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Realizado no âmbito da disciplina de Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica da Licenciatura Bi-etápica em Engenharia Electrotécnica da Escola Superior de Tecnologia de Viseu.
Tipologia: Notas de estudo
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Não perca as partes importantes!
" There is something in the wind "
Shakespeare, Comedy of Errors
Um dos grandes tormentos do Mundo de hoje é a questão relativa à energia. O aproveitamento desta ainda não atingiu um nível satisfatório, visto que a imensa maioria da energia utilizada no planeta é de origem não renovável. A energia pode ser utilizada de forma mais civilizada e menos dispendiosa, por meios de fontes renováveis como a energia eólica, solar, das marés, geotérmica e outras.
Há centenas de anos que a Humanidade tenta utilizar a energia do vento. Pequenos moinhos de vento têm sido usados para tarefas tão diversas como moer cereais, serrar madeira, bombear água e, mais recentemente, accionar turbinas para produzir electricidade. Esta última aplicação tem sido o actual motor da indústria eólica e só atingiu a maturidade nos últimos 15 anos. Hoje em dia e a nível mundial, existem em funcionamento mais de um milhão de turbinas eólicas de diferentes formas e dimensões, o que atesta os custos competitivos e a crescente eficiência desta tecnologia
Este trabalho tem como objectivo a análise do aproveitamento da energia eólica, que como todas as demais possui certas vantagens e desvantagens, o que a faz diferente não é só um facto ou outro, é o seu conjunto como um todo.
A identificação das tecnologias associadas às fontes Renováveis de energia que melhor se adaptam às condições próprias do nosso país - no triplo aspecto de existência de recurso abundante; de capacidade tecnológica da estrutura industrial; e de conhecimento científico e técnico, por forma a permitir levar a cabo um conjunto lato de actividades de IDTD&D (Investigação, Desenvolvimento, Transferência, Demonstração a Difusão) no sector - foi levada a cabo no início dos anos 80 e culminou com o Seminário do Vimeiro em 1982.
Foram então definidas como tecnologias potencialmente interessantes para explorar em Portugal as associadas a:
! Aquecimento solar activo; ! Aquecimento solar passivo; ! Fotovoltaico; ! Vento; ! Ondas; ! Geotermia; ! Biomassa; ! Mini e micro-hídricas (vale a pena referir que as grandes centrais hidroeléctricas, potências tipicamente instaladas acima de 10 MW - na maior parte dos países o limite de separação é, em regra, inferior, 5 MW, e mesmo nalguns é apenas 2 MW - não são, por razões de difícil compreensão, consideradas como associadas a Energias Renováveis).
Ao longo destes quase 15 anos variadíssimas actividades foram desenvolvidas no âmbito das aplicações destas tecnologias por organismos e entidades governamentais, empresas públicas e privadas e mesmo por simples particulares. Pode dizer-se que em muitos casos o objectivo primeiro dessas actividades foi aprofundar as potencialidades nacionais através de uma avaliação quantitativa dos recursos, de investigação independente, de aplicação às condições nacionais de tecnologias desenvolvidas noutros países e tentando iniciar ou apoiar a reduzida indústria existente em Portugal e operar na área das Energias Renováveis (ER).
No Quadro I apresenta-se uma estimativa dos recursos endógenos nacionais que, a médio prazo, se apresentam com maior potencial de utilização não se incluindo, no entanto, as grandes hídricas (os números apontam para uma potência total a instalar da ordem de grandeza da actualmente instalada, ≈ 3, GW, mas estima-se que a produção energética final associada sofrerá um acréscimo de apenas 50%), uma
uma contribuição global da ordem de 11,5% repartidas em 4,7 % para a primeira e 6,8 % para as segundas. A percentagem desta contribuição endógena, caso não sejam tomadas outras opções, descerá significativamente ao longo dos próximos anos (os valores das previsões da AIE (Agência Internacional de Energia) são para que no ano 2000 a hídrica represente 4,6% e as lenhas vejam a sua contribuição reduzida a cerca de 5,4 %).
QUADRO II - Produção de Energia Primária em Portugal (1991) Fonte Mtep % Carvão 2,89 17, Outros Combustíveis Sólidos 1,14 6, Petróleo 11,78 71, Gás - - Nuclear - - Hídrica 0,78 4, Geotérmica 0,00 - Outras Renováveis - - Comércio de Electricidade 0,01 - Total 16,59 99,
Note-se que a experiência acumulada nestes anos, nos mais diferentes países, permitiu ter uma visão realista do contributo das Energias Renováveis, tanto mais que as previsões sobre o preço das energias convencionais (e muito em especial combustíveis fósseis) falharam rotundamente.
Sendo hoje bem mais claras as principais características comuns às Energias Renováveis é corrente dispô-las em 4 grandes grupos que congregam as diferentes tecnologias em função do seu estado de desenvolvimento técnico a das suas condições económicas de exploração:
! Económicas (em alguns locais): razoável desenvolvimento tecnológico e economicamente atractivas em alguns mercados e localizações; ! Comerciais com incentivos: razoável desenvolvimento tecnológico e só economicamente competitivas quando objecto de tratamento preferencial (subsídios);
! Em desenvolvimento; ! Tecnologias futuras. Do primeiro grupo fazem parte as mini-hídricas, a combustão directa de biomassa sólida (desde que recolhida e convenientemente tratada, pois caso contrário os custos destes processos levam a integrá-la no grupo das comerciais com incentivos) e um número significativo das chamadas tecnologias solares passivas; no segundo grupo têm sido integradas algumas aplicações térmicas da energia solar e a energia eólica, ainda que esta última se encontre actualmente na transição para o primeiro grupo.
Vale a pena referir ainda que esta avaliação peca, de uma forma geral, por defeito, uma vez que assume critérios de avaliação correntes para os custos associados à exploração de fontes tradicionais (por exemplo, consumo de combustíveis fósseis) não pesando pois as externalidades presentes, entre as quais as questões ambientais se destacam.
Dos números apresentados no Quadro I , verifica-se que a maior fatia dos recursos renováveis disponíveis é a da biomassa (parte da qual já aproveitada, como se constatou no Quadro II , ainda que, na quase totalidade dos casos, para obtenção de energia sob a forma de calor) a que se seguem a mini- hidríca, na qual no fim dos anos 80 se apostou fortemente com o programa VALOREN e o Decreto-Lei 189/88 (auto-produtor), as aplicações do solar térmico, sendo correntes os sistemas de aquecimento de águas, em especial sanitárias, recorrendo a colectores solares desde meados dos anos 70 (cuja instalação foi apoiada não só por programas como o SEURE e o SIURE (Sistema de Incentivo à Utilização Racional de Energia) como pelo próprio programa VALOREN, por sistemas de juros bancários bonificados e, ainda, por algumas isenções fiscais) e, o vento que tudo indica ser, em conjunto com as mini-hídricas, uma fonte particularmente adaptada à produção de Energia Eléctrica e no qual ainda não fora feito qualquer investimento sério no nosso país.
Figura 1 – Moinho americano
Figura 2 – Turbina de eixo vertical
utilizados principalmente na moagem de cereais e extracção de óleos e, sobretudo na Holanda, para a drenagem e elevação de água. O seu estádio de desenvolvimento era ainda bastante rudimentar, embora tenham experimentado progressivos melhoramentos de carácter empírico.
A grande "explosão" na utilização de rotores para a captação e transformação da energia do vento deu-se no século XIX, nos EUA. Destinados à bombagem de água, estes rotores multi-pá, lentos e de grande coeficiente de solidez, tornaram-se rapidamente muito populares, não só nos EUA como também na Europa, sendo conhecidos como "moinho americano". Portugal não foi excepção e é ainda hoje possível ver alguns exemplares em bom estado de conservação.
A primeira aplicação na produção de electricidade data do início deste século e é devida ao francês Darrieus, utilizando um rotor de eixo vertical; este tipo de rotores, ligados a geradores eléctricos, tornou-se também uma aplicação relativamente popular.
A crescente utilização da máquina a vapor e dos motores de combustão interna, o baixo preço dos combustíveis utilizados e os progressos conseguidos na produção e distribuição da energia eléctrica, ditaram, porém, o progressivo abandono dos geradores eólicos e moinhos americanos, até ao quase esquecimento.
Apenas algumas aplicações muito específicas, como o fornecimento de energia a aparelhagem de medida e registo em locais remotos, sobreviveram a esta "maré" de energia barata e de fácil obtenção. Todavia, o decréscimo efectivo das reservas de hidrocarbonetos, o consumo de energia em quantidades antes não imaginadas e a conjugação de vários factores político-económicos verificada nos países detentores da maioria daquelas reservas, deram recentemente à energia eólica, tal como a outras fontes alternativas de energia, uma nova oportunidade. Surge assim um interesse renovado pelo assunto, mas agora a uma escala e com objectivos de muito maior alcance do que os verificados no passado.
Figura 3 – Moinho português
A energia eólica é hoje encarada como fonte de enormes recursos, e o avanço tecnológico permite a construção de rotores de dimensões, velocidades específicas a potências bem diversas das anteriormente utilizadas.
Portugal acompanhou, e precedeu mesmo, a evolução verificada em outros países no aproveitamento da energia eólica, até ao aparecimento e posterior declínio do moinho americano, havendo mesmo um tipo de moinho de vento (moagem de cereais) que na literatura aparece mencionado como "moinho português". Nesta nova fase dos grandes aproveitamentos destinados à produção de electricidade não se verificou, no entanto, idêntico paralelismo. A ausência de acções concretas de caracterização do potencial eólico e o desconhecimento de locais com características que possam atrair os investidores, a falta de incentivos ao aproveitamento das energias renováveis em geral, a menor sensibilidade relativamente a problemas de natureza ambiental, especificidades do caso português no que respeita ao sector da produção e distribuição de electricidade a dificuldades de financiamento, são alguns dos argumentos que poderão estar na base desta situação, não significando tal facto que o aproveitamento do potencial eólico do nosso País não seja tecnologicamente viável a economicamente atraente.
A energia eólica além de ser uma fonte de energia renovável, possui uma certa diferença em relação às demais, pode ser utilizada para o fornecimento de energia para pequenas populações onde não há um acesso de energia directo e também não necessita de grandes investimentos. Pode-se tirar proveito desta última vantagem por pessoas que queiram montar um módulo de energia próprio ao redor das sua casas não precisarem de se filiar a empresas, como no caso de fontes de energia onde há um enorme e dispendioso volume de energia.
Mas claro também há desvantagens que devem ser levadas em conta, como o barulho provocado, que não é muito elevado se o módulo for frequentemente vistoriado, a área ocupada que deve ser específica (sem muitas elevações e civilizações por perto), e principalmente que hoje como esta tecnologia não ainda está totalmente desenvolvida o seu custo ainda é um pouco elevado, de modo que é muito difícil uma população ter o seu próprio fornecimento de energia eléctrica gerada por meios eólicos e também que
(iii) minimização do impacto ambiental das turbinas (visual, ruído, etc.) e (iv) diminuição do custo dos equipamentos. Cada um dos campos atrás mencionados envolve acções de natureza vária, que vão desde a implementação de novos princípios a mecanismos de regulação da potência, melhorando o rendimento da máquina e minimizando os impactos negativos na rede eléctrica, à incorporação de novos materiais, sobretudo no fabrico das pás, no sentido de diminuir o peso do conjunto e reduzir os custos do investimento. A assinalar ainda o interesse de melhorar o design das máquinas, diminuindo a agressividade da presença de unidades de cada vez maior porte em locais onde exista maior sensibilidade a este aspecto, para além do necessário esforço de normalização de processos a componentes a utilizar pelos diferentes fabricantes, no sentido de obter economias de escala e ir, também deste modo, de encontro à desejada redução dos custos do investimento.
Para o futuro próximo a tendência aponta para a construção e disponibilização comercial de máquinas de grande capacidade, prevendo-se que a gama 300 - 600 kW, que actualmente constitui uma espécie de referência para a maioria dos projectos em curso, veja o limite superior alargado para a ordem dos MW já nos próximos 2 anos.
Este upsizing colocará naturalmente problemas novos que o esforço de investigação e desenvolvimento (I&D) terá que resolver, sem diminuir a competitividade no que respeita aos custos da energia produzida.
O estudo de turbinas de menor dimensão, até algumas dezenas de kW de potência, experimenta também um interesse renovado. Aqui o emprego de mecanismos de regulação sofisticados não parece viável, dado que muito dificilmente se justificaria o aumento de custos daí decorrente. Acresce o facto de que, dada a vocação fundamental desta gama de aerogeradores, destinados sobretudo ao abastecimento de postos de consumo isolados, quando não de difícil acesso, a fiabilidade é uma condicionante primordial, sendo sabido que a simplicidade e robustez são atributos fundamentais nestes casos.
Estão em curso alguns projectos e estudos relacionados com a utilização da energia eólica em Portugal. O âmbito destes projectos é muito variado, contribuindo todos eles para aumentar a informação disponível sobre as condições futuras de utilização deste tipo de energia.
Apresenta-se em seguida uma breve descrição de alguns destes estudos.
Esta é a fonte de informação mais importante sobre o potencial da energia eólica em Portugal. Resulta de uma compilação efectuada pelo Departamento de Meteorologia do Laboratório Nacional de Riso na Dinamarca, para a Comissão das Comunidades Europeias, em cooperação com os serviços de meteorologia dos vários Estados Membros e foi completado em Junho de 1989. Para Portugal os dados foram disponibilizados pelo INMG (Instituto Nacional de Meteorologia e Geofísica).
O Atlas do Vento é constituído por um conjunto de dados calculados a partir de um certo número de estações meteorológicas, e por um método de cálculo do regime de vento em locais não muito afastados dessas estações. Os dados de entrada para esses cálculos são constituídos por descrições dos locais em termos de orografia, da rugosidade típica dos terrenos circundantes e dos obstáculos (por exemplo edifícios próximos).
A metodologia geral utilizada foi a seguinte:
período de dez anos, para o conjunto das estações meteorológicas; ! dada uma descrição da estação em termos de orografia, abrigo e rugosidade, assim como a altura do mastro de medida; ! a partir dos dados anteriores é calculado o regime de ventos no local da estação em tipos de terreno padronizados (terrenos planos e homogéneos com vários valores de
Apesar de incorrectas as medidas ainda revelam a influência das características do terreno na vizinhança das localidades o que torna preferível a utilização dos dados do Atlas do Vento. Também se verifica que existem tão grandes variações no clima de ventos em Portugal que, mesmo as estações vizinhas, poderão não ter traços comuns.
Por exemplo, os ventos do quadrante Norte, a que corresponde a maior contribuição energética nas zonas de Lisboa e de Sagres, são quase insignificantes, em termos de energia em Sines. Similarmente em Faro a energia vem quase toda dos ventos de Oeste e de Este. Esta grande variação torna desejável realizar mais medições que suportem as existentes, relativas às estações isoladas. De preferência estas medições deverão ser efectuadas em terrenos menos complicados do que os das estações meteorológicas.
Alguns aerogeradores com curvas características bem definidas, poderiam servir como base de comparação entre as previsões e a realidade.
Cor Terrenos abrigados Planícies Junto à costa Mar aberto Encostas e Colinas
Figura 4 - Recursos eólicos a 50 m acima do nível do solo para cinco condições topográficas
