ENERGIAS RENOVÁVEIS

Introdução

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História e Desenvolvimento da Energia Eólica

O reconhecimento do vento como fonte de energia remonta aos tempos antigos. Exemplos da sua utilização abundam nas civilizações da Antiguidade e na história Portuguesa dos Descobrimentos, como a principal fonte de energia na arte de bem navegar.

Acredita-se que foram os Egípcios os primeiros a fazer uso prático do vento. Em torno do ano 2800 aC, eles começaram a usar velas para ajudar a força dos remos dos escravos.

As velas ajudavam o trabalho da força animal em tarefas como moagem de grãos e bombeamento de água.

Os Persas começaram a usar a força do vento poucos séculos antes de Cristo, e no ano 700 dC, construíram moinhos de vento verticais, para serem usados como força nas mós, na moagem de grãos.

Outras civilizações do Médio Oriente, onde se destacam os Muçulmanos e os Persas, construíram os seus próprios moinhos de vento.

Provavelmente foram os Holandeses que troxeram para a Europa e desenvolveram o moinho de vento horizontal com hélices, os quais são comuns nos campos da Holanda e Inglaterra.

A força do vento e da água tornaram-se a fonte primária da energia mecânica medieval inglesa. Durante esse período, os holandeses contaram com a força do vento para bombeamento de água, moagem de grãos e operações de serraria.

Na idade média os melhoramentos técnicos continuaram a ocorrer, nomeadamente, na fabricação de lâminas aerodinâmicas, desenhos de engrenagens e de uma forma geral nos desenhos dos moinhos de vento.

Hoje, a energia eólica pode ser utilizada para em muitas tarefas úteis tais como: bombeamento de água, geração de electricidade, aquecimento, etc. Esta utilização do vento só foi possível devido aos avanços tecnológicos.

O aproveitamento da energia eólica será de vital importância no futuro, pois as necessidades das populações e da indústria cada vez serão maiores, e por outro lado as reservas dos combustíveis fosseis serão cada vez menores, e por isso é hoje considerada uma das mais promissoras fontes naturais de energia, principalmente porque é renovável, ou seja, não se esgota.

Funcionamento de um aerogerador

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Existem dois tipos básicos de rotores eólicos/turbinas: os de eixo vertical e os de eixo horizontal.

Rotores de eixo vertical

São geralmente mais baratos que os de eixo horizontal, pois o gerador (sendo fixo) não gira seguindo a direcção do vento.

Quando muda a direcção do vento, não é necessário nenhum ajuste pois estas turbinas estão alinhadas com o vento. No entanto, precisa de um impulso do seu sistema eléctrico para dar partida. Em vez de uma torre, ela usa cabos de amarração para sustentação, pois assim a elevação do rotor é menor. Como menor elevação significa menor velocidade do vento devido à interferência do solo, são menos eficientes.

Como vantagem, todos os equipamentos encontram-se ao nível do solo que facilita a sua instalação. Mas isso significa uma área de base maior para a turbina, o que é uma grande desvantagem em áreas de cultivo.

Rotores de eixo horizontal

São os mais conhecidos e os mais utilizados por ter uma eficiência maior que a dos rotores de eixo vertical. O seu maior custo é compensado pela sua eficiência fazendo destes os mais utilizados para geração de energia eléctrica em larga escala.

Estas precisam de se alinhar constantemente com o vento, usando um mecanismo de ajuste – os motores eléctricos e as caixas de engrenagens deslocam o rotor para a esquerda ou direita, o controlador electrónico da turbina lê a posição do cata-vento e ajusta a posição do rotor para apreender o máximo de energia eólica.

Este tipo de turbina contém uma torre para alçar os componentes da turbina a uma altura ideal para a velocidade do vento (80 m), ocupando muito pouco espaço no solo. São impulsionados por força de sustentação.

E ainda temos outro tipo de rotor de eixo horizontal designado por multipás

São mais utilizados para bombeamento de água de poços artesianos. Tendo em ventos fracos, têm uma eficiência de 30%.

Funcionamento de um rotor de eixo horizontal tripá

O funcionamento de um aerogerador abrange vários campos do conhecimento: meteorologia, aerodinâmica, electricidade etc.

O princípio de funcionamento baseia-se na conversão da energia cinética – que é resultante do movimento de rotação causado pela incidência do vento nas pás do rotor da turbina – em energia eléctrica. As pás do aerogerador modernas são dispositivos aerodinâmicos, equivalentes às asas dos aviões, e que funcionam pelo princípio físico da sustentação.

Após a captação do vento pelas pás, estas transmitem a sua potência ao rolamento (elemento que liga as pás e o eixo do rotor), ligado a uma caixa multiplicadora que aumenta a velocidade do eixo. Da caixa multiplicadora, a energia mecânica é transmitida a um gerador eléctrico, que a transforma em energia eléctrica. Caso haja algum problema no aerogerador, o controlador irá actuar sobre ele.

Para que a energia eléctrica seja distribuída, as centrais eólicas têm uma central de transmissão onde se encontram os fios que saem de cada turbina. Daí a energia é injectada na rede eléctrica.

Constituição de um Aerogerador

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- Torre, tubular em que a base é mais larga que o topo, são constituídas por aço, podendo ter alturas de 50 m e peso, 40 toneladas); sustenta o rotor e a nacelle, além de erguer todo o conjunto a uma altura onde as pás possam girar com segurança e distantes do solo.

- Cabine ou nacelle, onde se encontram todos os mecanismos:

- Gerador;
- Caixa de velocidades;
- Eixo de alta e baixa velocidade;
- Freio – detém a rotação do eixo em caso de sobrecarga de energia ou falha no sistema;
- Controlador – é um computador ligado em rede com outro computador de rede, que centraliza e relata toda a operação da turbina;
- Caixa multiplicadora – mecanismo que transmite a energia mecânica do eixo do rotor ao eixo do gerador;
- Sistema hidráulico;
- etc.

- Rotor, é o componente que efectua a transformação da energia cinética dos ventos em energia mecânica de rotação. No rotor são fixadas as pás da turbina, normalmente, 3 medindo cada uma 25m.

Dentro da torre podemos encontrar:

- Cabos, que transportam a electricidade que vai ser injectada na rede pública;
- Escadas, que permitam o acesso à parte superior da turbina;

No exterior da nacelle temos:

- Cata-vento: detecta a direcção do vento e transmite essa informação a um controlador, que actua sobre uma turbina fazendo-a rodar de encontro com o vento
- Anemómetro: mede a velocidade do vento e comunica a medição ao mesmo controlador

Vantagens e desvantagens da energia eólica

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A utilização da energia eólica comporta numerosas vantagens face às energias tradicionais e mesmo em comparação com outros tipos de energias renováveis, em função do seu maior desenvolvimento. Entre as suas principais vantagens podemos destacar, detalhadamente, as seguintes:

Vantagens da Energia Eólica
• É inesgotável;
• Não emite gases poluentes nem gera resíduos;
• Diminui a emissão de gases de efeito de estufa (GEE).

Vantagens para a comunidade
• Os parques eólicos são compatíveis com outros usos e utilizações do terreno como a agricultura e a criação de gado;
• Criação de emprego;
• Geração de investimento em zonas desfavorecidas;
• Benefícios financeiros (proprietários).

Vantagens para o estado
• Reduz a elevada dependência energética do exterior;
• Poupança devido à menor aquisição de direitos de emissão de CO2 por cumprir o protocolo de Quioto e directivas comunitárias e menores penalizações por não cumprir;
• Possível contribuição de cota de GEE para outros sectores da actividade económica;
• É uma das fontes mais baratas de energia podendo competir em termos de rentabilidade com as fontes de energia tradicionais.

Vantagens para os promotores
• Requer escassa manutenção, uma vez que, só se procede à sua revisão em cada seis meses.
• Boa rentabilidade do investimento.
• Em menos de seis meses, o aerogerador recupera a energia gasta com o seu fabrico, instalação e manutenção.

No entanto possui algumas desvantagens, por vezes, bastante desagradáveis:

• A intermitência, ou seja, nem sempre o vento sopra quando a electricidade é necessária, tornando difícil a integração da sua produção no programa de exploração;
• Pode ser ultrapassado com as pilhas de combustível (H2) ou com a técnica da bombagem hidroeléctrica.
• Os lugares mais apropriados para sua instalação coincidem com as rotas das aves migratórias, o que faz com que centenas de pássaros possam morrer ao chocar contra as suas hélices;
• Nas proximidades dos parques eólicos é detectada poluição sonora, devido ao ruído produzido. E provoca a alteração da paisagem, do ponto de vista estético.

Mercado Eólico

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Entre todo o conjunto de energias renováveis, a energia eólica apresenta, um maior desenvolvimento e uma maior progressão em todas elas.

A energia eólica apresentou um crescimento de 27% do ano 2006 para o ano de 2007 e estima-se que em 2030 poderá satisfazer em todo o mundo 29% das necessidades de energia eléctrica.

No ano de 2007 este sector apresentava uma produção a nível mundial de

190 TWh instaurada numa capacidade de produção no valor de 94.000 MW.

Nos últimos anos este crescimento tem sido imparável, sendo que em 1995 a capacidade instalada era apenas de 4.800 MW, o que significa um incremento de 1.500% entre esse ano e o ano de 2006.

Em Portugal no ano de 2007 este meio de energias renováveis apresentou cerca de 8% do consumo da energia eléctrica.

De acordo com a American Wind Energy Association, nos últimos 20 anos o custo da produção de energia eólica veio a diminuir cerca de 80%. Actualmente a produção de energia eléctrica é muito competitiva com a produção de electricidade a partir de tecnologias convencionais.

Nos dias de hoje a produção de energia eólica está presente em mais de 60 países, mas com uma percentagem de 43% da produção total, situada na união Europeia mas tem tendência a inverter-se, pois com a partição dos Estados Unidos e Canadá, estão a abrir novos mercados na Ásia (Principalmente na China, Índia) e na América do Sul.

O país que está mais atractivo para se fazer um investimento no âmbito da energia eólica é Espanha pois apresenta condições bastante favoráveis com: recurso eólico, incentivos regulados, licenciamento, conexão à rede e concorrência.

A tecnologia dos micro-aerogeradores tem vindo a surgir com as possibilidades de produção para pequenos consumidores.

Com uma potência de 1kW, um sistema deste tipo cobre 30% das necessidades de energia de uma família normal e custa 5 vezes menos que um painel foto voltaico de igual potência. O valor investido é cerca de 4000€ e tem uma recuperação em apenas 5 anos.

Por ano, o investimento em energias renováveis ronda os 3 mil milhões de euros sendo 2 mil milhões em Energia Eólica.

Podemos observar pelo seguinte gráfico de barras os “grandes” da energia eólica em todo o mundo:

A energia Eólica em Portugal

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Em 1986, surgiu o aproveitamento da energia eólica para produção de energia eléctrica.
Com a construção de um parque eólico na ilha de Porto Santo (Madeira), foi instalado em Portugal o primeiro aproveitamento das energias renováveis.
Desde de 2001 para cá o mercado português tem subido significativamente estando em sétimo a nível Europeu. Estima-se que em Portugal se irá colocar em operação cerca de 725MW por ano até 2015. Isto pode levar a que no final desse ano estejam instaurados cerca de 7.591MW sendo que em 2006 apenas estavam em operação 1.716MW.
Em 2004, existiam cerca de 600 aerogeradores e em 2008 já existiam 1427, representando assim uma potência de 2672 MW, distribuída por 164 parques Eólicos.
No ano de 2008 era produzido 4% da energia final, sendo expectável que em 2010 seja de 15%.
Os distritos onde está apresentado as maiores explorações de energia Eólica são:

Curiosidades da energia eólica

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Sabia que:

• Em cada hora de consumo eléctrico, cinco minutos são de produção eólica;

• Em Portugal, o primeiro parque eólico foi criado em 1988 em Santa Maria (Açores),

• Energia eólica excedente vai ser utilizada em carros eléctricos. As baterias dos carros eléctricos vão servir para armazenar a energia eólica excedente na Dinamarca, acabando com o desperdício. Em 2020, a Dinamarca espera produzir mais da metade de sua energia através dos ventos;

• Um barco à vela usa a energia dos ventos para se deslocar na água. Esta é uma forma de produzir força através do vento;

• Durante muitos anos, os agricultores serviram-se da energia eólica para bombear água dos furos usando moinhos de vento;

• Cada turbina produz entre 50 a 300 kW de energia eléctrica. Com 1000 watts podemos acender 10 lâmpadas de 100 watts; assim, 300 kilowatts acendem 3000 lâmpadas de 100 watts cada;

• A maior turbina construída até agora localiza-se num parque eólico marinho da Alemanha;

• Cerca de 30% da electricidade produzida a partir do vento é criada na Califórnia. A Dinamarca e Alemanha também são grandes exploradoras da energia eólica;

• O recurso energético disponível em Portugal estima-se entre os 2.000 MW e os 3.500 MW, para rentabilidades na ordem das 2.500 horas brutas anuais e 2.000 horas brutas anuais.