Segundo Pinto (2013, p. 49), o vento “[...] é o ar em movimento. Simples assim, direto assim. O que gera tal movimento é a circulação das camadas de ar provocada pelo aquecimento desigual do planeta.”
Utilizando a natureza física dos ventos, transforma-se a energia contida nestes em eletricidade. A Agência Nacional de Energia Elétrica (2008a, p. 81), define a energia eólica como sendo “[...] aquela obtida da energia cinética (do movimento) gerada pela migração das massas de ar provocada pelas diferenças de temperatura existentes na superfície do planeta [...] O Brasil é favorecido em termos de ventos, que se caracterizam por uma presença duas vezes superior à média mundial e pela volatilidade de 5% (oscilação da velocidade), o que dá maior previsibilidade ao volume a ser produzido.”
Conforme apresentado por Pinto e Neto (2012, p. 119-120), a classificação dos aerogeradores ocorre em “[...] três categorias principais de acordo com a potência nominal: aerogeradores de grande porte, com potência entre 500 kW a 5 MW, normalmente empregados em arranjos com várias turbinas formando parques eólicos (wind farm) conectados à rede elétrica; médio porte, variando entre 100 kW a 500 kW, podendo ser conectados à rede como fonte de geração distribuída ou em miniredes isoladas; e Aerogeradores de Pequeno Porte (AGPP), com potência 1 W a 100 kW, utilizados principalmente em sistemas isolados, gerando eletricidade em locais remotos com condições favoráveis em relação à disponibilidade de ventos.”
O estudo contido neste trabalho refere-se tão somente à AGPP, portanto, exceto conceitos básicos aplicáveis aos aerogeradores de maneira mais geral e abrangente, o trabalho será restrito aos AGPP para microgeração. Os mapas eólicos atualmente são elaborados para atender análise relacionada aos aerogeradores de grande porte, contudo é interessante observar a situação brasileira exposta na Figura 28 que indica que a região Nordeste do Brasil com maior potencial, seguida pelas regiões Sudeste e Sul.
Figura 28 – Potencial eólico brasileiro
Várias características estão associadas às condições eólicas, como por exemplo, a rugosidade, o relevo, a temperatura e a radiação solar, sendo importante compreender a influência deste conjunto de grandezas físicas nas modificações dos ventos (direção e velocidade). Desta forma, a Figura 29 demostra a circulação atmosférica e algumas das influências sobre os ventos na Terra.
Figura 29 – Circulação atmosférica e influências
Fonte: Atlas do Potencial Eólico do Estado do Paraná (2007, p. 10)
Segundo descrito no Atlas do Potencial Eólico do Estado do Paraná sobre forma e ocorrência espaço-temporal dos ventos destaca-se que:
“Dentre os mecanismos atuantes na formação dos ventos, destacam-se os aquecimentos desiguais da superfície terrestre que ocorrem tanto em escala global (diferentes latitudes, estações do ano e ciclo dia-noite) quanto local (mar-terra, montanha-vale). Desse fato resulta que as velocidades e direções de vento apresentam tendências sazonais e diurnas bem definidas dentro de seu caráter estocástico [...] O vento pode variar bastante no intervalo de horas ou dias, porém, em termos estatísticos, tende a um regime diurno predominante regido por influências locais (microescala) e regionais (mesoescala). No intervalo de meses ou anos, os regimes de vento passam a apresentar notável regularidade, com sazonalidade bem definida ao longo do ano. Ao longo de décadas, em geral, as velocidades médias anuais apresentam variações inferiores a 10% da média de longo prazo.” (ATLAS DO POTENCIAL EÓLICO DO ESTADO DO PARANÁ, 2007, p. 10).
Quanto aos resultados obtidos no mapeamento do Estado do Paraná, obteve-se a velocidade dos ventos nas principais alturas dos rotores de turbinas existentes na época. As alturas utilizadas no estudo apresentado foram de 50, 75 e
100 metros. A Figura 30 mostra as velocidades de vento extraídas do Atlas nas proximidades de Curitiba. No entanto, é necessário um estudo aprofundado e a elaboração de um Atlas específico para as microrregiões de Curitiba, considerando principalmente o potencial de aerogeradores de pequeno porte.
Figura 30 – Potencial eólico de Curitiba (50, 75 e 100 metros) Fonte: Atlas do Potencial Eólico do Estado do Paraná (2007, p. 35-37)
Conforme discutido no trabalho desenvolvido por Pinto e Neto (2012, p. 105- 106), a utilização de novas tecnologias deve priorizar o desenvolvimento socioambiental, econômico e a eficiência energética, sendo fundamental dominar a tecnologia de geração eólica de pequeno porte disponível e com pouco aproveitamento no país. Devendo utilizá-la como meio de alavancar o desenvolvimento da rede inteligente, a qual é solução iminente para o sistema de distribuição de energia elétrica. A Figura 31 mostra a composição de um AGPP com gerador síncrono de ímã permanente. O elo CC é a parte responsável pelo controle de tensão e corrente elétricas do sistema.
Figura 31 – Composição de um aerogerador de pequeno porte Fonte: Pinto e Neto (2012, p. 124)
Na revisão publicada por Pinto e Neto (2012, p. 128), foi esclarecido sobre a necessidade de avançar na pesquisa relacionada aos aerogeradores de pequeno porte como um dos pontos fundamentais para a geração distribuída no Brasil, de tal forma que estes autores declararam a seguinte conclusão:
“Com o domínio da tecnologia de aerogeradores de pequeno porte, através de simulações computacionais e modelagens, pode-se prever detalhadamente o desempenho do complexo eólico-elétrico dentro de uma gama variável de situações, como a relação direta entre as variações da velocidade do vento e o comportamento elétricomecânico do aerogerador. O avanço tecnológico mencionado poderá contribuir para a inserção definitiva da energia eólica distribuída no Brasil, reduzindo os problemas de consumo de energia elétrica, principalmente, aqueles em horários de pico, onde o sistema elétrico de potência opera, normalmente, com sobrecarrega. A geração distribuída seria, portanto, fundamental para manter o sistema de distribuição mais eficiente, do ponto de vista das perdas. Além disso, como é sabido, a produção de energia elétrica não acompanha continuamente o aumento do consumo.” (PINTO e NETO, 2012, p. 128)
Algumas iniciativas voltadas ao levantamento eólico para microgeração foram realizados no Brasil, como por exemplo, o apresentado na Figura 32 na localidade de São João do Cariri no Estado da Paraíba, o qual utilizou torre meteorológica pertencente à rede SONDA do INPE. Conforme descrito por Alé, de Oliveira e Lopes (2010, p. 9-10), “[...] foi realizada uma análise estatística fornecendo um estudo preliminar do potencial eólico ao redor da torre meteorológica.” Deste estudo observou-se que os “[...] resultados mostram um potencial eólico que pode ter aproveitamento para aerogeradores de pequeno porte [...]” Portanto, identificou- se que “[...] foi possível estudar o comportamento sazonal do coeficiente alfa e do parâmetro de rugosidade, observando-se claramente a influência da temperatura nos ciclos sazonal e diurno [...]” Concluindo-se que para “[...] determinar o campo de velocidades numa microrregião para prospecção eólica, foi utilizado o software
WindStation que permite a geração de um Atlas eólico do local onde se deseja avaliar o recurso eólico.”
Futuramente, estudos similares e nas condições climáticas de Curitiba podem ser realizados no âmbito da Plataforma, a qual é objeto desta dissertação, que será implantada no Tecpar.
Figura 32 – Campo de velocidades em microrregião Fonte: Alé, de Oliveira e Lopes (2010, p. 7)
Conforme mencionado por François e Alé (2013, p. 61), “não é permitida a operação ilhada, que se caracteriza pela autossuficiência energética de um grupo de consumidores-geradores no caso de manutenção ou queda na rede de distribuição”. A Figura 33 representa simplificadamente o diagrama unifilar do AGPP conectado diretamente à rede de distribuição de energia. Nota-se, neste caso, a ausência de inversor, mas a presença dos dispositivos de proteção necessários (relés).
Figura 33 – Diagrama unifilar para conexão de AGPP na rede de distribuição Fonte: Eletricidade Moderna (2013, p. 62)
A Figura 34 complementa a Figura 33, demonstrando um sistema de interligações e equipamentos necessários para operação de um AGPP em conformidade com os requisitos estabelecidos pelos Procedimentos de Distribuição (PRODIST) da ANEEL, na qual constam quatro elementos fundamentais ao sistema: proteção (chave seccionadora, disjuntor e esquema de proteção), medição bidirecional, elemento retificador / inversor e o aerogerador. Neste caso, notadamente há instalação de um inversor.
Figura 34 – Sistema eólico de pequeno porte conectado à rede elétrica Fonte: Adaptado de Eletricidade Moderna (2013, p. 62)
De forma mais abrangente, em microgeração que utilizam inversores, Eletrobras (2013, p. 16) prescreve que “o Acessante pode optar pela instalação da chave (sic) de seccionamento visível (DSV) antes ou após a derivação da carga”, conforme mostrado na Figura 47, que o DSV está após a carga. É notório que se a instalação do DSV for antes da derivação de carga, desconectará simultaneamente a microgeração e a carga. Eletrobras (2013, p. 17), também propõe que as “[...] instalações dos DPS (dispositivo de proteção de surto) são recomendados, porém facultativos ao Acessante. A instalação do DPS também é recomendada no quadro de distribuição da unidade consumidora. Os disjuntores e chaves são obrigatórios. O disjuntor da carga (DL) pode estar posicionado no quadro de distribuição da unidade consumidora.” A Figura 35 ilustra um Diagrama esquemático de conexão de
microgeração com utilização de inversor conectado à rede de Baixa Tensão (BT) da distribuidora de energia elétrica.
Figura 35 – Esquema de conexão da microgeração na rede da Distribuidora Fonte: Eletrobras (2013, p. 17)
Segundo declarado por François e Alé (2013, p. 64), “os níveis de tensão e curto-circuito, assim como a frequência da rede, alteram-se e são influenciados pela natureza estocástica da carga e pela natureza flutuante e intermitente da geração distribuída renovável. Distorções harmônicas também aumentam na rede, principalmente devido à utilização de conversores, tipicamente utilizados neste tipo de energia.” Portanto, é fundamental pensar na fase de projeto em alguns requisitos relacionados à Qualidade de Energia Elétrica (QEE) e à Eficiência Energética (EE).
Quanto ao Dispositivo de Seccionamento Visível (DSV), é essencial caracterizar que este dispositivo:
“[...] consiste em uma chave seccionadora sob carga que a Eletrobras Distribuidora utilizará para garantir a desconexão da microgeração durante manutenção em seu sistema [...] O DSV deve ser de fácil acesso pela
entrada, no limite da via pública com o imóvel, tendo sua face frontal (e a tampa frontal da caixa que o abriga, se houver) voltada para a via pública, podendo ser fixado em mureta, parede ou poste auxiliar, o mais próximo possível da caixa que abriga o medidor da unidade consumidora.” (ELETROBRAS, 2013, p. 21)
Figura 36 – Instalação do Dispositivo de Seccionamento Visível Fonte: Adaptado de Eletrobras (2013, p. 22-23)
A Figura 36 demonstra o DSV e a maneira de realizar a instalação adequadamente. Esta figura possui a seguinte legenda:
1. Medidor bidirecional,
2. Caixa do disjuntor termomagnético de proteção da entrada, 3. Dispositivo de seccionamento visível,
4. Sinalização de segurança, 5. Placa de aviso de segurança,
6. Placa de identificação da instalação (fornecida pela distribuidora), 7. Janela protetora de policarbonato (visualização da posição da chave
seccionadora sob carga),
Figura 37 – Turbina Eólica EL-1000GT VAWT Grid-Tie Fonte: Cintrax (2014, p. 1-4)
No Estado do Rio de Janeiro foi realizado um empreendimento com a instalação de AGPP com especificações técnicas apresentadas na Figura 37. Segundo divulgado no jornal Valor Econômico, Santos (2011), “[...] o projeto de geração de energia elétrica própria vai custar cerca de R$ 400 mil, com impacto de apena R$ 800 no custo de cada apartamento. Com isso, a construtora pode vender as unidades, de dois e três dormitórios, a preços que não diferem das construções convencionais.” Também foi informado que “[...] do ponto de vista energético o projeto não visa a (sic) autonomia, mas economia de energia, incluindo o uso de lâmpadas de LED (mais econômicas) e de motores mais econômicos nos equipamentos, como aparelhos de ar condicionado.”
Projetos deste porte consolidam a necessidade e a importância de diversificar a matriz energética brasileira, principalmente com o estabelecimento da microgeração. Quando aliada aos conceitos de eficiência energética e certificações adequadas, a geração distribuída por microgeração torna-se mais atrativa do ponto de vista econômico e financeiro.