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Como funciona a energia eólica

por Julia Layton - traduzido por HowStuffWorks Brasil

Introdução


Pode ser difícil considerá-lo assim, mas o ar é um fluido como qualquer outro, exceto que suas partículas estão na forma gasosa em vez de líquida. Quando o ar se move rapidamente, na forma de vento, essas partículas também movem-se rapidamente. Esse movimento significa energia cinética, que pode ser capturada como a energia da água em movimento é capturada por uma turbina em umausina hidrelétrica. No caso de uma turbina eólica, as pás da turbina são projetadas para capturar a energia cinética contida no vento. O resto é praticamente idêntico ao que ocorre em uma hidrelétrica: quando as pás da turbina capturam a energia do vento e começam a se mover, elas giram um eixo que une o cubo do rotor a um gerador. O gerador transforma essa energia rotacional em eletricidade. Fundamentalmente, gerar eletricidade a partir do vento é só uma questão de transferir energia de um meio para outro.
wind turbines
Toda a energia eólica começa com o sol. Quando o sol aquece uma determinada área de terra, o ar ao redor dessa massa de terra absorve parte desse calor. A uma certa temperatura, esse ar mais quente começa a se elevar muito rapidamente, pois um determinado volume de ar quente é mais leve do que um volume igual de ar mais frio. As partículas de ar que se movem mais rápido (mais quentes) exercem uma pressão maior do que as partículas que se movem mais devagar, de modo que são necessárias menos delas para manter a pressão normal do ar em uma determinada elevação (veja Como funcionam os balões de ar quente para aprender mais sobre a temperatura e pressão do ar). Quando este ar quente mais leve se eleva subitamente, o ar mais frio flui rapidamente para preencher o espaço vazio deixado. Este ar que velozmente preenche o espaço vazio é o vento. Se você colocar um objeto - como uma pá de rotor - no caminho desse vento, o vento irá empurrá-la, transferindo parte de sua própria energia de movimento para a pá. É assim que uma turbina eólica captura a energia do vento. A mesma coisa acontece com um barco à vela. Quando o ar se move empurrando a barreira da vela, faz o barco se mover. O vento transferiu sua própria energia de movimento para o barco à vela.

A turbina de energia eólica mais simples possível consiste em três partes fundamentais:

  • pás do rotor: as pás são, basicamente, as velas do sistema. Em sua forma mais simples, atuam como barreiras para o vento (projetos de pás mais modernas vão além do método de barreira). Quando o vento força as pás a se mover, transfere parte de sua energia para o rotor;
  • eixo: o eixo da turbina eólica é conectado ao cubo do rotor. Quando o rotor gira, o eixo gira junto. Desse modo, o rotor transfere sua energia mecânica rotacional para o eixo, que está conectado a um gerador elétrico na outra extremidade;
  • gerador: na essência, um gerador é um dispositivo bastante simples, que usa as propriedades daindução eletromagnética para produzir tensão elétrica - uma diferença de potencial elétrico. A tensão é, essencialmente, "pressão" elétrica: ela é a força que move a eletricidade ou corrente elétrica de um ponto para outro. Assim, a geração de tensão é, de fato, geração de corrente. Um gerador simples consiste em ímãs e um condutor. O condutor é um fio enrolado na forma de bobina. Dentro do gerador, o eixo se conecta a um conjunto de imãs permanentes que circunda a bobina. Na indução eletromagnética, se você tem um condutor circundado por imãs e uma dessas partes estiver girando em relação à outra, estará induzindo tensão no condutor. Quando o rotor gira o eixo, este gira o conjunto de imãs que, por sua vez, gera tensão na bobina. Essa tensão induz a circulação de corrente elétrica (geralmente corrente alternada) através das linhas de energia elétrica para distribuição. Veja Como funcionam os eletroimãs para aprender mais sobre a indução eletromagnética e Como funcionam as usinas hidrelétricas para aprender mais sobre geradores acionados a turbina.

Observe que até agora vimos um sistema simplificado, porém veremos a moderna tecnologia que você encontra em fazendas eólicas e quintais de propriedades rurais de hoje. Ela é um pouco mais complexa, mas os princípios fundamentais são os mesmos.

História da energia eólica
Moinho de vento Pitstone
Foto cedida por GNU.org / Michael Reeve
Moinho de vento Pitstone, que se acredita ser o mais antigo moinho de vento das Ilhas Britânicas
Já há quatro milênios as pessoas usavam a energia eólica na forma de barcos à vela no Egito. As velas capturavam a energia no vento para empurrar um barco ao longo da água. Os primeiros moinhos de vento, usados para moer grãos, surgiram entre 2 mil a.C., na antiga Babilônia, e 200 a.C. na antiga Pérsia, dependendo de para quem se pergunta. Estes primeiros dispositivos consistiam em uma ou mais vigas de madeira montadas verticalmente, e em cuja base havia uma pedra de rebolo fixada ao eixo rotativo que girava com o vento. O conceito de se usar a energia do vento para moer grãos se espalhou rapidamente ao longo do Oriente Médio e foi largamente utilizado antes que o primeiro moinho de vento aparecesse na Europa. No início do século XI d.C., os cruzados europeus levaram o conceito para casa e surgiu o moinho de vento do tipo holandês com o qual estamos familiarizados.

O desenvolvimento da tecnologia da energia eólica moderna e suas aplicações estavam bem encaminhados por volta de 1930, quando estimados 600 mil moinhos de vento abasteciam áreas rurais com eletricidade e serviços de bombeamento de água. Assim que a distribuição de eletricidade em larga escala se espalhou para as fazendas e cidades do interior, o uso de energia eólica nos Estados Unidos começou a decrescer, mas reviveu depois da escassez de petróleo no início dos anos 70. Nos últimos 30 anos, a pesquisa e o desenvolvimento variaram com o interesse e incentivos fiscais do governo federal. Em meados dos anos 80, as turbinas eólicas tinham uma capacidade nominal máxima de 150 kW. Em 2006, as turbinas em escala de geração pública comercial têm potência nominal comumente acima de 1 MW e estão disponíveis em capacidades de até 4 MW.

A moderna tecnologia de geração eólica

Quando se trata de turbinas eólicas modernas, há dois projetos principais: as de eixo horizontal e as de eixo vertical. Turbinas eólicas de eixo vertical (TEEVs) são bastante raras. A única em produção comercial atualmente é a turbina Darrieus, que se parece um pouco com uma batedeira de ovos.
Turbinas eólicas de eixo vertical
Fotos cedidas por NREL (esquerda) e Solwind Ltd
Turbinas eólicas de eixo vertical; a da esquerda é uma turbina Darrieus

Em uma TEEV, o eixo é montado na vertical, perpendicular ao solo. Como as TEEVs estão permanentemente alinhadas com o vento (ao contrário das de eixo horizontal), nenhum ajuste é necessário quando a direção do vento muda. Entretanto, uma TEEV não pode começar a se mover por si mesma: ela precisa de um impulso de seu sistema elétrico para dar partida. Em vez de uma torre, ela geralmente 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, as TEEVs geralmente são menos eficientes que as TEEHs. Como vantagem, todos os equipamentos se encontram ao nível do solo para facilidade de instalação e serviços. Mas isso significa uma área de base maior para a turbina, o que é uma grande desvantagem em áreas de cultivo.

ilustração de uma TEEV de projeto Darrieus
TEEV de projeto Darrieus

As TEEVs podem ser usadas para turbinas de pequena escala e para o bombeamento de água em áreas rurais, mas todas as turbinas de escala de geração pública produzidas comercialmente são turbinas eólicas de eixo horizontal (TEEHs).

uma fazenda eólica na Califórnia
Foto cedida por GNU / Kit Conn
Fazenda eólica na Califórnia

Como o nome indica, o eixo da TEEH é montado horizontalmente, paralelo ao solo. As TEEHs precisam se alinhar constantemente com o vento, usando um mecanismo de ajuste. O sistema de ajuste padrão consiste de motores elétricos e caixas de engrenagens que movem todo o rotor para a esquerda ou direita em pequenos incrementos. O controlador eletrônico da turbina lê a posição de um dispositivo cata-vento (mecânico ou eletrônico) e ajusta a posição do rotor para capturar o máximo de energia eólica disponível. As TEEHs usam uma torre para elevar os componentes da turbina a uma altura ideal para a velocidade do vento (e para que as pás possam ficar longe do solo) e ocupam muito pouco espaço no solo, já que todos os componentes estão a até 80 metros de altura.


Componentes de uma grande TEEH:

  • pás do rotor: capturam a energia do vento e a convertem em energia rotacional no eixo;
  • eixo: transfere a energia rotacional para o gerador;
  • nacele: é a carcaça que abriga:
    • caixa de engrenagens: aumenta a velocidade do eixo entre o cubo do rotor e o gerador;
    • gerador: usa a energia rotacional do eixo para gerar eletricidade usandoeletromagnetismo;
    • unidade de controle eletrônico (não mostrada): monitora o sistema, desliga a turbina em caso de mau funcionamento e controla o mecanismo de ajuste para alinhamento da turbina com o vento;
    • controlador (não mostrado): move o rotor para alinhá-lo com a direção do vento;
    • freios: detêm a rotação do eixo em caso de sobrecarga de energia ou falha no sistema.
  • torre: sustenta o rotor e a nacele, além de erguer todo o conjunto a uma altura onde as pás possam girar com segurança e distantes do solo;
  • equipamentos elétricos: transmitem a eletricidade do gerador através da torre e controlam os diversos elementos de segurança da turbina.
Do início ao fim, o processo de geração de eletricidade a partir do vento e distribuição de eletricidade para os consumidores se parece com isto:

Ao contrário do antigo projeto de moinho de vento holandês, que dependia muito da força do vento para colocar as pás em movimento, as turbinas modernas usam princípios aerodinâmicos mais sofisticados para capturar a energia do vento com mais eficácia. As duas forças aerodinâmicas principais que atuam sobre os rotores da turbina eólica são o empuxo, que atua perpendicularmente ao fluxo do vento, e o arrasto, que atua paralelamente ao fluxo do vento.

uma ilustração da aerodinâmica da turbina

As pás da turbina têm uma forma parecida com asas de avião: elas usam um desenho de aerofólio. Em um aerofólio, uma das superfícies da pá é um pouco arredondada, enquanto a outra é relativamente plana. O empuxo é um fenômeno bastante complexo e pode de fato exigir pós-graduação em matemática ou física para ser completamente entendido. Mas, simplificando, quando o vento se desloca sobre uma face arredondada e a favor da pá, ele precisa se mover mais rápido para atingir a outra extremidade da pá a tempo de encontrar o vento que se desloca ao longo da face plana e contra a pá (voltada na direção de onde sopra o vento). Como o ar que se move mais rápido tende a se elevar na atmosfera, a superfície curvada e contra o vento gera um bolsão de baixa pressão acima dela. A área de baixa pressão puxa a pá na direção a favor do vento, um efeito conhecido como "empuxo". Na dirreção contra o vento da pá, o vento se move mais devagar e cria uma área de pressão mais elevada que empurra a pá, tentando diminuir sua velocidade. Como no desenho de uma asa de avião, uma alta relação de empuxo/arrasto é essencial no projeto de uma pá de turbina eficiente. As pás da turbina são torcidas, de modo que elas possam sempre apresentar um ângulo que tire vantagem da relação ideal da força de empuxo/arrasto. Veja Como funciona o avião para aprender mais sobre empuxo, arrasto e a aerodinâmica de um aerofólio.

A aerodinâmica não é a única consideração de projeto em jogo na criação de uma turbina eólica eficaz. Otamanho importa: quanto maiores as pás da turbina (e, portanto, quanto maior o diâmetro do rotor), mais energia uma turbina pode capturar do vento e maior a capacidade de geração de energia elétrica. Falando de modo geral, dobrar o diâmetro do rotor quadruplica a produção de energia. Em alguns casos, entretanto, em uma área de menor velocidade do vento, um rotor de menor diâmetro pode acabar produzindo mais energia do que um rotor maior. Isso ocorre porque uma estrutura menor consome menos energia do vento para girar o gerador menor, de modo que a turbina pode operar a plena capacidade quase o tempo todo. A altura da torre também é um fator importante na capacidade de produção. Quanto mais alta a turbina, mais energia ela pode capturar, visto que a velocidade do vento aumenta com a altura (o atrito com o solo e os objetos ao nível do solo interrompem o fluxo do vento). Os cientistas estimam um aumento de 12% na velocidade do vento cada vez que se dobra a elevação.

Para calcular a real quantidade de potência que uma turbina pode gerar a partir do vento, você precisa conhecer a velocidade do vento no local da turbina e a capacidade nominal da turbina. A maioria das turbinas grandes produz sua potência máxima com velocidades do vento ao redor de 15 m/s (54 km/h). Considerando velocidades do vento estáveis, é o diâmetro do rotor que determina a quantidade de energia que uma turbina pode gerar. Tenha em mente que, à medida que o diâmetro de um rotor aumenta, a altura da torre também aumenta, o que significa maior acesso a ventos mais rápidos.

Tamanho do rotor e geração máxima de potência
Diâmetro do rotor (metros)
Geração de potência (kW)
10
25
17
100
27
225
33
300
40
500
44
600
48
750
54
1000
64
1500
72
2000
80
2500
Fontes: Associação Dinamarquesa da Indústria Eólica, Associação Americana de Energia Eólica

A 54 km/h, a maioria das grandes turbinas gera sua capacidade nominal de potência, e a 72 km/h (20 m/s), a maioria das grandes turbinas se desliga. Existem diversos sistemas de segurança que podem desligar a turbina se a velocidade do vento ameaçar a estrutura, incluindo um simples sensor de vibração usado em algumas turbinas, que consiste basicamente de uma esfera metálica presa a uma corrente e equilibrada sobre um minúsculo pedestal. Se a turbina começar a vibrar acima de um certo limite, a esfera cai do pedestal e puxa a corrente, ativando o mecanismo de desligamento.

Provavelmente, o sistema de segurança mais comumente ativado em uma turbina é o sistema de "frenagem", que é ativado por velocidades do vento acima do limite. Esse arranjo usa um sistema de controle de potência que, essencialmente, aciona os freios quando a velocidade do vento se eleva em demasia e depois "libera os freios" quando o vento diminui abaixo de 72 km/h. Os modernos projetos de grandes turbinas usam diversos tipos diferentes de sistemas de frenagem.

  • Controle de passo: o controlador eletrônico da turbina monitora a geração de potência. Com velocidades do vento acima de 72 km/h, a geração de potência será excessiva, a ponto de o controlador ordenar que as pás alterem seu passo de modo que fiquem desalinhadas com o vento. Isto diminui a rotação das pás. Os sistemas de controle de passo requerem que o ângulo de montagem das pás (no rotor) seja ajustável.
  • Controle passivo de perda de eficiência aerodinâmica: as pás são montadas no rotor em um ângulo fixo, mas são projetadas de modo que a torção das próprias pás aplique a frenagem quando o vento for excessivo. As pás estão dispostas em ângulo, assim os ventos acima de uma certa velocidade causarão turbulência no lado contrário da pá, induzindo à perda da eficiência aerodinâmica. Em termos simples, a perda da eficiência aerodinâmica ocorre quando o ângulo da pá voltado para a chegada do vento se torna tão acentuado que começa a eliminar a força de empuxo, diminuindo a velocidade das pás.
  • Controle ativo de perda de eficiência aerodinâmica: as pás neste tipo de sistema de controle de potência possuem passo variável, como as pás do sistema de controle de passo. Um sistema ativo de perda de eficiência aerodinâmica lê a geração de potência do mesmo modo que um sistema de passo controlado, mas em vez de mudar o passo das pás para desalinhá-las com o vento, ele as altera para gerar perda de eficiência aerodinâmica.
Veja Petester's Basic Aerodynamics (em inglês) para uma excelente explicação de empuxo e perda de eficiência aerodinâmica.

Globalmente, pelo menos 50 mil turbinas eólicas geram um total de 50 bilhões de quilowatt-hora (kWh) anualmente. Na próxima seção, vamos examinar a disponibilidade de recursos eólicos e quanta eletricidade as turbinas eólicas podem produzir realmente.

Recursos eólicos e fatores econômicos

Em uma escala global, as turbinas eólicas geram atualmente tanta eletricidade quanto 8 grandes usinas nucleares. Isso inclui não somente as turbinas de escala de geração pública, mas também as pequenas turbinas que geram eletricidade para casas ou negócios individuais (às vezes, usadas em conjunto com fontes de energia solar fotovoltaica). Uma pequena turbina com capacidade de 10 kW pode gerar até 16 mil kWh por ano, sendo que uma típica residência americana consome cerca de 10 mil kWh anuais.
uma turbina eólica residencial e uma turbina eólica de geração pública
Fotos cedidas por NREL (à esquerda) e stock.xchng
Turbina eólica residencial (à esquerda) e turbina eólica em escala de geração pública
Quantos Watts?
  • Watt (W) - capacidade de geração de eletricidade

    1 megawatt (MW, 1 milhão de watts) de energia eólica pode produzir de 2,4 a 3 milhões de quilowatt-hora de eletricidade em um ano.

  • Quilowatt-hora (kWh): um quilowatt (kW, 1 mil watts) de eletricidade gerada ou consumida em uma hora.

    Veja Como funciona a eletricidade para aprender mais. 

  • Uma grande turbina eólica típica pode gerar até 1,8 MW de eletricidade ou 5,2 milhões de kWh anualmente, sob condições ideais, o suficiente para energizar quase 600 residências. Ainda assim, as usinas nucleares e de carvão podem produzir eletricidade mais barato do que as turbinas eólicas. Então, usar energia eólica para quê? As duas maiores razões para usar o vento para gerar eletricidade são as mais óbvias: a energia do vento é limpa e renovável. Ela não libera gases nocivos como CO2 e óxidos de nitrogênio na atmosfera como faz o carvão (veja Como funciona o aquecimento global) e não corremos, tão cedo, o risco de uma escassez de ventos. Também existe a independência associada à energia eólica, já que qualquer país pode gerá-la em casa sem necessidade de recorrer a importações. E uma turbina eólica pode trazer eletricidade para áreas remotas não atendidas pela rede elétrica central.

    Mas há inconvenientes, também. As turbinas eólicas nem sempre funcionam com 100% da potência, como muitas outras fontes energéticas, já que a velocidade do vento é variável. As turbinas eólicas podem ser barulhentas se você viver próximo a elas, além de serem perigosas para aves e morcegos. Em áreas desérticas de solo compactado existe o risco de erosão da terra se você cavar para instalar as turbinas. Além disso, como o vento é uma fonte de energia relativamente pouco confiável, os operadores de usinas eólicas precisam ter um sistema de reserva com uma pequena quantidade de energia confiável e não-renovável, para as vezes em que a velocidade do vento diminui. Algumas pessoas argumentam que o uso de energia poluente para sustentar a produção de energia limpa anula os benefícios, mas a indústria eólica clama que a quantidade de energia poluente necessária para manter um fornecimento estável de eletricidade em um sistema eólico é insignificante.

    Colocando as desvantagens potenciais de lado, os Estados Unidos possuem um bom número de turbinas eólicas instaladas, totalizando mais de 9 mil MW de capacidade de geração em 2006. Essa capacidade gera cerca de 25 bilhões de kWh de eletricidade, o que parece muito, mas na verdade é menos de 1% da energia gerada no país a cada ano. Em 2005, a geração de eletricidade nos EUA se dividia deste modo:

    • carvão: 52%
    • nuclear: 20%
    • gás natural: 16%
    • hidrelétricas: 7%
    • outras (incluindo o vento, biomassa, geotérmica e solar): 5%
    Fonte: Associação Americana de Energia Eólica

    Atualmente, a geração total de eletricidade nos Estados Unidos está próximo a 3,6 trilhões de kWh a cada ano. O vento tem o potencial de gerar muito mais do que 1% dessa eletricidade. De acordo com a Associação Americana de Energia Eólica, o potencial estimado dessa energia no país é de cerca de 10,8 trilhões de kWh por ano, algo próximo à quantidade de energia em 20 bilhões de barris de petróleo (a produção global anual de petróleo). Para tornar a energia eólica viável em uma determinada área são necessárias velocidades do vento de 11 km/h (3 m/s) para turbinas pequenas e de 22 km/h para grandes turbinas. Essa velocidade do vento é comum nos Estados Unidos, apesar dessa fonte não ser bem aproveitada.

    mapa da intensidade do vento nos Estados Unidos

    Quando se trata de turbinas eólicas, a localização é tudo. Saber quanto vento existe em uma área, qual sua velocidade e duração são fatores decisivos fundamentais para a construção de uma fazenda eólica eficiente. A energia cinética do vento aumenta exponencialmente em proporção à sua velocidade, de modo que um pequeno aumento na velocidade do vento representa na verdade um grande aumento do potencial de energia. A regra geral é que, dobrando a velocidade do vento, obtém-se um aumento de oito vezes no potencial de energia. Teoricamente, uma turbina em uma área com velocidade média do vento de 40 km/h irá gerar, na verdade, oito vezes mais eletricidade do que a mesma turbina onde a velocidade média do vento é de 20 km/h. Esse fator é "teórico" porque em condições reais há um limite para a quantidade de energia que uma turbina pode extrair do vento. Ele é chamado de limite de Betz e é de cerca de 59%. Mas um pequeno aumento na velocidade do vento ainda leva a um aumento significativo da geração de energia.


    Foto cedida por General Electric Company
    Fazenda eólica de Raheenleagh
    Como na maioria das outras áreas de produção de energia, quando se trata de capturar a energia do vento, a eficiência apresenta números significativos. Grupos de grandes turbinas, chamadas fazendas eólicas ou usinas eólicas, representam o uso mais vantajoso em termos econômicos da capacidade de geração de energia eólica. As turbinas eólicas de escala de geração pública mais comuns têm capacidades entre 700 kW e 1,8 MW, e são agrupadas para obter a máxima potência dos recursos eólicos disponíveis. Elas estão localizadas em áreas rurais com alta incidência de vento, e a pequena área da base das TEEHs significa que o uso da terra para a agricultura quase não é afetado. As fazendas eólicas têm capacidades que variam de uns poucos MW a centenas de MW. A maior usina eólica do mundo é a Fazenda Eólica de Raheenleagh, localizada no litoral da Irlanda. Em plena capacidade (atualmente opera com capacidade parcial), ela terá 200 turbinas, uma capacidade de geração nominal de 520 MW, totalizando um custo de cerca de US$ 600 milhões para a construção.

    O custo da energia eólica em escala pública foi reduzido drasticamente nas últimas duas décadas devido aos avanços tecnológicos e de projeto na produção e instalação da turbina. No início dos anos 80, a energia eólica custava cerca de US$ 0,30 por kWh. Já em 2006, a energia eólica custava de US$ 0,03 a 0,05 por kWh nas áreas de vento abundante. Quanto maior a regularidade dos ventos em uma determinada área de turbinas, menor o custo da eletricidade gerada pelas mesmas. Em média, o custo da energia eólica é de cerca de US$ 0,04 a 0,10 nos Estados Unidos.

    Comparação de custos da energia
    Tipo de recurso
    Custo médio (centavos de US$ por kWh)
    Hidrelétrica
    2-5
    Nuclear
    3-4
    Carvão (em inglês)
    4-5
    Gás natural (em inglês)
    4-5
    Vento
    4-10
    Geotérmica (em inglês)
    5-8
    Biomassa (em inglês)
    8-12
    Célula combustível a hidrogênio 
    10-15
    Solar
    15-32
    Fontes: Associação Americana de Energia Eólica, Wind Blog, Stanford School of Earth Sciences.

    Diversas grandes companhias energéticas oferecem programas de "tarifas ecológicas" que permitem que os consumidores paguem mais por kWh para usar energia eólica em vez de energia do "sistema elétrico convencional", que é o resultado de toda a eletricidade produzida na área, renovável e não-renovável. Caso você escolha adquirir energia eólica e more na vizinhança de uma fazenda eólica, a eletricidade que usa em sua casa poderá na verdade ser gerada pelo vento. Com freqüência, o preço mais elevado que você paga se destina a manter o custo da energia eólica, mas a eletricidade que usa em sua casa ainda vem do sistema elétrico. Nos Estados americanos onde o mercado energético foi desregulamentado, os consumidores podem adquirir "eletricidade verde", diretamente de um fornecedor de energia renovável, caso em que a eletricidadeutilizada nas casas definitivamente provém, certamente, do vento ou de outras fontes renováveis.

    Implementar um pequeno sistema de turbina eólica para suas próprias necessidades é uma maneira de garantir que a energia que você usa é limpa e renovável. Uma configuração de turbina residencial ou empresarial pode custar algo entre US$ 5 mil a US$ 80 mil. Uma turbina de geração pública custa bem mais. Uma única turbina de 1,8 MW pode custar até US$ 1,5 milhão instalada, e isso não inclui o terreno, linhas de transmissão e outros custos de infra-estrutura associados com o sistema de geração eólica. No total, o custo de uma fazenda eólica está ao redor de US$ 1 mil por kW de capacidade, de modo que uma fazenda eólica com sete turbinas de 1,8 MW custa aproximadamente US$ 12,6 milhões. O tempo de retorno do investimento para uma grande turbina eólica, ou seja, o tempo necessário para gerar eletricidade suficiente para compensar a energia consumida na construção e instalação da turbina, é de cerca de três a oito meses, de acordo com a Associação Americana de Energia Eólica.

    Os incentivos governamentais para os produtores de pequena e larga escala contribuem para a viabilidade econômica de um sistema de geração eólica. Alguns dos programas de incentivo incluem: 

    • Crédito do Imposto de Produção: basicamente, os produtores de energia eólica, geralmente empresas, recebem US$ 0,018 (valor de dezembro de 2005) por kWh de energia eólica produzido para distribuição no atacado durante os primeiros 10 anos de funcionamento da fazenda eólica.
    • Medição bidirecional: neste sistema, os produtores individuais e empresas que produzem energia renovável recebem créditos para cada kw/h produzido além de suas necessidades. Quando alguém produz mais eletricidade do que necessita, seu medidor de energia gira ao contrário, enviando aquele excesso de eletricidade para a rede elétrica. Ele recebe créditos pela eletricidade que envia para a rede, que vale como um pagamento pela eletricidade que ele venha a consumir da rede quando sua turbina não puder fornecer energia suficiente para sua casa ou empresa (diversas companhias de energia ignoram esse arranjo, já que elas essencialmente estão comprando a energia eólica do produtor individual a preço de varejo em vez do preço de atacado que pagariam a uma fazenda eólica).
    • Créditos de energia renovável: muitos Estados agora têm cotas de energia renovável para as companhias energéticas, pelas quais essas companhias devem comprar certa porcentagem de sua eletricidade a partir de fontes renováveis. Se alguém com sua própria turbina vive em um Estado que possua o "programa de crédito verde", ele receberá créditos negociáveis para cada megawatt-hora de energia renovável gerada por ele em um ano. Então ele poderá vender esses créditos para as grandes companhias energéticas convencionais que tentam cumprir a cota de energia renovável federal ou estadual.
    • Créditos do imposto de instalação: o governo federal e alguns Estados oferecem créditos fiscais para os custos de instalação de um sistema energético renovável. O Estado de Maryland, por exemplo, oferece para empresas e proprietários de terras um crédito de 25% do custo de aquisição e instalação de uma turbina eólica se o edifício suprido com a energia atender a determinados "critérios ecológicos".
    Apesar da energia eólica ainda ser subsidiada pelo governo, ela é atualmente um produto competitivo e, por todos os critérios, pode caminhar por si mesma como uma fonte viável de energia. O Battelle Pacific Northwest Laboratory, um laboratório de ciência e tecnologia do Departamento de Energia dos EUA, estima que a energia eólica sozinha é capaz de suprir 20% da eletricidade do país. A Associação Americana de Energia Eólica coloca esse número em um teórico 100%. Seja qual for a estimativa correta, os Estados Unidos provavelmente não atingirão essas porcentagens tão cedo. A Associação Americana de Energia Eólica avalia que por volta de 2020, o vento fornecerá 6% de toda a eletricidade nos EUA. Embora os Estados Unidos possuam uma das maiores bases instaladas de energia eólica no mundo em termos de potência total em watts, a participação porcentual se encontra bem atrás de outros países desenvolvidos. O Reino Unido possui meta estabelecida de 10% de geração eólica em 2010. A Alemanha gera atualmente 8% de sua energia do vento, enquanto a Espanha 6%. A Dinamarca, líder mundial em consumo de energia limpa, obtém mais de 20% de sua eletricidade do vento.

    Para mais informações sobre energia eólica e assuntos relacionados, verifique os links na próxima página.

    No Brasil

    O potencial eólico brasileiro é de 143,5 GW (GigaWatts), segundo um estudo da Centro de Pesquisa em Energia Elétrica (Cepel) do Ministério de Minas e Energia feito em 2005. O estudo levou em conta geradores de energia eólica de até 50 metros. Com o avanço tecnológico no setor, que permite geradores de até 80 metros atualmente no Brasil, o potencial cresceria mais ou menos 50%. 



    "Quanto mais alto, mais potencial eólico, já que vão diminuindo os problemas com relevo e rugosidade do solo", afirma o pesquisa da Cepel Antônio Leite. 
    Esse potencial de 143,5 GW representaria a geração de energia de 146 milhões de residência. Essa conta, no entanto, é só ilustrativa. A energia eólica não é energia firme, ou seja, com fornecimento constante. Assim, sua energia é armazenada em baterias ou trabalha em conjunto com as hidrelétricas, ajudando, por exemplo, no abastecimento dos reservatórios dessas usinas. O potencial instalado no Brasil é atualmente de 247,5 MW (MegaWatts), ou seja, 0,25% dos 99,7 GW gerados no país, segundo dados de dezembro de 2007. A tabela abaixo mostra dados de seis meses antes. 
    Usinas Eólicas em Operação
    Usina Potência (kW) Município
    Eólica de Prainha 10.000 Aquiraz - CE
    Eólica de Taíba 5.000 São Gonçalo do Amarante - CE
    Eólica-Elétrica Experimental do Morro do Camelinho 1.000 Gouveia - MG
    Eólio - Elétrica de Palmas 2.500 Palmas - PR
    Eólica de Fernando de Noronha 225 Fernando de Noronha - PE
    Mucuripe 2.400 Fortaleza - CE
    RN 15 - Rio do Fogo 49.300 Rio do Fogo - RN
    Eólica de Bom Jardim 600 Bom Jardim da Serra - SC
    Eólica Olinda 225 Olinda - PE
    Parque Eólico do Horizonte 4.800 Água Doce - SC
    Macau 1.800 Macau - RN
    Eólica Água Doce 9.000 Água Doce - SC
    Parque Eólico de Osório 50.000 Osório - RS
    Parque Eólico Sangradouro 50.000 Osório - RS
    Parque Eólico dos Índios 50.000 Osório - RS
    Total: 15 Usina(s) Potência Total: 236.850 kW


    O crescimento da capacidade instalada no país se deve em grande parte pelos incentivos que o governo federal tem dado para o assunto. O Programa de Incentivo a Fontes Alternativas de Energia Elétrica (Proinfa), administrado pelo Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES), trata-se de uma linha de crédito prevê financiamento de até 70% do investimento, excluindo apenas bens e serviços importados e a aquisição de terrenos. As condições do financiamento são TJLP mais 2% e até 1,5% de spread de risco ao ano. A carência de seis meses, após a entrada em operação comercial, amortização por dez anos e não-pagamento de juros durante a construção do empreendimento.

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    Mais links interessantes (em inglês)

    Fontes

    • "Aerodinâmica das turbinas eólicas: arrasto". Associação Dinamarquesa da Indústria Eólica.
      http://www.windpower.org/en/tour/wtrb/drag.htm
    • Airtricity (Aerotricidade)
      http://www.airtricity.com/america/
    • "Relatório anti-fazenda eólica rejeitado." BBC News. 26 de fevereiro de 2005.
      http://news.bbc.co.uk/2/hi/uk_news/4300723.stm
    • Arvizu, Dan, Ph.D. "Eletricidade Renovável: Equilibrada para fazer uma diferença." Power Engineering. Maio de 2006.
      http://pepei.pennnet.com/Articles/Article_Display.cfm?Section=ARTCLandARTICLE_ID=255997andVERSION_NUM=2andp=6
    • "Comprando energia eólica no mercado de varejo". Associação Americana de Energia Eólica.
      http://www.awea.org/pubs/factsheets/BuyingWindRetail.pdf
    • Associação Dinamarquesa da Indústria Eólica
      http://www.windpower.org/en/tour/wtrb/rotor.htm
    • "Geração Distribuída de Energia". Solarbuzz.com.
      http://www.solarbuzz.com/DistributedGeneration.htm
    • "A Economia da Energia Eólica". Associação Americana de Energia Eólica.
      http://www.awea.org/pubs/factsheets/EconomicsOfWind-Feb2005.pdf
    • "Comparação de Taxas de Eletricidade por Estado." Web Site Oficial do Governo do Estado de Nebraska.
      http://www.neo.state.ne.us/statshtml/115.htm
    • Estill, Glen. "A solução de US$ 0,03." Wind Blog (Blog do Vento).
      http://www.biofuels.coop/windblog/?p=10
    • Gangemi, Jeffrey. "Vendendo energia de volta à rede." BusinessWeek Online. 6 de julho de 2006.
      http://www.businessweek.com/smallbiz/content/jul2006/sb20060706_167332.htm
    • "As perguntas mais freqüentes sobre energia eólica." Associação Americana de Energia Eólica.
      http://www.awea.org/pubs/documents/FAQ2002%20-%20web.PDF
    • "Padrões do portfolio de nível estadual da energia renovável (RPS)." Associação Americana de Energia Eólica.
      http://www.awea.org/pubs/factsheets/0509-RPS_Progresses_in_States.pdf
    • "Energia eólica: um recurso desencadeado." Associação Americana de Energia Eólica.
      http://www.awea.org/pubs/factsheets/Wind_Energy_An_Untapped_Resource.pdf
    • "Energia eólica e vida selvagem: Perguntas Mais Freqüentes." Associação Americana de Energia Eólica.
      http://www.awea.org/pubs/factsheets/050629_Wind_Wildlife_FAQ.pdf
    • "Energia eólica: Como ela funciona?" Associação Americana de Energia Eólica.
      http://www.awea.org/pubs/factsheets/Wind_Energy_How_does_it_Work.pdf
    • "Tecnologias de energia eólica." Departamento de Energia dos EUA.
      http://www.eere.energy.gov/RE/wind_technologies.html
    • "Energia eólica: O combustível do futuro está pronto hoje." Associação Americana de Energia Eólica.
      http://www.awea.org/pubs/factsheets/wetoday.pdf
    • "Energia eólica hoje." Associação Americana de Energia Eólica.
      http://www.awea.org/pubs/factsheets/WindPowerTodayFinal.pdf
    • "Extensão do PTC ao vento instigará desenvolvimento, principalmente para projetos bem avançados." CWEB.106/29 de outubro de 2004
      http://www.newsdata.com/enernet/conweb/conweb106.html#cw106-5
     

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