Funcionamento de um Parque Eólico

De uma forma geral, um Parque Eólico é composto dos seguintes elementos:

• Conjunto de aerogeradores ou turbinas eólicas;

• Infraestrutura de suporte associada, composta de subestação elevadora, instalações elétricas e estradas de acesso às turbinas eólicas.

A seguir são detalhadas as principais características técnicas dos equipamentos a serem instalados nos parques:

Aerogeradores ou turbinas eólicas

Os aerogeradores podem ser de dois modelos: turbinas eólicas de eixo vertical (TEEVs) demonstrado na figura 4 e turbinas eólicas de eixo horizontal (TEEHs) apresentado na figura 7.

As turbinas de eixo verticais comumente denominadas de Darreius6 fazem uso de aerofólios simétricos e ligeiramente curvados em forma de “C”. As turbinas de eixo vertical foram desenvolvidas e comercializadas, nos anos 1970, mantendo-se a sua pesquisa, mesmo que de forma restrita, até o fim dos anos 1980. A turbina eólica de eixo vertical de maior potência foi instalada no Canadá e totalizava uma capacidade de 2.200 kW (SILVA, 2006).

Figura 6 - Turbina eólica de eixo vertical (TEEVs) Fonte: ComoTudoFunciona/how stuff works

Disponível em: http://www.hsw.uol.com.br/

As grandes vantagens diferenciais deste tipo de turbinas consistem no fato de que elas operam independentemente da direção do vento e também por terem a parte eletromecânica (rotor – caixa de transmissão e gerador) alocadas ao nível do solo, reduzindo, portanto, os custos de instalação e manutenção. Como

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Esta denominação é creditada ao fato de que as mesmas foram inicialmente projetadas pelo engenheiro George Darrieus que patenteou esta concepção de turbina em 1931.

desvantagem, e por isso a justificativa para o papel secundário dessa tecnologia na expansão do mercado mundial de energia eólica, apresenta as seguintes características:

• Elevados níveis de flutuação no torque em cada giro;

• Ausência da capacidade de auto-partida (não é capaz de partir sem um auxilio externo);

• Limitada capacidade de regulação em altas velocidades;

• Ao nível do solo, a velocidade do vento é muito baixa; isso implica em uma menor capacidade de produção de energia.

A partir do final dos anos 1980, face aos resultados insatisfatórios no que se refere à sua pouca flexibilidade a ajustes a diferentes perfis de vento e, em especial, devido ao seu rendimento mostrar-se inferior aos registrados pelas turbinas de eixo horizontal, as turbinas Darreius tiveram as suas pesquisas e desenvolvimentos interrompidos quase que mundialmente (SILVA, 2006).

As turbinas ou aerogeradores, atualmente em dia são todos construídos em eixo horizontal. De uma forma geral, um aerogerador é dividido em 3 partes:

• Torre;

• Pás;

• Nacele;

As torres são geralmente metálicas e abrigam em seu interior (escadas de acesso à nacele, iluminação, cabo de segurança anti-quedas e acessórios de fixação dos cabos). São sustentadas por uma sapata de concreto armado (aproximadamente 15m X 15m). As pás são geralmente de diversos números. O emprego a ser dado à turbina é o fator de definição do total de pás a ser utilizado. Turbinas com três pás são predominantemente usadas para a geração de energia elétrica (figura 8).

Figura 7 - Estrutura e funcionamento de um aerogerador

Fonte: CENTRO BRASILEIRO DE ENERGIA EÓLICA – CBEE / UFPE. 2000. Disponível em: www.eolica.com.br

O rotor eólico é composto de um conjunto de pás conectadas a um eixo, que transmite a rotação das pás para o gerador. As pás dos aerogeradores captam uma parte da energia cinética do vento através do sistema de transmissão (multiplicador) e transforma a energia cinética do vento em energia mecânica de rotação, a qual, por sua vez, é transformada em energia elétrica, através do gerador elétrico (conversor de energia).

A nacele abriga o gerador elétrico, a caixa de transmissão de velocidade e o rotor (figura 9). Para a orientação do rotor na direção do vento ou a sua retida, os aerogeradores de eixo horizontal fazem uso de diferentes tecnologias. Nas turbinas de pequenas potências, o rotor e a nacele são orientados para a direção do vento através de um leme. Em grandes turbinas, essa orientação é feita eletronicamente, via sinal recebido de um anemômetro também instalado na parte superior da nacele.

Figura 8 - Esquema básico de uma turbina eólica.

Fonte: CENTRO BRASILEIRO DE ENERGIA EÓLICA – CBEE / UFPE. 2000. Disponível em: www.eolica.com.br

Além destes, são igualmente importantes para a operação segura e eficiente do sistema, os seguintes componentes também instalados na nacele (HIRATA e ARAÚJO, 2000):

• sistema de frenagem – que controla a rotação do rotor para evitar que assuma valores acima do permitido e assegurar a integridade estrutural do sistema;

• sistema de controle e orientação – que orienta o rotor em relação à direção dos ventos. Esta orientação é necessária para garantir a operação eficiente do rotor e, adicionalmente, para controlar a velocidade do rotor quando a velocidade do vento atinge a valores acima do permitido para a segurança do sistema;

• o sistema hidráulico – que aciona os sistemas de controle de passo do rotor, de orientação do rotor, de frenagem e outros.

Infraestrutura de suporte associada

Os aerogeradores são interligados através de uma rede elétrica subterrânea com profundidade típica dos eletrodutos de 50 cm a 120 cm e, dependendo da quantidade de circuitos, a largura de uma seção poderá variar de 80 cm a 180 cm. Estes eletrodutos transportam a energia produzida nos aerogeradores até a subestação elevadora, situada no interior do parque. Esta subestação permite elevar a tensão de geração até a tensão de transporte para a linha de transmissão externa.

Atualmente, os sistemas mais comuns de fornecimento de energia utilizando sistemas eólicos são os sistemas eólicos de grande porte interligados à rede pública de distribuição. Por dispensarem sistemas de armazenamento, são bastante viáveis representando, atualmente, a maior evolução em sistemas eólicos, apresentando custos paritários aos das hidrelétricas. Nesta configuração, os sistemas eólicos podem ter uma grande participação no fornecimento total de energia, envolvendo a definição deste percentual, estudos específicos de vários fatores que garantam fornecimento regular e a qualidade de energia do sistema interligado como um todo.