Energia eólica: Possivelmente, a melhor oportunidade para energia limpa

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Atualmente, o vento fornece apenas 0,8% do total global da demanda de energia. Neste capítulo, vamos analisar o que podemos fazer para aumentar essa porcentagem. Antes disso, exploraremos como a energia eólica funciona.

Earthly segurando um guarda-chuva

Como funciona a energia eólica?

Em qual forma a energia eólica se encontra quando é capturada?


A energia eólica provém de grandes turbinas eólicas, que transformam a energia cinética do vento em energia elétrica.

A maioria das turbinas possui duas ou três hélices, que são feitas para girar quando o vento as atinge em um determinado ângulo. Então, essas hélices movimentam um rotor, que aciona um gerador para produzir eletricidade.

Qual é o custo da energia eólica?

A energia eólica onshore, na qual as turbinas estão em terra, é uma das formas mais baratas de energia renovável que possuímos. Em alguns casos, ela é até mais acessível do que a energia dos combustíveis fósseis.

Estima-se que seu preço irá baixar ainda mais no futuro. Até 2030, é provável que o custo médio global para a energia eólica onshore diminua para $0,03-0,05 por kWh – menos do que os $0,06 por kWh em 2018.

O que irá tornar a energia eólica mais barata?


Conforme produzimos mais turbinas, seu custo se torna menor. Isso acontece por causa da chamada economia de escala: grande parte dos custos de produção de um projeto (como o design) só precisam ser pagos uma vez, não importando quantas unidades serão produzidas. Assim, em média, quanto mais produtos são feitos, mais baratos eles se tornam.

A energia eólica também está se tornando mais barata porque a quantidade de energia produzida por cada turbina aumentou. Isso aconteceu por causa de aprimoramentos tecnológicos.

Aprimorando turbinas de vento?

Existem dois números importantes que merecem nossa atenção:

Potência nominal: as turbinas geram mais energia quando o vento está mais forte, certo? Sim. Porém, isso para em algum momento, e os ventos fortes não irão mais gerar energia. Esse instante é chamado de potência nominal e, quanto mais elevado, melhor.

Potência nominal das turbinas eólicas

Fator de capacidade: refere-se à fração de tempo que a turbina está funcionando em sua potência nominal. Se construirmos uma turbina em uma região com pouco vento, ela dificilmente atingirá sua potência nominal. Assim, essa turbina terá um fator de capacidade baixo. Atualmente, as turbinas de vento onshore operam com apenas 34% de seu fator de capacidade.

Fator de capacidade das turbinas de vento onshore

Até que consigamos aumentar esse número, o vento não será capaz de nos fornecer um suprimento estável de energia — a menos que sejam investidas enormes quantias de dinheiro na busca de uma maneira de armazenar o excesso de energia para quando o vento não estiver soprando.

Mantendo isso em mente, vamos analisar como podemos aumentar cada um desses números.

Maior é melhor – Aumentando a potência nominal

Nos últimos anos, as turbinas eólicas têm se tornado maiores. A imagem abaixo mostra o quanto o diâmetro das turbinas nos EUA aumentou ao longo dos últimos 20 anos:

Diâmetro das turbinas nos EUA ao longo do tempo

Esse crescimento significa que, agora, em média, as turbinas eólicas podem gerar mais energia.

O que está nos impedindo de construir turbinas eólicas ainda maiores?


A fabricação de turbinas maiores é mais cara, mas essas turbinas produzem mais energia, o que as torna mais baratas a longo prazo.

No entanto, as hélices se tornaram tão grandes que é difícil transportá-las da fábrica até os locais de construção. Isso significa que é necessário fabricar as turbinas no local em que elas serão utilizadas, o que pode ser mais caro. Turbinas maiores também estão suscetíveis a ventos mais intensos, de forma que é preciso utilizar um material mais resistente, o que também pode ser complicado de produzir.

É claro que aumentar a potência nominal de uma turbina não tem muito impacto se o vento é fraco e a turbina acaba raramente operando a esse nível. O que podemos fazer quanto a isso?

A energia eólica pode ser confiável? Aumente o fator de capacidade!

Como podemos aumentar o fator de capacidade das turbinas eólicas? Lembre-se que o fator de capacidade se refere à frequência com a qual a turbina está funcionando em potência máxima. Importante: vento mais confiável quer dizer energia mais confiável.


De modo geral, o vento em alto mar é mais forte e mais constante do que em terra. Assim, turbinas eólicas no mar (chamadas de turbinas offshore) podem gerar mais energia, de forma mais consistente.

Turbinas eólicas em terra (onshore) versus no mar (offshore)

O vento também é mais forte e constante em altitudes maiores, então produzir turbinas mais altas têm um impacto similar. No entanto, turbinas maiores requerem materiais mais resistentes, o que é, atualmente, mais caro.

Então, de que outra forma poderíamos coletar essa energia eólica nas alturas?

Aerotransportadores suspensos no ar – navegando na direção de fatores de capacidade mais altos?

Um aerotransportador suspenso no ar é um conjunto de tecnologias que captura ventos mais fortes em altitudes maiores.

Vento convencional vs. potencial energético da pipa

Uma dessas tecnologias envolve o uso de pipas para capturar energia eólica entre 70 e 450 m de altura. Funciona assim:

  • As pipas são conectadas a longos cabos, que são ligados a um carretel no chão.
  • As pipas são orientadas a voarem, puxando e desenrolando o cabo para produzir energia.
  • Quando o carretel está totalmente desenrolado, a pipa é ajustada para que retorne à estação terrestre, usando menos energia do que produziu para voar.
Energia das pipas

Mais pesquisas são necessárias antes que a pipa se torne comercialmente viável, mas sua utilização poderia aumentar o fator de capacidade da energia eólica de cerca de 35% para 60%.

E quanto ao custo ambiental?

Quais você acha que são as quatro maiores preocupações com relação à energia eólica?


Problemas com as turbinas eólicas

Vamos considerar cada uma dessas questões.

Impacto visual: pode ser reduzido se instalarmos usinas eólicas em locais remotos e offshore. Quando possível, os operadores poderiam envolver as comunidades locais com o planejamento e até com a administração de novas usinas.

Barulho: alterar o formato das hélices pode reduzir um pouco o barulho que elas fazem. O ruído mecânico das turbinas em si também pode ser reduzido se empregarmos engrenagens mais silenciosas ou construirmos revestimentos acústicos ao redor do topo das turbinas.

Ondas de rádio: usinas eólicas podem interferir nas ondas de rádio. Isso pode repercutir em radares de navegação de barcos ou aviões próximos. Precisamos encontrar formas de treinar os sistemas de radares que utilizamos atualmente para que eles reconheçam os sinais emitidos pelas turbinas e/ou construir novas turbinas com materiais absorventes de radar.

Pássaros podem ser mortos quando colidem com as hélices, mas evitar a construção de turbinas em áreas com altos números de pássaros pode reduzir esse problema. As aves também podem ser protegidas ao pararmos as turbinas quando há espécies raras ao redor. Para usinas eólicas offshore, a altura das turbinas pode ser adaptada para reduzir a sobreposição com a rota de voo de aves marinhas.

Uso de terras

Turbinas eólicas grandes podem gerar muita energia, mas também podem ocupar muito espaço. Uma usina nuclear de 3,4 km² produziria tanta energia quanto 344 km² de um terreno cheio de turbinas eólicas. Dito isso, se utilizássemos o espaço entre as turbinas para cultivar alimentos, por exemplo, reduziríamos a área de terra “perdida” para as usinas eólicas em mais de 90%!.

Requisitos de área para uma usina eólica

Usinas eólicas flutuando no oceano

Uma maneira óbvia de diminuir a área terrestre ocupada por turbinas eólicas é construí-las offshore.

Vimos que usinas eólicas offshore podem ter níveis altos de potências nominais e fatores de capacidade, mas elas também possuem um custo de construção e manutenção mais elevado. Dito isso, economias de escala e um aumento na demanda podem fazer com que mais usinas eólicas offshore apareçam no futuro.

Atualmente, as turbinas de vento offshore só podem ser construídas perto da costa, em plataformas continentais rasas. Mas isso cobre apenas 10% do oceano, o que limita o tamanho da área disponível para construir usinas eólicas. Além disso, os ventos nas plataformas continentais são mais lentos e menos constantes do que no oceano profundo.

Para resolver esse problema, engenheiros estão desenvolvendo turbinas eólicas flutuantes. Elas são ancoradas no fundo do mar através de cabos largos e podem ser instaladas em praticamente qualquer profundidade.

Turbina eólica flutuante

Diversos testes com essa tecnologia estão sendo conduzidos ao redor do mundo. Um exemplo é a usina eólica flutuante na costa da Escócia, que está operando a uma potência nominal de 30 MW desde 2017 e tem funcionado com fatores de capacidade de até 65%, sobrevivendo a ondas de 8,2 m de altura! Isso não é incrível?

Conclusão

Grandes turbinas de vento podem produzir quantidades elevadas de energia limpa e, mais importante, barata. Isso é ótimo, mas não é tão útil a não ser que o abastecimento de energia seja estável.

Neste capítulo, vimos que expandir o fator de capacidade das turbinas é a nossa melhor chance de ampliar a estabilidade da energia eólica.

Isso nos ajuda em até certo ponto. No entanto, infelizmente, ainda é impossível que humanos controlem o clima. Assim, para utilizar o vento em larga escala, precisamos de grandes quantidades de energia armazenada para compensar a falta de produção quando o vento não está soprando rápido o bastante.

Uma fonte de energia renovável que é barata e confiável é a hidrelétrica – o assunto do próximo capítulo!

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