Geração Termo Hidraulica II

Geração Termo Hidraulica II

(Parte 5 de 7)

• Energia geotérmica.

As mais importantes dentre as renováveis são

• Gás de biomassa;

• Células de combustível;

As principais vantagens na extração de energia de fontes inesgotáveis são o fato de elas serem gratuitas e de sua extração causar, em geral, menor impacto ambiental. As principais desvantagens dizem respeito à sua intermitência ou inconstância e possível baixa densidade. Atualmente, muito esforço tem sido feito no sentido de desenvolver e aprimorar a utilização destas fontes de forma a contornar estes problemas. De fato, elas são as formas de energia utilizadas pela humanidade desde o princípio da civilização.

Dentre as fontes renováveis mencionadas acima, todas exceto as células de combustível já foram consideradas anteriormente, no capítulo que trata de centrais termoelétricas. No restante deste capítulo, portanto, apenas as fontes inesgotáveis e as células de combustível serão consideradas.

A utilização da energia contida no vento, ou eólica, para o acionamento de dispositivos mecânicos, como bombas de irrigação, moendas de grãos, etc, remonta a antigüidade. Existem registros de cata-ventos sendo usados 400 anos antes de Cristo, na Índia e na China. Durante muito tempo, entretanto, o interesse ficou restrito a este tipo de aplicação. Foi apenas em meados do século X que se pensou em utilizar as turbinas eólicas (TE) para gerar energia elétrica. Mesmo assim, o interesse permaneceu predominantemente acadêmico, devido à baixa competitividade do processo em relação à geração termo e hidroelétrica convencional. A geração eólica só passou a ser considerada seriamente depois da crise dos combustíveis fósseis, na década de 70.

A Dinamarca é um dos atuais líderes mundiais em tecnologia e utilização de energia eólica. O país possui algo em torno de 2.0 MW de potência eólica instalada, fornecidos por aproximadamente 6.0 TE. A maior fazenda eólica da Dinamarca é Middelgrunden, que é

também a maior fazenda offshore (na superfície do mar) do mundo. Ela consiste de 20 TE Bonus, de 2 MW cada, totalizando 40 MW (fig. 5.1, esq.). A maior fazenda dinamarquesa em terra á a de Syltholm, na ilha de Lolland, consistindo de 35 TE NEG Micon, de 750 kW cada, num total de 26,25 MW. As TE Tvind de 2 MW, de fabricação dinamarquesa, possuem 3 pás num rotor de 54 m de diâmetro.

O aproveitamento offshore é uma aplicação ainda bastante recente mas que tem sido usada com bons resultados. A central de Vindeby, na costa da Dinamarca é um bom exemplo. Construída em 91, ela se localiza entre 1.5 e 3 km a norte da costa e consiste de 1 TE Bonus de 450 kW cada. A produção de eletricidade é 20% maior do que em fazendas semelhantes no continente, a despeito do fato que a ilha de Lolland crie uma área de “sombra” no vento.

Fig. 5.1 – Turbinas eólicas offshore, na costa da Dinamarca (esq) e em Blyth, Reino Unido (dir)

Fig. 5.2 – TE da Enercon, de 4.5 MW localizada próximo a Magdeburg, Alemanha (esq.), serviço de manutenção em pá de 32 m de uma TE de 1.5 MW (dir. acima) e corte de uma TE Vestas de 660 kW (dir abaixo)

A Alemanha é outro dos líderes em tecnologia eólica no mundo atualmente. A figura 5.2 (dir. acima) mostra a maior TE de que se tem notícia atualmente, com 4.5 MW, de construção alemã. A figura 5.2 (dir abaixo) mostra o corte de uma TE Vestas de 660 kW. Em dezembro de 2002, haviam perto de 13.750 TE instaladas na Alemanha, com capacidade total de 12.0 MW, 37% a mais do que no final de 2001. Isso faz com que num ano de ventos médios 4.5% da demanda nacional possa ser suprida.

No Brasil, embora a utilização tradicional de energia eólica seja o bombeamento d'água por cataventos, o recente mapeamento do potencial eólico indica a existência de um imenso potencial ainda não explorado. Grande atenção tem sido dirigida ao Ceará, por este ter sido um dos primeiros a realizar o levantamento do potencial através de medidas de vento com modernos anemógrafos computadorizados. Entretanto, não foi apenas no litoral NE que áreas de grande potencial eólico foram identificadas. Em Minas Gerais, por exemplo, uma central eólica está em funcionamento, desde 1994, em um local a mais de 1000 km da costa, com excelentes condições de vento.

A capacidade atualmente instalada no Brasil é de 21,2 MW, com TE de médio e grande portes conectadas à rede elétrica. Além disso, existem dezenas de TE de pequeno porte funcionando em locais isolados da rede convencional para aplicações diversas: bombeamento, carregamento de baterias, telecomunicações e eletrificação rural. A tabela 5.1 mostra o levantamento das centrais brasileiras em 2001.

Tab. 5.1 – Centrais eólicas instaladas no Brasil em 2001. Total: 7 centrais e 21.2 MW

Usina Pot.(MW) Proprietário Estado

Fernando de Noronha0.075Cia. Energ. PernambucoPE Fernando de Noronha0.225FADE/UFPEPE

Prainha10Wobben Wind Power Industria e

Comércio Ltda CE

Taíba (São Gonçalo do Amarante) 5Wobben Wind Power Industria e

Comércio Ltda CE

Experimental do Morro do Camelinho (Gouveia)

1C EMIG MG

Palmas2.5Centrais Eólicas do Paraná Ltda.PR

Mucuripe (Fortaleza)2.4Wobben Wind Power Industria e

Comércio Ltda CE

Atualmente, mesmo países reconhecidamente favoráveis ao uso de geração termoelétrica como os EUA, tem investido no aproveitamento da energia eólica. O mapa da fig. 5.5 mostra a potência instalada em janeiro de 2003 por estado, totalizando 4.685 MW.

As TE do tipo MOD-2, de fabricação americana, de duas pás, tem potência de 2.5 MW e são montadas em torres de 61 m de altura, com rotor de 91 m de diâmetro. Três delas estão instaladas nas colinas de Goodnoe, estado de Washington. A mais conhecida fazenda eólica americana localiza-se em Palm Springs, California (fig. 1.1) e conta com mais de 5000 TE, sendo mais de 1000 TE Micon de 5 kW dinamarquesas.

Fig. 5.3 – Mapa de distribuição do aproveitamento eólico europeu Fig. 5.4 – Central experimental do Morro do Camelinho, municipio de Gouveia, MG

Fig. 5.5 – Mapa da capacidade eólica instalada nos EUA em janeiro de 2003. Valores em MW.

Só faz sentido pensar no emprego de TE em regiões favorecidas pelos ventos, isto é, que apresentem uma média anual com valores pelo menos moderados e desvio padrão baixo. O motivo para a primeira exigência é que as TE só entram em operação a partir de uma certa velocidade denominada velocidade de partida, que vale em torno de 3 m/s, nas TE destinadas a geração de energia elétrica. O motivo para a segunda, é que não se recomenda o uso de TE em regiões propensas a mais que três dias sem vento, por motivos óbvios. É preciso considerar também que ventos muito fortes, característicos de furacões, tornados e outras perturbações atmosféricas, não podem ser aproveitados pelas TE normais, projetadas para os valores médios da velocidade do vento. Nestes casos, a central deve ser dotada de um sistema de controle, manual ou automático, que mantenha a TE freada durante a passagem da perturbação.

A avaliação precisa do potencial eólico em uma região é o primeiro e fundamental passo para o aproveitamento da energia eólica. Para esta avaliação, é necessária a coleta de dados com precisão e qualidade e, em geral, os dados coletados para outros fins (aeroportos, estações meteorológicas, agricultura) são pouco representativos para uso na geração de energia elétrica. No Brasil, assim como em várias partes do mundo, tais dados são relativamente escassos. As primeiras medidas específicas para aproveitamento eólico foram realizadas no Ceará e em Fernando de Noronha/Pernambuco no início dos anos 90. Os bons resultados obtidos permitiram a determinação precisa do potencial eólico local e a instalação posterior de TE. Vários outros estados seguiram os mesmos passos e iniciaram programas de levantamento de dados. Hoje existem mais de cem anemógrafos computadorizados espalhados por vários estados brasileiros.

Em 1988 o Centro Brasileiro de Energia Eólica (CBEE) lançou a primeira versão do

Atlas Eólico do Nordeste do Brasil. O resultado, gerado com auxílio de simulação computacional é mostrado na fig. 5.6.

Em 1999, a companhia paranaense de energia, COPEL, publicou o mapa do potencial eólico do estado do Paraná. Também em 1999, o CBEE passou a utilizar o modelo atmosférico de mesoescala MM5 para elaborar a segunda versão do Atlas Eólico do Nordeste (WANEB 2) e realizar o Atlas Eólico Nacional. Baseado no WANEB 2 (ainda não publicado) o CBEE estima que o potencial eólico existente no Nordeste é de 6.000MW.

Na implantação das TE é preciso considerar que determinadas características topográficas alteram a distribuição dos ventos na camada limite atmosférica e portanto o potencial eólico local. O topo de colinas e montanhas é um lugar privilegiado, pois o vento sofre sempre um aumento de velocidade nesta região. As encostas de montante e jusante, por sua vez, exibem redução de velocidade e, dependendo da geometria da colina ou montanha, até escoamento reverso. O mesmo ocorre com os vales.

Fig. 5.6 – Mapa do potencial eólico da região NE e estado de MG

Alguns estudos recentes tem buscado relacionar a distribuição vertical de velocidade no topo de colinas com a distribuição sobre terreno plano, em uma diversidade de situações. Também tem se procurado estabelecer a altura ótima para a instalação das TE e a influência do grau de estabilidade estática da atmosfera sobre a potência gerada. Foi observado que perturbações meteorológicas normais, como frentes frias e inversões térmicas, podem afetar a distribuição vertical de velocidade na camada limite atmosférica e. portanto, o desempenho da máquina.

A principal vantagem da energia eólica é o fato de ela ser inesgotável, como todas as outras fontes estudadas neste capítulo. Outras vantagem importante é o fato de ela não produzir poluentes, no sentido clássico da palavra. De fato, não há rejeitos gasosos, líquidos ou térmicos, não há contaminação do solo, nem refugo de material radioativo decaído, etc. Isso não significa, entretanto, que não haja impacto ambiental. As grandes centrais eólicas modificam o padrão local dos ventos, isto é, o clima em microescala. Alguns estudos recentes indicam, contudo, que tal impacto é desprezível. Ainda não há consenso se esta conclusão pode ser generalizada mas, sem dúvida, o aproveitamento eólico é um dos menos causadores de impacto. Em diversos países europeus, inclusive, a extração eólica já se processa em paralelo ao uso da terra para fins agropecuários

Outra vantagem da geração eólica é que, devido à simplicidade do processo, é possível a instalação de centrais (automatizadas) em regiões isoladas ou de difícil aproveitamento da terra, como desertos ou calotas polares. No caso dos desertos ou das regiões semi-áridas, a energia gerada pode ser utilizada para irrigação com baixo custo de transmissão, alimentação de estações de rádio, meteorológicas, etc. Nas calotas polares, a eficiência tende a ser maior, devido aos fortes ventos. Existem atualmente diversas bases de pesquisa e laboratórios avançados próximos aos pólos alimentados desta maneira.

As principais desvantagens da geração eólica são a inconstância do vento, a dificuldade de armazenamento da energia não consumida, o fato de que ventos aproveitáveis geralmente ocorrem longe dos grandes centros consumidores e a área da central relativamente grande por MW produzido.

A inconstância do vento implica num sério problema de fornecimento de energia, uma vez que a potência gerada pelas turbinas é proporcional à terceira potência da velocidade do vento. O problema pode ser evitado interligando a central eólica à malha nacional ou utilizando baterias durante os períodos de baixa produção. As centrais eólicas podem também ser utilizadas como centrais de pico, da mesma maneira que as pequenas centrais hidroelétricas sem acumulação.

Quanto à distância entre a produção e consumo da energia gerada, não existe solução no momento. A presença das grandes cidades perturba o padrão dos ventos. O problema, entretanto, é comum a outras fontes, como a hidroelétrica.

Quanto à baixa concentração de potência eólica disponível nos ventos habituais, também não há como contornar o problema. Uma solução em estudo é diversificar as fontes, viabilizando o aproveitamento combinado. Na Suécia, por exemplo, o uso combinado das energia eólica e solar tem sido estudado. Outra solução óbvia consiste em aumentar a altura de captação do vento. Esta solução esbarra, evidentemente, em limitações construtivas e na relação custo-benefício do projeto. Algumas TE de tamanho maior possuem um sistema que permite variar o passo das pás da hélice. O sistema é automático e permite otimizar a eficiência para amplas faixas de velocidade do vento ou manter a rotação aproximadamente constante.

5.1.4. Classificações das TE As TE podem ser classificadas segundo diversos critérios. Os mais comuns são:

• Quanto ao número de pás

Eles serão brevemente descritos a seguir.

1a. classificação: quanto à orientação do eixo

As TE de eixo horizontal são o tipo mais comum e aparecem nas figs. 5.1 e 5.2. Elas são sempre orientadas na direção do vento médio por algum mecanismo automático. O mais simples é o aerofólio de cauda, montado a jusante do rotor. As TE de maior tamanho e potência não possuem o aerofólio e seu direcionamento é feito por servo-motores acionados por anemômetros direcionais.

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