial. 

No Brasil, a matriz energética é baseada, fundamentalmente, na hidroeletricidade e nos combustíveis fosseis, o que tem causado considerável impacto ao meio ambiente.

Na atualidade, existe uma crise energética no país, o que tem contribuído para a reavaliação e busca de alternativas como as fontes renováveis, especialmente a eólica. Esta vem sendo incrementada, em virtude da sua comprovada potencialidade no país. Para tanto, tem-se levado em conta, a viabilidade das diversas regiões para a colocação de campos eólicos, pois os mesmos dependem da direção e velocidade dos ventos. No Brasil, já existem várias regiões com potencial instalado e em instalação, apresentando grandes perspectivas.

  INTRODUÇÃO

A energia sempre foi um fator essencial para a evolução e desenvolvimento da humanidade. Tanto que a preocupação para a obtenção de fontes energéticas  tem sido uma constante. Ao longo de sua história, o ser humano passou por diversos períodos, nos quais dominaram matrizes energéticas diferentes, como a biomassa (lenha), o carvão e o petróleo. Hoje, são buscadas novas alternativas, estimuladas, sobretudo, em virtude da crise energética e do prejuízo ambiental causado pela queima de combustíveis fósseis.

O iminente colapso energético, oriundo do rápido crescimento da economia mundial, nas últimas décadas, principalmente nos anos 1990, e da falta de gerenciamento, tem intensificado a procura por fontes alternativas de energia, como a eólica e a solar. Estas fontes são consideradas permanentes, ou seja, sem risco de serem findáveis, e bem menos poluentes, comparadas aos combustíveis fósseis, que ainda são a base da matriz energética atual.

1. A NECESSIDADE DE ENERGIA

 "Tanto os combustíveis fósseis, não-renováveis, como os renováveis têm como origem o sol. Este é base da origem dos seres vivos, vegetais e animais e que, em processo que dura centenas de milhões de anos, formam os combustíveis fósseis(...)” (VASCONCELLOS & VIDAL, 1998  p.187).

A história da civilização está intimamente ligada às fontes energéticas disponíveis. De acordo com Odum (1988), os caçadores e coletores viviam como partes de cadeias alimentares naturais em ecossistemas de energia solar, atingindo as maiores densidades em sistemas com subsídios naturais, em locais litorâneos e ribeirinhos. Com o desenvolvimento da agricultura, a capacidade de suporte[1] aumentou muito, à medida que os seres humanos tornavam-se mais hábeis em cultivar plantas e domesticar animais.

Odum (Op. Cit.) destaca que, durante muitos séculos, a lenha e outras formas de biomassa forneciam a principal fonte de energia. As grandes pirâmides, catedrais, cidades e fazendas foram construídas com a potência muscular animal e humana, movida à biomassa combustível, em grande parte de escravos. Conforme o referido autor, esse longo período pode ser chamado a idade da “Potência Muscular”[2]. Posteriormente, veio a idade atual dos “Combustíveis Fósseis”, que forneceu um certo desenvolvimento e conforto, fazendo com que a população global dobrasse mais ou menos de cinqüenta em cinqüenta anos até agora. No entanto, também provocou a degradação nos recursos naturais. No presente capítulo será abordada a necessidade de energia no contexto ambiental e no contexto econômico, bem como os resultados desta demanda.

1.1. No contexto ambiental

A Terra deve ser vista como um sistema gigantesco, como um conjunto de componentes interligados por fluxos de matéria e energia, funcionando como uma unidade. Assim sendo, é necessário que se considere o planeta como uma “imensa máquina integrada”, movida a energia, trabalhando subdividida em incontáveis máquinas menores, que operam dentro da estrutura geral do conjunto da grande máquina terrestre (Drew, 1986).

A energia que mantém os processos físicos, químicos e biológicos na Terra provém da gravidade, do âmago do planeta e do seu próprio movimento. Todavia,  em grau muito superior, provém do Sol, ou seja, da radiação solar. É esta energia que dá origem às formas de relevo, aos climas e à vida. Sem a radiação solar, a Terra ficaria morta, escura e quase imutável.

Segundo Drew (op. Cit.), a energia solar alcança a superfície via atmosfera, distribui-se de modo variado e desigual pelo planeta, cumpre sua função e depois retorna, modificada, ao espaço. Em um dado período de tempo, a emissão é igual a retirada. Entre a entrada e a saída, a energia flui por diversos canais (transferências), se acumula por longos períodos de tempo (carvão, petróleo) ou pequenos períodos (solo, animais). Os seres humanos são também depósitos de uma fração desta corrente de energia.

Certa, também, é  a importância dos oceanos no controle dos fluxos de energia no planeta. Embora os grandes oceanos estejam ligados entre si e as únicas barreiras à troca de suas águas sejam as diferenças de temperatura e salinidade, as águas oceânicas não são tão móveis quanto a atmosfera. Segundo Drew (op. Cit.), o oceano atua como agente eficiente de dispersão e diluição, podendo ser considerado como volante gigantesco da Terra, dando estabilidade ao sistema mundial. Estes armazenam vastas quantidades de radiação solar, mas só ganham e liberam calor lentamente.  Seu papel também é fundamental para o funcionamento dos ciclos globais do carbono e do oxigênio, com a ação do fitoplancton[3], liberando 75% do oxigênio livre do planeta, graças ao processo fotossintético.

Nos ecossistemas, por sua vez, a fonte e a qualidade da energia determinam os tipos e a abundância dos organismos, o padrão dos processos funcionais e de desenvolvimento e o estilo de vida dos seres humanos. Pode-se figurar o fluxo energético como a densidade de potência de área do ecossistema, em que este tem maior ou menor capacidade de se desenvolver (Odum, 1988).

1.2. No contexto econômico

A questão energética está sempre ligada ao desenvolvimento de uma região ou país, sendo a base para tal. Hoje, precisa-se mais energia que em qualquer outro período da humanidade. Em decorrência, também são mais visíveis seus efeitos poluidores, e busca-se, com relativa pressa outras alternativas para uma matriz energética mundial.

No Brasil, a questão energética é motivo de reflexão para as empresas responsáveis e governantes. A energia associada ao bem-estar da população, manteve altos níveis de consumo, como é o caso da eletricidade residencial e comercial, da gasolina automotiva e do querosene de aviação. Em conseqüência, o consumo final de energia obteve um crescimento de 3,0%, só em 1998/1999. Este e os demais dados a seguir foram obtidos do Ministério de Minas e Energia (1999).

Em dezembro de 1998, as reservas totais (medidas, indicadas e inferidas) de petróleo, e gás natural atingiram 17,3 bilhões de barris equivalentes de petróleo - bep, volume 2,4% superior ao de 1997. Ao se considerar somente as reservas medidas de petróleo, de 7,4 bilhões de barris, verifica-se que correspondem a cerca de 20 anos da produção atual.

A produção média de petróleo foi de 972 mil barris/dia,  em 1998, crescendo 16,4% em relação a 1997. O consumo de derivados de petróleo cresceu 3,6% (1.666  mil bep/dia, incluindo o consumo próprio do Setor de Petróleo). No mesmo ano, as importações de petróleo e derivados chegaram a 820 mil bep/d e as exportações a 132 mil bep/d. Neste contexto, a dependência externa de petróleo e derivados ficou em 40%, igual à de 1997.

O consumo de álcool automotivo foi de 13,0 milhões de m³, em 1998, 2,5% inferior ao consumo de 1997. Em razão do volume de vendas de veículos novos a álcool ter ficado abaixo do montante de carros sucateados, o que provocou a redução e o envelhecimento da frota, o consumo de álcool hidratado decresceu 7,9%, em 1998. Já o consumo de álcool acompanhou o crescimento do consumo de gasolina.

Em 1998, foram incorporados ao mercado interno cerca de 1,4 milhões de automóveis, que consumiram, segundo estimativas, cerca de 1,6 milhões de m³ de gasolina e álcool. No mesmo ano, foram acrescidos ao mercado 0,6 milhões de m³ deste combustível (gasolina e álcool), quantidade menor que a exigida pela nova frota. Assim, cálculos estimados apontam para uma redução de 3,0% no consumo médio por veículo em 1998.

Conforme o Ministério de Minas e Energia (1999), o consumo de energia elétrica cresceu 4,2%, em 1998, impulsionado pelos desempenhos dos Setores Comercial (8,9%)e Residencial (7,2%), bem superiores ao desempenho da Indústria (0,7%). Embora com menor vigor, o consumo residencial continuou sendo impulsionado pelas novas ligações e pela incorporação de bens de consumo durável, principalmente pelas classes menos favorecidas, que têm seu poder de compra aumentado com a redução da inflação. No comércio, o consumo de energia elétrica continuou refletindo a expansão e modernização dos serviços e o uso mais intenso de aparelhos de ar condicionado, além da abertura de grandes centros comerciais.

Ainda, em relação ao Setor Residencial, cabe acrescentar que, mesmo tendo havido um acréscimo de cerca de 1,6 milhão de novas contas em 1998, o consumo médio por conta apresentou crescimento de 4,5% (cerca de 177 kWh/mês), ainda expressivo, mas menor que os 8,8% (em 1996).

2. A ATUAL MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA

“A Segunda alternativa são os combustíveis extraídos da biomassa, que são os hidratos de carbono na sua forma natural, dividendos da radiação solar. Eles formam-se continuamente e podem ser imediatamente usados como dividendos, ao contrário dos fósseis, que são o capital. Estes são formados ao longo de eras geológicas e, ao serem usados de modo extensivo, se exaurem em poucas gerações" (VASCONCELLOS & VIDAL, 1998  p.187).

  Os combustíveis fósseis, usados para gerar eletricidade, mover as atividades industriais e aquecer as residências, contribuem com dois terços das emissões de CO₂, nos EUA. No mundo, 64% da eletricidade gerada é produzida através da queima de combustíveis fósseis (principalmente carvão), respondendo por 27% das emissões globais de carbono.

A Matriz Energética Brasileira, ou melhor, os principais tipos de energia utilizados, atualmente, são em parte baseados em combustíveis fósseis e hidreletricidade, sendo estes os principais impulsionadores da economia brasileira. Em termos percentuais, isto significa: eletricidade 40%, derivados de petróleo 23%, carvão 10% e álcool 2%, diferente da década de 1970, como vemos no Graf. 4.

O setor de transportes contribui com um terço de toda a emissão de dióxido de carbono. Um carro comum emite, em média, seu próprio peso em carbono a cada ano, considerando o uso diário. Um uso maior de transportes públicos poderia reduzir o número de veículos nas estradas, melhorando a qualidade do ar e a congestão de tráfego.

No que se refere a fontes renováveis, a hidroeletricidade, o gás natural, os produtos da cana-de-açúcar e as energias solar e eólica, em menor proporção, contribuem também para a Matriz Energética Brasileira. O Programa do Álcool (Pró-alcool), criado em 1975, representou o esforço de maior êxito no desenvolvimento de fontes renováveis para substituir  derivados de petróleo, mediante o uso de álcool adicionado à gasolina e uso de álcool puro.  Dez anos após a criação deste programa, cerca de 3,6 milhões de veículos utilizavam exclusivamente álcool como combustível.

2.1. O destaque da Hidroeletricidade

A energia elétrica, atualmente, é o insumo mais importante do país, por sua potencialidade de uso tanto industrial como residencial, sem restrições, diferentemente do petróleo e outros combustíveis.

A energia elétrica foi introduzida no país quase que em simultaneidade com outros países do Hemisfério Norte, por volta de 1870. Anteriormente, utilizava-se óleo de baleia importado da Inglaterra, em lampiões que eram acendidos à noite e apagados pela manhã. A eletricidade provocou um salto no desenvolvimento industrial e urbano no Brasil (Eletrobrás, 2000).

Os grandes desafios da indústria da eletricidade no seu primeiro século (XIX) foram de natureza tecnológica e, principalmente, econômica, para atender ao crescimento exponencial do consumo, ocasionado pelo acelerado processo de crescimento econômico  nacional. Nesse caso, não podemos deixar de salientar que houve uma aceleração do consumo geral, não somente da eletricidade, mas de todos os combustíveis. Na tabela 1 tem-se uma síntese da  evolução do setor elétrico no país.

2.2. A crise energética brasileira e a onda privativista

De acordo com Benjamim (2001), em hidreletricidade, o Brasil ocupa no mundo uma posição semelhante a da Arábia Saudita em petróleo. Graças a isto, mais de 90% da  capacidade de geração de energia do país se baseia em dois elementos: a água das chuvas e a força da gravidade. Bacias hidrográficas com centenas de rios permanentes e caudalosos, se espalham por grandes regiões - Sul, Sudeste, Centro-Oeste e Norte. Os rios de planalto, quando barrados, originam grandes lagos, estocando a energia na sua forma potencial. Se as barragens forem construídas em seqüência, ao longo do curso de um rio, a mesma gota d’água seria, em tese, usada inúmeras vezes, antes de se encontrar com o oceano.

Com o esforço e o talento de várias gerações, a tecnologia de construção de hidrelétricas se aperfeiçoou. Como as chuvas também variam de região para região, o sistema foi interligado por linhas de transmissão, de modo a permitir que um operador central racionalize o uso da água disponível em todo o país. É por esta razão que os reservatórios situados em diferentes bacias hidrográficas, que não têm qualquer ligação física entre si, funcionam como se fossem vasos comunicantes (fig. 01). Se chove pouco na bacia do Rio São Francisco e muito na bacia do rio Paraná, a usina de Paulo Affonso é orientada a colocar pouca energia na rede, economizando sua água que se tornou preciosa, enquanto a usina de Itaipu faz a compensação. Ao colocar mais potência na rede, Itaipu cede água, indiretamente, para Paulo Afonso. Nos lares, escritórios e fábricas, ninguém percebe o inteligente rearranjo que permite otimizar o fornecimento da energia em cada momento (Benjamim, 2001).

Isto tudo colocava o país em evidência, tanto que os especialistas estrangeiros em hidroeletricidade vinham ao Brasil para aprender. Que país não gostaria de ter um sistema energético considerado “limpo”[4], renovável, barato, capaz de estocar combustível para cinco anos, apto a transferir grandes blocos de energia do Sul para o Norte, do Nordeste para o Sudeste, gerenciando de forma integrada bacias hidrográficas fisicamente distantes milhares de quilômetros? Quem não gostaria de gerenciar empresas com tantas usinas já amortizadas, altamente rentáveis mesmo vendendo barato a energia que produzem?

Até o fim da década de 1970, o sistema gerava sem problemas os recursos para sua própria expansão. Isto começou a mudar nos anos 1980, com as crises da dívida externa e da inflação. Sucessivos governos passaram a usar os recursos das  robustas empresas elétricas para obter os dólares necessários ao pagamento dos juros exigidos pelos credores externos. Ao mesmo tempo, reprimiam sistematicamente reajustes de tarifas, para conter a inflação. Com as empresas endividadas (sem que os recursos por elas captados tivessem sido usados no próprio setor) e tornadas deficitárias, logo se estabeleceu uma ciranda de calotes. Calotes das distribuidoras, das operadoras estaduais, deixando as geradoras federais “a ver navios”. Em meados da década de 1990, as dívidas cruzadas atingiam US$ 50 bilhões. Era o argumento de que precisavam aqueles que passaram a defender o desmonte do sistema. Chegava o tempo das privatizações (Benjamim, op. Cit.)

O primeiro passo preparatório para as privatizações foi dado por volta de 1993. O segundo passo foi a modelagem de um novo sistema não estatal, que seria baseado na atração de investidores privados, especialmente estrangeiros. A energia passaria a ser uma mercadoria como as demais, sujeita a oscilações de oferta e demanda, e o sistema estatal cooperativo daria lugar a um sistema privado concorrencial.

Neste contexto, o sistema elétrico brasileiro começou a ser financeiramente repartido, como fora em passado longínquo, e suas fatias foram sendo distribuídas pelo mundo inteiro, entre empresas multinacionais. Os investidores estrangeiros, por sua vez, preferiram seguir comprando as usinas prontas, que o governo lhes ofertava.

Benjamin (op. Cit.) também esclarece que, devido ao crescimento natural da demanda e a necessidade de colocar, a cada ano, mais potência na rede, restou ao sistema consumir suas reservas de água, sem investimentos de qualquer natureza. As decisões de investimento, por sua vez, foram entregues a agentes privados, preferencialmente estrangeiros, que trariam dólares e tecnologias. Estes decidiriam se deveriam investir aqui ou não.

No novo modelo privatizado, ninguém mais é responsável pelo problema energético brasileiro como um todo. Isto se verifica, por sua vez, também na declaração do Ministério de Minas e Energia:

"Não é possível liberar os investimentos das empresas ainda estatais de energia, pois elas estão submetidas ao Conselho Nacional de Desestatização, comandado pela Fazenda. Foi informado sobre o risco de déficit, apontado nos relatórios do ONS. O governo está comprometido pelos acordos com o FMI, mas foi apoiado o programa emergencial, que prevê a construção de 49 usinas térmicas, dando aos investidores garantias sobre o preço futuro do gás." (MME, 2000)

Benjamim (2001) coloca alguns pontos devem ser salientados para entender a crise:

1.      A decisão de privatizar o sistema energético era técnica e financeiramente injustificada. Foi tomada por motivos ideológicos (política neoliberal)  e de subalternidade, pela expectativa de propiciar grandes negócios a alguns grupos, e necessidade de atrair capital em curto prazo.

2.      Tal decisão embutia a necessidade, também técnica e financeiramente injustificada, de alterar a matriz energética, a qual não corresponde ao padrão financeiro e tecnológico desejado pelas multinacionais. Para estas, é preciso importar equipamentos e combustível.

3.      O Brasil devia abrir mão de sua enorme vantagem comparativa no setor, e passar da hidroeletricidade (barata e baseada em fontes internas) para a termeletricidade (cara e baseada em fontes externas). As decisões de investimento em energia, internas desde a década de 1950, também se transfeririam para fora do país.

4.      Para realizar esta operação, uma escassez controlada era não só tolerável, mas também desejável. Só uma expectativa de crise energética (artificialmente criada) justificaria levar até o fim tais decisões.

Segundo Benjamin (op. Cit.), parece que existe um incentivo para alterar a matriz energética na direção que o capital internacional deseja. Cabe perguntar se é este o caminho para a sustentabilidade e autonomia energética necessária ao país.

2.3. Impactos do uso de combustíveis fósseis

Os impactos resultantes da matriz energética atual[5] são sentidos na atmosfera planetária, no desequilíbrio dos ecossistemas naturais, devido à poluição de toda a espécie, e na queda da qualidade de vida dos centros urbanos. Além disto, há o problema do acesso e da otimização das fontes não renováveis. Assim, as crises no fornecimento destes energéticos leva a busca de alternativas ambientais viáveis.

Nos setes anos que antecederam ao primeiro choque do petróleo, as taxas de crescimento do PIB, da energia elétrica e do petróleo ultrapassaram os 11 % ao ano.
Em 1973, a participação de derivados de petróleo na matriz energética era de cerca de 45,2%; dos derivados de biomassa 46% e da energia elétrica 6,2% para um total de todas as formas de energia.

2.3.1. Ambientais

De acordo com Brown (2000), a economia global, nestes últimos 50 anos completa uma expansão admirável, impulsionada por um crescimento quádruplo do combustível fóssil, acompanhado de um aumento semelhante nas emissões de dióxido de carbono (CO₂). A cada ano, desde que se iniciou o monitoramento sistemático da atmosfera, em 1959, os níveis de CO₂ vêm alcançando novos picos, subindo de 317 ppm[6], em 1959 para 368 ppm, em 1999.

Corson, (1996) já alertava que, a composição da atmosfera está sendo alterada pela atividade humana mais do que em qualquer outra época, nos últimos 10 mil anos.  Conforme este autor, mesmo se se reduzissem as taxas de emissão abaixo dos níveis da década de 1990, estas se estabilizariam a aproximadamente o triplo da concentração pré-industrial de CO₂. Se as nações do mundo quiserem estabilizar a atmosfera no estado já considerado problemático de hoje, teriam que eliminar imediatamente cerca de três quintos das emissões deste gás.

Hawken (1999) destaca que quanto mais os gases estufa são adicionados à atmosfera, mais o aquecimento global aumenta. As latitudes médias e altas da Terra tendem a ser mais afetadas por este fenômeno, aquecendo-se o dobro do índice médio do planeta. Assim, a média de temperatura dessas áreas poderá aumentar 1ºC ou mais por década.

Os aumentos na temperatura podem parecer pequenos até serem comparados com mudanças climáticas anteriores. Há milhares de anos atrás, até a última era Glacial, a temperatura global aumentou gradualmente em 3 a 5ºC. O aquecimento previsto neste século é 10 a 40 vezes mais rápido, devido ao crescimento industrial e populacional. As temperaturas poderão, em pouco tempo, estar mais elevadas do que em qualquer outra época da história. Uma média de aumento de 5ºC tornaria a Terra mais quente do que ela já foi nos últimos milhares de anos.

Uma estimativa geral sugere que os gases estufa (CO₂, CH₄, Nox) se acumulam e a temperatura média do planeta se eleva. Neste cenário, climas locais se tornarão mais vulneráveis – mais quentes e secos, em algumas áreas, mais frios e úmidos em outras. Hawken (1999) também esclarece que o aquecimento global poderá aumentar a precipitação de chuvas em algumas áreas. Regiões de altas latitudes poderão receber mais neve e chuva durante o inverno. O aumento das temperaturas na superfície dos oceanos pode aumentar a freqüência e o rigor de furacões e tempestades tropicais. Em virtude das altas temperaturas, pode haver derretimento das geleiras e calotas polares, aumentando, assim, o nível dos mares, prejudicando, potencialmente, áreas costeiras densamente povoadas.

Além destes efeitos, inúmeros outros se fariam sentir com o aquecimento do planeta. Algumas florestas são sensíveis à variação de temperatura, podendo sobreviver somente dentro de uma estreita faixa térmica. Desta maneira, florestas inteiras estarão ameaçadas, bem como determinados cultivos, exigindo dispendiosas alterações nas práticas agrícolas, provocando a redução da produção, como no caso das culturas de trigo e frutas cítricas.

2.3.2. Econômicos

Em decorrência da Matriz Energética, dependente de combustíveis fósseis, o crescimento econômico brasileiro caiu, entre 1973 e 1979, embora o PIB ainda mantivesse a taxa de 6,7 % a.a. Assim, devido a crise do petróleo, privilegiou-se o aumento da oferta de energia alternativa em detrimento de políticas voltadas para o aumento de eficiência energética e a conservação de energia. Nessa época foram criados o Programa Nacional do Álcool - PROÁLCOOL, o Programa de Uso do Carvão Mineral na indústria, o Acordo Nuclear Brasil-Alemanha e a intensificação da prospecção de petróleo no mar (Petrobrás).

Por outro lado, o setor elétrico sofreu profundas interferências. Implementou-se a política de redução gradativa e contínua das tarifas, objetivando o controle da inflação acelerada pelo aumento dos preços do petróleo. No final do período, o perfil do consumo de energia apresentava os derivados do petróleo com participação ampliada para cerca de 50,4 %, os derivados da biomassa reduzidos para 35,4% e a eletricidade beirando aos 9,3 %. A redução da participação da biomassa ocorreu, principalmente, em virtude do menor consumo de lenha usada, sobretudo, no campo, em processo de esvaziamento pelo êxodo para os centros urbanos.

3. ENERGIA EÓLICA E A RECONVERSÃO DA MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA

  “No futuro, o vento não será usado apenas para gerar energia elétrica, mas na produção do combustível necessário para mover os automóveis. É um mundo muito diferente daquele em que vivemos hoje, mas esse mundo está muito perto de se tornar real.” (Brown, 2000)

  O controle da energia pelo ser humano há muito incluiu a liberação de átomos de carbono, desde um fogo de lenha em uma caverna, na França, há pelo menos 750.000 anos. A dependência da madeira foi uma característica comum do uso da energia na maioria das regiões habitadas do mundo, até meados do século XIX (Brown, 2000). O crescimento da densidade populacional fez com que o recurso da madeira se tornasse escasso e fosse preciso buscar novas formas de energia. A madeira gradativamente cede espaço para o carvão, que já libera menos carbono por unidade de energia. Este foi a principal fonte até início do século XX, quando entra no cenário o petróleo, que já libera menos carbono que o carvão, e junto a este a “revolução automotiva”, presente até nos dias atuais[7].

Conforme verificado nos capítulos anteriores, os sistemas energéticos de hoje, baseados em combustíveis fósseis, além de originarem uma concentração de riqueza e poder, e excessiva emissão de poluentes na atmosfera, têm causado grandes desequilíbrios no uso da energia e do bem-estar social. Seus benefícios são inacessíveis a cerca de 2 bilhões de pobres do mundo (um terço da população global), que ainda dependem da biomassa para cozinhar e não dispõe de eletricidade. Hoje, o quinto mais rico da humanidade consome 58% da energia mundial, enquanto o quinto mais pobre utiliza menos de 4% (Flavin, 1999).

Um sistema energético mais descentralizado, baseado em recursos renováveis, poderá ter mais oportunidade de disseminar com maior amplitude seus benefícios. Atender às necessidades de 2 bilhões de pessoas que não dispõe de combustíveis modernos ou eletricidade, e de mais de 2 bilhões com atendimento precário, poderá se tornar um novo “imperativo social”, conforme afirma Flavin. (1999).

Fala-se em descarbonização da economia energética, sabendo-se que o ciclo global do carbono inclui-se entre os processos naturais de grande escala mais complexos e menos entendidos do planeta. Cerca de 42 trilhões de toneladas de carbono estão contidos ou em circulação entre a atmosfera, oceanos e biosfera (Dunn, 2000). Este patamar é considerado crítico por alguns estudiosos, e um elemento importante para esta descarbonização é a redução da intensidade energética[8]. 

Desta forma o fornecimento de serviços de energia mais barata, limpa e renovável, estimularia o desenvolvimento das regiões mais pobres no Brasil e no mundo, aumentaria a oferta de emprego e reduziria o impacto ambiental da energia de biomassa.[9]

As “novas” fontes de energia renovável estão na posição que o petróleo ocupava aproximadamente a um século atrás, representando uma fração da energia mundial, mas ganhando espaço em regiões e mercados. A preocupação quanto ao futuro do petróleo, e vislumbrando que este teria somente mais algumas décadas, desencadeou um grande interesse nas novas tecnologias, já na década de 1970 e 1980. Nos últimos anos, este interesse foi acentuado, sendo possível incluir consideráveis melhorias tecnológicas, a baixos custos, e ainda políticas incentivadoras da redução das emissões de carbono. Um exemplo bastante eloqüente pode ser visto na Europa, com os incentivos para a produção de energia eólica.

Até a pouco parecia provável que, à medida que escasseavam os combustíveis fósseis, a terceira idade da humanidade seria a da “Energia Atômica”. Mas a desordem[10] associada a esta fonte tem dado problemas até agora insolúveis, sendo imprevisível seu futuro.

Assim, as alternativas energéticas oriundas dos recursos renováveis naturais estão sendo retomadas. O Sol e o vento[11], principalmente, já desempenharam no passado papeis de importância significativa na História da Humanidade. Com as previsões referentes à exaustão dos recursos petrolíferos mundiais, os países do Primeiro Mundo, principalmente, aceleraram as suas pesquisas na obtenção de novas tecnologias alternativas, elegendo as energias solar e eólica como as grandes alternativas energéticas do futuro (Bezerra, 2000).

3.1. Estratégias para melhorar o quadro energético

As emissões de carbono provavelmente só diminuiriam se as empresas fossem oneradas com um imposto de mais ou menos cem dólares por tonelada métrica de carbono emitida. Mesmo assim, pode ser que tamanha carga tributária consiga, no máximo, fazer com que as emissões de 2010 recuem para os níveis de 1990[12] (Hawken, 1999).

Bem mais da metade da ameaça ao clima provém do CO₂ liberado pela queima dos combustíveis fósseis. Ela desaparecerá se os consumidores utilizarem a energia com tanta eficiência quanto for economicamente viável. Alternativamente, grande parte desta ameaça desaparecerá se os combustíveis com pouca emissão de carbono (gás natural) ou os não fósseis (solar e eólica) substituírem os combustíveis fósseis mais intensivos em carbono.

Desenvolver o uso generalizado de fontes energéticas menos poluidoras, em uma escala global, é uma tarefa difícil, mas também necessária. Uma das medidas importantes seria melhorar a eficiência energética nos transportes, no setor industrial e residencial, e seria o meio mais rápido e mais efetivo para reduzir as emissões de dióxido de carbono e outros gases que estão alterando a atmosfera.

Uma alternativa também poderia advir da taxação de combustíveis fósseis, arrecadando uma “taxa de carbono” sobre os vários combustíveis, de acordo com sua quantidade deste gás. Isto aumentaria o preço da energia e motivaria investimentos na eficiência energética por parte do governo, indústria e consumidores. Tal medida deveria ser aplicada nos países desenvolvidos, que lançam toneladas de CO₂ por ano na atmosfera sem qualquer ônus. Certamente reduziria o uso de veículos como um todo, e estes valores arrecadados seriam utilizados para desenvolvimento de fontes renováveis. Baines (1997), defende que limitar o crescimento populacional e incentivar a agricultura sustentável não podem ser descartados.

Outra medida importante seria reverter o desflorestamento. A vegetação absorve o CO₂ da atmosfera para seu crescimento, promovendo o equilíbrio térmico e hídrico, entre outros benefícios.

Dessulfurar os combustíveis com alto teor de enxofre antes da sua distribuição e consumo, é um ponto fundamental. O enxofre pode ser removido do combustível antes de ser queimado e vendido para a indústria como subproduto. Alternativamente, o enxofre pode ser removido da fumaça antes que esta seja lançada na atmosfera. Pode-se fazer isso utilizando dispositivos chamados dessulfurizadores, que são instalados nas chaminés. Sua função é borrifar cal sobre a fumaça (Baines, 1997).

Subsidiar a utilização de combustíveis limpos, como a energia eólica, em rápido desenvolvimento no mundo, é outra estratégia que já produz resultados interessantes, conforme será constatado no decorrer deste capítulo.

3.2. A transição

A transição de combustíveis fósseis para uma economia energética, fundamentada nas energias alternativas, acelerou dramaticamente no mundo nos últimos anos, principalmente na Europa.

O crescimento mais espetacular nos renováveis está ocorrendo com a energia eólica, com um aumento anual de 24% de 1990 a 1999 (graf. 5),  sendo hoje uma indústria de US$ 4 bilhões (Brown, 2000). Os avanços nos sistemas de turbinas eólicas reduziram significativamente o custo de geração da energia eólica, nas últimas duas décadas, a ponto de se tornar competitiva, em termos de custo, com a geração por combustível fóssil, em algumas regiões. Sua entrada incisiva no mercado se deve muito ao apoio de políticas, como uma legislação européia que proporciona pagamentos fixos aos empreendedores de projetos. Sete das principais nações que utilizam energia eólica são européias[13].

Um dos atrativos da eletricidade eólica é seu custo declinante. Com novos e avançados designs das turbinas eólicas, a eletricidade é gerada a um custo de US$ 0,4 por quilowatt/hora, um quarto do custo de uma década atrás e um valor competitivo com as fontes energéticas tradicionais. Os acréscimos anuais da capacidade eólica, durante o final da década de 1990, ultrapassaram a energia nuclear.

Brown, (2000) destaca que a Alemanha emergiu como líder mundial na capacidade de energia eólica, com os Estados Unidos em segundo lugar. Grandes fazendas eólicas entraram em atividade durante os dois últimos anos neste país.

O país onde a energia eólica está crescendo com maior rapidez é a Espanha. Partindo do zero a quatro anos atrás, a Espanha atingiu um grande potencial em nível de novas instalações, com 750 MW.

3.3. Recursos eólicos

A energia eólica provém da radiação solar uma vez que os ventos são gerados pelo aquecimento não uniforme da superfície terrestre. Uma estimativa da energia total disponível dos ventos, ao redor do planeta, pode ser feita a partir da hipótese de que, aproximadamente, 2% da energia solar absorvida pela Terra é convertida em energia cinética dos ventos. Este percentual, embora pareça pequeno, representa centena de vezes a potência anual instalada nas centrais elétricas do mundo (Cresesb[14], 2001).

Os ventos que sopram em escala global e aqueles que se manifestam em pequena escala são influenciados por diferentes fatores, entre os quais destacam-se a altitude e a rugosidade, ou seja, obstáculos do relevo.

3.3.1. Me canismo de geração dos ventos

A energia eólica, conforme colocado anteriormente,  pode ser considerada como uma das formas indiretas da energia proveniente do Sol, uma vez que são produzidos pelo aquecimento diferenciado da atmosfera. Esta não uniformidade no aquecimento da atmosfera deve ser creditada, entre outros fatores, à orientação dos raios solares e aos movimentos da Terra.

As regiões tropicais, que recebem os raios solares quase que perpendicularmente, são mais aquecidas do que as regiões polares. Conseqüentemente, o ar quente que se encontra nas baixas latitudes das regiões tropicais tende a subir, sendo substituído por uma massa de ar mais frio que se desloca das regiões polares.

Os ventos globais (fig 02) são gerados principalmente pela diferença de temperatura e pressão e pela rugosidade da superfície terrestre. Estes se encontram a alguns km de altura a partir do solo. O vento distribui-se a partir do equador e espalha-se para o norte e sul nas partes mais altas da atmosfera. Ao redor dos 30º  de latitude em ambos hemisférios ocorre a força de Coriolis[15]. Nesta latitude se encontra uma zona de altas pressões, que começa a ir de novo em direção ao equador (zona de baixas pressões). Estes ventos são permanentes e caracterizados também  como ventos constantes e podem ser classificados em:

·   Alísios: ventos que sopram dos trópicos para o Equador, em baixas altitudes.

·   Contra-Alísios: ventos que sopram do Equador para os pólos, em altas altitudes.

·   Ventos do Oeste: ventos que sopram dos trópicos para os pólos.

·   Polares: ventos frios que sopram dos pólos para as zonas temperadas.

Tendo em vista que o eixo da Terra está inclinado de 23,5^o em relação ao plano de sua órbita em torno do Sol, variações sazonais na distribuição de radiação recebida na superfície da Terra também resultam em variações sazonais na intensidade e duração dos ventos, em qualquer local da superfície terrestre. Como resultado, surgem os ventos periódicos que compreendem as monções e as brisas.

As monções são ventos periódicos que mudam de direção a cada seis meses aproximadamente. Em geral, as monções sopram em determinada direção em uma estação do ano e em sentido contrário em outra estação.

Em função das diferentes capacidades de refletir, absorver e emitir o calor recebido do Sol, inerentes à cada tipo de superfície (tais como mares e continentes) surgem as brisas que caracterizam-se por serem ventos periódicos que sopram do mar para o continente e vice-versa. No período diurno, devido à maior capacidade da terra de absorver e refletir os raios solares, a temperatura do ar aumenta e, como conseqüência, forma-se uma corrente de ar que sopra do mar para a terra (brisa marítima). À noite, a temperatura da terra cai mais rapidamente do que a temperatura da água e, assim, ocorre a brisa terrestre que sopra da terra para o mar. Normalmente, a intensidade da brisa terrestre é menor do que a da brisa marítima devido à menor diferença de temperatura que ocorre no período noturno (Cresesb, 2001).

3.3.2. Direção e velocidade dos ventos

A direção do vento também é um importante parâmetro a ser analisado pois mudanças de direção freqüentes indicam situações de rajadas de vento. Além disto, a medida da direção do vento auxilia na determinação da localização das turbinas em um parque eólico. Devido à existência do problema de "sombra", isto é, a interferência das esteiras das turbinas, é fundamental o conhecimento da direção predominante.

As direções dos ventos dominantes são sempre importantes para a colocação de uma aerogerador, visto que é preciso, para uma boa eficiência, um local ideal com o mínimo de obstáculos para as direções dominantes do vento. É importante observar todos os aspectos geográficos para um empreendimento eólico.

Do ponto de vista do aproveitamento da energia eólica, é importante distinguir os vários tipos de variações temporais da velocidade dos ventos, a saber: variações anuais, sazonais, diárias e de curta duração.

3.4. História da Energia eólica

De acordo com Gipe (1998), acredita-se que foram os egípcios os primeiros a fazer uso prático do vento. Em torno do ano 2800 AC, começaram a usar velas para ajudar a força dos remos dos escravos. Eventualmente, as velas ajudavam o trabalho da força animal em tarefas como moagem de grãos e bombeamento de água.

Os persas começaram a usar a força do vento poucos séculos antes de Cristo, e pelo ano 700 DC, eles estavam construindo moinhos de vento verticais elevados ou panemones, para ser usado como força nas mós, na moagem de grãos.

Outras civilizações do oriente médio, mais notavelmente a muçulmana, continuaram onde persas deixaram e construíram seus próprios moinhos de vento. Ao retornarem[16] das cruzadas, pensou-se que tinham trazido idéias sobre moinhos de vento e desenhos para a Europa, mas, provavelmente, foram os holandeses que desenvolveram o moinho de vento horizontal, com hélices, comuns nos campos dos holandeses e ingleses.

A força do vento e da água logo tornaram-se a fonte primária da energia mecânica medieval inglesa. Durante esse período, os holandeses contaram com a força do vento para bombeamento de água, moagem de grãos e operações de serraria.

Através da Idade Média, os melhoramentos técnicos continuaram a ocorrer em tais áreas, como na fabricação de lâminas aerodinâmicas, desenhos de engrenagens, e de forma geral, os desenhos dos moinhos de vento. As máquinas mais velhas eram os moinhos de vento em pilar, com o propelente montado no topo do pilar assentado no chão. O pilar servia como pivot que permitia ao obreiro direcionar seu moinho de vento da melhor forma na direção do vento.

Os primeiros moinhos de vento, nas novas colônias da Inglaterra, eram duplicatas das máquinas inglesas. Muitos dos desenhos melhorados na Holanda eram, virtualmente, ignorados. Pelos anos de 1850, Daniel Halliday começou a desenvolver o que se tornou no famoso moinho de vento americano de fazenda. Usado principalmente para bombear água, esta máquina é o familiar moinho de vento multi-lâmina, ainda visto hoje em muitas áreas rurais (Gipe, 1998). Mesmo hoje, as fazendas de gado, não seriam possíveis em muitas partes da América, Europa e Austrália, sem este equipamento.

A geração de eletricidade pelo vento começou por volta do início do século XX, com alguns dos primeiros desenvolvimentos creditados aos dinamarqueses. Pelo ano de 1930, aproximadamente uma dúzia de firmas americanas estavam fazendo e vendendo estes "carregadores de vento", na maior parte aos fazendeiros do ventoso Great Plains. Tipicamente, estas máquinas poderiam fornecer até 1000 watts (1kW) de corrente contínua quando o vento estava soprando.

3.4.1. Os pioneiros da energia eólica

Charles F. Brush (1849 – 1929) é um dos fundadores da indústria da energia elétrica americana. Inventou um dínamo[17] muito eficiente de corrente contínua utilizada na rede elétrica pública, sendo o primeiro sistema elétrico a nível comercial[18] (Windpower, 2001).

A energia eólica foi sugerida em vários episódios para o acionamento de dínamos, parecendo ser a utilidade mais viável e eficiente.

Poul la Cour (1846-1908), que teve, originalmente, uma formação como meteorologista, foi mais um pioneiro das modernas turbinas eólicas geradoras de eletricidade, da moderna aerodinâmica e construiu seu próprio túnel de vento, para realizar experimentos. Ele se preocupava com o armazenamento de energia e utilizava a eletricidade de suas turbinas eólicas para obter hidrogênio para as lâmpadas de gás de sua escola.  

Em 1956, foi construído um inovador aerogerador, por J. Juul para a companhia elétrica SEAS, na costa de Gedser, na parte sul da Dinamarca. A turbina de 3 pás, com rotor a barlavento, com orientação eletromecânica e um gerador assíncrono, foi um desenho pioneiro dos modernos aerogeradores, apesar de seu rotor, com cabos de apoio, pareça atualmente algo do passado. Esta turbina possuía a opção de regulação aerodinâmica.  Foram inventados freios aerodinâmicos de emergência na ponta das pás, que se soltavam pela força centrífuga, no caso de supervelocidade. Basicamente, é o mesmo sistema utilizado hoje em dia nas modernas turbinas de regulação aerodinâmica. Durante muitos anos, esta turbina foi a maior do mundo, e com incrível duração, pois permanecem funcionando 11 anos sem manutenção.

O aerogerador de Gedser foi recondicionado, em 1975, a pedido da NASA, que queria resultados de medição da turbina para o novo programa de energia eólica dos EUA (windpower, 2000). 

Depois da primeira crise do petróleo, em 1973, muitos países despertaram o interesse pela  energia eólica. Na Dinamarca, as companhias de energia dirigiram, imediatamente, sua atenção para a construção de grande aerogeradores. Em 1979, foram construídos dois aerogeradores de 630kw, um com regulação de câmbio de ângulo, outro com regulação aerodinâmica. Em muitos aspectos ocorreu o mesmo processo[19], nos países vizinhos e EUA, resultando em turbinas extremamente caras e, em conseqüência,  elevando o preço da energia gerada de fonte eólica, representando um enclave ao desenvolvimento desta energia.

3.4.2. Nos anos 1980

Riisager christian, utilizando o projeto da turbina do vento de Gedser como um ponto de partida,  construiu uma turbina de 22 kW no seu próprio jardim. Usou componentes padrão baratos, como por exemplo, um motor elétrico como gerador, e partes de um veículo (para a engrenagem e o freio mecânico) onde foi possível. A turbina de Riisager transformou-se num sucesso em muitas casas particulares, na Dinamarca. Isto estimulou os fabricantes dinamarqueses de aerogeradores para  projetar seus próprios geradores, a partir de 1980.

Desta maneira, o rápido desenvolvimento dos aerogeradores da Dinamarca tornou-se um clamor dos programas de investigação subvencionados pelo governo sobre grandes geradores, levados a cabo simultaneamente na Alemanha, EUA., Suécia, Reino Unido e Canadá.

3.4.3. A otimização dos ventos

O local de colocação é de extrema importância. A fig. 09 mostra uma maneira particularmente criativa e otimizada para aproveitar os ventos de uma região da Dinamarca com aerogeradores Nordtank de 55 kW. Descobriu-se, também, com estes geradores que pintando as pontas das pás de vermelho, os pássaros não voavam através do rotor, diminuindo o impacto à fauna. Como resultado, este modelo desapareceu completamente do mercado, devido à procura.

Paralelamente, estes aerogeradores foram instalados no programa eólico da Califórnia (EUA), também em princípios de 1980. Foi instalado um parque eólico com mais de 1000 aerogeradores em Palm Springs, sendo a metade de origem dinamarquesa.

Conforme Windpower (2001), o mercado de energia eólica, nos Estados Unidos, desapareceu rapidamente com a suspensão dos esquemas de apoio[20] californianos, por volta de 1985. Desde então, somente umas poucas novas instalações foram colocadas em serviço, mesmo agora que o mercado parece ter-se recuperado. A Alemanha é, agora, o principal mercado mundial, com a maior potência eólica instalada.

Atualmente a Dinamarca dispõe de uns 2000 mW de potência, com aproximadamente  6000 turbinas em operação. Cerca de 80% das turbinas pertencem a proprietários particulares ou a cooperativas locais de aerogeradores. O maior parque eólico do país conta com 20 aerogeradores Bônus de 2 MW cada um (Fig. 10). Outro, na ilha de Lolland, conta com 35 aerogeradores NEG Micon de 750 kW - uma potencia total de 26,25 MW (windpower, 2001).

A energia eólica marinha é uma aplicação da energia eólica com um futuro bastante promissor, especialmente em países com alta densidade populacional, com dificuldade para encontrar locais de instalação em terra. Os custos são mais altos, mas compensatórios pela falta de espaço. As companhias elétricas dinamarquesas anunciaram planos mais audaciosos para a instalação de cerca de 4000 MW de energia eólica marinha nos próximos anos. Espera-se uma produção de 13,5TWH de eletricidade ao ano, que equivale a 40% do consumo de eletricidade de toda Dinamarca. 

3.5. Sistema de funcionamento

O rendimento global do sistema eólico relaciona a potência disponível do vento com a potência final que é entregue pelo sistema. Os rotores eólicos ao extraírem a energia do vento reduzem a sua velocidade, ou seja, a velocidade do vento frontal ao rotor (velocidade não perturbada) é maior do que a velocidade do vento atrás do rotor (na esteira do rotor). Uma redução muito grande da velocidade do vento faz com que o ar circule em volta do rotor, ao invés de passar através dele.

A condição de máxima extração de energia verifica-se para uma velocidade na esteira do rotor igual a 1/3 da velocidade não perturbada. Em condições ideais, o valor máximo da energia captada por um rotor eólico é limitado pela eficiência dada pelo fator 16/27 ou 0,593. Em outras palavras, 59,3% da energia contida no fluxo de ar pode ser teoricamente extraída por uma turbina eólica, conforme o Cresesb (2001). Na prática, entretanto, o rendimento aerodinâmico das pás reduz ainda mais este valor. Para um sistema eólico, existem ainda outras perdas, relacionadas com cada componente (rotor, transmissão, caixa multiplicadora e gerador). Além disto, o fato do rotor eólico funcionar em uma faixa limitada de velocidade de vento também irá contribuir para reduzir a energia por ele captada.

Como mencionado, somente a partir de uma certa velocidade (5,5m/s), chamada de velocidade de entrada (necessária para vencer algumas perdas), é que o sistema começa a funcionar. Quando o sistema atinge a chamada velocidade de corte (10,0m/s), um mecanismo de proteção é acionado com a finalidade de não causar riscos ao rotor e à estrutura.

3.5.1. Componentes do Sistema

Um sistema eólico é constituído por vários componentes que devem trabalhar em harmonia de forma a propiciar um maior rendimento final. Para efeito de estudo global da conversão eólica devem ser considerados os seguintes componentes :

3.5.1.1. O Rotor Eólico: O rotor é o componente do sistema eólico responsável por captar a energia cinética dos ventos e transformá-la em energia mecânica de rotação, e esta, por sua vez, em energia elétrica. É o componente mais característico de um sistema eólico. Por este motivo, a configuração do rotor influenciará diretamente no rendimento global do sistema. Os rotores eólicos podem ser classificados segundo vários critérios e o mais importante é aquele que utiliza a orientação do eixo como fator de classificação. Assim tem-se os rotores de eixo horizontal e os rotores de eixo vertical.

Os rotores de eixo horizontal são os mais comuns e grande parte da experiência mundial está voltada para a sua utilização. São movidos por forças aerodinâmicas chamadas de forças de sustentação (lift) e forças de arrasto[21] (drag). Ambas são proporcionais ao quadrado da velocidade relativa do vento. Adicionalmente, as forças de sustentação dependem da geometria do corpo e do ângulo de ataque (formado entre a velocidade relativa do vento e o eixo do corpo).

3.5.1.2. Transmisão e Caixa multiplicadora: A transmissão, que engloba a caixa multiplicadora, possui a finalidade de transmitir a energia mecânica entregue pelo eixo do rotor até a carga. É composta por eixos, mancais, engrenagens de transmissão e acoplamentos. O projeto tradicional de uma turbina eólica consiste em colocar a caixa de transmissão mecânica entre o rotor e o gerador de forma a adaptar a baixa velocidade do rotor à velocidade de rotação mais elevada dos geradores convencionais. A velocidade angular dos rotores geralmente varia na faixa de 20 a 150 RPM, devido às restrições de velocidade na ponta da pá. Entretanto, geradores (sobretudo geradores síncronos) trabalham a rotações muito mais elevadas (em geral, entre 1200 a 1800 RPM), tornando necessário a instalação de um sistema de multiplicação entre os eixos.

3.5.1.3. O Gerador: A transformação da energia mecânica de rotação em energia elétrica, através de equipamentos de conversão eletro-mecânica, é um problema tecnologicamente dominado e, portanto, encontram-se vários fabricantes de geradores disponíveis no mercado.

Entretanto, a integração de geradores a sistemas de conversão eólica constitui-se em um grande problema, que envolve principalmente:

·          variações na velocidade do vento (extensa faixa de rotações por minuto para a geração);

·          variações do torque de entrada (uma vez que variações na velocidade do vento induzem variações de potência disponível no eixo);

·          exigência de freqüência e tensão constante na energia final produzida;

·          facilidade de instalação, operação e manutenção devido ao isolamento geográfico de tais sistemas, sobretudo em caso de pequena escala de produção (isto é, necessitam ter alta confiabilidade).

3.5.1.4. Os mecanismos de controle: Destinam-se à orientação do rotor, ao controle de velocidade, ao controle de carga, etc. Pela variedade de controles, existe uma enorme variedade de mecanismos que podem ser mecânicos (velocidade, passo, freio), aerodinâmicos (posicionamento do rotor) ou eletrônicos (controle da carga).

Os modernos aerogeradores utilizam dois diferentes princípios de controle aerodinâmico para limitar a extração de potência à potência nominal do aerogerador. São chamados de controle estol e controle de passo. No passado, a maioria dos aerogeradores usavam o controle estol simples. Atualmente, entretanto, com o aumento do tamanho das máquinas, os fabricantes estão optando pelo sistema de controle de passo que oferece maior flexibilidade na operação das turbinas eólicas.

O controle estol é um sistema passivo que reage à velocidade do vento. As pás do rotor são fixas em seu ângulo de passo e não podem girar em torno de seu eixo longitudinal. O ângulo de passo é escolhido de forma que, para velocidades de vento superiores a velocidade nominal, o escoamento em torno do perfil da pá do rotor descola da superfície da pá (estol), reduzindo as forças de sustentação e aumentando as forças de arrasto. Sob todas as condições de ventos, superiores à velocidade nominal, o escoamento em torno dos perfis das pás do rotor é, pelo menos parcialmente, descolado da superfície, produzindo menores forças de sustentação e elevadas forças de arrasto. Menores sustentações e maiores arrastos atuam contra um aumento da potência do rotor. Para evitar que o efeito estol ocorra em todas as posições radiais das pás ao mesmo tempo, o que reduziria significativamente a potência do rotor, as pás possuem uma pequena torção longitudinal que as levam a um suave desenvolvimento deste efeito.

O controle de passo, por sua vez, é um sistema ativo que normalmente necessita de uma informação vinda do controlador do sistema. Sempre que a potência nominal do gerador é ultrapassada, devido a um aumento da velocidade do vento, as pás do rotor giram em torno do seu eixo longitudinal. Em outras palavras, as pás mudam o seu ângulo de passo para reduzir o ângulo de ataque. Esta redução do ângulo de ataque diminui as forças aerodinâmicas atuantes e, conseqüentemente, a extração de potência. Para todas as velocidades do vento superiores à velocidade nominal, o ângulo é escolhido de forma que a turbina produza apenas a potência nominal. Sob todas as condições de vento, o escoamento em torno dos perfis das pás do rotor é bastante aderente à superfície produzindo sustentação aerodinâmica e pequenas forças de arrasto (Cresesb, 2001).

3.5.1.5. As torres: São necessárias para sustentar e posicionar o rotor a uma altura conveniente para o seu funcionamento. É um item estrutural de grande porte e de elevada contribuição no custo inicial do sistema. Em geral, as torres são fabricadas de metal (treliça ou tubular) ou de concreto e podem ser ou não sustentadas por cabos tensores.

3.5.1.6. Um sistema de armazenamento: Para armazenar energia se faz necessário, em razão do comportamento do vento que muda ao longo do tempo,  para garantir o fornecimento adequado à demanda.

Nos casos em que a energia eólica é utilizada para complementar a produção de energia convencional, a energia gerada é injetada diretamente na rede elétrica, não sendo necessário o armazenamento de energia, bastando que o sistema elétrico convencional de base esteja dimensionado para atender à demanda durante os períodos de calmaria.

Quando a energia eólica é utilizada como fonte primária de energia, uma forma de armazenamento se faz necessária para adaptar o perfil aleatório de produção energética ao perfil de consumo, guardando o excesso de energia[22], durante os períodos de ventos de alta velocidade, para usá-la quando o consumo não puder ser atendido por insuficiência de vento.

3.5.2. Tamanho de aerogeradores

Quando um agricultor fala da extensão de terra que está cultivando, normalmente o fará em termos de hectares ou acres. O mesmo ocorre com os aerogeradores. A área coberta pelo rotor determina fundamentalmente quanta energia pode-se coletar em um ano.

3.6. Sistemas Híbridos

Durante muito tempo, acreditou-se na interligação de todos os lugares do mundo através de rede elétrica, mas, na verdade, isto provavelmente nunca será possível devido ao alto custo da eletrificação de lugares com baixa demanda e de difícil acesso. Portanto, as necessidades energéticas de locais isolados devem ser supridas por sistemas autônomos, descentralizados de geração de eletricidade.

A utilização de energia renovável, como parte ou principal contribuição de um sistema de geração de eletricidade, pode ser atrativa para a maioria dos locais isolados. Geralmente, os sistemas isolados eletrificados utilizam geração termelétrica com grupos geradores diesel. No Brasil, conforme o Cbee[23] (2001), existem mais de 400 sistemas isolados de grande porte (com mais de 1400 MW de potência instalada) e inúmeros sistemas pequenos que utilizam óleo diesel como fonte geradora de energia. Já foi demonstrado que sistemas híbridos de energia podem representar uma solução mais econômica para muitas aplicações e também proporcionar uma fonte mais segura de eletricidade devido à combinação de diversas fontes de energia. Além do mais, o uso de energia renovável reduz a poluição ambiental causada pela queima de óleo diesel, transporte e armazenamento.

Sistemas híbridos de energia (Hybrid Power Systems) são sistemas autônomos de geração elétrica que combinam fontes de energia renovável e geradores convencionais. O objetivo deles é produzir o máximo de energia possível das fontes renováveis (Sol e vento), enquanto mantidas a qualidade da energia e a confiabilidade especificadas para cada projeto.

Para a implantação com sucesso de um sistema híbrido de energia, dois fatores são essenciais:

·         a confiabilidade da operação e o fornecimento de energia;

·         o custo da energia gerada.

Os componentes usados em sistemas híbridos de energia são padronizados e comercializados tanto para a operação interligados à rede elétrica como para o funcionamento isolado. Embora a vida útil e a confiabilidade destes equipamentos, isoladamente, sejam adequadas para a sua utilização em sistemas elétricos, o funcionamento de sistemas híbridos de energia modifica este quadro por causa da interação entre os vários componentes e em decorrência das características de sistemas isolados, isto é, redes fracas e demandas com grandes variações. Diversos problemas surgem como, por exemplo, os danos aos motores de partida dos geradores diesel, reparos e ajustes do freio das turbinas eólicas, degradação dos bancos de bateria, etc.

3.7. A rápida expansão

Quando se fala em energia eólica no mundo, deve-se concentrar principalmente nos Estados Unidos e no Mercado Europeu. Apesar de existirem milhares de grupos espalhados por todo o mundo, inclusive no Brasil, são estas as regiões mais avançadas em termos de pesquisa e implantação de aerogeradores.

Para se ter uma idéia, os investimentos, só nos Estados Unidos, ultrapassaram 1 bilhão de dólares, e os do mercado Europeu não ficaram atrás. Segundo a Utility Data Institute (UDI), dos EUA, espera-se que em 2006, o total de energia gerado por aerogeradores no mundo seja da ordem de 686.000 MW.

Entre os países, a Alemanha apresenta um dos maiores potenciais instalados. Atualmente, apresenta 6.819 turbinas com um poder avaliado de 3.387,9 MW. Se comparado ao mesmo período de 1998, houve um aumento de 66,8 % da capacidade geradora, o que corresponde a implantação 49,6% de novas turbinas Estas, agora, chegam a produzir de 497,6 KW a 843,3KW cada. Em termos de investimento, isto representa um considerável aumento comparado ao mesmo período de 1998.

A Dinamarca e Espanha também estão prosperando com relação à utilização da energia eólica no setor residencial e industrial. A Dinamarca, país considerado pioneiro na indústria eólica e de equipamento, ostenta o maior potencial instalado do continente (cerca de 1500 MW). No final de 1995, o país já produzia cerca de 5% do consumo elétrico do país através de aerogeradores. Hoje este número é aproximadamente de 7,1%, pretendendo chegar a 10% até o ano de 2005. É também o maior exportador de turbinas eólicas do mundo. A Espanha também vem aumentando cada vez mais seu potencial instalado e daqui a algum tempo surgirá como um dos lideres neste setor (já apresenta um potencial de 500 MW).

Deve-se destacar também a Holanda, que devido a sua própria geografia, encontrou na energia eólica uma das soluções para a geração de eletricidade. Atualmente, é um dos principais consumidores deste tipo de energia e detentor de alta tecnologia de aerogeradores.

Nos Estados Unidos, a utilização de energia eólica para a geração de eletricidade é cada vez mais comum. O uso residencial vem aumentando, principalmente em fazendas da região central norte americana. Algumas chegam a serem auto-sustentáveis. (AWEA, 2000).

De julho de 1998 a julho de 1999, a capacidade geradora aumentou em 895 MW. Além disto, cerca de 1075 MW foram reinstalados, tendo suas turbinas trocadas por equipamentos mais eficientes e atuais. Isto representou um investimento de mais de 1 bilhão de dólares. As principais regiões produtoras de eletricidade através desta técnica são Oklahoma, Montana, Washington, Arizona, Dakota do Sul, Nevada, Maine, Texas. (AWEA[24], Op. Cit.).

Na América Latina, existem alguns lugares viáveis para a produção de energia eólica como a Patagônia. Em Chubut, Argentina, se instalou 4 aerogeradores eólicos de 30 KW para análise e pesquisa. Esta região apresenta um ótimo potencial eólico, com ventos da ordem de 10 m/s.

No Brasil, merece destaque a região de Minas Gerais, aonde a CEMIG (Companhia Energética de Minas Gerais) vem instalando e analisando o desempenho de aerogeradores. De acordo com a American Wind Energy Association (AWEA), espera-se que, em 2005, Argentina, Brasil e México tenham um potencial instalado de 1740 MW, dos quais 400 MW correspondem à Argentina, 940 MW ao Brasil e outros 400 MW ao México. Quem sabe, no futuro, com incentivos governamentais, este tipo de energia possa vir a melhorar os índices de participação no mercado interno destes países.

Já na Ásia, merece destaque a Índia que, além do bom potencial eólico que apresenta, tem conseguido incorporar cerca de 1 MW diário a seu sistema elétrico. Na América do Norte, o Canadá se evidencia com uma capacidade instalada de 1,24MW, segundo a Canewa (Canadian Wind Energy Association). E, por último, destaca-se a África do Sul, que vem implantando aerogeradores em algumas fazendas e que, em breve, apresentará um potencial de cerca de 200 MW.

4. O POTENCIAL EÓLICO DO BRASIL

  “O Brasil não precisa fazer investimentos em usinas elétricas que funcionam à base de carvão ou petróleo. Ele pode pegar um atalho agora e apostar na energia eólica”. (Brown, 2000)

Devido à sua grande extensão territorial, o Brasil apresenta diversas regiões propícias para a implantação de usinas eólicas. Análises dos recursos eólicos medidos em vários locais do Brasil, mostram a possibilidade de geração elétrica com custos da ordem de US$ 70 - US$ 80 por MWh (Cbee – Centro Brasileiro de Energia Eólica, 2000)

4.1. Panorama Eólico

A energia dos ventos é uma abundante fonte de energia renovável e disponível em várias regiões[25]. A utilização desta fonte energética para a geração de eletricidade, em escala comercial, teve início há pouco mais de 30 anos e através de conhecimentos da indústria aeronáutica, os equipamentos para geração eólica evoluíram rapidamente, em termos de idéias e conceitos preliminares, para produtos de alta tecnologia. No início da década de 1970, com a crise mundial do petróleo, houve um grande interesse de países europeus e dos Estados Unidos em desenvolver equipamentos para produção de eletricidade que ajudassem a diminuir a dependência do petróleo e carvão. Mais de 50.000 novos empregos foram criados e uma sólida indústria de componentes e equipamentos foi desenvolvida. Atualmente, a indústria de turbinas eólicas vem acumulando crescimentos anuais acima de 30% e movimentando cerca de 2 bilhões de dólares em vendas por ano (Cbee, 1999).

No Brasil, embora o aproveitamento dos recursos eólicos tenha sido feito tradicionalmente com a utilização de cataventos multipás, para bombeamento d'água, alguns estudos e medidas precisas de vento, realizadas recentemente em diversos pontos do território nacional, indicam a existência de um imenso potencial eólico ainda não explorado.

4.1.1. O quadro Atual (potencial)

A avaliação precisa do potencial de vento em uma região é o primeiro e fundamental passo para o aproveitamento do recurso eólico como fonte de energia.

Para a avaliação do potencial eólico de uma região faz-se necessária a coleta de dados de vento com precisão e qualidade. Em geral, os dados de vento coletados para outros usos (aeroportos, estações meteorológicas, agricultura) são pouco representativos da energia contida no vento e não podem ser utilizados para a determinação da energia gerada por uma turbina eólica - que é o objetivo principal do mapeamento eólico de uma região.

Vários estados brasileiros seguiram os passos de Ceará e Pernambuco e iniciaram programas de levantamento de dados de vento. Hoje existem mais de cem anemógrafos computadorizados espalhados por vários estados brasileiros.

Conforme o Cbee (2001), a análise dos dados de vento de vários locais no Nordeste confirmaram as características dos ventos comerciais (trade-winds) existentes na região: velocidades médias de vento altas, pouca variação nas direções do vento e pouca turbulência durante todo o ano. Adicionalmente, foram observados fatores de forma de Weibull (da distribuição estatística de Weibull), k[26], maiores que 3 - valores considerados muito altos quando comparados com os ventos registrados na Europa e Estados Unidos.

Dada a importância da caracterização dos recursos eólicos da região Nordeste, o Centro Brasileiro de Energia Eólica - CBEE, com o apoio da Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL e do Ministério de Ciência e Tecnologia - MCT lançou, em 1998, a primeira versão do Atlas Eólico do Nordeste do Brasil (WANEB - Wind Atlas for the Northeast of Brazil) com o objetivo principal de desenvolver modelos atmosféricos, analisar dados de ventos e elaborar mapas eólicos confiáveis para a região.

Em 1999, a companhia paranaense de energia, COPEL, publicou o mapa do potencial eólico do estado do Paraná. Foram utilizados dados de vento de cerca de vinte estações anemométricas para simulações em modelo atmosférico de microescala com apresentação gráfica em ferramenta GIS[27].

Hoje, a capacidade instalada no Brasil é de 20,3 MW, com instalações eólicas de grande porte nos Estados do Ceará, Pernambuco, Minas Gerais e Paraná, e se trabalha com o objetivo de instalar 1.000MW de energia eólica no país até 2005, meta estabelecida durante Encontro do Fórum Permanente de Energias Renováveis, realizado em Brasília.

4.1.2. As possibilidades (projetos)

Apesar de vários trabalhos e pesquisas científicas realizadas nas décadas de 1970 e 1980 a geração de energia a partir de turbinas eólicas, no Brasil, teve início apenas em julho de 1992, com a instalação de uma turbina de 75kW na ilha de Fernando de Noronha. Esta foi uma iniciativa pioneira do CBEE, na época conhecido como Grupo de Energia Eólica da Universidade Federal de Pernambuco.

4.2. Custos da  energia eólica

Considerando o grande potencial eólico existente no Brasil, confirmado através de medidas de vento precisas realizadas recentemente, é possível produzir eletricidade a custos competitivos com centrais termoelétricas, nucleares e hidroelétricas. Análises dos recursos eólicos medidos em vários locais do Brasil, mostram a possibilidade de geração elétrica com custos da ordem de US$ 70 - US$ 80 por MWh.

De acordo com estudos da ELETROBRÁS, o custo da energia elétrica gerada através de novas usinas hidroelétricas construídas na região amazônica será bem mais alto que os custos das usinas implantadas até hoje. Quase 70% dos projetos possíveis deverão ter custos de geração maiores do que a energia gerada por turbinas eólicas. Outra vantagem das centrais eólicas em relação às usinas hidroelétricas é que quase toda a área ocupada pela central eólica pode ser utilizada (para agricultura, pecuária, etc.) ou preservada como habitat natural.

A energia eólica poderá também resolver o grande dilema do uso da água do Rio São Francisco, no Nordeste (água para gerar eletricidade versus água para irrigação). Grandes projetos de irrigação às margens do rio e/ou envolvendo a transposição de suas águas para outras áreas podem causar um grande impacto no volume de água dos reservatórios das usinas hidrelétricas e, conseqüentemente, prejudicar o fornecimento de energia para a região. Entretanto, observando o gráfico da Fig. 17, percebe-se que as maiores velocidades de vento no nordeste do Brasil ocorrem justamente quando o fluxo de água do Rio São Francisco é mínimo. Logo, as centrais eólicas instaladas no nordeste poderão produzir grandes quantidades de energia elétrica evitando que se tenha que utilizar as águas deste rio.

4.3. Regiões de Maior Potencial

Entre os indutores necessários ao desenvolvimento da geração eólica, no Brasil, certamente está a realização de medições específicas e mapeamentos representativos de seu potencial energético. Estes são pré-requisitos fundamentais para o planejamento e  atração de investimentos privados no setor (Cresesb, 2001).

No Brasil, apesar de toda a sua costa possuir ventos razoavelmente contínuos, somente uma parte do litoral é propícia para implantação de aerogeradores, como observado na figura 14. Atualmente, estão implantados parques eólicos somente no Nordeste (Fig. 17) e no Estado do Paraná. O Rio Grande do Sul e Minas Gerais estão em fase de medições.

A direção dos ventos é outro fator de essencial importância para definir um local para instalação de aerogeradores. Está é medida durante pelo menos 2 anos, para definir a direção predominante.

É apresentado o mapa do Brasil com suas direções predominantes, podendo ser observadas as direções das regiões que apresentam maior potencial eólico.

  4.3.3. No rio Grande do Sul

Atualmente a região está somente em fase de levantamentos para a instalação, no próximo ano (2002), de alguns parques eólicos, com diversas parcerias como se pode ver na figura 21.

O litoral do Rio Grande do Sul está bem situado e com grandes possibilidades de exploração de energia eólica, como é visível analisando-se a velocidade anual do vento nesta região, pela fig. 22.

Através da Secretaria de Energia, Minas e Comunicações do Estado, foram instalados 26 pontos de medição de vento no Rio Grande do Sul. Cada ponto de medição constitui-se de uma torre de 40 a 50m de altura, anemômetros de velocidade em 2 alturas, anemômetros de direção também em 2 alturas e um armazenador de dados (logger).

Em Agosto de 2001 conforme a SEMC, encontravam-se em operação 18 estações de medição de vento, e previstas 20 novas estações de medição de vento. 

CONCLUSÃO

Pelo que foi observado ao longo deste trabalho, a energia é um fator fundamental para a sobrevivência e desenvolvimento da humanidade. No passado remoto, a busca era por uma fonte capaz de aquecer os dias de inverno (lenha, madeira). No século XVIII, era preciso mover as indústrias (carvão). Já no século XX, além disto era preciso fazer funcionar  automóveis (petróleo) e eletrodomésticos (eletricidade), entre outros bens.

Mas, os resultados do uso desordenado de combustíveis fósseis acarretou problemas ambientais, como poluição das águas, do solo e do ar, o que vem reduzindo, dramaticamente, a qualidade de vida em escala planetária. Isto tem exigido a busca de fontes alternativas de energia como a eólica, a solar direta, a biomassa, o hidrogênio, entre outras.

A energia eólica é uma eficiente fonte de produção de eletricidade, tendo como vantagem o fato de ser considerada limpa e com custos competitivos comparados aos das tradicionais fontes energéticas. Os parques eólicos têm, ainda, a vantagem de permitirem que o terreno ocupado seja utilizado para outros fins, como o agrícola, por exemplo. No entanto, não se deve esquecer de que, a implantação de obstáculos ou o aumento da rugosidade do terreno implica numa diminuição da sua produção.  Mesmo assim, a área ocupada por um parque eólico não é excessiva, quando comparada com outros tipos de aproveitamentos (hídricos, por exemplo).

Os modernos aerogeradores, com alturas das torres de 40 m e comprimento das pás de 20 m, constituem também uma alteração visual da paisagem. O impacto visual é muito difícil de avaliar, visto que podem, inclusive, apresentar uma paisagem admirável.

Em Monteiro (1998) também se constata que, a energia gasta para produzir, instalar e para operação e manutenção de um aerogerador típico é produzida por este mesmo aerogerador, em menos de meio ano. Este fato torna a energia eólica numa das energias mais atrativas, em termos de planejamento energético mundial.

Quanto à segurança das pessoas, tem-se verificado que os sistemas eólicos estão entre os de produção de energia elétrica mais seguros, sem acidentes de trabalho, insalubridade, etc. No que se refere ao impacto sobre as aves, verificou-se que este foi satisfatoriamente solucionado, ocorrendo, apenas com alguns tipos de aerogeradores mais antigos.

No Brasil, é visível a crise da energia elétrica, com a recente elevação de preços, racionamentos e cortes. Como verificado anteriormente, isto aconteceu por uma falha na gestão do setor energético, levando, assim, a uma emergencial busca por fontes alternativas de energia. Neste caso, a instalação de parques eólicos tem sido uma das preocupações de governos e iniciativa privada, sendo realizadas pesquisas e medições em regiões de grande potencial, como Minas Gerais e Rio Grande do Sul, além de incrementos nas regiões já existentes (Paraná, Ceará).

Salienta-se, por fim, que a Geografia ocupa um papel fundamental no processo de planejamento e estudo para implementação de qualquer parque eólico, visto que se trata da ocupação de um espaço pré-determinado. Assim, o estudo das curvas de nível, da rugosidade, ou seja, do relevo, bem como da direção e velocidade predominante dos ventos, e outros determinantes fundamentais para a efetivação de um parque eólico, precisam de subsídios do saber geográfico, o qual também será essencial para o seu posterior monitoramento e gestão.

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