TFG - Alex Vieira

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA ESCOLA POLITÉCNICA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA ENERGIA EÓLICA: PERSPECTIVAS ATUAIS ALEX BARROS VIEIRA SOUZA 2010

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Elétrica

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  • UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA ESCOLA POLITCNICA

    CURSO DE GRADUAO EM ENGENHARIA ELTRICA

    ENERGIA ELICA: PERSPECTIVAS

    ATUAIS

    ALEX BARROS VIEIRA SOUZA

    2010

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    UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA ESCOLA POLITCNICA

    CURSO DE GRADUAO EM ENGENHARIA ELTRICA

    ALEX BARROS VIEIRA SOUZA

    ENERGIA ELICA: PERSPECTIVAS

    ATUAIS

    Trabalho apresentado ao Curso de

    Graduao em Engenharia Eltrica da

    Universidade Federal da Bahia como

    parte dos requisitos para a obteno do

    ttulo de Engenheiro Eletricista.

    Orientador: Prof. Dr. Andr Luiz de

    Carvalho Valente

    SALVADOR 2010

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    ALEX BARROS VIEIRA SOUZA

    ENERGIA ELICA: PERSPECTIVAS

    ATUAIS

    Este Trabalho de Graduao foi julgado adequado para a obteno do grau de Engenheiro

    Eletricista e aprovado em sua forma final pela Comisso Examinadora e pelo Colegiado do

    Curso de Graduao em Engenharia Eltrica da Universidade Federal da Bahia.

    _____________________________

    Cristiane Corra Paim

    Coordenadora do Colegiado do

    Curso de Engenharia Eltrica

    Comisso Examinadora

    _____________________________

    Prof. Dr. Andr Luiz de Carvalho Valente

    _____________________________

    Prof. Dr. Caiuby Alves da Costa

    _____________________________

    Eng. Rafael Valverde de Miranda Souto

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    minha me Ndia Regina Barros Vieira minha irm Nayara Barros Vieira Souza

    Ao meu pai Osmundo Vieira Souza

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    AGRADECIMENTOS

    Em primeiro lugar, agradeo a Jeov Deus pelo poder alm do normal e por Ele ter me sustentado em todos os momentos.

    Agradeo minha querida me Ndia Regina Barros Vieira pelo amor, carinho, apoio incondicional, pacincia e pelos cuidados durante toda a vida. A meu pai Osmundo Vieira Souza sou grato pelo trabalho rduo e apoio a toda a famlia, pela disciplina e pela determinao. A minha querida irm Nayara Barros Vieira Souza agradeo pelo amor, carinho e apoio em todos os momentos. Agradeo de corao o apoio familiar fundamental para a concluso deste trabalho.

    Agradeo aos familiares e amigos pelo apoio e companheirismo ao longo dos anos. Aos colegas da Ufba pela ajuda, contribuio e apoio em trabalhos, estudos e outras dificuldades enfrentadas juntos. Agradeo em especial aos colegas Daniela Freitas Souza, Rodrigo da Gama Blumetti e Rafael Duran Varela pela ajuda e trabalhos realizados juntos.

    Agradeo ao professor Andr Luiz de Carvalho Valente pela orientao deste trabalho e por sua generosa e paciente ajuda. Agradeo ao professor Caiuby Alves da Costa pela ajuda e pacincia atravs do estgio no LABEFEA - Laboratrio de Eficincia Energtica e Ambiental da Ufba. Agradeo a professora Cristiane Paim pela ajuda e apoio. Aos professores do DEE que contriburam para formao profissional e pessoal muito obrigado.

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    Para todas as coisas tenho fora em virtude daquele que me confere poder.

    Filipenses 4:13

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    RESUMO

    A capacidade de gerar e distribuir energia de maneira eficaz fundamental para um pas se desenvolver economicamente. O conceito de desenvolvimento sustentvel surgiu para conciliar o crescimento econmico e a necessidade de se adequar a questo ambiental. A energia elica , neste contexto, uma fonte de energia renovvel, limpa e no poluente. Estes so alguns motivos que tornam a energia elica uma fonte de gerao de energia com perspectivas de crescimento em todo o mundo. O Brasil um pas que possui bom potencial elico ainda pouco explorado. O Nordeste brasileiro se destaca como regio muito propcia para aproveitar a energia proveniente do vento. Mais especificamente, o estado da Bahia possui elevado potencial elico principalmente na regio da Chapada Diamantina e no seu litoral. Diante deste cenrio, este trabalho possui trs objetivos. O primeiro fazer um estudo sobre o panorama da energia elica no mundo, no Brasil e na Bahia. O segundo objetivo discutir polticas pblicas voltadas para o incentivo de investimentos em energia elica. O terceiro objetivo utilizar o software WindFarm para tratar dados de medies brutas de vento.

    Palavras-chave: Energia Elica, Potencial Elico, Weibull, Turbinas Elicas, Polticas Pblicas e Regulamentaes.

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    LISTA SMBOLOS E SIGLAS

    ANEEL Agncia Nacional de Energia Eltrica CBEE Centro Brasileiro de Energia Elica CEPEL Centro de Pesquisas de Energia Eltrica CGE Cmara de Gesto da Crise de Energia no Brasil Co-ops Cooperativas de Energia Elica CRESESB Centro de Referncia para Energia Solar e Elica EEG Erneuerbare Energien Gesetz EPE Empresa de Pesquisa Energtica FFL Fossil Fuel Levy GEF Global Enviromental Facility INPE Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais IREDA Agncia de Desenvolvimento de Energia Renovvel da ndia MCT Ministrio de Cincia e Tecnologia NFFO Non Fossil Fuel Obligation PCH Pequena Central Hidreltrica PIEs Produtores Independentes de Energia PROINFA Programa Nacional de Incentivos Energia Alternativa REFIT Renewable Energy Feed-in Tariff SIN Sistema Interligado Nacional WWEA World Wind Energy Association

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    LISTA DE FIGURAS

    Figura 2.1 Capacidade total instalada de energia elica no mundo em MW (WWEA, 2009). ............ 6 Figura 2.2 Fatia de mercado dos principais pases geradores de energia elica (WWEA, 2009) ...... 8 Figura 2.3 Taxa anual de crescimento do mercado de energia elica no mundo (WWEA, 2009) ...... 9 Figura 2.4 Os dez pases que apresentaram maior taxa de crescimento no mercado de energia elica (WWEA, 2009) ............................................................................................................................ 10 Figura 2.5 Mapa Elico Brasileiro dividido por regies (CEPEL, 2001) ............................................. 12 Figura 2.6 Comparao do potencial elico brasileiro a 50m (esquerda) X 100m (direita) ............... 13 Figura 2.7 Comparao da velocidade mdia dos ventos a 50m X 100m de altura no Nordeste (Soliano, 2009) ...................................................................................................................................... 14 Figura 2.8 Complementaridade hdrico-elica no nordeste brasileiro (Soliano, 2009) ...................... 15 Figura 2.9 Potencial elico da Bahia a 50m e a 70m de altura (Coelba, 2002)................................. 21 Figura 2.10 Potencial elico sazonal do estado da Bahia (Coelba, 2002) ........................................ 22 Figura 3.1 Formao dos ventos devido ao deslocamento de massas de ar (Dez, 2010) ............... 30 Figura 3.2 Fluxo de ar fluindo atravs de um cilindro (Mathew, 2006) .............................................. 32 Figura 3.3 Grfico da variao da potncia disponvel no vento com a velocidade (Custdio, 2007) ............................................................................................................................................................... 34

    Figura 3.4 Variao da velocidade mdia do vento durante anos (Custdio, 2007) ......................... 36 Figura 3.5 Variao mensal da velocidade mdia do vento (Mathew, 2006) .................................... 36 Figura 3.6 Variao da velocidade mdia do vento durante diferentes horas de um dia .................. 37

    Figura 3.7 Freqncia de distribuio da velocidade do vento (Santana, 2009) ............................... 38 Figura 3.8 Representao grfica das distribuies de velocidades do vento e da funo de Weibull (Dutra, 2001) ......................................................................................................................................... 40 Figura 3.9 Funo de distribuio de Weibull para alguns valores diferentes de k (Dutra, 2001) .... 41 Figura 3.10 Rosa dos ventos com setores de 30 (Custdio, 2007) .................................................. 44 Figura 3.11 Anemmetro tipo concha (Mathew, 2006) ...................................................................... 45 Figura 3.12 Biruta (Mathew, 2006) ..................................................................................................... 46 Figura 3.13 Exemplos de turbinas com eixo horizontal e vertical (Mathew, 2006) ............................ 48 Figura 3.14 Turbinas com eixo horizontal de uma, duas, trs ou mais ps (Mathew, 2006) ............ 48 Figura 3.15 Turbina de eixo horizontal (CRESESB, 2010) ................................................................ 49 Figura 3.16 Turbina de eixo vertical do tipo Darrieus (CRESESB, 2010) .......................................... 50

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    Figura 3.17 Fluxo de vento atravs de uma turbina elica (Burton, 2001) ........................................ 51 Figura 3.18 Curva do coeficiente de potncia Cp em funo da velocidade do vento (Custdio, 2007) ............................................................................................................................................................... 53

    Figura 3.19 Curva do coeficiente Cp em funo da relao de velocidade de ponta (Custdio, 2007) ...................................................................................................................................................... 54 Figura 3.20 Curva de potncia de uma turbina elica (Mathew, 2006) ............................................. 55 Figura 3.21 Curva de potncia tpica de um aerogerador com controle de passo (CRESESB, 2010) ............................................................................................................................................................... 57

    Figura 3.22 Curva de potncia tpica de um aerogerador com controle tipo estol (CRESESB, 2010) ............................................................................................................................................................... 58

    Figura 5.1 Exemplo de dados de medies brutas de vento (WindFarm, 2010) ............................... 81 Figura 5.2 Janela do Data to Convert do WindFarm (WindFarm, 2010) ........................................... 82 Figura 5.3 Janela Raw Wind Data de especificao dos dados de vento (WindFarm, 2010) ........... 83 Figura 5.4 Janela Wind Distribution Output Data (WindFarm, 2010) ................................................. 84 Figura 5.5 Janela Wind Distribution Graphs (WindFarm, 2010) ........................................................ 84 Figura 5.6 Rosa dos Ventos do exemplo realizado (WindFarm, 2010) ............................................. 85 Figura 5.7 Distribuio de Weibull total do exemplo realizado (WindFarm, 2010) ............................ 85

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    LISTA DE TABELAS

    Tabela 2.1 - Capacidade de energia elica instalada por pas (WWEA, 2009) ...................................... 8 Tabela 2.2 - Capacidade de energia elica offshore instalada por pas (WWEA, 2009) ...................... 11 Tabela 2.3 Resultado dos Leiles de Fontes Alternativas de 2010 (EPE, 2010) .............................. 18 Tabela 2.4 Usinas elicas em funcionamento no Brasil em 2009 (CRESESB, 2010)....................... 19 Tabela 2.5 Potencial elico da Bahia a 50m e a 70m de altura (Coelba, 2002) ................................ 20 Tabela 2.6 Estatstica por estado do resultado do primeiro Leilo de Energia de Reserva Elica do Brasil (EPE, 2010) ................................................................................................................................. 23 Tabela 2.7 Informaes sobre os empreendimentos baianos do resultado do primeiro Leilo de Energia de Reserva Elica do Brasil (EPE, 2010) ................................................................................ 24 Tabela 3.1 Tabulao dos dados de vento na forma de freqncia de distribuio ou discretizados (Santana, 2009) ..................................................................................................................................... 38 Tabela 4.1 Capacidade instalada prevista e contratada de acordo com a primeira etapa do PROINFA (Dutra, 2007) ........................................................................................................................ 74 Tabela 4.2 Resultado da primeira etapa do PROINFA. Capacidade instalada em operao comercial em Agosto de 2009 (MME, 2010) ......................................................................................... 74 Tabela 4.3 Resultado da primeira etapa do PROINFA. Capacidade instalada em operao comercial e em construo em Agosto de 2009 (MME, 2010) ............................................................. 74

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    SUMRIO

    CAPTULO 1 ........................................................................................... 1 1 INTRODUO .................................................................................................... 1

    1.1 Objetivos .................................................................................................... 1 1.2 Metodologia ................................................................................................ 2 1.3 Estrutura do Trabalho................................................................................. 3

    CAPTULO 2 ........................................................................................... 5 2 ENERGIA ELICA .............................................................................................. 5

    2.1 A Energia Elica no Mundo ........................................................................ 5 2.2 A Energia Elica no Brasil ........................................................................ 11 2.3 A Energia Elica na Bahia ........................................................................ 20 2.4 Vantagens e Desvantagens ..................................................................... 25 2.5 Impactos Socioambientais ....................................................................... 27

    CAPTULO 3 ......................................................................................... 29 3 FUNDAMENTAO TERICA ........................................................................ 29

    3.1 Geraes do Vento .................................................................................. 29 3.2 Energia e Potncia Elica ........................................................................ 32 3.3 O Vento .................................................................................................... 35

    3.3.1 A Velocidade do Vento .................................................................................................. 35 3.3.2 Comportamento Probabilstico do Vento ....................................................................... 37 3.3.3 Determinao da Funo de Weibull ............................................................................ 41 3.3.4 A Direo do Vento ....................................................................................................... 43 3.3.5 Medies de Vento ........................................................................................................ 44

    3.4 Turbinas Elicas ....................................................................................... 47 3.4.1 Classificao das Turbinas Elicas ............................................................................... 47 3.4.2 Extrao da Potncia do Vento ..................................................................................... 50 3.4.3 Coeficiente de Potncia de uma Turbina Elica ........................................................... 52 3.4.4 Potncia de uma Turbina Elica .................................................................................... 54

    3.5 Mecanismos de Controle .......................................................................... 56 3.5.1 Controle de Passo ......................................................................................................... 56 3.5.2 Controle Estol ................................................................................................................ 57

    CAPTULO 4 ......................................................................................... 59 4 POLTICAS E REGULAMENTAES DO SETOR ELICO ........................... 59

    4.1 Pases Desenvolvidos .............................................................................. 61 4.1.1 Alemanha Sistema de Feed-In ................................................................................... 61

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    4.1.2 Reino Unido Sistema de Leiles ................................................................................ 64 4.1.3 Dinamarca Sistema de Cotas / Certificados Verdes .................................................. 66

    4.2 Pases em Desenvolvimento .................................................................... 69 4.2.1 ndia ............................................................................................................................... 70 4.2.2 Brasil .............................................................................................................................. 71

    CAPTULO 5 ......................................................................................... 78 5 UTILIZAO DE SOFTWARES NA ANLISE DO COMPORTAMENTO DO VENTO ..................................................................................................................... 78

    5.1 Software WindFarm ................................................................................. 78 5.2 Utilizao do WindFarm no Tratamento de Dados de Medies de Vento 80

    CAPTULO 6 ......................................................................................... 87 6 CONCLUSO .................................................................................................... 87

    6.1 Trabalhos Futuros .................................................................................... 88

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    CAPTULO 1 1 INTRODUO

    A capacidade de gerar e distribuir energia eltrica de maneira eficaz fundamental para um pas se desenvolver economicamente. Ofertar energia eltrica necessrio para aumentar a produo de bens e servios tornando o pas mais competitivo no cenrio globalizado internacional.

    O conceito de desenvolvimento sustentvel surgiu para conciliar o crescimento econmico e a necessidade de se adequar a questo ambiental. O crescente aumento da demanda mundial de energia sinaliza que necessrio diversificar a matriz energtica do planeta. A necessidade de reduzir a dependncia de combustveis fsseis, como o petrleo, confirma a tendncia mundial de investir em fontes renovveis de gerao de energia.

    A energia elica a fonte renovvel de energia que possui atualmente as melhores perspectivas de crescimento da capacidade de gerar energia no mundo. O processo de gerao de energia atravs da fora do vento tem se tornado cada vez mais tcnica e economicamente vivel. O avano e aperfeioamento da tecnologia envolvida em produzir turbinas elicas e aerogeradores reduziram os custos de produo da energia eltrica atravs do vento. Alm disto, a agilidade de instalao ou o tempo de execuo da obra de um parque elico vantajoso quando comparado ao tempo de construo de uma hidreltrica.

    A motivao para este trabalho est relacionada com o grande potencial elico brasileiro ainda pouco explorado. A Bahia tambm possui um alto potencial elico ainda iniciando a ser explorado. Diante do cenrio promissor em investimentos na rea de energia elica na Bahia, torna-se essencial promover e disseminar o conhecimento tcnico da gerao de energia atravs do vento. Alm disto, fundamental discutir polticas pblicas voltadas para o desenvolvimento desta fonte renovvel de energia.

    1.1 Objetivos

    Esta monografia possui trs objetivos. O primeiro fazer um estudo sobre o panorama da energia elica no mundo, no Brasil e na Bahia. Atravs deste estudo,

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    pretende-se avaliar por que vantajoso investir em gerao de energia eltrica atravs da energia elica.

    O segundo objetivo discutir polticas pblicas voltadas para o incentivo de investimentos em energia elica. O setor de energia elica brasileiro vive um momento de investimentos e perspectivas futuras de crescimento. Diante deste cenrio, os rgos pblicos brasileiros necessitam encontrar um equilbrio entre fomentar e regular o avano desta tecnologia.

    O terceiro objetivo utilizar o software WindFarm para tratar dados de medies brutas de vento. Este tratamento ser realizado atravs de um exemplo com dados de medies de vento do prprio software.

    Como objetivo secundrio, ser necessrio realizar um estudo de fundamentao terica sobre o regime dos ventos, a potncia e energia elica, o funcionamento tcnico de turbinas elicas e seus mecanismos de controle.

    1.2 Metodologia

    Para atingir o primeiro objetivo sero realizadas pesquisas em sites de organismos e associaes internacionais de energia elica com o objetivo de levantar dados estatsticos sobre a atual capacidade elica instalada no mundo e seu crescimento. Tambm ser necessrio pesquisar dados estatsticos sobre a capacidade elica instalada e o crescimento desta fonte renovvel no Brasil e na Bahia. Alm disto, sero pesquisados os resultados dos ltimos leiles de energia elica no Brasil. Aps a interpretao destes dados estatsticos, ser feita uma pesquisa em fontes bibliogrficas de energia elica para avaliar as vantagens, desvantagens e os impactos ambientais da gerao de energia elica.

    Com o objetivo de discutir quais so as polticas pblicas e regulamentaes mais eficazes do setor elico ser realizada uma pesquisa sobre quais foram as iniciativas de pases desenvolvidos e em desenvolvimento nesta rea. A pesquisa dever abordar as polticas pblicas, os resultados, os erros, acertos e lies que se pode aprender destes pases. Por fim, sero pesquisadas as polticas pblicas brasileiras e seus resultados.

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    Para realizar o tratamento de medies brutas de vento ser utilizado uma verso demo do software WindFarm. Esta verso demo ser instalada e a parte especfica tratamento de medies de vento ser estudada atravs do tutorial do software. Por fim, dados de medies de vento reais do prprio software sero utilizados para gerar a rosa dos ventos e a distribuio de Weilbull deste exemplo.

    O estudo de fundamentao terica ser baseado num levantamento de referncias bibliogrficas que abordem a gerao de energia elica e, principalmente, contedos como o regime dos ventos, a potncia e a energia elica e o funcionamento tcnico de turbinas elicas. As referncias bibliogrficas sero lidas e os assuntos mais importantes sero resumidos e apresentados em um captulo deste trabalho.

    1.3 Estrutura do Trabalho

    O presente trabalho est dividido em 6 captulos, organizados da seguinte forma:

    O Captulo 2 apresenta um panorama da energia elica no mundo, no Brasil e na Bahia. Inicialmente so apresentados dados estatsticos sobre a atual capacidade instalada de energia elica no mundo e no Brasil. Em seguida, so analisadas informaes sobre investimentos e previses de novos parques elicos nacionais e baianos. Por fim, so apresentadas as vantagens, desvantagens e os impactos scio ambientais relacionados com a energia elica.

    O Captulo 3 consiste num estudo terico sobre como gerar energia elica. Primariamente explicado o mecanismo de gerao dos ventos. Em seguida so descritas as formas como se apresentam a energia e a potncia elica. Tambm feita uma anlise sobre o regime dos ventos incluindo o seu comportamento probabilstico. Ainda neste captulo aborda-se o funcionamento tcnico de turbinas elicas. Por fim, dada uma breve explicao sobre os mecanismos de controle associados a este tipo de gerao.

    O Captulo 4 discutir polticas pblicas voltadas para o incentivo da gerao de energia elica.

    O Captulo 5 apresentar o software WindFarm utilizado para realizar projetos de parques elicos. Neste captulo ser analisado como tratar dados de medies brutas de vento atravs do software.

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    O Captulo 6 comenta os resultados e as concluses obtidas nesta monografia.

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    CAPTULO 2 2 ENERGIA ELICA

    Denomina-se energia elica a energia cintica contida nas massas de ar em movimento, ou seja, o vento. Seu aproveitamento ocorre por meio da converso da energia cintica de translao em energia cintica de rotao, com o emprego de turbinas elicas, para a gerao de eletricidade.

    Assim como a energia hidrulica, a energia elica utilizada h milhares de anos com as mesmas finalidades: bombeamento de gua, moagem de gros e outras aplicaes que envolvem energia mecnica.

    Para a gerao de eletricidade, as primeiras tentativas surgiram no final do sculo XIX, mas somente um sculo depois, com a crise internacional do petrleo na dcada de 1970, que houve interesse e investimentos suficientes para viabilizar o desenvolvimento e aplicao de equipamentos em escala comercial.

    A primeira turbina elica comercial ligada rede eltrica pblica foi instalada em 1976, na Dinamarca. A partir de ento, desenvolvimentos tecnolgicos nos sistemas avanados de transmisso, melhor aerodinmica, estratgias de controle e operao das turbinas, entre outros fatores, tm reduzido custos e melhorado o desempenho e a confiabilidade dos equipamentos. O custo dos equipamentos, que era um dos principais entraves ao aproveitamento comercial da energia elica, reduziu-se significativamente nas ltimas duas dcadas.

    Para que a energia elica seja considerada tecnicamente aproveitvel, necessrio que sua densidade seja maior ou igual a 500 W/m2, a uma altura de 50 m, o que requer uma velocidade mnima do vento de 7 a 8 m/s. Segundo a Organizao Mundial de Meteorologia, em apenas 13% da superfcie terrestre o vento apresenta velocidade mdia igual ou superior a 7 m/s, a uma altura de 50 m. (ANEEL, 2010)

    2.1 A Energia Elica no Mundo

    Estima-se que o potencial elico bruto mundial seja da ordem de 500.000 TWh por ano. Devido, porm, a restries socioambientais, apenas 53.000 TWh (cerca de 10%) so considerados tecnicamente aproveitveis. Ainda assim, esse potencial

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    lquido corresponde a mais de trs vezes o consumo mundial de eletricidade (ANEEL, 2010).

    Os dados estatsticos a seguir comprovam que a energia elica a fonte energtica com as maiores taxas de crescimento em capacidade instalada no mundo. A Figura 2.1 apresenta o crescimento da capacidade instalada no mundo de 2001 at a projeo para 2010. Segundo a WWEA (World Wind Energy Association), o crescimento da capacidade de gerao de energia elica instalada mundial no ano de 2009 foi de 31,7%, o maior crescimento percentual registrado desde 2001. Em 2009, a capacidade instalada de gerao global desta fonte de energia atingiu o marco de 159. 213 MW.

    Figura 2.1 Capacidade total instalada de energia elica no mundo em MW (WWEA, 2009).

    No relatrio anual da WWEA de 2009 destacaram-se os seguintes fatos:

    Se o ritmo de crescimento da energia elica for mantido isto significa que a cada trs anos a capacidade instalada de energia elica dobrar;

    Todas as turbinas elicas instaladas no mundo at 2009 geraram 340 TWh por ano, o equivalente demanda de energia eltrica anual da Itlia, stima potncia econmica mundial. Esta quantidade de energia gerada equivale a apenas 2% do consumo total de energia eltrica do mundo;

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    O setor de gerao de energia elica movimentou um volume de negcios da ordem de 50 bilhes de euros ou 70 bilhes de dlares no ano de 2009. No ano anterior, os investimentos chegaram a 40 bilhes de euros;

    O setor de energia elica empregou 550.000 pessoas em todo o mundo. A expectativa e projees indicam que at o ano de 2012, este segmento de energia renovvel empregar 1 milho de pessoas;

    A China continua se destacando no cenrio internacional de energia elica. O pas adicionou 13.800 MW de capacidade instalada de gerao de energia elica. O ano de 2009 foi o quarto ano que a China mais do que dobrou sua capacidade instalada. O mercado chins foi o maior mercado do mundo em novas turbinas elicas neste ano;

    Os Estados Unidos mantiveram a primeira posio no ranking de potncia elica instalada, seguidos pela China e Alemanha. A China ultrapassou a Alemanha neste ano;

    Em termos de continentes, a sia se destacou com um crescimento de novas instalaes elicas de 40,4%, seguidos pela Amrica do Norte 28,4% e Europa com 27,3%;

    A Amrica Latina apresentou bom crescimento e mais do que dobrou sua capacidade instalada, principalmente devido aos investimentos do Brasil e Mxico na energia elica.

    A Tabela 2.1 apresenta a capacidade de energia elica instalada por Pas nos anos de 2008 e 2009. Observa-se da tabela que pases desenvolvidos como os Estados Unidos, Alemanha e Espanha possuem fortes investimentos tecnolgicos e econmicos em energia elica. importante destacar que a China e a ndia, pases considerados em desenvolvimento, tambm perceberam a importncia de investir na energia gerada pelo vento. A China aparece em segundo lugar no ranking e em apenas um ano mais do que dobrou sua capacidade instalada. Sendo assim, os nmeros comprovam que investir em energia elica uma tendncia mundial e uma excelente oportunidade de negcio.

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    Tabela 2.1 - Capacidade de energia elica instalada por pas (WWEA, 2009) Capacidade de Energia Elica Instalada Por

    Pas (MW) Posio Pas 2009 2008

    1 EUA 35.159 25.237 2 China 26.010 12.210 3 Alemanha 25.777 23.897 4 Espanha 19.149 16.689 5 ndia 10.925 9.587 6 Itlia 4.850 3.736 7 Frana 4.521 3.404 8 Reino Unido 4.092 3.195 9 Portugal 3.535 2.862

    10 Dinamarca 3.497 3.163 Total Mundial 159.213 120.903

    A Figura 2.2 ilustra a porcentagem de fatia de mercado dos principais pases geradores de energia elica. Observa-se deste grfico que os trs primeiros pases que possuem maior capacidade instalada os Estados Unidos, a China e a Alemanha possuem mais do que 50% da capacidade instalada mundial.

    Figura 2.2 Fatia de mercado dos principais pases geradores de energia elica (WWEA, 2009)

    Mesmo com a crise financeira mundial o desenvolvimento do setor de energia elica no recuou no ano de 2009. Governos de vrios pases demonstraram que desejam investir em energia elica e em fontes renovveis de energia com o objetivo de afastar eventuais crises de oferta de energia em seus pases.

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    Alm dos benefcios diretos na microeconomia de um pas, o investimento em energia elica ajuda a estabilizar os preos da gerao de energia elica. Isto ocorre, pois a gerao de energia elica permite a liberao das guas presas em audes consideradas reservas de energia. Quando chove pouco, estas reservas precisam ser maiores e assim o custo final da energia passa a ser maior. Com a gerao de energia elica, ocorre a diminuio das reservas destes audes e isto estabiliza os preos da gerao de energia elica.

    Atravs do grfico apresentado na Figura 2.3 observa-se a taxa anual de crescimento do mercado de energia elica no mundo. Esta taxa de crescimento representa a relao entre a nova capacidade instalada de energia elica e capacidade instalada do ano anterior. O grfico demonstra que desde o ano de 2004 a taxa de crescimento do mercado mundial de energia elica est crescendo. Isto confirma que o crescimento dos investimentos na gerao de energia atravs dos ventos sustentvel.

    Figura 2.3 Taxa anual de crescimento do mercado de energia elica no mundo (WWEA, 2009)

    Atravs da anlise do grfico da Figura 2.4 observam-se os pases que mais cresceram em termos de capacidade instalada em comparao com o ano anterior. Neste grfico pode-se destacar o crescimento do Mxico que quase quadriplicou sua capacidade instalada. A Turquia, China e Marrocos apresentaram crescimento maior do que 100% O Brasil ocupou a quinta posio neste grfico apresentando um aumento de 77,3% de sua capacidade instalada no ano de 2009.

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    Figura 2.4 Os dez pases que apresentaram maior taxa de crescimento no mercado de energia elica (WWEA, 2009)

    As instalaes offshore, ou seja, no mar ou fora da terra, representam uma nova tecnologia da utilizao da energia elica. Embora representem instalaes de maior custo de transporte, instalao e manuteno, as instalaes offshore tm crescido a cada ano principalmente com o esgotamento de reas de grande potencial elico em terra.

    A indstria elica tem investido no desenvolvimento tecnolgico da adaptao das turbinas elicas convencionais para uso no mar. Alm do desenvolvimento tecnolgico, os projetos offshore necessitam de estratgias especiais quanto ao tipo de transporte das mquinas, sua instalao e operao. Todo o projeto deve ser coordenado de forma a utilizarem os perodos onde as condies martimas propiciem um melhor deslocamento e uma instalao com maior segurana (CRESESB, 2010).

    A Tabela 2.2 ilustra o ranking dos principais pases geradores de energia elica offshore. A capacidade instalada offshore continuou a crescer em 2009. At o final deste ano parques elicos no mar podiam ser vistos em 20 pases diferentes. A capacidade total instalada offshore no mundo chegou a 2GW, o que representa 1,2% do total da capacidade elica instalada no mundo. Dentro deste mercado, destacam-se o Reino Unido, a Dinamarca e a Holanda, respectivamente os trs primeiros pases do ranking mundial offshore.

  • 11

    Tabela 2.2 - Capacidade de energia elica offshore instalada por pas (WWEA, 2009)

    Apesar dos nmeros animadores com relao a crescimento da potncia instalada, o consumo de energia elica mundial hoje representa apenas aproximadamente 2% do consumo de eletricidade no planeta. J em pases com histrico de altos investimentos em energia elica este percentual aumenta. O consumo de energia proveniente do vento na Dinamarca, por exemplo, representa 20% da demanda de eletricidade naquele pas. Em Portugal este consumo representa 15%, na Espanha 14% e na Alemanha 9%. Sendo assim, diversas pesquisas apontam que o aproveitamento atual do potencial elico mundial ainda pode ser considerado baixo mesmo com os altos ndices de crescimento. Isto indica que o potencial de crescimento de gerao de energia elica muito grande no s no mundo como no Brasil (CRESESB, 2010).

    2.2 A Energia Elica no Brasil

    No Brasil, os primeiros anemgrafos computadorizados e sensores especiais para energia elica foram instalados no Cear e em Fernando de Noronha (PE), no incio dos anos 1990. Os resultados dessas medies possibilitaram a determinao do potencial elico local e a instalao das primeiras turbinas elicas do Brasil.

    Os primeiros estudos foram feitos na regio Nordeste, principalmente no Cear (CE) e em Pernambuco (PE). Com o apoio da ANEEL (Agncia Nacional de Energia Eltrica) e do Ministrio de Cincia e Tecnologia MCT, o Centro Brasileiro de Energia Elica CBEE, da Universidade Federal de Pernambuco UFPE, publicou em 1998 a primeira verso do Atlas Elico da Regio Nordeste. A continuidade

  • desse trabalho resultou no Panoramaimportante, em mbito nacional, foi publicado pelo CentroEnergia Solar e Elica CRESESB/CEPEL. TrataBrasileiro (CEPEL, 2001).

    O Brasil, considerado um pas em desenvolvimento, possui um excelente potencial elico. At poucos anos, as estimativas de 143,5GW, segundo o CEPEL (Centro de Pesquisas de Energia Eltrica)assim, os diversos levantamentos e estudos realizados e emregionais e nacionais) tm dado suporte e motivadoenergia elica no Pas (ANEEL, 2010)para 50 m de altura atravs da

    Figura 2.5 Mapa Elico

    Ao analisar o Mapa Elico do Brasilexcelente potencial elico. importante observar que o Nordeste possui o maior potencial elico entre as regies brasileiras

    desse trabalho resultou no Panorama do Potencial Elico no Brasilimportante, em mbito nacional, foi publicado pelo Centro de Referncia para

    CRESESB/CEPEL. Trata-se do Atlas do Potencial Elico

    O Brasil, considerado um pas em desenvolvimento, possui um excelente potencial At poucos anos, as estimativas para 50m de altura eram de potencial elico

    de 143,5GW, segundo o CEPEL (Centro de Pesquisas de Energia Eltrica)sos levantamentos e estudos realizados e em andamento (locais,

    regionais e nacionais) tm dado suporte e motivado a explorao comercial da (ANEEL, 2010). possvel observar o Mapa Elico Brasileiro

    de altura atravs da Figura 2.5.

    Mapa Elico Brasileiro dividido por regies (CEPEL, 2001)

    Ao analisar o Mapa Elico do Brasil, observa-se que a regio Nordeste possui um . importante observar que o Nordeste possui o maior

    potencial elico entre as regies brasileiras. Tambm possvel destacar trs 12

    do Potencial Elico no Brasil. Outro estudo de Referncia para

    do Atlas do Potencial Elico

    O Brasil, considerado um pas em desenvolvimento, possui um excelente potencial para 50m de altura eram de potencial elico

    de 143,5GW, segundo o CEPEL (Centro de Pesquisas de Energia Eltrica). Sendo andamento (locais,

    a explorao comercial da possvel observar o Mapa Elico Brasileiro

    (CEPEL, 2001)

    se que a regio Nordeste possui um . importante observar que o Nordeste possui o maior

    . Tambm possvel destacar trs

  • 13

    estados nordestinos como possuidores de excelentes potenciais elicos: Cear, Rio Grande do Norte (RN) e Bahia (BA).

    De fato a primeira turbina elica do Brasil foi instalada em junho de 1992 em Fernando de Noronha, no estado nordestino de Pernambuco. O projeto realizado pelo Grupo de Energia Elica da Universidade Federal de Pernambuco UFPE, com financiamento do Folkecenter, instituto de pesquisas dinamarqus, contemplou a instalao de uma turbina elica de 75KW.

    O estado do Cear iniciou sua atuao no mercado de energia elica em janeiro de 1999 atravs da Central Elica de Taba. Com 5 MW de potncia, foi a primeira central elica a atuar como produtor independente no pas (ANEEL, 2010).

    Alguns estudos mais recentes apontam que para a altura de 100m possvel que o potencial elico brasileiro seja maior em cinco vezes. O estado do Rio Grande do Sul, por exemplo, possui potencial elico de 15,8 GW a 50m de altura. J para 100m de altura este potencial aumenta para 115,2GW, o que representa um aumento de 7,3 vezes o potencial elico deste estado. A Figura 2.6 apresenta a comparao do potencial elico brasileiro a 50m e a 100m de altura. Observa-se nesta comparao que a imagem da direita (100m) possui mais regies em vermelho, ou seja, mais regies com velocidade mdia do vento maior (Soliano, 2009).

    Figura 2.6 Comparao do potencial elico brasileiro a 50m (esquerda) X 100m (direita) (Soliano, 2009)

    Existem atualmente muitos estudos sobre o potencial elico brasileiro a 100m. Dentre estes, se destacam o estudo do potencial elico brasileiro a 100m do CRESESB Centro de Referncia para Energia Solar e Elica e estudos do INPE Instituto Nacional de Pesquisa Espaciais que aponta uma tendncia ao crescimento

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    da densidade de potncia elica entre 10 a 20% para quase toda a regio sul, com exceo da parte centro-sul do Rio Grande do Sul (RS).

    Diversos estados brasileiros esto pesquisando e desenvolvendo seus prprios atlas elicos para a altura de 100m. Atravs da Figura 2.7 possvel observar o aumento considervel na velocidade mdia dos ventos quando se compara ventos a 50m e a 100m de altura em parte da regio Nordeste (Soliano, 2009).

    Figura 2.7 Comparao da velocidade mdia dos ventos a 50m X 100m de altura no Nordeste (Soliano, 2009)

    Outro fator favorvel ao desenvolvimento da energia elica no Brasil e, mais particularmente no Nordeste, a complementaridade dos regimes hdricos e elicos. possvel observar atravs da Figura 2.8 que, enquanto nos quatro primeiros meses do ano de 2005, a vazo de gua do Rio So Francisco alta, a vazo de ventos nestes meses baixa. J nos cinco ltimos meses do ano ocorre o contrrio, a vazo de ventos alta e a vazo de gua no rio baixa.

    Sendo assim, quando for necessrio reduzir a gerao de energia atravs de hidreltricas no nordeste devido ao baixo ndice pluviomtrico em determinadas pocas do ano possvel compensar isto atravs da energia gerada pelos ventos.

    Pode-se observar da Figura 2.8 tambm que nos primeiros meses do ano, quando chove mais, necessrio estocar mais gua para guardar uma reserva de energia para os meses de menos chuva no final do ano. Ainda nos meses iniciais possvel gerar energia elica com

    Alm da complementaridade hdrico-elica, interessante citar o resultado de algumas pesquisas sobre a influncia das mudanas climticas nos regimes hdricos e elicos do Brasil. Alguns estudos apontam que as mudanas climticas podero

  • alterar o regime dos ventos no Brasil aumentando o potencial elico em algumas regies. Por outro lado, as mudanas climticas afetam negativamente os recursos hdricos aumentando as secas e perodomotivo para investir na energia elica

    Figura 2.8 Complementaridade hdrico

    importante citar tambmpouco aproveitado. Apesar do excelente potencial elico brasileiro, a tecnologia elica est apenas comeando e ganhando fora nos (Custdio, 2007). Para efeito de comparao, no392.688 GWh (EPE, 2010). Destes, apenas 0,1% 2010).

    Ainda assim, o Brasil tem avanado significativamente nos ltimos anos e revelacomo um mercado promissor para investimentos no setorConforme citado anteriormente, sranking mundial de capacidade elica instaladaatingiu 600 MW de capacidade instalada. Interessante que o crescimento no a2009 em comparao com o ano anterior foi de 77,3% de capacidade instalada.

    O primeiro leilo de comercializao de energia voltado exclusivamente para fonte elica, realizado no dia 14/12/2009 pelo g

    alterar o regime dos ventos no Brasil aumentando o potencial elico em algumas regies. Por outro lado, as mudanas climticas afetam negativamente os recursos hdricos aumentando as secas e perodos de estiagem. Portanto, este mais um motivo para investir na energia elica (Soliano, 2009).

    Complementaridade hdrico-elica no nordeste brasileiro (Soliano, 2009)

    m que o Brasil possui um grande potencial elico ainda Apesar do excelente potencial elico brasileiro, a tecnologia

    elica est apenas comeando e ganhando fora nos ltimos anos no Brasil . Para efeito de comparao, no ano de 2008, o Brasil consumiu

    . Destes, apenas 0,1% foi oriunda de energia elica

    Ainda assim, o Brasil tem avanado significativamente nos ltimos anos e revelacomo um mercado promissor para investimentos no setor de energia elica. Conforme citado anteriormente, segundo a WWEA, o Brasil ocupou a posio 21 no ranking mundial de capacidade elica instalada em 2009. Neste mesmo anoatingiu 600 MW de capacidade instalada. Interessante que o crescimento no a2009 em comparao com o ano anterior foi de 77,3% de capacidade instalada.

    O primeiro leilo de comercializao de energia voltado exclusivamente para fonte alizado no dia 14/12/2009 pelo governo federal, resultou na contratao de

    15

    alterar o regime dos ventos no Brasil aumentando o potencial elico em algumas regies. Por outro lado, as mudanas climticas afetam negativamente os recursos

    s de estiagem. Portanto, este mais um

    (Soliano, 2009)

    possui um grande potencial elico ainda Apesar do excelente potencial elico brasileiro, a tecnologia

    ltimos anos no Brasil ano de 2008, o Brasil consumiu

    foi oriunda de energia elica (EPE,

    Ainda assim, o Brasil tem avanado significativamente nos ltimos anos e revela-se de energia elica.

    egundo a WWEA, o Brasil ocupou a posio 21 no Neste mesmo ano, o Brasil

    atingiu 600 MW de capacidade instalada. Interessante que o crescimento no ano de 2009 em comparao com o ano anterior foi de 77,3% de capacidade instalada.

    O primeiro leilo de comercializao de energia voltado exclusivamente para fonte ederal, resultou na contratao de

  • 16

    1.805,7 MW, a um preo mdio de venda de R$ 148,39/MWh. Com o leilo, ser viabilizada a construo de um total de 71 empreendimentos de gerao elica em cinco estados das regies Nordeste (NE) e Sul (S). O montante financeiro transacionado em decorrncia do certame alcanar R$ 19,59 bilhes ao final do perodo de vigncia dos contratos de 20 anos.

    Em relao ao preo inicial do leilo, de R$ 189/MWh, o preo mdio final de R$ 148,39/MWh representa um desgio de 21,49%. O leilo de energia elica foi realizado na modalidade de reserva, que se caracteriza pela contratao de um volume de energia alm do que seria necessrio para atender demanda do mercado total do pas. Os 71 empreendimentos que venderam no leilo assinaro contratos de compra e venda de energia com 20 anos de durao, vlidos a partir de 1 de julho de 2012. (EPE, 2010)

    O presidente da Empresa de Pesquisa Energtica (EPE), Mauricio Tolmasquim, fez o seguinte comentrio sobre o primeiro leilo de energia elica: Este leilo mostra que a diferena de preo entre as fontes elica e trmica vem se aproximando e hoje pequena, e, alm disso, que a energia gerada atravs dos ventos uma alternativa interessante, do ponto de vista econmico e ambiental, como complementao gerao hidreltrica.

    Os Leiles de Fontes Alternativas de Energia Eltrica de 2010 (A-3 e Reserva), realizados nos dias 25 e 26 de agosto de 2010, resultaram na contratao de 2.892,2 MW de potncia instalada. Em volume de energia, essa capacidade corresponde a 1.159,4 MWmdios. No geral, foram contratadas 70 centrais elicas, 12 termeltricas biomassa e 7 pequenas centrais hidreltricas (PCHs). Os 89 projetos recebero investimentos de aproximadamente R$ 9,7 bilhes.

    O montante financeiro transacionado nos certames alcanar R$ 26,9 bilhes ao final do perodo de vigncia dos contratos que variam entre 15 anos (biomassa), 20 anos (elica) e 30 anos (PCH) de durao (EPE, 2010).

    importante diferenciar os dois tipos de leiles (A-3 e Reserva) e explicitar qual o objetivo de cada um.

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    Os Leiles de Fontes Alternativas de Energia (LFA) A-3 possuem por objetivo o atendimento s necessidades de mercado das distribuidoras mediante a venda de energia eltrica proveniente de novos empreendimentos de gerao.

    Os Leiles de Compra de Energia Eltrica Proveniente de Novos Empreendimentos de Gerao esto previstos nos pargrafos 5 ao 7 do art. 2 da Lei n 10.848 de 15/03/2004, com redao alterada conforme art. 18 da Lei n11.943 de 28/05/2009, e nos arts. 19 a 23 do Decreto n 5.163, de 30/07/2004.

    O art. 2 da Lei n 10.848/04, dispe que as concessionrias, as permissionrias e as autorizadas de servio pblico de distribuio de energia eltrica do Sistema Interligado Nacional - SIN devem garantir o atendimento totalidade de seu mercado, mediante contratao regulada, por meio de licitao, conforme regulamento. O 11 do mesmo artigo determina que cabe Agncia Nacional de Energia Eltrica - ANEEL a realizao e regulao das licitaes para contratao regulada de energia eltrica, diretamente ou por intermdio da Cmara de Comercializao de Energia Eltrica - CCEE.

    A ANEEL, mediante o Despacho n 1.804/10, publicado no Dirio Oficial em 24/06/10, delegou Cmara de Comercializao de Energia Eltrica - CCEE a realizao do 2 Leilo de Fontes Alternativas (Edital n 07/2010).

    J os Leiles de Energia de Reserva possuem como objetivo aumentar a segurana no fornecimento de energia eltrica ao Sistema Interligado Nacional - SIN, proveniente de usinas especialmente contratadas para este fim.

    A contratao de energia de reserva, viabilizada por meio dos leiles de energia de reserva, tratada no 3 do art. 3 e no art. 3-A da Lei n 10.848, de 15 de maro de 2004, os quais foram regulados pelo Decreto n 6.353/2008.

    A ANEEL, mediante o Despacho n 1.171, de 27.04.2010, delegou a realizao do Leilo 3 Leilo de Energia de Reserva (Leilo n 05/2010) Cmara de Comercializao de Energia Eltrica CCEE. O certame ser realizado em conformidade ao disposto no Edital de Leilo n 05/2010 e em consonncia com a Sistemtica constante na Portaria MME n 483 de 26.04.2010.

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    Atravs da Tabela 2.3 possvel observar que a energia elica obteve destaque no leilo de fontes renovveis de energia.

    Tabela 2.3 Resultado dos Leiles de Fontes Alternativas de 2010 (EPE, 2010)

    Em entrevista coletiva concedida ao final dos dois Leiles, o presidente da Empresa de Pesquisa Energtica, Mauricio Tolmasquim, afirmou que os resultados dos certames propiciaram uma quebra de paradigmas no setor eltrico brasileiro. Primeiro, em funo de a fonte elica ter se constitudo na mais barata entre as negociadas. Segundo, pelo preo competitivo da grande quantidade de energia contratada proveniente de fontes alternativas.

    De fato o preo mdio da energia elica neste ltimo leilo foi de R$ 130,86/MWh enquanto que no leilo anterior foi de R$ 148,39/MWh. Observa-se assim um decrscimo considervel em apenas oito meses aproximadamente. Alm disto, a diminuio do preo do MWh torna a energia elica mais competitiva economicamente quando comparada a outras fontes de gerao de energia como as termoeltricas (EPE, 2010).

    A Tabela 2.4 apresenta as usinas elicas em funcionamento no Brasil em 2009. Observa-se nesta tabela a predominncia de usinas elicas na regio nordeste do pas. Das 33 usinas elicas em funcionamento 24 esto localizadas no nordeste. Tambm possvel destacar o estado do Rio Grande do Sul que possui apenas trs usinas elicas em funcionamento, porm cada um destes parques tem a potncia de 50 kW representando uma fatia considervel do mercado elico brasileiro.

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    Tabela 2.4 Usinas elicas em funcionamento no Brasil em 2009 (CRESESB, 2010)

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    2.3 A Energia Elica na Bahia

    Segundo o Atlas do Potencial Elico do Estado da Bahia, desenvolvido pela Coelba, a Bahia possui um potencial elico de 5,6 GW, o que possibilita uma gerao anual estimada de 12,32 TWh/ano para ventos com velocidade mdia anual de 7 m/s a uma altura de 50m. Para uma altura de 70m, o potencial elico eleva-se para 14,46 GW, o que possibilita uma gerao anual de 31,9 TWh/ano para ventos com velocidade mdia anual de 7 m/s. A Tabela 2.5 ilustra estes dados estatsticos.

    Tabela 2.5 Potencial elico da Bahia a 50m e a 70m de altura (Coelba, 2002)

    A Figura 2.9 ilustra o potencial elico da Bahia a 50m e a 70m de altura. Observa-se que a velocidade mdia dos ventos cresce consideravelmente quando a altura se eleva 20m. Existem estudos em andamento que iro determinar o potencial elico da Bahia para 100m. Existe a expectativa que o potencial elico baiano possa ser multiplicado por 5 vezes chegando a 28 GW.

    Observa-se tambm na Figura 2.9 que a Bahia possui determinadas reas mais promissoras no sentido de gerar energia atravs do vento. Ao observar o mapa elico a 70m de altura destaca-se a regio do litoral baiano e tambm a regio da Chapada Diamantina (Coelba, 2002).

    A regio da Chapada Diamantina possui picos de velocidade mdia dos ventos considerveis e destacados no mapa elico atravs da cor vermelha. A maioria dos novos empreendimentos de parques elicos na Bahia est surgindo justamente nesta regio. Isto poder levar ao desenvolvimento scio econmico da regio ampliando ofertas de emprego.

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    Figura 2.9 Potencial elico da Bahia a 50m e a 70m de altura (Coelba, 2002)

    J a Figura 2.10 ilustra o potencial elico sazonal do estado da Bahia. Pode-se inferir desta figura que nas estaes do inverno da primavera possvel gerar mais energia elica do que no vero e no outono.

    O potencial sazonal do estado da Bahia um exemplo da complementaridade hdrico-elico do nordeste brasileiro. Conforme j mencionado, enquanto no vero e no outono chove mais e as hidreltricas esto com seus audes cheios de gua, o volume de ventos menor. J no inverno e na primavera os ventos so mais fortes e o volume de gua pluvial diminui, reduzindo a quantidade de gua nos audes.

    A complementaridade hdrico-elico do nordeste brasileiro favorece o sistema eltrico como um todo. Investir em energia elica reduz os custos de energia, estabiliza preos a nveis aceitveis, reduz incertezas de mercado e traz os riscos do sistema a patamares tradicionalmente aceitveis. Isto ocorre, pois parte da reserva estratgica de gua que deveria ser guardada para o futuro passa a ser utilizada na gerao imediata j que parte da energia gerada pode ser a energia elica.

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    Figura 2.10 Potencial elico sazonal do estado da Bahia (Coelba, 2002)

    O estado da Bahia, apesar de possuir na regio da Chapada Diamantina uma excelente oportunidade de gerar energia elica, possui previses de inaugurar seu primeiro parque elico apenas em outubro de 2011.

    O primeiro parque elico da Bahia tem previso de iniciar as obras em maio de 2010 e provavelmente estar em operao at outubro de 2012. O empreendimento do grupo Desenvix prev instalao de trs usinas com capacidade total de gerao de 90 MW, energia suficiente para abastar uma cidade do porte de Feira de Santana. Orado em R$ 400 milhes, o parque elico de Brotas de Macabas, na Chapada Diamantina, dever gerar 300 empregos diretos no perodo de construo previsto para 18 meses e mais 50 empregos diretos durante a operao do parque.

    Segundo o vice-presidente da Desenvix, Jos Antunes Sobrinho, o investimento possui previso de retorno aps o stimo ano de operao e dever ter uma vida til de 30 anos.

    Com a implantao do empreendimento, o Estado da Bahia iniciou o aproveitamento do potencial elico do seu territrio, terceiro maior do pas, e no incremento da gerao de energia de matriz limpa.

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    Apesar de estudiosos da rea apontarem que a energia elica chega um pouco tardia na Bahia, o estado possui vrios empreendimentos previstos para o futuro prximo. O Leilo de Energia de Reserva Elica realizado pelo EPE (Empresa de Pesquisa Energtica) contemplou 18 projetos de parques elicos para a Bahia.

    A anlise da Tabela 2.6 mostra que do total de 71 projetos previstos para parques elicos no Brasil no Leilo de Energia de Reserva Elica realizado pelo EPE (Empresa de Pesquisa Energtica) no dia 14/12/2009, a regio Nordeste foi contemplada com 63 projetos, ou 88,7% dos projetos. A Bahia conseguiu viabilizar 18 projetos, ou 25,4% do total de projetos. A previso que estes 18 projetos possuam a capacidade de gerar 390MW no estado baiano aproximadamente 10% da capacidade instalada total do estado (EPE, 2010).

    Tabela 2.6 Estatstica por estado do resultado do primeiro Leilo de Energia de Reserva Elica do Brasil (EPE, 2010)

    Atravs da Tabela 2.7 conclui-se que o total de investimento financeiro previsto para que a Bahia viabilize estes 18 projetos de R$ 1.681.194.020,00 reais. A empresa que mais conseguiu aprovar projetos elicos na Bahia neste leilo foi a Renova Energia com 14 dos 18 projetos.

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    Tabela 2.7 Informaes sobre os empreendimentos baianos do resultado do primeiro Leilo de Energia de Reserva Elica do Brasil (EPE, 2010)

    Com relao ao ltimo Leilo de Energias Alternativas realizado nos dias 24 e 25 de agosto de 2010, a Bahia tambm obteve um papel de destaque. Neste leilo, foram contemplados com os empreendimentos negociados os estados da Bahia (587,4 MW), Cear (150 MW), Gois (191 MW), Minas Gerais (21 MW), Mato Grosso do Sul (126 MW), Mato Grosso (20,6 MW), Paran (19 MW), Rio Grande do Norte (1.064,6 MW), Rio Grande do Sul (245,8 MW), Santa Catarina (29,9 MW), So Paulo (356,9 MW) e Tocantins (80 MW). Sendo assim, observa-se que a Bahia ficou na segunda posio em capacidade que ser instalada, atrs apenas do Cear.

    Este ltimo leilo de energia foi divido em duas etapas. Na primeira etapa foram contratadas 50 usinas elicas, das quais 6 se localizaro na Bahia. O estado baiano ficou com 326,4 MW divididos entre trs empresas a Chesf, a Iberdrola e a Brennand Energia.

    Na segunda etapa, foram contemplados 20 empreendimentos de energia elica. Destes 20 projetos, a Bahia obteve o maior nmero de absoluto de parques elicos: 10 projetos. Outros 9 projetos foram para o Rio Grande do Norte e um projeto para o Rio Grande do Sul. Em termos de capacidade instalada, a Bahia ficou com mais 261 MW. Nesta segunda parte do leilo a Renova Energia mais uma vez se destacou com a aprovao de 6 dos 10 novos parques elicos da Bahia.

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    Comparando os nmeros dos dois ltimos leiles de energia alternativas no Brasil, observa-se que o estado da Bahia avanou significativamente. A Bahia havia aprovado no primeiro leilo 18 projetos totalizando 390 MW. No segundo leilo o estado baiano aprovou 16 projetos com capacidade instalada de 587,64 MW (EPE, 2010).

    Sendo assim, observa-se que a Bahia apesar de estar iniciando a construo de seu primeiro parque elico possui altos investimentos no segmento da energia elica. importante citar que os projetos dos parques elicos aprovados devero estar em funcionamento at 2013. Portanto, o volume de recursos citados ser investido nos prximos trs anos.

    2.4 Vantagens e Desvantagens

    Os nmeros promissores de investimentos na rea de energia elica so justificados devido s vantagens de gerar energia atravs dos ventos. As principais vantagens de utilizar energia elica como fonte de gerao de energia eltrica, principalmente no Brasil, so:

    A energia elica uma fonte renovvel de energia. Para o Brasil se desenvolver economicamente necessrio possuir um sistema de gerao de energia eltrica constante e confivel a mdio e longo prazo. Por ser uma fonte renovvel de energia, ou seja, uma forma de energia obtida de fontes naturais capazes de se regenerar e que teoricamente inesgotvel, investir em energia elica mais vantajoso em longo prazo do que investir em petrleo, que uma fonte esgotvel de energia;

    A energia elica uma fonte de energia limpa. A questo ambiental hoje pressiona o governo brasileiro a investir menos em hidreltricas, a principal fonte de gerao de energia brasileira. A energia elica minimiza muito os impactos ambientas, tornando-se assim, uma excelente oportunidade de investimento em gerar energia e diminuir a agresso ao meio ambiente;

    Investir em energia elica ajudar o Brasil a diversificar sua matriz energtica. De toda energia gerada no Brasil no ano de 2008, 73,1% era proveniente de energia hidrulica. Depender muito de energia hidrulica pode ser um problema. Em pocas hidraulicamente desfavorveis (secas), as disponibilidades hidroeltricas podem ser insuficientes para o atendimento

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    demanda. Nestes momentos, necessrio complementar as necessidades energticas com a gerao de usinas trmicas (aproximadamente 15% da capacidade instalada brasileira) que so utilizadas, no Brasil, como geradores reserva para situaes hidrulicas crticas, como durante a crise energtica de 2001 e o racionamento de 2002. Sendo assim, investir em energia elica ajudar o Brasil a diversificar sua matriz energtica e muito melhor ambientalmente do que acionar termoeltricas;

    O regime de vento no nordeste brasileiro complementar ao regime de chuvas. Estudos realizados no nordeste indicam que os regimes sazonais elico e pluviomtrico so complementares. O vento e a gua alternam-se, garantindo um suprimento de energia contnuo e confivel, cujos benefcios ultrapassam a regio, estendendo-se a todo o pas. A regio Nordeste pode se transformar em possvel exportadora de energia para as regies vizinhas, caso exista um alto investimento em energia elica nesta regio;

    A construo e manuteno de parques elicos geram emprego e renda para o pas e para a regio do parque. Para ilustrar esta vantagem possvel utilizar o exemplo do primeiro parque elico da Bahia. Orado em R$ 400 milhes, o parque elico de Brotas de Macabas, na Chapada Diamantina, dever gerar 300 empregos diretos no perodo de construo previsto para 18 meses e mais 50 empregos diretos durante a operao do parque;

    Os parques elicos podem ser instalados rapidamente. Parques elicos com, por exemplo, 50MW podem ser postos em operao em menos de um ano aps o contrato. O tempo de construo de uma hidreltrica de mesmo porte consideravelmente maior;

    Permite que o terreno ocupado pelos parques elicos seja utilizado para outras finalidades como atividades agrcolas.

    A energia elica tambm possui desvantagens. As principais desvantagens de gerar energia atravs dos ventos so:

    Devido natureza estocstica do regime dos ventos, a energia eltrica gerada por usinas elicas inconstante. Ou seja, nem sempre a usina elica estar gerando energia, s haver gerao de energia se houver vento;

    Gerar energia atravs do vento possui controle reduzido, uma vez que no se tem controle sobre a fonte primria de energia, ou seja, o vento. Estas

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    variaes na potncia eltrica gerada se traduzem em variaes na tenso em pontos do sistema eletricamente prximos usina o que pode gerar problemas ao sistema eltrico. Um destes problemas a introduo de freqncias harmnicas indesejveis na rede;

    O preo do MW/h gerado por energia elica mais caro do que outras fontes de energia. Segundo a revista Veja de 28 de Abril de 2010, o MW/h gerado por energia elica custa 148 reais. Para efeito de comparao, a mesma fonte afirma que o MW/h gerado por Hidreltrica custa 78 reais. J o MW/h gerado por energia solar custa 434 reais e o MW/h gerado por energia nuclear custa 150 reais;

    Poluio visual; Emisso de rudos devido ao funcionamento mecnico das turbinas elicas e

    ao efeito aerodinmico;

    Observa-se que apesar das desvantagens envolvidas em utilizar a energia elica, as vantagens compensam muito as desvantagens. Este um dos motivos principais do alto crescimento de investimentos na rea de energia elica.

    2.5 Impactos Socioambientais

    A gerao de energia eltrica por meio de turbinas elicas constitui uma alternativa para diversos nveis de demanda. As pequenas centrais podem suprir pequenas localidades distantes da rede, contribuindo para o processo de universalizao do atendimento. Quanto s centrais de grande porte, estas tm potencial para atender uma significativa parcela do Sistema Interligado Nacional (SIN) com importantes ganhos: contribuem para a reduo da emisso, pelas usinas trmicas, de poluentes atmosfricos; diminuindo a necessidade da construo de grandes reservatrios; e reduzindo o risco gerado pela sazonalidade hidrolgica, com base na complementaridade citada anteriormente.

    Entre os principais impactos socioambientais negativos das usinas elicas destacam-se os sonoros e os visuais. Os impactos sonoros so devidos ao rudo dos rotores e variam de acordo com as especificaes dos equipamentos. As turbinas de mltiplas ps so menos eficientes e mais barulhentas que os aerogeradores de hlices de alta velocidade. A fim de evitar transtornos populao

  • 28

    vizinha, o nvel de rudo das turbinas deve atender s normas e padres estabelecidos pela legislao vigente.

    Os impactos visuais so decorrentes do agrupamento de torres e aerogeradores, principalmente no caso de centrais elicas com um nmero considervel de turbinas, tambm conhecidas como fazendas elicas. Os impactos variam muito de acordo com o local das instalaes, o arranjo das torres e as especificaes das turbinas. Apesar de efeitos negativos, como alteraes na paisagem natural, esses impactos tendem a atrair turistas, gerando renda, emprego, arrecadaes e promovendo o desenvolvimento regional (ANEEL, 2010).

  • 29

    CAPTULO 3 3 FUNDAMENTAO TERICA

    O Captulo 3 consiste num estudo terico sobre como gerar energia elica. Primariamente explicado o mecanismo de gerao dos ventos. Em seguida so descritas as formas como se apresentam a energia e a potncia elica. Tambm feita uma anlise sobre o regime dos ventos incluindo o seu comportamento probabilstico. Ainda neste captulo aborda-se o funcionamento tcnico de turbinas elicas. Por fim, dada uma breve explicao sobre os mecanismos de controle associados a este tipo de gerao.

    3.1 Geraes do Vento

    O vento o ar em movimento provocado pelo aquecimento desigual da terra. O aquecimento diferenciado da atmosfera provoca gradientes de presso atmosfrica que so responsveis por movimentos da massa de ar.

    A terra recebe uma grande quantidade de energia procedente do Sol. Em alguns lugares especficos esta energia pode chegar a 2000 kW/m2. Aproximadamente 2% desta energia se converte em energia elica capaz de proporcionar uma energia da ordem de 1017 kW (Dez, 2010).

    As principais causas de origem dos ventos so: a radiao solar que mais forte no equador do que nos plos, o movimento de rotao da terra e as perturbaes atmosfricas.

    As regies prximas Linha do Equador, que recebem os raios solares quase que perpendicularmente, so mais aquecidas do que as regies polares. Conseqentemente, o ar quente que se encontra nas baixas altitudes das regies tropicais tende a subir, sendo substitudo por uma massa de ar mais frio que se desloca das regies polares. O deslocamento de massas de ar determina a formao dos ventos. A Figura 3.1 a seguir apresenta esse mecanismo de circulao geral do vento.

  • 30

    Figura 3.1 Formao dos ventos devido ao deslocamento de massas de ar (Dez, 2010)

    Existem locais no globo terrestre nos quais os ventos jamais so interrompidos, pois os mecanismos que os produzem (aquecimento no Equador e resfriamento nos plos) esto sempre presentes na natureza. So chamados de ventos planetrios ou constantes e podem ser classificados em:

    Alsios - ventos que sopram dos trpicos para o Equador, em baixas altitudes; Contra-Alsios - ventos que sopram do Equador para os plos, em altas

    altitudes; Ventos do Oeste - ventos que sopram dos trpicos para os plos; Polares - ventos frios que sopram dos plos para as zonas temperadas.

    Existem ainda as circulaes secundrias de vento que ocorrem se os centros de alta ou baixa presso so causados pelo aquecimento ou resfriamento da atmosfera inferior. So exemplos de circulaes secundrias: furaces, mones e ciclones extratropicais (CRESESB, 2010).

    Os furaces so ciclones tropicais com a velocidade do vento na superfcie acima de 80 m/s. Eles ocorrem mais freqentemente nos meses do final do vero e incio do outono. Derivam sua energia do calor latente liberado pela condensao do vapor dgua e tm dimetros normalmente de algumas centenas de quilmetros e espessura da atmosfera alcanando em torno de dez quilmetros.

    Mones ocorrem principalmente na sia e so causados por diferenas de presso devido ao considervel aquecimento do continente no vero, que cria uma zona de baixa presso; e o esfriamento no inverno que cria uma zona de alta presso em todo o continente. Produzem fortes fluxos de ar entre o continente e o mar.

  • 31

    Os ciclones extratropicais so produzidos tanto pela ao mecnica das barreiras montanhosas sobre correntes atmosfricas em larga escala, quanto pela interao das massas de ar durante uma frente. As primeiras so permanentes, enquanto que as segundas tm durao curta, limitada passagem da frente.

    Por fim, existem as circulaes tercirias de vento ou ventos regionais. Estas circulaes de vento so em pequena escala caracterizadas por ventos locais. O conhecimento destas circulaes tercirias importante para locais com potencial de converso de energia elica (Custdio, 2007).

    Alguns exemplos conhecidos de circulaes tercirias so: as brisas martimas e terrestre, ventos em vales e montanhas, nevoeiros, temporais e tornados.

    As brisas martimas e terrestres so circulaes de ar que ocorrem em reas costeiras quando as diferenas trmicas entre a terra e a gua so suficientemente grandes. importante citar que se houverem ventos associados com escalas de circulaes maiores, os efeitos da brisa podem no ser percebidos ou mesmo inibidos.

    As caractersticas topogrficas de uma regio tambm influenciam o comportamento dos ventos uma vez que, em uma determinada rea, podem ocorrer diferenas de velocidade, ocasionando a reduo ou acelerao na velocidade do vento. Alm das variaes topogrficas e de rugosidade do solo, a velocidade tambm varia seu comportamento com a altura.

    Tendo em vista que a velocidade do vento pode variar significativamente em curtas distncias (algumas centenas de metros), os procedimentos para avaliar o local, no qual se deseja instalar turbinas elicas, devem levar em considerao todos os parmetros regionais que influenciam nas condies do vento (CRESESB, 2010). Entre os principais fatores de influncia no regime dos ventos destacam-se:

    A variao da velocidade com a altura; A rugosidade do terreno, que caracterizada pela vegetao, utilizao da

    terra e construes; Presena de obstculos nas redondezas; Relevo que pode causar efeito de acelerao ou desacelerao no

    escoamento do ar.

  • 32

    3.2 Energia e Potncia Elica

    A energia elica a energia cintica do ar em movimento, o vento.

    O vento varia constantemente, tanto na velocidade de escoamento quanto na direo do seu deslocamento. Para seu aproveitamento energtico, h necessidade de estudar seu comportamento espacial e temporal.

    Figura 3.2 Fluxo de ar fluindo atravs de um cilindro (Mathew, 2006)

    Considere um fluxo de ar, movendo-se velocidade v, perpendicular seo transversal de um cilindro imaginrio, conforme observado na Figura 3.2. A energia cintica da massa de ar m, movendo-se velocidade v :

    = . (3.1) na qual E energia cintica [J], m massa de ar [Kg] e v velocidade da massa de ar em movimento (vento) [m/s].

    A potncia P disponvel no vento definida como a derivada da energia no tempo, dada por:

  • 33

    = = .

    (3.2)

    na qual P a potncia disponvel pelo vento [W], E energia cintica do vento [J], t tempo [s], m o fluxo de massa de ar [kg/s] e v a velocidade do vento [m/s].

    O fluxo de massa dado por:

    = . . (3.3) na qual m o fluxo de massa de ar [kg/s], v a velocidade do vento [m/s] e A a rea da seo transversal [m2] (Custdio, 2007).

    Sendo assim, substituindo a equao (3.3) em (3.2) tem-se que:

    = . . (3.4) na qual as variveis j foram definidas anteriormente.

    A equao (3.4) uma das equaes mais importantes para a anlise da energia elica e pode ser descrita por unidade de rea definindo, desta forma, a densidade de potncia DP:

    = = . 3 (3.5) A partir da equao (3.5) pode-se chegar a seguinte equao:

    = . . 3 (3.6) A partir da equao (3.6) pode-se concluir que os fatores que influenciam na potncia disponvel no vento so a rea do rotor elico, a densidade do ar e a velocidade do vento. A rea do rotor elico fixa. A densidade do ar e a velocidade do vento podem variar.

    A densidade do ar pode ser expressa como:

    ,

    !"#$

    !,%

    &, ' ( (3.7)

    na qual Z a altitude do local em m e T a temperatura ambiente em C.

  • 34

    Sendo assim, a densidade do ar decresce com o aumento da altitude e tambm decresce com o aumento da temperatura. Porm, para a maioria dos casos prticos possvel considerar que a massa especfica do ar 1,225 Kg/cm2 (Custdio, 2007).

    A partir da expresso (3.6) observa-se tambm que a potncia disponvel no vento proporcional ao cubo da velocidade que ele apresenta. Desta forma, um vento com velocidade 10% superior apresenta 33% mais de potncia disponvel, mantidas as demais condies constantes.

    O grfico da Figura 3.3 mostra a variao da potncia disponvel no vento em funo da velocidade do mesmo, considerando-se a massa especfica do ar constante.

    Figura 3.3 Grfico da variao da potncia disponvel no vento com a velocidade (Custdio, 2007)

  • 35

    3.3 O Vento

    A velocidade instantnea do vento descrita como um valor mdio acrescido de uma flutuao. Sendo assim, pode-se expressar a velocidade instantnea do vento como segue:

    = )* + , (3.8) na qual V. a velocidade mdia do vento e v, uma pequena flutuao. Na prtica, para algumas aplicaes, leva-se em considerao apenas a intensidade da velocidade mdia. A maioria dos instrumentos de medio, devido a sua configurao, filtra as flutuaes e fornecem somente o valor da velocidade mdia (Custdio, 2007).

    3.3.1 A Velocidade do Vento

    A velocidade do vento varia ao longo do dia, do ano e at ao longo dos anos. Sua variao temporal a principal caracterstica a ser determinada.

    Para se obter um bom conhecimento do regime dos ventos no suficiente analisar dados de apenas um ano, mas sim avaliar o comportamento do vento ao longo de anos. Quanto maior o tempo de medio do vento, maior a confiabilidade dos dados. Na grande maioria dos casos pode haver uma variao de at 10% entre o valor mdio anual e a mdia ao longo do dos anos da velocidade do vento. A Figura 3.4 mostra um grfico de mdias de vento durante 32 anos na cidade de Oklahoma, nos Estados Unidos.

  • 36

    Figura 3.4 Variao da velocidade mdia do vento durante anos (Custdio, 2007)

    Ao longo de um ano o vento tambm varia, esta variao sazonal e est relacionada com o aquecimento no uniforme da superfcie terrestre. A Figura 3.5 mostra um grfico com a mdia mensal da velocidade do vento durante um ano.

    Figura 3.5 Variao mensal da velocidade mdia do vento (Mathew, 2006)

    O vento tambm apresenta variaes de mdia de velocidade horrias ao longo do dia. A Figura 3.6 apresenta um grfico com a velocidade mdia horria durante o dia da localidade de Paiol, Santa Vitria do Palmar, RS. interessante notar que o pico

  • 37

    da velocidade mdia do vento ocorre s 18h, justamente num horrio em que existe pico de demanda de consumo de energia.

    Figura 3.6 Variao da velocidade mdia do vento durante diferentes horas de um dia (Custdio, 2007)

    O vento tambm apresenta variaes de curta durao. A princpio estas variaes no interferem no aproveitamento do potencial elico. Caso estas variaes de curta durao sejam rajadas de vento fortes podem interferir na integridade da estrutura do sistema elico e conseqentemente, gerar distrbios que merecem anlise mais cuidadosa (Mathew, 2006).

    3.3.2 Comportamento Probabilstico do Vento

    O vento apresenta variaes importantes e no determinsticas. Seu estudo feito por meio de anlise probabilstica.

    O vento tem uma caracterstica estocstica e sua velocidade uma varivel aleatria contnua. Assim, para facilitar a anlise e tratamento dos dados de medies de vento torna-se necessrio discretizar estes dados. Os dados de velocidade do vento so divididos em faixas de 1m/s, padro atualmente usado de forma generalizada nos estudos relacionados energia elica. A Tabela 3.1 ilustra a discretizao e organizao dos dados na forma de freqncia de distribuio.

    Geralmente as medies de vento so realizadas em estaes anemomtricas que medem continuamente e registram a velocidade mdia do vento em perodos discretos que podem ser de horas ou minutos. Para objetivos de avaliar o potencial

  • 38

    elico de uma determinada regio esse perodo de 10 minutos normalmente (Custdio, 2007).

    Tabela 3.1 Tabulao dos dados de vento na forma de freqncia de distribuio ou discretizados (Santana, 2009)

    Na Figura 3.7 apresentado um grfico com os histogramas das freqncias de distribuio da velocidade do vento, obtido atravs da Tabela 3.1.

    Figura 3.7 Freqncia de distribuio da velocidade do vento (Santana, 2009)

  • 39

    A velocidade mdia do vento no perodo em estudo pode ser obtida atravs da seguinte expresso:

    ) = 0 2034 (3.9) na qual vi a velocidade do vento registrada em m/s, n o nmero de registros [adimensional] e i a identificao do registro.

    A distribuio da velocidade do vento pode ser representada por uma funo de densidade de probabilidade f(v). Desta forma, a velocidade mdia dada por:

    ) = 5 6()9:; (3.10) onde v a velocidade do vento em m/s.

    A funo densidade de probabilidade mais adequada distribuio do vento a funo de Weibull, dada pela seguinte expresso:

    6() = @A$

    B (3.11)

    onde v a velocidade do vento em m/s, c o fator de escala em m/s e k o fator de forma adimensional (Custdio, 2007).

    A funo de Weibull mostrada graficamente na Figura 3.8 para valores de v=5.01 m/s, c=5.55 m/s e k=3.64. A sobreposio com a distribuio real da velocidade do vento mostra sua boa aderncia.

  • 40

    Figura 3.8 Representao grfica das distribuies de velocidades do vento e da funo de Weibull (Dutra, 2001)

    O fator de escala c est relacionado com a velocidade mdia do vento no local, sendo expresso em unidades de velocidade. J o fator de forma k, est relacionado com a varincia da velocidade do vento em torno da velocidade mdia, ou seja, representa a forma de funo de distribuio da velocidade do vento.

    Na Figura 3.9 observam-se vrias curvas de Weibull para diferentes parmetros de forma k, com o mesmo fator de escala c. Observa-se que a variao deste fator altera de maneira significativa a forma grfica da funo. Para alguns fatores k especficos, a funo de Weibull passa a representar outra funo conhecida de densidade de probabilidade como, por exemplo, para k=2 a distribuio de Rayleigh. Esta distribuio para k=2 normalmente utilizada em estudos preliminares, onde no se conhece o perfil do vento, pois apenas o conhecimento da velocidade mdia do vento no suficiente para a determinao da sua freqncia de distribuio (Custdio, 2007).

  • 41

    Figura 3.9 Funo de distribuio de Weibull para alguns valores diferentes de k (Dutra, 2001)

    3.3.3 Determinao da Funo de Weibull

    A funo densidade de probabilidade de Weibull, j vista, representa adequadamente a distribuio da velocidade do vento no local e dada pela seguinte expresso:

    6() = @A$

    B (3.11)

    na qual v a velocidade do vento em m/s, c o fator de escala em m/s e k o fator de forma adimensional.

    Para a obteno da funo de Weibull especfica para um determinado local faz-se necessrio o conhecimento dos parmetros da funo de Weibull. Dois mtodos sero apresentados a seguir.

    3.3.3.1 Mtodo Desvio Padro

    A velocidade mdia do vento V, citada anteriormente, expressa por:

    ) = 5 6()9:; (3.10) Para a distribuio de Weibull a velocidade mdia V pode ser expressa em termos da chamada distribuio Gamma :

    ) = C(1 +

  • 42

    ou o fator de forma c de Weibull dado por:

    C = FG ( '#B ) (3.13)

    A funo Gamma uma conhecida funo matemtica, tambm chamada de funo integral exponencial. Nos estudos de energia elica ela muito utilizada, como funo do fator de forma k de Weibull.

    O desvio padro dos dados de vento dado pela expresso:

    H = I5 ( ))6()9):; (3.14)

    que pode ser relacionada com a funo Gamma, como:

    H = cI 1 + L$ (1 + L) (3.15)

    Sendo assim, manipulando algebricamente as duas equaes acima se pode obter a seguinte relao:

    MF =

    G ( ' N )G ( ' # N )

    1 (3.16)

    Assim, podem-se determinar os valores de 2/V2 para cada valor realista de k, por meio de processo iterativo (Custdio, 2007).

    Atravs do grfico, por ajuste de curva, possvel estabelecer uma relao para o fator de forma de Weibull dado por:

    O = MP$>,;Q&

    (3.17)

    3.3.3.2 Mtodo dos Mnimos Quadrados

    A partir da funo de densidade de probabilidade de Weibull possvel obter a correspondente funo de distribuio acumulada, definida como:

    R() = 5 f(v)d(v)U>: (3.18)

  • 43

    Como v0, tem-se que:

    R() = 5 f(v)d(v)U; (3.19)

    Resolvendo-se a integral acima se pode obter a expresso da funo de distribuio acumulada de Weibull:

    R() = 1 e>WX$N (3.20) na qual v a velocidade do vento em m/s, c o fator de escala de Weibull em m/s e k o fator de forma de Weibull adimensional. A equao acima pode ser convertida para uma expresso linear da seguinte forma:

    1 R() = 1/e>WX$N (3.21) Manipulando algebricamente a equao acima se pode chegar a seguinte equao linear:

    Z = ln ]^[ >`()] , b = ln , c = O, d = O. ln C (3.22)

    Neste caso, a reta interpolatriz (y= ax + b) pode ser obtida utilizando o mtodo dos mnimos quadrados (Custdio, 2007).

    Encontrando os parmetros a e b a partir do mtodo dos mnimos quadrados encontram-se os parmetros k e c.

    3.3.4 A Direo do Vento

    Como o vento varia tambm em direo, deve-se estudar este seu comportamento. Normalmente, as direes so divididas em setores, de 30 por exemplo, onde so feitos os estudos do comportamento do vento. Assim, determina-se a rosa dos ventos, que pode ser representada graficamente conforme a Figura 3.10.

  • Figura 3.10 Rosa dos ventos com setores de 30

    A Figura 3.10(a) apresenta a predominncia do vento em cada direo (setor), representada em percentual das ocorrclaramente a predominncia do setor situado entre 15 e 45, normalmente denominado de setor 30 (direo central do setor).

    A Figura 3.10(b) mostra a velocidade mdia do vento, em m/s, em cada setor de 30. Verifica-se que a maior mdia tambm no setor 30.

    No projeto de uma usina elica devecada setor para a realizao dos estudos do serem instaladas e da produo de energia esperada

    3.3.5 Medies de Vento

    O comportamento do vento decorreta do desempenho das mquinas e para o projeto do parque elico. Este estudo dever ser rigoroso e com qualidadevento, por exemplo, pode representar um erro de 33% na previso de energia gerada.

    A principal metodologia de estimativa do potencial elico baseada em medies de vento realizadas no local em estudo. O perodo de medio deve ser suficientemente longo para cobrir as variaes meteorolgicas na regio, o que obtido com perodos de, pelo menos,

    Rosa dos ventos com setores de 30 (Custdio, 2007)

    a) apresenta a predominncia do vento em cada direo (setor), representada em percentual das ocorrncias totais. No exemplo, percebeclaramente a predominncia do setor situado entre 15 e 45, normalmente denominado de setor 30 (direo central do setor).

    (b) mostra a velocidade mdia do vento, em m/s, em cada setor de 30. se que a maior mdia tambm no setor 30.

    No projeto de uma usina elica deve-se identificar o comportamento do vento em cada setor para a realizao dos estudos do desempenho das turbinas elicas a serem instaladas e da produo de energia esperada (Custdio, 2007)

    O comportamento do vento deve ser estudado e compreendido correta do desempenho das mquinas e para o projeto do parque elico. Este estudo dever ser rigoroso e com qualidade pois um erro de 10% nas medies de vento, por exemplo, pode representar um erro de 33% na previso de energia

    l metodologia de estimativa do potencial elico baseada em medies de vento realizadas no local em estudo. O perodo de medio deve ser suficientemente longo para cobrir as variaes meteorolgicas na regio, o que obtido com perodos de, pelo menos, um ano.

    44

    (Custdio, 2007)

    a) apresenta a predominncia do vento em cada direo (setor), ncias totais. No exemplo, percebe-se

    claramente a predominncia do setor situado entre 15 e 45, normalmente

    (b) mostra a velocidade mdia do vento, em m/s, em cada setor de 30.

    se identificar o comportamento do vento em desempenho das turbinas elicas a

    (Custdio, 2007).

    ve ser estudado e compreendido para a anlise correta do desempenho das mquinas e para o projeto do parque elico. Este

    pois um erro de 10% nas medies de vento, por exemplo, pode representar um erro de 33% na previso de energia

    l metodologia de estimativa do potencial elico baseada em medies de vento realizadas no local em estudo. O perodo de medio deve ser suficientemente longo para cobrir as variaes meteorolgicas na regio, o que

  • 45

    As medies de vento so feitas com o uso de instrumentos adequados e especficos.

    A velocidade do vento medida por meio de anemmetros, sendo que o tipo concha o mais apropriado. A Figura 3.11 mostra um anemmetro tipo concha. Neste caso, a concha semi-esfrica, sendo tambm utilizados anemmetros com a concha do tipo cnica. Outro tipo de anemmetro usado o Sodar, onde a velocidade do vento detectada remotamente por meio de ultrassom. Este tipo de anemmetro apresenta menor preciso e deve ser utilizado com cautela, em geral de forma complementar.

    Figura 3.11 Anemmetro tipo concha (Mathew, 2006)

    A direo do vento medida atravs da biruta mostrada na Figura 3.12.

  • 46

    Figura 3.12 Biruta (Mathew, 2006)

    Os dados medidos por meio de anemmetros e birutas so salvos num armazenador de dados, ou data logger, aparelho digital desenvolvido para este objetivo. Posteriormente, os dados so coletados no local ou transmitidos a distncia por via telefnica ou com o uso de satlite.

    Uma estao de medio de vento uma instalao especfica para coleta e armazenamento dos dados de vento. Estes dados so, pelo menos, de velocidade e direo do vento, podendo ainda incluir medies de temperatura e umidade do ar no local. Os dados armazenados podem ser coletados no local ou serem transmitidos via satlite ou telefone.

    As medies de vento so feitas quase que instantaneamente, normalmente com intervalos de 2 segundos. Para armazenar os registros, utilizam-se intervalos discretos, sendo recomendado, e normalizado em alguns pases, o intervalo de 10 minutos entre registros dos dados de vento.

    A qualidade das medies de vento fundamental para uma estimativa adequada do potencial elico no local e para o desenvolvimento de um projeto de parque elico (Mathew, 2006).

    As medies de vento podem apresentar incertezas. As principais fontes de incerteza ao realizar medies de vento so:

    A inexperincia dos tcnicos responsveis;

  • 47

    Prtica inadequada na escolha de anemmetros; Montagem imprpria de anemmetros; M escolha do local de medio; Altura de medio inadequada; Durao das medies no representativa das condies ambientais do local.

    Geralmente os valores que definem o regime dos ventos de uma regio, como velocidade mdia, desvio padro, parmetros da distribuio de Weibull, apresentados nos atlas licos disponveis so apenas um indicativo do potencial de cada regio. Portanto, para realizar um investimento, seja qual for a sua finalidade, necessrio conhecer de forma precisa o regime dos ventos da regio de interesse antes de tomar qualquer deciso.

    Sendo assim, uma vez identificado um local promissor, necessrio estudar detalhadamente a regio de forma a avaliar o seu real potencial elico. Como qualquer outro estudo, sua profundidade depender do tipo de aplicao desejada. Se, por exemplo, o objetivo implantar uma usina elica para gerao de energia eltrica necessita-se conhecer previamente o regime dos ventos do local para saber se possvel produzir a quantidade de energia desejada anualmente e se a rea disponvel suficiente para realizar o empreendimento (Dutra, 2001).

    3.4 Turbinas Elicas

    A extrao da energia cintica do vento realizada por mquinas projetadas especificamente para este objetivo. Estas mquinas so denominadas turbinas elicas.

    Para o aproveitamento da energia elica, a potncia do vento convertida em potncia mecnica, para realizao de trabalho ou converso em energia eltrica, por meio de turbinas elicas.

    3.4.1 Classificao das Turbinas Elicas

    As turbinas elicas podem ser construdas com o eixo horizontal ou vertical conforme ilustrado na Figura 3.13.

  • 48

    Figura 3.13 Exemplos de turbinas com eixo horizontal e vertical (Mathew, 2006)

    Turbinas de Eixo Horizontal. As turbinas de eixo horizontal so as mais comuns, e grande parte da experincia mundial est voltada para a sua utilizao. So movidos por foras aerodinmicas chamadas de foras de sustentao (lift) e foras de arrasto (drag).

    Um corpo que obstrui o movimento do vento sofre a ao de foras que atuam perpendicularmente ao escoamento (foras de sustentao) e de foras que atuam na direo do escoamento (foras de arrasto). Ambas so proporcionais ao quadrado da velocidade relativa do vento. Adicionalmente, as foras de sustentao dependem d