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Energia Eólica

Conheça a tecnologia de funcionamento por trás dos gigantes da energia renovável e não poluente

O termo energia eólica descreve o processo pelo qual o vento é usado para gerar energia mecânica ou eletricidade

Redação com informações de Click Petróleo e Gás
20-Out-2021 13:32

A energia eólica é um dos tipos de energia renováveis mais abundante e limpa disponível em todos os lugares. Além disso, ela é considerada a energia mais limpa do planeta.

O termo energia eólica descreve o processo pelo qual o vento é usado para gerar energia mecânica ou eletricidade. As pessoas usam a energia eólica há mais de 2000 anos em atividades de moagem de grãos e bombeamento de água, afim de minimizar os gastos de força motriz humana e animal.

Diferentes tipos de turbina são implantados para atender as necessidades específicas dos consumidores, incluindo agrícola, industriais, comerciais, governamentais, institucionais e residenciais. Apenas uma turbina de 4,8 W é capaz de suprir o consumo para abastecer 7,5 mil casas.

O Brasil tem um grande potencial energético para geração de energia eólica. Além disso, se for levado em conta fatores externos como a qualidade do ar, toxidade humana ou alterações climáticas, a energia eólica é mais barata que a energia produzida com carvão, gás ou energia nuclear.

Dependendo do local em que são instalados os aerogeradores, a energia eólica produzida pode ser onshore ou offshore. A energia eólica onshore produz energia elétrica através dos ventos dos parques eólicos localizados em terra. Já a energia eólica offshore, é obtida através da força dos ventos produzidos em alto mar.

Em âmbito global, a Escócia possui o maior parque eólico offshore (no mar) flutuante do mundo. O parque Kincardine Offshore Windfarm é capaz de garantir o abastecimento de 55 mil residências. No Brasil, apesar de já existir alguns projetos, este mercado ainda está em regulamentação.

Tipos de sistemas de energia eólica: isolados, sistemas híbridos ou sistemas interligados a redes

Umas das pioneiras quando trata-se de energia eólica é a Dinamarca. Ela foi o primeiro país a instalar um parque eólico onshore, que foi o parque eólico Vindeby perto de Lolland. Além disso, a energia eólica onshore da Dinamarca está entre as melhores do mundo. A energia eólica desempenha um papel de transformação tão importante no país que a Dinamarca não será mais dependente de combustíveis fósseis em 2050.

O sistema eólico também possui 3 formas de aplicações, podendo ser constituído de sistemas isolados, sistemas híbridos ou sistemas interligados a redes.

Os sistemas isolados são de pequeno porte e são comumente utilizados para abastecer regiões onde não é viável a extensão da rede elétrica. Já o sistema híbrido utiliza mais de uma fonte para gerar energia, como a energia solar e eólica.

O sistema híbrido sistema geralmente é utilizado em locais onde o número de habitantes é maior. Por fim, o sistema interligado à rede utiliza um grande número de aerogeradores (turbinas), constituindo um parque eólico. Desta forma, toda a energia produzida é distribuída diretamente pela rede elétrica.

Princípio de funcionamento dos aerogeradores ou turbinas eólicas

Os aerogeradores (turbina eólica ou sistema de geração eólica) são os equipamentos conhecidos como os gigantes da energia renovável, responsáveis por transformar a energia cinética dos ventos em energia elétrica.

Os seus princípios de funcionamento consistem em uma turbina eólica que transforma a energia eólica em eletricidade usando a força aerodinâmica das pás eólicas do rotor. Elas funcionam como a pá do rotor de um helicóptero, diminuindo a pressão do ar do outro lado da lâmina quando o vento flui entre ela.

As pás captam o vento, convertendo sua potência ao centro do rotor. Desta forma, a força de sustentação da torre, elemento que sustenta o rotor, é maior que o arrasto e isso possibilita que o motor gire. Uma torre é capaz de suportar o peso de até 15 elefantes adultos, tamanho é o seu componente estrutural.

O componente mais pesado do sistema é o nacele, que é equipado com freios que permite interromper o movimento das pás quando não é necessário produzir elétrica e fica instalado no alto da torre.

O rotor, que é um elemento de fixação das pás, transmite o movimento de rotação para o eixo de movimento através da caixa de transmissão e conecta ao gerador elétrico.

O gerador elétrico converte e energia mecânica em energia elétrica. Essa conexão entre o rotor e o gerador pode ser diretamente, através de uma turbina de acionamento, ou por meio de um eixo e uma série de engrenagens (caixa de engrenagens ou caixa de multiplicação/transmissão) que aceleram a rotação e permitem um gerador fisicamente menor.

O posicionamento adequado das turbinas (ou aerogeradores) é feito com o auxílio do anemômetro, que mede a velocidade instantânea do vento local e o biruta, que é um item meteorológico que fica ao lado do anemômetro e é capaz de medir a direção do vento instantânea do vento incidente, o que garante o pleno funcionamento e otimização para produção energética da máquina.

Turbinas eólicas: como são fabricados os seus componentes?

Pás e aerogeradores

As pás eólicas são comumente feitas de materiais compósitos, como polímeros (plásticos) reforçados com fibras. Os materiais mais utilizados na fabricação das pás eólicas são o poliéster ou epóxi reforçado com fibra de vidro.

Outro material utilizado como reforço é a fibra de carbono ou aramidas. Esses materiais são leves e resistentes, contudo são mais caras que as pás eólicas de aço.

O grande índice de reciclagem do aço levou as empresas a criarem pás eólicas de aço, que chegam a custar 90% a menos das pás eólicas feitas com polímeros reforçados com fibra. Esse tipo de material é utilizado em pás para aerogeradores de pequeno porte e são feitas inteiramente com metal conformado, além de serem significativamente mais ecológicas já que o aço grande parte do aço pode ser reciclado.

Já os aerogeradores, grande parte deles são importados pela indústria brasileira. Eles são dispositivos mecânicos que convertem a energia cinética dos ventos em energia elétrica.

Os materiais utilizados em cada um dos seus componentes, tem um papel fundamental no seu desempenho. Geralmente eles são construídos utilizando metal, fibras e até mesmo madeira, enquanto outros geradores de pequeno porte utilizam alumínio ou materiais compósitos, como a fibra de vidro.

Principais componentes para construção das torres

As torres são construídas em aço e concreto, podendo alcançar uma média de altura de 110 a 130 metros. Ela suporta um peso gigante, portanto, deve passar por um processo de construção adequado.

Elas são compostas por vários anéis, conhecido também como aduelas. Estes anéis são menores a medida que ele fique próximo ao topo da torre.

Dentro dos anéis garantindo a estabilidade estrutural, há uma armadura em aço do vergalhão. Também existem codoalhas para protensão, utilizados para interligar as aduelas (anéis) e fazer com que elas fiquem monolíticas, ou seja, se comporte como um sistema única rígido, dando origem ao concreto protendido.

A tecnologia mais recente para construção de torres vem da Suécia, onde pesquisadores do Centro Sueco de Tecnologia de Energia Eólica estão construindo a primeira torre eólica com madeira. Esse grande avanço tornará a turbina eólica totalmente neutra em carbono. Além disso, elas são significativamente mais baratas do que as torres de aço e concreto.

Parques eólicos instalados no Brasil até 2021 e sua capacidade de geração de energia.

Uma concentração ou aglomerado de aerogeradores forma um parque eólico.

Os parques eólicos, ou usinas eólicas, são infraestruturas capazes de gerar energia elétrica através do vento. Neles são instaladas as turbinas que devem observar alguns parâmetros para otimização do sistema. Desta forma, é imprescindível analisar as variações espaciais, temporais e verticais do vento ao longo dos anos. Para isso, existem tecnologias da computação que auxiliam no desenvolvimento do projeto de implantação dos parques eólicos.

O tamanho do terreno destinado a implantação do parque eólico estabelece as diretrizes para as distancias entre as torres. É importante que seja feito um estudo por profissionais especializados para que as instalações das torres sejam posicionadas da melhor forma possível, de forma que nenhuma torre “roube” o vento da outra.

Além disso, é necessário realizar um Estudo de Impacto Ambiental ou Relatório de Impacto do Meio Ambiente (EIA/RIMA), que deve considerar, dentre outros, as condições geológicas e geotécnicas do local de implantação, a viabilidade ambiental, as condicionantes legais e acessibilidade do lugar.

A indústria de energia eólica no Brasil possui capacidade energética de 19.6 GW, sendo composta por 752 parques eólicos. São mais de 8.585 aerogeradores em operação, distribuídos em 12 estados brasileiros.

A primeira turbina de energia eólica foi instala em Fernando de Noronha, em Pernambuco, em 1992. Grande parte da produção eólica brasileira está no Nordeste, região que tem um dos melhores ventos do mundo para produção de energia eólica. Os ventos são constantes, tem uma velocidade estável e não mudam com direção com frequência.

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