projeto final - energia eólica

Potencial Elico Brasileiro

UFABC

Universidade Federal do ABC Santo Andr - SP

Transformaes nos seres vivos e ambientePotencial Elico Brasileiro

Trabalho apresentado por: Gustavo Cima, Roberto Pedrozo, Victor Camarotto e Vincius Ormenesse. Professor orientador: Dra. Daniela Scarpa

Santo Andr, 2010.

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UFABC

Universidade Federal do ABC Santo Andr - SP

TRANSFORMAES NOS SERES VIVOS E AMBIENTE

Potencial Elico BrasileiroProjeto Final. Turma: B3 Gustavo Silva Cima. RA 11052810 Roberto Pedrozo da Silva RA 11013510 Victor Reda Camarotto.RA 11065310 Vincius Ormenesse. RA 11033410 Prof. Dra: Daniela Scarpa

Santo Andr, 2010.2


SUMRIO

1. Introduo........................................................................................................................4 2. Objetivo...........................................................................................................................5 3. Justificativa......................................................................................................................5 4. Apresentao dos dados e Analises dos Resultados........................................................6 5. Concluso......................................................................................................................14 6. Referncias Bibliogrficas.............................................................................................15

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1. IntroduoCom a variao do preo de petrleo e de seus derivados, e do gs natural, intensifica-se cada vez mais no mundo o interesse por solues sustentveis para a gerao de energia, proveniente de fontes limpas e renovveis como a energia elica. Outro fato importante que marca a busca dos cientistas por uma tecnologia capaz de suprir o fornecimento energtico mundial a grande presso ambiental sobre o uso de combustveis fsseis e tambm sobre a Energia Nuclear, que ficou marcada desde o grande acidente ocorrido em Chernobyl. Analisando a questo ecolgica e a questo ambiental, nota-se um grande interesse da comunidade cientfica em estudar e desenvolver novas tecnologias sustentveis para a obteno de eletricidade, e com grande importncia a energia elica vem se destacando nas ultimas dcadas. Apesar de todos benefcios citados, tambm h pontos desfavorveis da energia elica, os principais so o ruido sonoro e danos a fauna(morte acidentais de pssaros e morcegos nas turbinas), mas levando em considerao os benefcios ao ambiente a energia elica muito bem vista pela comunidade mundial. O fato de os custos de implantao serem progressivamente baixos e de que essa implantao no causa danos srios ao meio ambiente, j que 99% da rea de implantao pode ser reutilizada como agricultura, pecuria ou at mesmo preservar a fauna e a flora local. Por ter uma gerao de energia livre de emisses e custos de implantao progressivamente baixos, a energia elica aparece com uma boa importncia na produo de eletricidade, sendo cada vez mais difundida em pases de diversos continentes, mas principalmente na Alemanha, Dinamarca, Holanda e Estados Unidos. Apesar de todos estes pontos citados acima, no Brasil quase no se ouve falar sobre este tipo de energia, os estudos sobre este assunto no Brasil acontece de forma isolada em Universidades, principalmente pblicas e centro de pesquisas. Pela anlise da mdia anual da velocidade de ventos nos biomas brasileiros, nota-se que h 4 boas reas para a implantao dos aerogeradores no Brasil e so na Caatinga, na parte Centro Sul do Cerrado, na transio cerrado-caatinga e nos campos sulinos. Tendo em vista apenas a parte financeira, nota-se que no Brasil o custo da energia elica muito cara em relao com a fonte de energia mais utilizada por aqui, que a energia hidreltrica, o custo da energia elica chega a ser 7 vezes maior, por isso deve-se investir em novas tecnologias para aerogeradores e novas formas de implantao, para que a relao de preo caia permitindo a implantao no mercado, tendo em vista que o maior fato que impede essa implantao o custo, embora pelo lado ambiental ela seja bem melhor do que a hidreltrica.

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Enfim, pode-se citar como principal benefcio da energia elica o fato dela ser um tipo de energia limpa e renovvel, ajudando na luta contra o aquecimento global.

2. ObjetivosObjetivo geral: Apresentar os prs e contras de se implantar energia elica no Brasil Objetivos especficos: Apresentar a Energia elica como uma fonte de energia limpa e renovvel. Pases em que ela utilizada com sucesso. Benefcios e prejuzos trazidos diretamente pelo uso dessa energia. Mostrar o tamanho do potencial elico brasileiro Discutir a relao entre custo-benefcio desse tipo de energia renovvel em relao s mais utilizadas no brasil. Funcionamento das turbinas Impacto ecolgico do funcionamento das turbinas.

3. JustificativaCom o primeiro choque do petrleo, nos anos 70, a gerao de energia eltrica via sistemas elico tornou-se, em muitos pases, uma forma economicamente vivel e estratgica. Atualmente, mesmo com o preo do petrleo em um patamar estvel o uso desta fonte de energia tem grande importncia, principalmente por se tratar de uma gerao livre de emisses e tendo custos de implantaes progressivamente baixos. Este tipo de energia est sendo difundido em vrios pases de diversos continentes em larga escala, tais como Alemanha, Dinamarca, Holanda, Estados Unidos, etc. Analisando as questes ambientais que, cada vez mais, impulsionam a comunidade cientfica mundial na busca de solues eficientes e ecologicamente corretas para o suprimento energtico, nota-se que o crescimento da energia elica no mundo tem sido uma resposta da sociedade por uma melhor qualidade ambiental no suprimento energtico. No Brasil a dinmica da tecnologia de produo de energia elica est dispersa em aes isoladas de universidades, centros de pesquisas e concessionrias. Levando em considerao esses fatos apresentados acima, deve-se questionar do porqu da energia elica no Brasil ser to pouco aproveitada e porque deve-se mudar isso.

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4. APRESENTAO DOS DADOS E ANLISES DOS RESULTADOS.ENERGIA ELICA COMO UMA FONTE DE ENERGIA LIMPA E RENOVVEL. As grandes presses ambientais sobre o uso de energia nuclear, marcada por acidentes como o da cidade de Chernobyl, na ex-Unio Sovitica, os problemas da emisso de gases poluentes com a queima de combustveis fsseis e os impactos causados no ambiente e no sistema clima da terra pela criao das usinas termeltricas, impulsionaram, em meados da dcada de 80 a comunidade cientfica mundial a buscar novas fontes mais seguras, confiveis e menos poluentes para o fornecimento de energia eltrica. A partir dessa poca, criou-se um ambiente extremamente favorvel e promissor para o desenvolvimento de fontes renovveis de energia, em particular da energia elica. Pases como Alemanha, Dinamarca e Estados Unidos, engajaram-se no desenvolvimento de tecnologias e na expanso do parque industrial. Com grandes incentivos das indstrias e subsdios governamentais, a energia elica alavancou recursos a ponto de se fixar no mercado mundial com tecnologia, qualidade e confiabilidade. Deve-se avaliar tambm o impacto ambiental desfavorvel que causado pela implantao da energia elica em determinadas regies, tais como o impacto visual, rudo audvel, interferncia eletromagntica, ofuscamento e danos fauna, ainda que em pequenas escalas. Porm, com um planejamento adequado e usando inovaes tecnolgicas, pode-se minimizar significativamente, at mesmo eliminar essas caractersticas negativas. Uma das caractersticas favorveis da energia elica est na no utilizao da gua como elemento motriz ou mesmo como fluido de refrigerao. Alm disso, cerca de 99% de uma rea usada em um parque elico pode ser utilizada para outros fins, como a pecuria e agricultura. Portanto, percebe-se que ao se implantar turbinas elicas em um local, no h impactos graves no ecossistema local, j que 99% da rea pode ser preservada ou utilizada para outros fins. Como essa implantao no implica tanto no ambiente fsico e na composio biolgica do local, o sistema clima no alterado, nota-se tambm que o local conservado praticamente da mesma forma que ele era antes da implantao do sistema, assim os organismos j existente na regio no perdem seu habitat, nem tm que migrar para outros locais, mantendo a prpria regio e as regies vizinhas da mesma forma como era antes.

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POTENCIAL ELICO BRASILEIRO O perfil geral brasileiro de circulao atmosfrica encontra variaes na mesoescala e microescala principalmente por diferenas em propriedades da superfcie. Essas diferenas, nas escalas menores podem resultar em condies de ventos locais que se afastam significativamente do perfil geral em larga escala da circulao atmosfrica brasileira. Uma sntese dessas caractersticas em menores escalas sobre o regime de distribuio dos ventos apresentada a seguir, organizada em 7 regies geogrficas. (1) Bacia Amaznica Ocidental e central; (2) Bacia Amaznica Oriental; (3) Zona Litornea Norte-Nordeste; (4) Zona Litornea Nordeste-Sudeste; (5) Elevaes Nordeste-Sudeste; (6) Planalto Central; (7) Planaltos do Sul. A Bacia Amaznica Ocidental e Central contm uma faixa estreita de ventos mdios anuais de 8m/s a 10m/s da camada de 1000m a 2000m acima da superfcie, entretanto, excetuando essa rea nica na regio, os ventos nessa grande rea da Bacia amaznica central bastante fraco. A Bacia Amaznica Oriental contm uma velocidade mdia anual de 3,5m/s devido proximidade dos gradientes fracos de presso associados Depresso Equatorial e ao elevado atrito de superfcie causado pela rugosidade da vegetao densa. Essa regio no to favorvel implantao de energia elica, devido o seu baixo potencial. A Zona Litornea Norte-Nordeste contm ventos que so controlados por alsios de leste e brisas marinhas e terrestres. Essa combinao dos alsios com as brisas resulta em ventos mdios anuais de 5m/s a 7,5m/s na parte norte dessa regio e entre 6m/s a 9m/s em sua parte sul. Entretanto esse vento mdio anual decresce rapidamente conforme avanamos para dentro do territrio. Na Zona Litornea Nordeste-Sudeste as velocidades mdias anuais decrescem de 8-9m/s na poro norte(Rio Grande do Norte) at 3,5 - 6m/s na maioria da costa que se estende at o sudeste. H uma exceo para esse comportamento que est na costa entre o Espirito Santo e Nordeste do Rio de Janeiro, onde as velocidades mdias anuais so prximas de 7,5m/s. As Elevaes Nordeste-Sudeste tem velocidades mdias anuais de 6,5m/s at 8,0m/s e so encontradas nos cumes das maiores elevaes da Chapada da Diamantina e da Serra do Espinhao. Os ventos anuais mais intensos so geralmente encontrados nas maiores elevaes, onde o efeito de compresso mais acentuado. No Planalto Central a velocidade mdia anual dos ventos est compreendida entre 4m/s at 6m/s. Destacam-se nessa rea algumas regies mais elevadas a oeste, na fronteira com o Paraguai(no Mato Grosso do Sul), onde as velocidades mdias anuais aproximam-se de 7m/s, resultantes, principalmente, do efeito de compresso vertical do escoamento ao transpor as elevaes.7


Nos Planaltos do Sul, que se estende de So Paulo at o Rio Grande do Sul, tem um escoamento atmosfrico geral controlado pela Depresso Nordeste da Argentina, que uma rea de baixas presses. Nessa faixa de terra temos velocidades mdias anuais de 5,5m/s a 6,5m/s, os ventos mais intensos esto entre 7m/s at 8m/s e ocorrem nas maiores elevaes montanhosas da regio, no litoral sul so encontrados ventos de at 7m/s resultados das brisas diurnas marinhas. A seguir segue uma imagem do potencial elico Brasileiro.

Figura 1 Velocidades Mdias e Fluxos de Potncia Elica no Brasil

A partir da figura 1, e da analise feita sobre as 7 regies analisadas acima, nota-se que as regies brasileiras onde tem bom potencial elico so a Zona Litornea Norte-Nordeste, Zona Litornea Nordeste-Sudeste, Elevaes Nordeste-Sudeste e Planaltos do Sul.

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Figura 2 Biomas Brasileiros

Analisando a disperso dos biomas brasileiros correlacionado com a velocidade mdia anual de ventos no pas, nota-se que as melhores reas para se implantar o sistema de Energia Elica corresponde aos biomas da Caatinga, da transio entre Cerrado-Caatinga, da parte centro-sul do Cerrado e os Campos Sulinos.

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Sabe-se da importncia desses biomas para a biosfera brasileira e, tendo em vista, que o sistema de energia elica no to prejudicial ao ambiente quanto os outros tipos de obteno de energia, pode-se afirmar que no prejudicial para esses biomas a implantao desse tipo de energia, que alm de limpa renovvel. Contudo, deve-se prestar ateno para onde essa energia ser distribuda, onde ela ser aproveitada. IMPACTO ECOLGICO DA ENERGIA ELICA Muitas espcies de de morcegos, quando esto migrando pelos Estados Unidos morrem perto das usinas de energia do vento. De todas as 45 espcies que existem nos EUA, 11 espcies j so encontradas mortas nos entorno das turbinas. Mesmo que existam vrias outras razes o nmero de morcegos mortos j est ficando preocupante nos EUA pois a mortalidade vai de 15.3 41.1 morcegos por MW produzido por ano. No se sabe corretamento o porqu das mortes dos morcegos. Morcegos e pssaros morrem por chocarem nas palhetas das turbinas, possvel que seja pelos morcegos se orientarem pelos sons, e os altos sons das turbinas o estarem guiando em sentido s palhetas. No obstante, sabe-se que que as turbinas tambm so famosas por criar um complexo campo eletromagntico no seu entorno, que tambm pode confundir os morcegos como tambm atrai insetos para perto, sendo assim, fatal para pssaros, morcegos e aves de rapina. CUSTO DA ENERGIA ELICA NO BRASIL No Brasil, o vento poderia gerar at o dobro da produo atual de eletricidade, mas quase no se usa seu potencial, porque a energia elica muito cara. Chega a custar 7 vezes mais que a hidreltrica. Na Europa, 3% da energia consumida de origem elica. Em 2020, essa produo dever chegar a 16%. O Brasil apenas o 20 colocado em produo elica mundial. A maior empresa no setor a ENERCON que foi fundada em 1984 em Aurich na Alemanha. Ele quem produz os aerogeradores mais impressionantes, em 2007 foi produzido pela ENERCON o E-126 que capaz de produzir 6MW. Mas o mais impressionante o seu tamanho, o aerogerador de trip e o seu dimetro possui incrveis 127 metros e 135 metros de altura, sua carcaa tambm produzida inteiramente com alumnio.

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AEROGERADOR Turbina de vento usa energia cintica transformando-a em energia eltrica. Para saber quanto se obtm de energia pela velocidade do vento utilize a seguinte equao: Ec=[/2]rvt Onde r o raio da palheta da turbina, o quo hermtico est o vento, v a velocidade do vento, e t a fluidez. Com uma hermeticidade e fluidez ideal do vento, e com a velocidade do vento chegando at 8m/s consegue-se um energia comparvel 2,24 MJ ou 0,68 Kwh por segundo. Claro que as turbinas de hoje em dia no conseguem absorver toda a energia do vento. Com a nossa tecnologia atual conseguimos absorver no mximo 59,3% da energia que o vento carrega. Portanto uma turbina, hoje em dia, em mximo de desempenho consegue gerar no mximo de potencia (Ec/tempo): P= 2,45MW.0,593= 1,45 MW ROTORES H dois tipos de rotores, os de eixo vertical e os de eixo horizontal Os rotores de eixo vertical so geralmente mais baratos que os de eixo horizontal, pois o gerador no gira seguindo a direo do vento, apenas o rotor gira enquanto o gerador fica fixo. No entanto os rotores verticais so menos eficientes que os horizontais. Os rotores com eixo horizontal so os rotores mais utilizados hoje em dia, e os mais conhecido pela populao. Existem dois tipos de rotores com o eixo vertical. Temos rotores multip que so utilizados para o bombeamento de gua em poos artesianos, mas tambm poderiam ser utilizados para gerar energia eltrica. Possuem eficincia somente com ventos fracos, com uma eficincia de somente 30%. E os rotores tripa que so os mais utilizados para a gerao de energia eltrica, impulsionado apenas pela fora de sustentao. Apesar do custo ser mais maior para a produo compensado pela sua eficincia. H tambm aerogeradores de duas ps, que conseguem ser mais eficientes ainda, mas mas so bem mais instveis e propensos turbulncias. No so utilizados pelo simples fato de no se poder construir geradores muito altos. Pode-se construir aerogeradores com mais de 100 metros de altura com aerogeradores de trip, j no se pode dizer o mesmo com o aerogerador de duas ps. TIPOS DE SISTEMAS ELICOS Sistemas isolados - So todos os sistemas que se encontram privados de energia elctrica proveniente da rede pblica. Estes sistemas armazenam a11


energia do aerogerador em baterias estacionrias, que permitem consumir energia nas temporadas em que no se verifique vento, evitando que a energia eltrica falhe quando o aerogerador pra. Mas para se poder consumir a energia que o aerogerador produz tem-se que a alterar, pois as tenses produzidas no so compatveis com os aparelhos domsticos ou industriais, visto que a corrente produzida contnua e a corrente pretendida alterna. Para isso usado um inversor senoidal de corrente, que faz isso mesmo, transforma a corrente contnua em corrente alterna. Este aparelho designa-se por senoidal porque a energia consumida (na Europa) refere-se a 230 V 50 Hz (para baixa tenso) ou 400 V 50 Hz (para alta tenso). Estes 50 Hz, quando analisados no osciloscpio, revelam um grfico com uma forma de seno. esta a funo de um inversor, converter para estes 50 Hz de forma a obtermos energia elctrica igual dos requisitos dos equipamentos. Sistemas hbridos - So todos os sistemas que produzem energia eltrica em simultneo com outra fonte electroprodutora. Esta fonte poder ser de origem fotovoltaica, de geradores eltricos de diesel/bio-diesel, ou qualquer outra fonte eletroprodutora. Nestes sistemas temos o mesmo funcionamento que nos sistemas isolados, a nica alterao que o carregamento das baterias estacionrias feito por mais do que um gerador. Sistemas de injeco na rede - So todos os sistemas que inserem a energia produzida por eles mesmos na rede eltrica pblica. Neste caso, a maioria dos aerogeradores so os de alta tenso, s uma pequenssima minoria da totalidade de aerogeradores instalados para este fim deste tipo, pois a potncia injectada na rede muito menor que um aerogerador de alta tenso. PASES QUE MELHOR UTILIZAM ENERGIA ELICA O pas que melhor utiliza sua capacidade elica so os Estados Unidos da Amrica, com capacidade de 22,3% da sua produo de energia, sendo que isso representa apenas a quinta fonte mais utilizada do pas. A Alemanha tem tambm produz uma considervel quantidade de energia elica, que tem capacidade instalada de produo de energia de16, 3%. O pas pode ser considerado um dos pioneiros na produo de energias renovveis, enfatizando a utilizao da energia solar, elica, hidrulica, geotrmica, entre outros. A Dinamarca est entre os maiores fabricantes de energia elica, sendo o Pas que construiu o primeiro gerador elico para eletricidade em 1891. Depois desses dois pases podemos citar China, Espanha, ndia, Itlia, Frana, Reino Unido e Portugal, nessa ordem, produtores potenciais de energia elica. Porem, isso no significa que a produo apresenta altos nmeros. Todos esses pases tm apenas pequena parcela energtica produzida pelos ventos.12


BENEFCIOS E PREJUZOS DA ENERGIA ELICA Podemos citar como um benefcio da energia elica a luta contra o aquecimento global. uma energia totalmente renovvel que no atua contra a camada de oznio, preservando-a assim. Alem disso gera empregos. Atualmente, um tero da populao economicamente ativa da Dinamarca tem empregos relacionados energia elica, direta ou indiretamente. Apesar disso, qualquer tipo de produo energtica gera alguns problemas. fundamental a utilizao de um grande espao de terra, j que necessrio um grande nmero de mquinas, alm de certo espaamento entre elas para no haver produo de sombra ou interferncia na recepo dos ventos. Tambm uma energia que varia com a intensidade dos ventos nos campos elicos. Outras adversidades so os rudos produzidos pelas ps, a interferncia negativa para a fauna local, como acidentes com pssaros, o impacto visual e a interferncia eletromagntica. Esses fatores negativos so, com certeza, um dos motivos para a no produo de energia elica em massa nos grandes pases. Agora, o impacto causado na natureza pela produo elica bem menor, se comparado com outras formas de produo de energia.

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5. CONCLUSOPelo estudo que foi feito, nota-se que os benefcios apresentados pela Energia Elica supera seus prejuzos, principalmente por ser um tipo de energia limpa e renovvel, levando em considerao que no Brasil a maior parte de nossa energia eltrica obtida atravs de hidreltricas e combustveis fsseis. O problema que no Brasil pouco se investe neste tipo de energia, sendo estudada apenas em universidades e centros de pesquisa, mas sem projeto de implementao nas reas que foram citadas no trabalho. Como a energia elica mais cara que as demais utilizadas no Brasil, deve-se fazer um investimentos em centros de pesquisa aliados s universidades para que se ache solues mais baratas de criao de aerogeradores e que consigam reduzir mais ainda o custo de implantao desse tipo de energia. Tendo em vista a questo ambiental, percebe-se que este tipo de energia extremamente recomendvel para cada pas, j que no ajuda o aquecimento global, nem prejudica a camada de oznio, alm de no interferir com grande impacto nas reas em que implantada, j que quase toda a rea onde foi implantada pode ser reutilizada para qualquer outra finalidade, principalmente agricultura e pecuria. Portanto, nota-se que no Brasil vlido implantar esse tipo de energia, assim como em qualquer pas do mundo, entretanto deve-se fazer grandes investimentos, principalmente em tecnologia e estudos de reas para implantao.

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6. REFERNCIAS BIBLIOGRFICASTOLMASQUIM, Mauricio Tiomno, Fontes Renovveis de Energia no Brasil, Vol.1, 2003, Editora Intercincia. - THOMAS H KUNZ, Ecological impacts of wind energy development on bats: questions, research needs, and hypotheses. http://www.gwec.net/fileadmin/documents/PressReleases/PR_2010/Annex %20stats%20PR%202009.pdf Acessado em 22/11/10. http://www.fiec.org.br/artigos/energia/beneficios_e_prejuizos.htm Acessado em 22/11/10.

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projeto final - energia eólica

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