SISTEMA PARA TRATAMENTO, ARMAZENAMENTO E DISSEMINAÇÃO DE DADOS DE VENTO. Patricia de Castro da Silva - PDF
SISTEMA PARA TRATAMENTO, ARMAZENAMENTO E DISSEMINAÇÃO DE DADOS DE VENTO. Patricia de Castro da Silva
Download "SISTEMA PARA TRATAMENTO, ARMAZENAMENTO E DISSEMINAÇÃO DE DADOS DE VENTO. Patricia de Castro da Silva"
Irene Carmona Cortês
1 SISTEMA PARA TRATAMENTO, ARMAZENAMENTO E DISSEMINAÇÃO DE DADOS DE VENTO Patricia de Castro da Silva TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA MECÂNICA. Aprovada por: Prof. Manuel Ernani de Carvalho Cruz, Ph.D. Prof. Gustavo César Rachid Bodstein, Ph.D. Prof. Maria Regina Oliveira Pereira de Araújo, D.Sc. Prof. Miguel Hiroo Hirata, Ph.D. RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL SETEMBRO DE 1999
2 SILVA, PATRICIA DE CASTRO DA Sistema para Tratamento, Armazenamento e Disseminação de Dados de Vento [Rio de Janeiro] 1999 XII, 113 p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ, M.Sc., Engenharia Mecânica, 1999) Tese - Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE 1. Energia Eólica I. COPPE/UFRJ II. Título ( série ) ii
3 A meus pais, Hamilton e Marli iii
4 AGRADECIMENTOS A Aroldo José que, como grande responsável pela mudança de direção no rumo de minha vida, tornou-se uma das pessoas mais essenciais a ela; A Mauricio Moszkowicz e Osvaldo Lívio Soliano Pereira que convidaram-me a realizar este trabalho; Ao Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL, em especial, a Jorge Henrique G. Lima, que forneceu suporte financeiro e logístico para o desenvolvimento desta tese; Aos amigos da Sala C-17 (e agregados ) que, com alegria e bom humor, estiveram sempre presentes ao longo da elaboração deste trabalho; A Marcello B. de Martino, Célia Regina Lourenço, Érico F. Anicet Lisboa que me auxiliaram na implementação do programa computacional em especial no que se refere ao uso da ferramenta Visual Basic; A Ricardo M. Dutra que me auxiliou no desenvolvimento da home-page para distribuição das informações, bem como na animação da tela de abertura do programa; À Suelaine dos Santos Diniz que me ajudou na criação dos discos de instalação do programa; À Sílvia Martins que me ajudou na revisão do texto; Ao pesquisador Antônio Leite de Sá que me forneceu informações e dados utilizados neste trabalho; Ao pesquisador João Ignácio da Silva Filho que desenvolveu o Filtro Visual e permitiu que eu o utilizasse como parte integrante do meu programa; À Vanessa Gonçalves Guedes que me auxiliou na implementação dos Algoritmos Genéticos para otimização dos parâmetros da distribuição de Weilbull; Aos meus orientadores Miguel Hiroo Hirata, Maria Regina Pereira Araújo e Gustavo César R. Bodstein pelo incentivo e orientação ao longo do desenvolvimento deste trabalho; Aos meus amigos que sempre me apoiaram onde quer que estivéssemos. Com eles aprendi que longe é um lugar que não existe para aqueles que realmente são amigos; A Deus que me deu o dom da vida. iv
5 Resumo da Tese apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M. Sc.) SISTEMA PARA TRATAMENTO, ARMAZENAMENTO E DISSEMINAÇÃO DE DADOS DE VENTO Patricia de Castro da Silva Setembro/1999 Orientadores: Gustavo César Rachid Bodstein Miguel Hiroo Hirata Programa: Engenharia Mecânica O conhecimento preciso do regime dos ventos é um dos elementos mais importantes na especificação de um projeto para aproveitamento da energia eólica. O regime dos ventos é importante em todas as fases do projeto; inicialmente, na escolha das regiões potencialmente utilizáveis e na especificação do sistema eólico mais apropriado para a região e, posteriormente, na determinação da localização exata para a implantação do sistema eólico e para o cálculo da energia a ser gerada pelo mesmo. Como o regime dos ventos exige, normalmente, dados colhidos ao longo de vários anos, a aquisição e a elaboração de uma base de dados de vento é uma tarefa que deve ser executada por um órgão centralizador com as características de operação necessárias. Neste trabalho, estas características são discutidas e apresenta-se uma proposta de um sistema para tratamento, armazenamento e disseminação dos dados de vento. v
6 Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.) GENERAL PROCEDURE FOR THE TREATMENT, STORAGE AND DISSEMINATION OF WIND DATA Patricia de Castro da Silva September/1999 Advisors: Gustavo César Rachid Bodstein Miguel Hiroo Hirata Department: Mechanical Engineering The precise knowledge of the wind regime is one of the key elements to be taken into account in a project concerning the use of wind energy. The wind regime is important in all stages of the project, particularly in those stages that determine the potentially optimum regions to install a wind system, the most appropriate wind system, the exact location to install the system in the region chosen and the output energy expected to be generated from that system. Since the wind regime requires data taken over many years, the data acquisition process and the preparation of a database is a task that needs to be carried out by a specific agency that processes certain characteristics. In this work these characteristics are discussed and a general procedure for the treatment, storage and dissemination of wind data is proposed. vi
7 ÍNDICE 1 Introdução 1 2 O Aproveitamento da Energia dos Ventos 2.1 Resumo Histórico O Recurso Eólico 8 3 Regime dos Ventos: Teoria Geral 3.1 Mecanismos de Geração dos Ventos Fatores de Influência no Regime dos Ventos 23 4 Regime dos Ventos: Determinação 4.1 Aquisição e Processamento de Dados de Vento Determinação Estatística do Regime dos Ventos WAsP: Uma Ferramenta para Determinação do Regime dos Ventos 54 5 Regime dos Ventos: Tratamento, Armazenamento e Disseminação de Dados 5.1 Considerações Gerais Armazenamento de Dados de Vento Tratamento de Dados de Vento Disseminação de Dados de Vento 64 vii
8 6 Sistema para Tratamento, Armazenamento e Disseminação de Dados de Vento 6.1 O Sistema Proposto Operação do Sistema SAVE Detalhes da Ferramenta para Análise dos Dados Brutos Detalhes da Ferramenta para Análise de uma Série Histórica Detalhes da Ferramenta para Diagnóstico e Acompanhamento dos Dados ao Longo do Tempo Outras Funções do Sistema SAVE 90 7 Conclusões e Recomendações 93 Referências 97 Apêndice 100 Anexo viii
9 LISTA DE ABREVIATURA AG - Algoritmos Genéticos ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica ANSI - American National Standards Institute ASCII - American Standard Code for Information Interchange ASME - American Society of Mechanical Engineers AWEA - American Wind Energy Association CD - Compact Disc CELESC - Centrais Elétricas de Santa Catarina S.A. CEMIG - Companhia Energética de Minas Gerais CEPEL - Centro de Pesquisas de Energia Elétrica CHESF - Companhia Hidroelétrica do São Francisco COELCE - Companhia Energética do Ceará COPEL - Companhia Paranaense de Energia COPPE - Coordenação dos Programas de Pós Graduação de Engenharia CRESESB- Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito DEPV - Diretoria de Eletrônica e Proteção ao Vôo (Ministério da Aeronáutica) DEWI - Deutsches Windenergie - Institut DHN - Diretoria de Hidrografia e Navegação (Ministério da Marinha) ELETROBRÁS - Centrais Elétricas Brasileiras S.A. EMBRAPA - Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária FO - Função Objetivo GTEE - Grupo de Trabalho de Energia Eólica INFRAERO - Infraestrutura Aeroportuária INMET - Instituto Nacional de Meteorologia (Ministério da Agricultura) INPE - Instituto de Pesquisas Espaciais NREL - National Renewable Energy Laboratory OMM - Organização Meteorológica Mundial RIS - Riso National Laboratory SAVE - Sistema para Tratamento, Armazenamento e Disseminação dos Dados de Vento SIMEPAR - Sistema Meteorológico do Paraná SIVAM - Sistema de Vigilância da Amazônia UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro ix
10 WAsP - Wind Atlas Analysis and Application Program WECS - Wind Energy Conversion Systems x
11 LISTA DE SÍMBOLOS A - Área varrida pelas pás do rotor c - Parâmetro de escala da distribuição de Weibull c p - Calor específico do ar à pressão constante d - Largura do obstáculo f - Freqüência de ocorrência absoluta F(V) - Função de distribuição ou probabilidade acumulada f i - Número de observações no intervalo i f r - Freqüência de ocorrência relativa f r(calc) - Freqüência relativa calculada f r(real) - Freqüência relativa real g - Aceleração da gravidade g(v) - Função densidade de probabilidade h - Altura do obstáculo H - Número total de horas H o - Fluxo de calor na superfície I - Número de intervalos ou classes de velocidade k - Parâmetro de forma da distribuição de Weibull k c - constante de von Kármán L - comprimento de mistura ( mixing length ) N - Número total de observações n - Parâmetro associado à rugosidade da superfície N p - Número de indivíduos da população inicial P - Porosidade do obstáculo p(vi) - Distribuição de probabilidade P d - Potência disponível de um sistema eólico P g - Potência gerada pelo sistema eólico p i - Probabilidade de ocorrência da velocidade V i R 1 - Distância radial até o primeiro vértice de um obstáculo R 2 - Distância radial até o segundo vértice de um obstáculo T o - Temperatura absoluta V - Velocidade instantânea do vento V(z) - Velocidade na altura z xi
12 V(z r ) - Velocidade na altura de referência z r v * - Velocidade de atrito v - Flutuação V + - Velocidade mais freqüente (pico do histograma de velocidades do vento) V 1 - Velocidade do vento no topo de uma colina V 2 - Velocidade do vento a montante de uma colina V c - Velocidade de corte do sistema eólico V e - Velocidade de entrada do sistema eólico V lim - Produto da velocidade mais freqüente V + pelo fator γ V m - Velocidade média do vento V u - Velocidade correspondente à última classe de velocidade do vento do histograma z - Altura z o - Comprimento de rugosidade z ol - Comprimento de rugosidade à esquerda de uma linha z or - Comprimento de rugosidade à direita de uma linha z r - Altura de referência V - Velocidade média do vento σ - Desvio padrão Γ - Função gama ρ - Massa específica do ar η - Rendimento total do sistema eólico τ - Tensão de cisalhamento na superfície γ- Fator multiplicador que assumiu o valor de 1,5 (V lim =V + 1,5) α, β e χ - Constantes escolhidas para compor a Função Objetivo FO α 1 - Ângulo formado entre o Norte e o primeiro vértice de um obstáculo α 2 - Ângulo formado entre o Norte e o segundo vértice de um obstáculo f - Diferença entre f r(calc) e f r(real) S - Aumento relativo na velocidade do vento V - Largura do intervalo xii
13 CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO Na década de 70, a alta dos preços do petróleo fez com que houvesse um grande aumento do interesse por alternativas energéticas, principalmente para aplicações específicas. Além disso, os problemas encontrados na operação das centrais nucleares (de segurança, ecológicos, etc.) contribuíram ainda mais para alertar quanto a necessidade de se dispor de outras fontes de energia. Para sanar tais dificuldades, amplas pesquisas foram realizadas no desenvolvimento de tecnologias a serem utilizadas nas fontes renováveis de energia, tornando algumas das alternativas encontradas altamente competitivas. Entre essas novas fontes energéticas destacam-se os ventos, pela sua disponibilidade e por serem uma fonte de energia renovável e de exploração técnica e economicamente viável, em muitos casos. A tecnologia atual de fontes alternativas de energia proporciona amplas possibilidades de aplicação da energia eólica em bases competitivas. Essas aplicações são encontradas tanto em uma escala muito pequena (pequenos aerogeradores para bombeamento e aquecimento doméstico de água e geração de eletricidade para pequenos eletrodomésticos) quanto em grande escala (irrigação e geração de eletricidade para injeção na rede elétrica de utilidade pública). A complexidade tecnológica envolvida nessas aplicações varia bastante, podendo-se encontrar desde sistemas eólicos simples até os que exigem uma maior sofisticação. A possibilidade de aplicação em amplas faixas de potência e o fato de já existir uma tecnologia suficientemente desenvolvida, que viabiliza a sua utilização imediata (o que nem sempre acontece com outras fontes alternativas de energia, cuja tecnologia exige ainda desenvolvimentos adicionais para ser competitiva) fazem com que a energia eólica seja uma fonte de energia bastante importante e tornam imperativo o seu uso. Esse fato é revestido de uma importância ainda maior, em se tratando de um país como o Brasil, pelo seu tamanho, pela sua variedade de condições e requisitos energéticos, resultado da variedade cultural, variado grau de desenvolvimento, dos costumes, dos recursos locais e principalmente das condições climáticas. Em várias regiões do mundo, órgãos governamentais e a iniciativa privada têm investido fortemente nessa fonte de energia, desde a produção em larga escala (como, 1
14 por exemplo, as wind farms na Califórnia, EUA) até a produção de energia para atender a pequenas comunidades situadas nos países em desenvolvimento. No Brasil, a energia dos ventos tem sido utilizada, há muito tempo, como iniciativa isolada, exceto em alguns poucos casos. Entretanto, ao ser constatado que o País apresenta um potencial eólico nada desprezível, principalmente nas regiões mais carentes de outras fontes energéticas, iniciou-se uma importante mobilização no sentido de proporcionar um aproveitamento racional dessa fonte de energia. Os recentes encontros técnicos sobre a energia dos ventos e as primeiras fazendas eólicas que estão sendo instaladas, principalmente na região nordeste, demonstram o crescente interesse do País na inclusão dessa fonte de energia em sua matriz energética. A implantação de sistemas eólicos como fontes alternativas para geração de energia elétrica transcende a problemática do desenvolvimento tecnológico (técnicas de projeto, escolha de materiais e meios produtivos de baixo custo, facilidade de operação e manutenção). Além dos problemas técnicos ligados à geração, devem ser considerados aqueles decorrentes da utilização dessa fonte de energia, tais como flutuação, intermitência, ligação à rede elétrica, sistema de armazenamento ou de backup para fornecimento de energia firme (energia disponível para atender à demanda exigida no horário e período desejados), etc. Uma das formas de se avaliar os problemas acima mencionados é através da implantação de protótipos de demonstração, em que se analisem, de forma concreta e completa, as dificuldades tecnológicas, os custos e os benefícios das futuras instalações para os diversos tipos de geradores e para as diversas formas de utilização da energia produzida. Deve-se notar, entretanto, que os custos e benefícios não devem ser avaliados somente através da determinação de índices convencionais, tal como o investimento por unidade de potência instalada ou o custo por unidade de energia produzida. Os custos e benefícios sociais e econômicos devem ser analisados em toda a sua amplitude. A decisão sobre a conveniência da implantação de um sistema eólico para geração de energia está condicionada à existência de boas condições de vento. Sabendo-se que a potência disponível nos ventos varia com o cubo da velocidade, não resta dúvida de que o conhecimento do regime dos ventos é a informação mais importante a ser considerada no processo de decisão para a instalação de sistemas que visem o aproveitamento da energia eólica. Cabe ressaltar que o conhecimento das potencialidades energéticas de fonte eólica de uma região não pode ser determinado com os dados colhidos durante um 2
15 curto período de tempo. Como se menciona no Capítulo 3, o regime dos ventos pode variar no tempo devido a alterações climáticas, mudanças de rugosidade e obstáculos, entre outros fatores. Por esse motivo, são necessários vários anos de observação para definir o comportamento histórico do regime dos ventos. A vasta extensão territorial do País, juntamente com a necessidade de utilização de uma malha anemométrica relativamente fina (para aumentar a confiabilidade dos dados), faz com que a coleta e armazenamento de dados de vento sejam, hoje, deficientes. Outros fatores que concorrem para essa situação também podem ser citados: a grande quantidade de dados a coletar e tratar por estação; os recursos a despender; e a qualidade do banco de dados, que mistura dados com diferentes níveis de tratamento. Para modificar o quadro atual relativo à coleta, tratamento e armazenamento de dados de vento, torna-se essencial a participação de um órgão público, dotado de recursos humanos, materiais e financeiros, com uma estrutura capaz de deixar esses dados disponíveis aos interessados. A disseminação rápida, eficiente e atualizada dos dados deve ser feita de maneira ampla e irrestrita, utilizando-se os modernos meios computacionais e da eletrônica na comunicação. Considerando esses aspectos, será de grande utilidade estabelecer um projeto coletivo para a montagem e operação de um banco de dados sobre o regime dos ventos. De nada adiantará realizar a coleta intensiva dos dados de vento se não houver uma estrutura capaz de analisá-los e colocá-los disponíveis à comunidade interessada. De uma forma geral, a motivação desta Dissertação de Mestrado deve-se à constatação da inexistência de procedimentos que visem padronizar a coleta e o tratamento dos dados de vento. Em termos da aquisição dos dados, por exemplo, verificou-se que os vários órgãos responsáveis por sua coleta utilizam diferentes rotinas de operação para aquisição das informações. Verificou-se, também, a inexistência de sistemas de armazenamento que contenham mecanismos de alerta, quanto à consistência dos dados com que estão sendo abastecidos e inconstância nesse abastecimento, que permitam aos técnicos suspeitar de procedimentos inadequados de coleta de dados ou de aparelhagem descalibrada ou defeituosa. O principal objetivo deste trabalho consiste em contribuir para o equacionamento do problema descrito acima através do desenvolvimento de uma seqüência de procedimentos capaz de auxiliar no tratamento, armazenamento e distribuição das informações acerca do potencial eólico do País. Estes procedimentos constituem o que 3
16 aqui é denominado de Sistema para Tratamento, Armazenamento e Disseminação de Dados de Vento (SAVE). Mais especificamente, pretende-se: i. criar uma estrutura para o funcionamento do sistema SAVE; ii. identificar todas as etapas que compõem o sistema proposto; iii. estabelecer um fluxograma de procedimentos que inicie com a leitura de dados brutos, passe por uma etapa de tratamento estatístico dos dados e termine com a distribuição dos dados aos usuários; iv. implementar o sistema SAVE em computador e testá-lo para um conjunto de dados reais; v. propor uma metodologia para a determinação dos parâmetros da distribuição de Weibull utilizando Algoritmos Genéticos. A seguir, descreve-se o conteúdo desta Dissertação de Mestrado, composta por sete Capítulos, um Apêndice e um Anexo. O Capítulo 2 apresenta um breve histórico do desenvolvimento da energia eólica no mundo e as perspectivas de sua utilização para os próximos anos. Ressalta-se a necessidade de se conhecer o potencial eólico de um país, de forma a identificar regiões promissoras para instalação de sistemas que visem o aproveitamento da energia dos ventos. Apresenta-se, no Capítulo 3, uma análise dos fenômenos físicos responsáveis pela geração dos ventos, caracterizando-os como uma das muitas formas em que se manifesta a energia solar. Abordam-se, ainda, os mecanismos que influenciam na distribuição espacial da velocidade e modificam o regime dos ventos. O Capítulo 4 apresenta um panorama da situação da coleta de dados de vento no Brasil e descreve os procedimentos utilizados para definir estatisticamente o regime dos ventos. Apresenta o método atualmente mais utilizado para a determinação dos parâmetros da distribuição de Weibull, c e k. Aborda, ainda, a utilização de programas computacionais que visam simular o comportamento dos sistemas eólicos distribuídos em uma determinada área. O Capítulo 5 fornece os argumentos que levam à necessidade da criação de um sistema para o tratamento adequado dos dados de vento que, atualmente, são coletados em todo o País. Descreve, também, os cuidados que devem ser tomados para o seu correto armazenamento e apresenta uma proposta para a sua disseminação de forma eficiente. 4
17 Descrevem-se, no Capítulo 6, todas as etapas do sistema para tratamento, armazenamento e disseminação de dados de vento, com a apresentação de figuras que ilustram a operação do programa desenvolvido. O Capítulo 7 apresenta as principais conclusões do trabalho, tanto em relação ao programa computacional desenvolvido quanto à utilização de Algoritmos Genéticos para otimização dos parâmetros da distribuição de Weibull. Sugerem-se, ainda, algumas atividades adicionais que complementariam a implementação do sistema SAVE. No Apêndice, apresenta-se uma metodologia alternativa ao método tradicional para obtenção dos parâmetros da distribuição de Weibull, c e k, descrito no Capítulo 4. Descrevem-se os conceitos fundamentais da teoria dos Algoritmos Genéticos e apresentam-se os resultados obtidos com a utilização desta ferramenta. 5
18 CAPÍTULO 2 O APROVEITAMENTO DA ENERGIA DOS VENTOS Este Capítulo apresenta um breve histórico do desenvolvimento da energia eólica no mundo e as perspectivas de sua utilização para os próximos anos. Ressalta a necessidade de se conhecer o potencial eólico de um país, de forma a identificar regiões promissoras para instalação de sistemas que visem o aproveitamento da energia dos ventos Resumo Histórico Historicamente, máquinas movidas pela força motriz do vento podem ser consideradas como um dos primeiros avanços da humanidade. O primeiro registro histórico de utilização dessa força motriz para bombeamento de água e moagem de grãos através de cataventos remonta à Pérsia, por volta do ano 200 A.C. Tratava-se de um catavento de eixo vertical, de proporções razoáveis, cujo uso generalizou-se posteriormente no mundo islâmico. Essas máquinas primitivas persistiram até o século XII quando, quase simultaneamente, apareceram, na Inglaterra, França e Holanda, moinhos de eixo horizontal, do tipo holandês. Esses cataventos destinavam-se ao bombeamento de água e moagem de grãos. No decorrer dos anos, o projeto desses cataventos evoluiu lentamente. Na segunda metade do século passado, surgiram os primeiros cataventos modernos. Nos Estados Unidos foram desenvolvidos os multivane fans de 1 HP para bombeamento de água em regiões remotas. Na Dinamarca, em 1890, começou-se a utilizá-los para a produção de energia elétrica. Em 1908, várias centenas de sistemas de conversão de energia eólica de 5 a 25 kw pontilhavam a Dinamarca. Esses cataventos, providos de rotores de pás aerodinâmicas, generalizaram-se pelos Estados Unidos onde proveram energia elétrica até os anos 30, quando o Ato de Eletrificação Rural americano os desativou, fornecendo energia a preços mais baixos (ELETROBRÁS, 1977). O interesse pela energia dos ventos reapareceu, na década de 70, por dois motivos principais: a alta dos preços do petróleo nesse período e as dificuldades encontradas na operação segura das centrais nucleares. Essas razões fizeram com que muitos países se 6
19 lançassem à procura de novas fontes de energia, como alternativas viáveis às fontes tradicionalmente utilizadas. A energia eólica apresentou-se como uma das mais viáveis e vários países formularam programas muito bem elaborados para o aproveitamento racional dessa fonte de energia. Nesse período de retomada de interesse pela energia eólica, os programas europeus caracterizaram-se pelo desenvolvimento, de maneira sistemática, de rotores tipo hélice (2 a 4 pás). Por outro lado, os programas americanos apresentavam objetivos mais ambiciosos, projetando e construindo, em curto prazo, sistemas gigantescos baseados em um único rotor de eixo horizontal (2 pás). Paralelamente ao desenvolvimento de sistemas baseados em rotores tipo hélice, os rotores de eixo vertical também foram muito estudados, especialmente no Sandia Laboratories (New Mexico, EUA) e no National Research Council do Canadá, onde os rotores de eixo vertical foram reinventados. Esses rotores receberam o nome de Darrieus, em homenagem ao seu primeiro inventor. O desenvolvimento tecnológico fez com que a energia eólica pudesse ser utilizada em bases competitivas numa ampla faixa de potência, de alguns kw (para bombeamento de água, aquecimento e iluminação doméstica) até vários MW (para irrigação em grande escala e geração de eletricidade para injeção na rede elétrica). Entretanto, para que essa fonte de energia se tornasse competitiva, a potência instalada teria que ser relativamente grande para permitir que a energia gerada pudesse ser lançada na rede de utilidade pública. Assim, como alternativa aos sistemas eólicos baseados em um único rotor, surgiu a configuração das fazendas eólicas, que utilizam um grande número de rotores (tipo hélice ou Darrieus) de pequena e média potência interligados. As projeções para o futuro da energia eólica são também bastante promissoras. O crescimento internacional da aplicação da energia eólica envolve um número cada vez maior de países. A Espanha, por exemplo, instalou 262 MW apenas no ano de 1997 e quase ultrapassou a Dinamarca, país de grande tradição em energia eólica, com 285 MW instalados no mesmo período. Até o ano de 2002 é esperada a instalação de, aproximadamente, MW em aerogeradores em todo o mundo. Se esse número for atingido, a capacidade mundial instalada em 2002, será de MW (DEWI, 1998). 7
20 2.2- O Recurso Eólico Considerações Gerais Para se tornar competitivo, um país deve dispor de fontes abundantes de energia. É sabido, entretanto, que as fontes de energia, tradicionalmente exploradas, tornam-se escassas e de difícil exploração devido a problemas associados à economia, ecologia e distância dos centros consumidores, entre outros. Dessa forma, é crescente a necessidade de se conhecer as potencialidades energéticas do país e essa necessidade torna-se mais aguda no que se refere às fontes alternativas de energia. Dentre essas, a energia eólica desponta como uma das mais promissoras. Mesmo com recursos mínimos para a pesquisa e com a produção em pequenas quantidades, os custos da geração eólica já atingem, em localidades favoráveis, valores competitivos. Entretanto, os custos totais poderão ser reduzidos com o aumento da produção, pelo aperfeiçoamento técnico e, principalmente, com a identificação precisa de áreas que possuem bom potencial eólico. Custos Para a implantação de parques ou fazendas eólicas é necessário um espaço físico que permita a instalação de aerogeradores para atender à demanda local e que possibilite suprir, no futuro, o aumento da demanda. A instalação de aerogeradores não impede o uso produtivo da terra, que poderia abrigar atividades agrícolas ou de pecuária, por exemplo, ampliando a oferta de empregos. Existem três fatores de grande importância na análise da viabilidade econômica do aproveitamento da energia eólica: (1) o regime local dos ventos, (2) o custo da energia produzida por outras fontes concorrentes e (3) os fatores institucionais. Nenhum desses três aspectos pode ser considerado isoladamente e a importância dos fatores institucionais não pode ser desprezada. Em determinados países, a energia dos ventos pode se tornar pouco competitiva comparada com as fontes convencionais porque o alto custo da tecnologia, em conjunto com os baixos preços dos combustíveis fósseis, pode tornar a energia eólica pouco atraente. Entretanto, em muitos países em desenvolvimento, os custos dos combustíveis fósseis, em termos relativos, são elevados, 8
21 ao passo que o custo da mão-de-obra para a fabricação de turbinas eólicas com tecnologia de ponta é reduzido. Isso altera completamente o balanço e coloca a energia eólica em uma posição mais competitiva. As análises de custos para a geração de energia eólica oscilam segundo a experiência com as diversas instalações testadas. Nos Estados Unidos, já se atingiu a competitividade com a geração a carvão e nuclear. Na Inglaterra, o comitê de energia do governo calculou custos equivalentes aos da geração a carvão e muito menores do que os da geração nuclear. Em outras partes da Europa, com a utilização de equipamentos modernos e em regiões privilegiadas, os custos, em média, já são comparáveis com os de uma usina termoelétrica a carvão dotada de unidades purificadoras de fumaça. Até bem pouco tempo, diante da incipiente tecnologia do setor, ninguém apostava na eficiência do aproveitamento comercial da energia eólica, pois era cara e tecnicamente muito complicada. Hoje, no entanto, a situação está bem diferente. Tanto no exterior quanto no Brasil, os técnicos conseguiram, nos últimos anos, desenvolver um arsenal tecnológico capaz de captar a energia dos ventos com maior eficiência e custo reduzido. Novos avanços tecnológicos estão levando a uma permanente redução dos custos da eletricidade gerada a partir da energia eólica. Para exemplificar, em 1980, gastavamse US$120 para gerar 1 MW de energia a partir dos ventos. Atualmente, a American Wind Energy Association (AWEA) já considera a geração eólica competitiva, em áreas com um regime de vento superior a 6,7 m/s, ficando o seu custo na faixa de US$40 a US$50/MWh (PEREIRA, 1998). A redução no custo da geração da energia eólica tem recebido grande contribuição dos recursos técnicos da eletrônica, visto que os equipamentos usados na coleta e armazenamento local dos dados de vento, em sua grande maioria, são computadorizados. Além disso, os algoritmos utilizados no processamento, armazenamento centralizado e na disseminação dos dados, desenvolvidos com a utilização de equipamentos de última geração, facilitaram a identificação de locais mais favoráveis à implantação de plantas eólicas. As metodologias de projeto e os algoritmos numéricos desenvolvidos para operar com modernos computadores também têm proporcionado significativas melhorias no projeto da geometria das pás das turbinas eólicas. O projeto das pás deve ser feito com grande precisão para que o aproveitamento da força dos ventos atinja a máxima eficiência, mesmo nos casos de baixas velocidades. Da mesma forma, todo o processo 9