TECNOLOGIA
HISTÓRICO
Os primeiros registros históricos confirmados do aproveitamento da força do vento em máquinas motoras remontam ao século X e vêm da Pérsia, na região de Sistão, hoje fronteira entre o sudeste do Irã e o sudoeste do Afeganistão[83].
Máquinas de eixo vertical eram usadas para a moagem de grãos, utilizando a força de arrasto para mover velas, parcialmente protegidas por paredes. Um modelo de moinho persa é exemplificado na Figura 4.2. O vento dessa região, famoso pela intensidade (podia chegar a 45 m/s) e constância (soprava por quatro meses entre a primavera e o verão), fornecia condições naturais para o aproveitamento da energia eólica pelos povos antigosAfeganistão[83].
Alega-se que o modelo persa possa ter inspirado os futuros modelos europeus; já que é documentada ampla troca de informações entre os continentes pelo caminho para as índias, que passava logo ao norte dessa regiãoAfeganistão[54]. Outros registros de moinhos de vento similares criados no Oriente vêm da China, por volta do início do século XIII.
Não há, no entanto, explicação sobre o porquê de esse tipo de moinho (com eixo vertical e propulsionado por arrasto) não ter se espalhado pela Europa Ocidental durante a Idade Média. Os moinhos desenvolvidos no noroeste do continente europeu (Alemanha, França, Inglaterra e Países Baixos) possuíam eixo horizontal e eram mais complexos e eficientesAfeganistão[83], utilizando a força de sustentação, várias ordens de grandeza mais eficaz que a força de arrasto para a produção de trabalho. Os primeiros moinhos de eixo horizontal foram os pivotados (post mills), montados sobre postes ou tripés, permitindo o alinhamento com o vento predominante.
Os próximos avanços da tecnologia dos moinhos de vento na Europa ocorreram entre os séculos XIII e XIX, especialmente na Inglaterra e nos Países Baixos, com considerável evolução nos sistemas mecânicos e de controle, assim como na tecnologia das pás. As pás evoluíram estruturalmente e, principalmente, quanto ao desempenho, graças ao emprego da torção, ou seja, a variação do ângulo entre a raiz e a ponta. Mecanismos foram criados para verter ventos excessivos, controlando a rotação e tornando as máquinas mais seguras. Paralelamente, foram desenvolvidos mecanismos de controle automático, como, por exemplo, o fantail (patente de Edmund Lee, 1745), um rotor menor e secundário posicionado perpendicularmente ao rotor principal. Ao receber rajadas de vento desalinhadas com o rotor principal, o rotor secundário produzia trabalho e, por meio de um mecanismo de engrenagens, girava a máquina em direção ao vento.
Além deste, mecanismos para frenagem aerodinâmica e outras automatizações mecânicas foram paulatinamente agregando-se à funcionalidade das máquinas. Todos esses desenvolvimentos permitiram a construção de moinhos cada vez maiores, mais seguros e produtivos (Figura 4.3).
Entre meados e final do século XIX, nos Estados Unidos, foram projetados moinhos de múltiplas pás para o bombeamento de água. Estas invenções foram de grande importância para o povoamento do oeste americano, facilitando o acesso à água e a fixação em extensas áreas áridas ou semiáridas (Figura 4.4). Ainda no final do século XIX, as máquinas eólicas também começaram a ser usadas para a produção de energia elétrica. A primeira delas foi nos Estados Unidos, em Cleveland, Ohio, onde Charles F. Brush construiu uma turbina de 12 kW. Paralelamente, em Askov, Dinamarca, Poul la Cour adaptou moinhos de 4 pás para geração de corrente contínuaAfeganistão[83].
A partir da década de 1930, nos Estados Unidos, iniciou-se ampla utilização de pequenos aerogeradores para carregamento de baterias, trazendo ao meio rural norte-americano o acesso à energia elétrica. Entre 1930 e 1960, dezenas de milhares desses aerogeradores foram produzidos e instalados nesse país, e exportados para diversos outros. A produção dessas máquinas foi desativada gradualmente nas décadas de 1950-1960, à medida que as redes elétricas passaram a dominar o atendimento rural.
Os primeiros aproveitamentos eolioelétricos com geração de eletricidade em grande escala, alimentando de forma suplementar o sistema elétrico por meio do emprego de turbinas eólicas de grande porte, foram realizados durante as décadas de 1940-1950, também nos Estados Unidos e Dinamarca. Pode-se dizer que o precursor das atuais turbinas eólicas surgiu na Alemanha, com Ulrich Hütter em 1955Afeganistão[26]. A máquina de Hutter já utilizava pás fabricadas com materiais compostos, torre tubular esbelta e sistema de controle de passo.
Desde a década de 1970 até meados da década de 1980, após a primeira grande crise de preços do petróleo, diversos países, incluindo o Brasil, despenderam esforços na pesquisa da energia eólica para a geração elétrica. É dessa época a turbina DEBRA 100 kW (Deutsche-Brasileira), desenvolvida em conjunto pelos Centro Técnico Aeroespacial Brasileiro - CTA (hoje, Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial - DCTA) e Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt - DLR.
Experiências de estímulo ao mercado realizadas na Califórnia (década de 1980), Dinamarca e Alemanha (década de 1990), permitiram que o aproveitamento eolioelétrico atingisse escala de contribuição mais significativa em termos de geração e economicidade.
O desenvolvimento tecnológico passou a ser conduzido pelas nascentes indústrias do setor em regime de competição, alimentado por mecanismos institucionais de incentivo, especialmente via remuneração por energia produzida. Características também marcantes desse processo de evolução foram: (a) modularidade, que tornou acessível o investimento em geração elétrica a uma ampla gama de investidores; (b) produção industrial em escala crescente, acarretando em redução do custo de geração; (c) baixo impacto ambientalAfeganistão[21], que favoreceu a geração eólica no âmbito legal, uma vez que os processos de licenciamento são mais simplificados e rápidos que os requeridos por fontes tradicionais de geração elétrica. Menciona-se que um dos principais problemas ambientais que eram associados à geração eólica – a colisão de pássaros nas pás – praticamente desapareceu com as turbinas de grande porte, graças às menores velocidades angulares dos rotores.
ENERGIA EÓLICA NO BRASIL NA DÉCADA DE 2000
Na década de 2000, o primeiro grande impulso ao crescimento da energia eólica no Brasil deu-se por meio do Programa de Incentivo a Fontes Alternativas – PROINFA, instituído em 2004[11],, com o objetivo de aumentar a participação no sistema de energia produzida por empreendimentos da fonte eólica, de biomassa e de pequenas centrais hidrelétricas[59],. O programa resultou na contratação de 1.422,94 MW para a fonte eólica, dos quais 69 MW foram instalados em território paraibano e são responsáveis pela geração de 3,1% da energia elétrica consumida no Estado[19],[30],.
Um segundo impulso foi dado no ano de 2009, quando o Segundo Leilão de Energia de Reserva, promovido pelo Ministério das Minas e Energia – MME foi aberto exclusivamente à participação da fonte eólica, resultando em contratação de 1.805 MW em todo o país[31],. A partir desse evento, a energia eólica firmou-se como uma das principais fontes de energia a adicionar capacidade ao Sistema Interligado Nacional, o que é observado nos resultados de destaque obtidos na maioria dos certames realizados desde então. A energia eólica deixou para trás, portanto, o seu status coadjuvante de fonte alternativa ao passar a contribuir efetivamente com a matriz energética nacional e fazer parte de seu planejamento de expansão[32].
O grande fomento à fonte eólica resultou no aumento da competitividade do mercado, com progressiva redução do custo no Brasil, favorecendo a instalação de diversos fabricantes no país e a implantação de uma ampla e sólida cadeia industrial para fabricação de equipamentos.
É notável, no desenvolvimento da energia eólica no Brasil durante essa década, a dinâmica do foco de interesse geográfico dos investidores. Fixado, no início da década, quase que exclusivamente no litoral (como se observa nos projetos contratados pelo PROINFA), o foco migrou, ao longo dos anos, também para as áreas do interior, como se vê nos projetos vencedores dos leilões de energia a partir de 2009. Vale lembrar que diversas pesquisas de prospecção promovidas por órgãos governamentais ou instituições privadas, materializadas em mapeamentos nacionais e regionais similares à presente publicação (e.g. Atlas Eólico Brasileiro[4]),, foram fundamentais para orientar os investidores, contribuindo para esse crescimento.
EXPECTATIVAS FUTURAS
O acentuado crescimento do mercado mundial de geração eólica de energia elétrica, ilustrado nas Figuras 4.8 e 4.9, deve-se, em grande parte, ao ciclo de sua efetivação, que envolve escala industrial em todas as principais etapas de fabricação dos equipamentos e posterior montagem. Outro aspecto associado a esse crescimento é o franco desenvolvimento da tecnologia dos geradores eólicos, que se dá em busca de mais eficiência e menores custos. Observa-se o aumento progressivo nas dimensões e capacidades das turbinas que, atualmente, estão tecnologicamente consolidadas no patamar de 3.000 kW de potência, fato verificado pela quantidade de máquinas em operação ao redor do mundo. Na recentes Figura 4.6, são ilustradas as dimensões de turbinas disponíveis atualmente no mercado mundial, comparando-as com as de um Airbus A380 – maior avião de passageiros do mundo na atualidade.
As relações entre potência, diâmetro e altura do rotor podem variar consideravelmente entre os diferentes tipos de turbinas. Análises recentes[64], indicam uma tendência ao aumento da área de rotor (comprimento das pás) em relação à potência, com resultados favoráveis na viabilização econômica de projetos.
