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De onde dizem que nem mesmo a luz consegue escapar...

Alexandre Beluco

Engenheiro, pesquisador, professor universitário. Especialista em energias renováveis. Apaixonado por motores de dois tempos

fazenda eólica na dinamarca é recordista em produtividade

Ao longo dos últimos anos vem ocorrendo uma crescente exploração da energia eólica, através de turbinas cada vez maiores e mais altas. A produtividade dessas fazendas depende em grande parte do perfil de ventos do local onde as turbinas estiverem operando. A fazenda eólica Rønland, no oeste da Dinamarca, opera em um local que permite alta produtividade!


O número de fazendas eólicas vem crescendo ao longo das últimas décadas, assim como o tamanho e a altura das turbinas eólicas. Além disso, também vem crescendo o número de fazendas eólicas instaladas sobre o mar, tanto próximo ao litoral quanto em posições mais afastadas, em alto-mar. É uma consequência do crescimento natural da demanda por energia elétrica, principalmente em locais que já apresentam uma relativa escassez de recursos energéticos ainda disponíveis.

A produtividade de energia elétrica que uma fazenda eólica pode alcançar está diretamente relacionada com o perfil de ventos da região onde estiver operando. As turbinas eólicas operam com várias velocidades de vento, entre um valor mínimo para operação e um valor máximo para sua segurança. Mesmo que ocorram ventos intensos, é a permanência das velocidades de vento que determinará a produtividade que poderá ser alcançada em determinado local.

Essa noção de produtividade para uma fazenda eólica pode ser entendida a partir da leitura dos gráficos a seguir. O primeiro mostra os valores de velocidade do vento em metros por segundo, medidos hora a hora, apresentados para um período de um ano, obtidos em um local próximo ao litoral do Rio Grande do Sul, no sul do Brasil. Todos sabem o quanto os ventos podem variar em intervalos curtos de tempo, e essa intermitẽncia faz com que o gráfico tenha essa aparẽncia.

[Esses gráficos foram gerados com legendas em inglês por um software denominado Homer, fornecido pela HomerEnergy. Nos eixos horizontais, "Jan" indica o mês de janeiro, "Feb", o mês de fevereiro; "Mar", março; "Apr", abril; "May", maio; "Jun", junho; "Jul", julho; "Aug", agosto; "Sep", setembro; "Oct", outubro; "Nov" para novembro e "Dec" para dezembro. No segundo gráfico, "April" significa abril. Nos eixos verticais, "Wind Speed" significa velocidade do vento e "m/s" significa metros por segundo.]

O primeiro gráfico mostra um período de um ano, enquanto o segundo mostra um detalhe para o período entre 23 e 29 de abril. A linha em verde, que mostra as velocidades horárias de vento, apresenta nitidamente vários pontos de máximo com valores elevados de velocidade de vento. Entretanto, é evidente como a maior concentração dos pontos que compõem essa linha verde aparece em uma linha aproximadamente média, localizada a um terço das velocidades máximas.

ronland-wind-instantaneous.png

Este segundo gráfico mostra claramente como as velocidades de vento apresentam fortes variações ao longo dos dias mostrados nesse detalhe. As primeiras horas do quatro dia, por exemplo, mostram velocidades de vento abaixo dos 5 metros por segundo, enquanto o dia seguinte apresenta velocidades sempre acima dos 5 metros por segundo. Nesse quinto dia, inclusive, aparecem rajadas de vento pouco antes do meio dia que se aproximam dos 20 metros por segundo.

ronland-wind-detail.png

O próximo gráfico exige um pouco de atenção para ser entendido. É uma forma diferente de expressar os dados apresentados no primeiro gráfico. Ao invés de mostrar a velocidade do vento através de uma linha, o eixo vertical indica horas do dia e a velocidade de vento aparece como uma cor, de acordo com a escala de cores mostrada à direita. As maiores velocidades aparecem em laranja e em vermelho e as cores mais frequentes em tons de azul e verde.

ronland-wind-dmap.png

O eixo horizontal corresponde aos dias do ano ["Day of Year"] e o eixo vertical corresponde às horas do dia ["Hour of Day"]. Um corte vertical em qualquer ponto do eixo horizontal mostrará uma seção correspondente a um dia do ano. As velocidades do vento, que nos gráficos anteriores aparecem como linhas verdes, aqui nesse corte aparecem representadas por cores, conforme a escala mostrada á direita do gráfico. Tons de azul e de verde são os mais frequentes.

ronland-wind-frequency.png

A maior permanência de algumas velocidades de vento ao longo do tempo pode ser avaliada a partir da frequência dessas velocidades. Este gráfico, acima, é um histograma de frequência e indica exatamente as velocidades mais frequentes mostradas nos gráficos anteriores. Nesse gráfico, o eixo horizontal mostra os valores ["Value"] de velocidades de vento, em metros por segundo ["m/s"], e o eixo vertical mostra as frequências ["Frequency"] em percentagens.

As barras em verde mostram as frequências para velocidades de vento divididas em intervalos de 1 m/s. A curva em vermelho mostra a melhor aproximação para uma distribuição de de probabilidades de Weibull ajustada para os dados de velocidade de vento considerados nesses gráficos. As velocidades mais frequentes, então, encontram-se próximas de 5 m/s, resultando em potências eólicas em torno de um terço das potências máximas obtidas com as velocidades máximas.

Como consequência, as turbinas eólicas são usualmente instaladas com uma potência total que permita aproveitar as rajadas de ventos mais intensos, mas acabam gerando uma energia média equivalente a cerca de um terço da potência instalada. É o caso, por exemplo, do litoral norte do Rio Grande do Sul, no sul do Brasil, onde encontram-se, entre outras fazendas eólicas, o Complexo Eólico de Osório, próximo à rodovia BR-290 e que pode ser localizado em goo.gl/maps/gu9AD12nnCL2.

Essa diferença entre a energia média disponível e a energia máxima aproveitável é uma característica dos ventos em cada local. Alguns locais não apresentam ventos com perfil que justifique investimentos. Em outros locais, o perfil de ventos é tão intenso e permanente que os investimentos se mostram viáveis. Em Osório, no sul do Brasil, foram instaladas 75 turbinas eólicas com capacidade de 2 MW por turbina, com altura de 98 metros e rotores com 70 metros de diâmetro.

Essa diferença entre a potência média disponibilizada por uma turbina eólica ou uma fazenda eólica e a potência total instalada é denominada como fator de capacidade. A grande maioria das turbinas eólicas de grande porte instaladas em fazendas eólicas instaladas ao redor do mundo opera com fatores de capacidade entre 30% e 35%. Em Osório, no sul do Brasil, as turbinas operam com um fator de capacidade de aproximadamente 34%.

A Rønland Offshore Wind Farm, ou Fazenda Eólica Oceânica Rønland, é um caso notável e no momento é a fazenda eólica que apresenta a maior produtividade de energia no mundo. Esse recorde de produtividade só é possível pela característica de permanência dos ventos no local onde foi implementada. É um local que apresenta permanência de valores mais elevados de velocidade dos ventos. A Rønland pode ser localizada no Google Maps em goo.gl/maps/S5zrUZBRws42.

Rønland está instalada próxima da pequena cidade de Limfjorden, no oeste da Dinamarca e muito próximo do Mar do Norte. Essa fazenda conta com apenas oito turbinas, quatro delas com capacidade instalada de 2 MW e as outras quatro com capacidade de 2,3 MW, totalizando 17,2 MW. As turbinas estão distantes cerca de 100 metros do litoral, apresentam 93 metros de altura e rotores com diâmetros de 80 metros (nas máquinas de 2 MW) e de 101 metros (nas máquinas de 2.3 MW).

Rønland-Windpark.jpg Rønland Offshore Wind Farm, no oeste da Dinamarca, próximo a Limfjorden.

A fazenda Rønland opera atualmente com fator de capacidade de 44,1%!


Alexandre Beluco

Engenheiro, pesquisador, professor universitário. Especialista em energias renováveis. Apaixonado por motores de dois tempos.
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