ENERGIA EÓLICA COMO FONTE LIMPA DE ELETRICIDADE
Gustavo Martins Russo Geógrafo – UFF E-mail: gustavorusso87@gmail.com
1. INTRODUÇÃO
A humanidade sempre sobreviveu em funcão da geração de energia, e esta vem se tornando cada vez mais fundamental para a manutenção da nossa espécie. A cada nova descoberta de fontes de energia tínhamos uma revolução neste aspecto.
Hoje estamos vivendo o ponto máximo do debate sobre a preservação ambiental e o desenvolvimento sustentável, com grande foco na emissão do Dióxido de Carbono (CO2). Será possível a prosperidade econômica sem degradar a natureza?
A liberação deste gás ocorre naturalmente na atmosfera, e é essencial para a vida no planeta, mas a ação humana acelerou este processo com a queima de combustíveis fósseis e desmatamentos, e hoje nos deparamos com um nível perigoso de concentração de CO2 no ar que respiramos. Esta aceleração se deu ao final do século XVIII, no período da
Revolução Industrial, com a propagação das usinas termoelétricas a carvão, em uma proposta de alta geração de energia, com custo baixo. Desde então a demanda por energia elétrica aumentou e, consequentemente, a emissão de CO2.
Na tentativa de responder à pergunta anterior, nos deparamos com números
relevantes: a partir de 1987, a queima de combustíveis fósseis representou 75% da emissão antropogênica de CO2, segundo estudo de 2007 do Painel Intergovernamental sobre
Mudanças Climáticas (IPCC) e 62,5% das emissões de CO2 no mundo provém do setor energético, de acordo com a Agência Internacional de Energia (AIE), no seu relatório “Global Energy Outlook”, de 2011. Sendo assim, podemos concluir que, ao buscarmos fontes renováveis de energia (isto é, sua reposição natural é mais rápida que o ritmo de sua utilização pelo homem) e alterarmos gradativamente a matriz energética, teremos como
resultado a diminuição da emissão de CO2, mas mantendo a produtividade para suprir toda a demanda energética da população.
2. OBJETIVOS
Antes de ser utilizada para geração de eletricidade, a energia eólica já era empregada nas navegações, moagem de grãos, bombeamento de água (esta última com o uso de cataventos multi-pás), etc. O catavento foi adaptado ao final do século XIX para, enfim, gerar energia elétrica, com uma capacidade nominal de 12 kW. Durante o século XX a tecnologia dos aerogeradores teve grandes avanços e hoje, esta fonte de energia elétrica firmou-se como a que mais cresce no mundo: a capacidade de geração de energia cresceu, em uma média anual, na taxa de 25% entre 1990 e 2000, enquanto outras fontes como a nuclear, petróleo e gás natural apresentaram um crescimento de menos de 2% cada, ao ano. (Worldwatch Institute, 2001)
Os números ficam ainda mais favoráveis para a energia eólica, quando levamos em conta as taxas de emissão de CO2 das outras atividades geradoras de energia. O Conselho Mundial de Energia (WEC) publicou em seu relatório “Renewable energy resources: opportunities and constraints 1990-2020” (1993), um estudo comparativo das emissões de CO2 proveniente da aplicação de diferentes tecnologias de geração de eletricidade. Nele, conclui-se que uma turbina eólica de 600 kW comercialmente disponível, quando substitui unidades termelétricas convencionais, tem potencial de evitar, durante seus 20 anos de vida útil, emissões de CO2 na ordem de 20.000 - 36.000 toneladas.
A eletricidade advinda das turbinas eólicas é livre de emissões de CO2, mesmo se forem contabilizada as emissões liberadas pelos materiais que compõem o sistema e pela construção das unidades de geração. As emissões de CO2 para essa tecnologia ficam na ordem de 10 g CO2/kWh gerado (LENZEN e MUNKSGAARD, 2002). Quando a energia eólica está substituindo outras formas de geração que emitem CO2, as emissões são
reduzidas em sua totalidade. A quantidade de CO2 que será evitada pela unidade de geração eólio-elétrica depende substancialmente da tecnologia (e do seu combustível) que está sendo substituído pela unidade eólio-elétrica.
Quando a tecnologia em questão se refere às termelétricas a carvão, a quantidade de CO2 abatida é de cerca de 800-900 g CO2/kWh (European Wind Energy Association - EWEA, 1996).
Em países onde as usinas termelétricas a carvão predominam, com a energia eólica tendo uma participação secundária na matriz energética, esse valor passa a ser uma referência para uma estimativa de abatimento de emissão de CO2.
Em países onde a matriz energética encontra-se razoavelmente dividida entre as termelétricas a carvão e as termelétricas a gás natural, pode acontecer de a tecnologia eólio-elétrica eventualmente substituir essa segunda forma de geração de energia, o que evitaria uma emissão de cerca de 400 a 600 g CO2/kWh.
A tabela a seguir mostra os valores disponíveis no relatório de 1993 e aponta que, dentre as tecnologias que apresentam emissões inferiores às registradas pela tecnologia eólio-elétrica (geotérmica, fotovoltaica, solar e grandes hidroelétricas), somente as grandes hidroelétricas apresentam-se estruturadas de forma competitiva.
Tabela 1: Emissões de CO2 por Tecnologias de Geração Elétrica.
TECNOLOGIA Emissões de CO2 nos estágios de produção de energia (ton/GWh)
Extração Construção Operação Total
Carvão 1 1 962 964 Petróleo - - 726 726 Gás - - 484 484 Geotérmica <1 1 56 57 PCH N/A 10 N/A 10 Nuclear ~2 1 5 8
Eólica N/A 7 N/A 7
Fotovoltaica N/A 5 N/A 5
Grandes Hidroelétricas N/A 4 N/A 4
Solar N/A 3 N/A 3
Lenha -1509 3 1346 -160
No quesito impactos causados na sua implementação, a energia eólica também tem vantagem sobre as demais. A seguir, uma breve lista dos impactos:
a) Solo: Na fase de construção de um aerogerador, são realizadas terraplanagens e escavações para a plataforma de suporte da turbina e das subestações e para as valas aonde vão os cabos elétricos. Para isso, parte da cobertura vegetal tem que ser removida. Essa remoção, embora seja coberta novamente e recuperada depois de concluída a fase de construção, favorecerá o processo erosivo nesse tempo intermediário.
Apesar da alteração causada, principalmente no solo, o espaço requerido pelas
turbinas é pouco significativo (cerca de 40m²), correspondendo apenas ao necessário para a instalação da base da torre e de um acesso. Assim, o espaço ocupado pelas bases e acessos corresponde a 1%, enquanto 99% da área do parque eólico permanece disponível para outros usos.
b) Hidrografia: A localização desajustada de um parque eólico pode atentar para impactos na hidrografia, durante as fases de construção e exploração da obra, se as torres forem instaladas nas nascentes de rios, afetando as linhas de drenagem naturais e as condições de infiltração das águas pluviais.
c) Fauna: A avifauna é o grupo da comunidade biológica que mais corre risco com esse tipo de atividade. As causas mais comuns de mortalidade das aves em parques eólicos são a colisão e a eletrocussão. A colisão pode ocorrer com a estrutura do aerogerador, seja a torre ou a hélice. Se levarmos em conta que a velocidade do rotor de um aerogerador em funcionamento raramente ultrapassa as 40rpm, e que, a esta velocidade, acompanha-se perfeitamente com os olhos o movimento das hélices, torna-se bastante improvável o choque de uma ave com essa estrutura, pelo menos em casos de visibilidade boa a média (MONTEIRO; CAVACO, 1999).
Os casos de eletrocussão ocorrem quando uma ave toca, simultaneamente, em dois condutores elétricos, geralmente de baixa e média tensão, já que os condutores de alta tensão são mantidos bem afastados entre si, sendo impossível uma ave tocar em dois desses ao mesmo tempo (HIDRORUMO, 2000)
d) Ruído: O ruído produzido pelos aerogeradores pode ser classificado como
mecânico ou aerodinâmico. Para aerogeradores com rotor de diâmetro maior ou igual a 20 m os efeitos aerodinâmicos prevalecem (HIDRORUMO, 2000).
O ruído mecânico é produzido por todas as partes móveis da estrutura, em particular pela transmissão, sendo a qualidade da construção um fator determinante para o nível de ruído gerado. O ruído aerodinâmico é provocado pela passagem do ar através das hélices em movimento. Testes realizados em parques eólicos revelaram que o ruído gerado pela turbina pode ser audível a 2100 m, na direção do vento, e a 1400 m, na direção contrária (UNL, 2000). Geralmente, o ruído é mais audível em locais próximos às turbinas e para velocidades baixas do vento (até 8 m/s). Isso porque com ventos mais fortes, o próprio ruído do ambiente ao redor será maior do que os gerados pelas turbinas.
3. METODOLOGIA
Um ponto negativo da energia eólica é o comportamento incostante dos ventos, o que dificulta o cálcuo do seu potencial energético. Para isso, faz-se uso de modelos estatísticos com base em levantamentos e medições de um período acumulado para chegar a uma média.
De uma maneira geral, a velocidade do vento aumenta de acordo com a altitude (fenômeno chamado de cisalhamento do vento, ou “wind shear”). No primeiro quilômetro da atmosfera (Camada Limite Planetária - CLP), esta sofre influências da superfície e gera uma força de atrito que acaba por “frear” o vento quanto mais próximo da superfície. Desse quilômetro em diante, dentro da troposfera, temos a Atmosfera Livre que, ao contrário do que ocorre na CLP, os efeitos do atrito com a superfície não são relevantes.
Os aerogeradores de médio e grande porte têm seu rotor situado a uma altura de 30 a 50 metros, e a variação da velocidade do vento com a altura pode ser estimada pela fórmula a seguir:
V / V0 = (H/H0)n onde:
H = altura na qual se quer estimar a velocidade do vento V n = expoente cujo valor usualmente se situa entre 1/6 e 1/7
Outro fator a se considerar é a rugosidade (ou atrito). Logicamente, quanto maior a altitude, menor a rugosidade do terreno. Quando falamos em aerogeradores, estamos considerando uma camada próxima da superfície e, para ela, temos um modelo aproximado do perfil da velocidade do vento levando em conta a altura da rugosidade:
Onde:
V(z) – velocidade na altura z; V(zr) – velocidade na altura zr; z0 – altura de rugosidade [m];
n- depende da rugosidade (0,1 < n < 0,3), gradiente da temperatura da atmosfera, etc.
A classificação da superfície como suave ou rugosa é obtida com o número de Reynolds do fluxo: Re = ( ν 0 *Z u ) Re < 0.13 superfície suave Re > 2.5 superfície rugosa Onde: u* = velocidade de fricção
z0 = altura acima do solo (onde u = 0, e depende da natureza do terreno. ν = coeficiente de viscosidade cinemática.
3.1 O CONCEITO DE DIA TÍPICO
O dia típico é uma representação do comportamento do vento ao longo do dia, com levantamentos de hora em hora, às vezes o intervalo é de até 30 minutos. Esse intervalo pequeno no levantamento garante uma alta precisão e ilustração do comportamento do vento. Isso possibilitará uma estimativa precisa da distribuição da potência ao longo do dia e, assim, uma análise da disponibilidade de energia com a necessidade do sistema a ser suprido.
Podemos obter dias típicos mensais, anuais e sazonais, dependendo do período de amostragem. Logicamente, quanto maior esse período, maior a precisão e a
representatividade, como conseqüência, as interpretações estatísticas ficam mais
significativas. Para o dia típico mensal é necessário um período de 720 horas; o dia típico mensal exige 2160 horas; e o dia típico anual carece de um período de 8760 horas. Para complementar o estudo, a American Wind Energy Association (AWEA) recomenda ter dados de 10 a 12 anos para chegar a um cálculo confiável para a potência eólica média anual e 2 anos para a média sazonal.
Se observado na evolução ao longo dos anos que a velocidade média tem um caráter constante, é um indício de que não houve problemas nas medidas e aquisição de dados, e de que o regime de ventos está estacionário (não se observam alterações climáticas).
Calculado a potência eólica para um dado número de locais de uma região específica, podem ser elaborados mapas eólicos.
4. CONCLUSÃO
A conclusão deste trabalho se baseia em quatro parâmetros (viabilidade econômica, produtividade energética, impactos e poluição atmosférica, com foco maior nestes dois últimos) analisados em cima das formas de geração de energia elétrica mais comuns no Brasil, com ênfase na energia eólica.
Uma pesquisa realizada para o sistema hidro-térmico de geração de energia na
Finlândia mostra que, ao se produzir de 1 a 6% do consumo anual de eletricidade a partir da energia eólica, mantendo os atuais níveis de rendimento do sistema, as emissões evitadas de
CO2 atingem valores de 900 g CO2/kWh (PELTOLA e PET. AJ.A, apud HOLTTINEN et al 2004). São dados animadores, afinal esta margem percentual para a matriz energética é perfeitamente viável e, no Brasil, a energia eólica vem se desenvolvendo bastante nos últimos 20 anos e poderemos botar em prática os dados obtidos desta pesquisa.
Assim, este trabalho sugere uma participação mais significativa da energia eólica na matriz energética. Não como dominante na matriz, mas de forma complementar, em razão da sua baixa densidade energética, sendo combinada com as hidroelétricas, por exemplo, ou as próprias termelétricas a gás natural, o que já resulta num abatimento considerável de CO2. A implementação de outras fontes renováveis como solar, fotovoltaica, maré-motriz, geotérmica, entre outras, extrapola em muito a viabilidade econômica.
Para efeito ilustrativo, a tabela abaixo:
Tabela 2: Matriz energética brasileira
Empreendimentos em Operação Tipo Capacidade Instalada % Total % N.° de Usinas (kW) N.° de Usinas (kW) Hidro 978 82.562.861 65,72 978 82.562.861 65,72 Gás Natural 105 11.493.453 9,15 145 13.302.136 10,59 Processo 40 1.808.683 1,44 Petróleo Óleo Diesel 914 3.221.930 2,56 948 7.158.241 5,70 Óleo Residual 34 3.936.311 3,13 Biomassa Bagaço de Cana 348 7.267.988 5,79 431 8.998.637 7,16 Licor Negro 14 1.245.198 0,99 Madeira 43 376.535 0,30 Biogás 18 76.308 0,06 Casca de Arroz 8 32.608 0,03 Nuclear 2 2.007.000 1,60 2 2.007.000 1,60 Carvão Carvão 10 1.944.054 1,55 10 1.944.054 1,55
Mineral Mineral Eólica 73 1.471.192 1,17 73 1.471.192 1,17 Importação Paraguai 5.650.000 5,46 8.170.000 6,50 Argentina 2.250.000 2,17 Venezuela 200.000 0,19 Uruguai 70.000 0,07 Total 2.597 125.619.966 100 2.597 125.619.966 100 ANEEL – Atualizado em 05/04/2012 5. BIBLIOGRAFIA
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