Os desafios da energia eólica

Como enfrentar os problemas da energia eólica

A energia eólica é uma forma de energia renovável gerada pela conversão da energia cinética do vento em energia elétrica por meio de turbinas eólicas. Elas são compostas por pás que capturam a energia do vento, estão instaladas em locais estratégicos, como planícies costeiras, montanhas e vastas áreas abertas, onde o vento é mais constante e forte.

No entanto, a energia eólica também enfrenta desafios, como a intermitência do vento e a necessidade de armazenamento de energia para garantir um fornecimento estável e confiável e o alto custo para uma instalação a nível residencial, afastando potenciais consumidores.

Tecnologia que afasta ?

Para a geração de energia em casa, a energia solar tem sido uma tecnologia disruptiva. Um dos pontos que fazem a energia eólica ser melhor aproveitada, é o fato de não haver um horário específico para o uso delas. Por exemplo, uma turbina eólica ainda pode estar gerando energia no meio da noite quando seus painéis solares não estão. Apesar disso, existem várias variáveis nesse cenário que impedem que esse tipo de produção de energia seja visto em quintais de casas, ou nos topos de edifícios. Alto custo das turbinas e pás que geram a energia, poluição sonora, necessidade de ser um local com incidência de ventos, e nos modelos atuais, necessidade de um espaço relativamente grande, devido ao tamanho das turbinas comerciais atualmente.

Normalmente, as turbinas eólicas têm enormes pás de rotor (geralmente em torno de 50 metros). A chave aqui é que quanto mais longas as pás do rotor, mais energia a turbina eólica pode gerar a partir da mesma velocidade do vento. Isso significa que uma turbina de tamanho micro vai gerar muito menos energia do que uma turbina maciça a partir da mesma velocidade do vento. À medida que as pás giram, a energia cinética captada gira o rotor das turbinas, que gera a eletricidade.

Nas turbinas eólicas de grande escala, que estão gerando energia na escala MW, há um mecanismo de controle de passo no lado frontal que ajusta o ângulo das pás para coletar mais energia. Em seguida, dentro da nacela (o corpo principal sentado no topo da torre) há uma caixa de engrenagens que converte a rotação de baixa velocidade das pás em velocidade mais alta, a fim de acionar o gerador de forma eficiente. Há também freios de rotor por razões de segurança, um anemômetro para medir o vento e um sistema de controle de guinada que controla a orientação horizontal da turbina. Todos esses sistemas trabalham juntos para otimizar o desempenho e evitar que a turbina se destrua. É um monte de partes móveis.

Classificação de geradores eólicos

Os geradores eólicos são classificados em três tipos, independentemente de serem de grande ou pequena escala. As turbinas de eixo horizontal são o tipo mais comum e provavelmente são o que você imagina em sua cabeça quando se trata de energia eólica. Eles operam horizontalmente, girando no topo da torre para que as pás fiquem voltadas para o vento. Outro tipo são as turbinas de eixo vertical, que são perpendiculares ao solo e podem ser alimentadas pelo vento vindo de qualquer direção, mesmo de cima para baixo. Há também turbinas eólicas de estado sólido sem partes móveis.

E se reduzirmos?

Então como os modelos reduzidos se sairiam? As microturbinas eólicas normalmente produzem entre 400W-500W, mas podem ir até 10kW-20kW, dependendo da aplicação. Suas lâminas geralmente têm de 1,5 a 3,5 metros de diâmetro e são feitas de materiais sintéticos, como polímeros reforçados com fibra de carbono, para torná-las fortes e leves. Enquanto as turbinas eólicas de grande escala têm sistemas de guinada ativa e controle eletrônico de passo, as pequenas turbinas eólicas utilizam sistemas de guinada passiva e controle mecânico de passo, ou mesmo nenhum controle de passo. Eles são muito mais simplificados, mas ainda têm partes móveis.

Dependendo do modelo, pequenas turbinas eólicas geralmente podem produzir corrente contínua (CC) ou corrente alternada (CA). Assim como os painéis solares em sua casa, com a geração DC, você precisaria instalar um inversor DC-AC para fazer uso da energia para tomadas e eletrodomésticos CA padrão em sua casa. A adição de conversão de energia no sistema reduz a eficiência geral. É uma pequena desvantagem, mas que vale a pena notar.

Em alto nível, pequenas turbinas eólicas soam como uma ótima opção para descarbonizar casas. Assim como adicionar painéis solares à sua casa, você pode vender sua geração de energia excedente para sua concessionária, gerando créditos para si mesmo. A instalação também pode se qualificar para incentivos fiscais em nível local ou nacional, mas é claro, você teria que olhar para isso para sua área específica. Em última análise, as razões motivadoras para instalar turbinas eólicas em sua casa não são realmente diferentes de adicionar painéis solares: gerar sua própria energia, reduzir sua dependência de combustíveis fósseis e evitar os problemas de aumento dos preços da energia ao longo do tempo. 

No entanto, há vários contras que temos que considerar.

A nível residencial

Como dito anteriormente, o vento não sopra o tempo todo (novamente, obviamente), então as microturbinas eólicas operam em torno de 30-40% de sua capacidade. Se as turbinas forem instaladas em um telhado, elas podem vibrar, resultando em ruído e possíveis problemas estruturais. O ruído proveniente das pás (mesmo em pequenas turbinas eólicas) pode estar na faixa de 50 a 60 decibéis. Tudo isso se liga ao tema das partes móveis.

O fluxo de vento instável pode causar turbulência, estressando os elementos da turbina e pode afetar a medição do vento a partir do anemômetro. Isso pode levar a problemas de segurança, uma vez que o sistema de controle tomará decisões inadequadas com base na velocidade incorreta do vento. Até mesmo a altura em que se é instalado uma microturbina eólica tem influência no fluxo de vento. Em grandes centros urbanos, deve-se levar em consideração, a quantidade de prédios e casas que possam atrapalhar o caminho que o vento percorre.

Microturbinas convencionais instaladas no telhado de uma residência

Alternativas?

Diante desse cenário de vários fatores, algumas alternativas às turbinas convencionais foram desenvolvidas.

Como exemplo, a IceWind, uma empresa que fabrica turbinas de eixo vertical, produziu esse modelo para produção de energia eólica.

Uma nova opção para gerar energia renovável no telhado foi desenvolvida por uma empresa do Texas, nos Estados Unidos. Ao contrário das turbinas eólicas barulhentas e visualmente intrusivas, que dependem de pás rotativas do rotor, a Aeromine é imóvel. “A tecnologia aproveita a aerodinâmica semelhante aos aerofólios de um carro de corrida para capturar e amplificar o fluxo de ar de cada edifício”, explica a companhia Aeromine Technologies.

Sem lâminas, o modelo é projetado para ser facilmente instalado na borda de um edifício, sendo integrado com sistemas elétricos de edifícios e até mesmo com sistemas de energia solar já implantados. A combinação de energia eólica e solar poderia suprir a demanda energética em alguns casos, reduzindo a necessidade de armazenamento de energia.

Outra direção é o moinho de vento Archimedes desenvolvido pela empresa holandesa KETech. Esta turbina consiste em três pás circulares que são enroladas uma em torno da outra e depois ampliadas, fazendo com que pareça uma rosa. O moinho de vento Archimedes captura cerca de 35% de toda a energia cinética, é bastante silencioso, gerando menos de 45dB, e pode gerar eletricidade com velocidades de vento tão baixas quanto 0,9m/s, o que é muito baixo em comparação com outros modelos no mercado. Devido à sua forma cônica, a turbina eólica move-se automaticamente para ficar no melhor ângulo para aproveitar o vento.

A nível global?

Não só a nível residencial que a produção de energia eólica está sendo repensada. Fatores como logística, custo, área utilizada, maximização da produção foram levados em conta para repensar novos designs e formatos de turbinas eólicas. Um design bastante curioso foi desenvolvido por uma startup espanhola, o Vórtez. Este apresenta um design cilíndrico e sem hélices. Este design inovador permite que o dispositivo vibre com o vento, um movimento que gera energia de forma eficiente.

Este projeto promete ser cerca de 30% mais barata que as turbinas convencionais, graças aos menores custos de instalação e manutenção. Além disso, estas turbinas são capazes de operar em locais com velocidades de vento menores, onde os geradores convencionais não seriam eficazes.

O futuro

O futuro da energia eólica promete avanços significativos, impulsionados por inovações tecnológicas e crescente conscientização sobre a importância da transição para fontes de energia limpa.