Talvez você os tenha visto enquanto dirigia pelo campo. Ou talvez você os tenha visto ao largo da costa, aparecendo no horizonte com suas lâminas giratórias. Por outro lado, você pode tê-los visto no telhado de alguém ou como parte de uma operação urbana em pequena escala. Independentemente da localização, turbinas eólicas e energia eólica estão se tornando uma característica cada vez mais comum no mundo moderno.
Muito disso tem a ver com a ameaça das mudanças climáticas, a poluição do ar e o desejo de afastar a humanidade de sua dependência de combustíveis fósseis. E quando se trata de energia alternativa e renovável, a energia eólica deverá ocupar a segunda maior fatia do mercado no futuro (depois da solar). Mas exatamente como funcionam as turbinas eólicas?
Descrição:
As turbinas a ar são dispositivos que transformam a energia cinética do vento e as mudanças no fluxo de ar em energia elétrica. Em geral, eles consistem nos seguintes componentes: um rotor, um gerador e um componente de suporte estrutural (que pode assumir a forma de torre, mecanismo de guinada do rotor ou ambos).
Um rotor consiste nas pás que capturam a energia do vento e em um eixo, que converte a energia eólica em energia rotacional de baixa velocidade. O gerador - que está conectado ao eixo - converte a rotação lenta em alta em energia elétrica usando uma série de ímãs e um condutor (que geralmente consiste em fio de cobre enrolado).
Quando os ímãs giram em torno do fio de cobre, isso produz uma diferença no potencial elétrico, criando tensão e corrente elétrica. Por fim, existe o componente de suporte estrutural, que garante que a turbina se mantenha em altitudes suficientemente altas para capturar de maneira ideal as alterações na pressão do vento e / ou enfrentar na direção do fluxo de vento.
Tipos de turbinas eólicas:
Atualmente, existem dois tipos principais de turbinas eólicas - Turbinas Eólicas Horizontais (HAWT) e Turbinas Eólicas Verticais (VAWT). Como o nome indica, as turbinas eólicas horizontais têm um eixo do rotor principal e um gerador elétrico no topo de uma torre, com as pás apontadas para o vento. A turbina geralmente é posicionada contra o vento de sua torre de suporte, pois é provável que a torre produza turbulência atrás dela.
As turbinas de eixo vertical (mais uma vez, como o nome indica) têm o eixo principal do rotor disposto verticalmente. Normalmente, eles são menores na natureza e não precisam ser apontados na direção do vento para girar. Assim, eles podem tirar vantagem do vento variável em termos de direção.
Em geral, as turbinas eólicas de eixo horizontal são consideradas mais eficientes e podem produzir mais energia. Enquanto o modelo vertical gera menos eletricidade, ele pode ser colocado em elevações mais baixas e precisa de menos componentes (principalmente um mecanismo de guinada). As turbinas eólicas também podem ser divididas em três grupos gerais com base em seu design, que inclui os modelos Towered, Savonius e Darrieus.
O modelo em torre é a forma mais convencional de HAWT, consistindo em uma torre (como o nome sugere) e uma série de lâminas longas que ficam à frente (e paralelas) da torre. O Savonis é um modelo VAWT que conta com lâminas com contornos (conchas) para capturar vento e girar. Eles geralmente são de baixa eficiência, mas têm o benefício de serem auto-iniciantes. Esses tipos de turbinas costumam fazer parte de operações eólicas no telhado ou montadas em embarcações marítimas.
O modelo Darrieus, também conhecido como turbina "Eggbeater", tem o nome do inventor francês que foi pioneiro no design - Georges Darrieus. Este modelo VAWT emprega uma série de lâminas verticais que ficam paralelas ao suporte vertical. Eles geralmente são de baixa eficiência, exigem um rotor adicional para começar a girar, produzir alto torque e colocar alta tensão na torre. Portanto, eles são considerados não confiáveis como os designs.
História do Desenvolvimento:
A energia eólica tem sido usada há milhares de anos para empurrar velas, moinhos de vento ou gerar pressão para as bombas de água. Os primeiros exemplos conhecidos vêm da Ásia Central, onde os moinhos de vento usados na antiga Pérsia (Irã) foram datados entre 500 - 900 CE. A tecnologia começou a aparecer na Europa durante a Idade Média e tornou-se uma característica comum no século XVI.
No século XIX, com o desenvolvimento da energia elétrica, foram construídas as primeiras turbinas eólicas capazes de gerar eletricidade. O primeiro foi instalado em 1887 pelo acadêmico escocês James Blyth para iluminar sua casa de férias em Marykirk, na Escócia. Em 1888, o inventor americano Charles F. Brush construiu a primeira turbina eólica automatizada para alimentar sua casa em Cleveland, Ohio.
No início do século 20, as turbinas eólicas começaram a se tornar um meio comum de alimentar casas em áreas remotas (como fazendas). Em 1941, a primeira turbina eólica da classe de megawatts foi instalada em Vermont e conectada à rede elétrica local. Em 1951, o Reino Unido instalou sua primeira turbina eólica conectada à rede elétrica nas Ilhas Órcades.
Na década de 1970, a pesquisa e o desenvolvimento da tecnologia de turbinas eólicas avançaram consideravelmente graças à crise da OPEP e aos protestos contra a energia nuclear. Nas décadas seguintes, associações e lobistas dedicados à energia alternativa começaram a surgir nos países da Europa Ocidental e nos Estados Unidos. Na última década do século XX, esforços semelhantes surgiram na Índia e na China devido ao aumento da poluição do ar e à crescente demanda por energia limpa.
Força do vento:
Comparada a outras formas de energia renovável, a energia eólica é considerada muito confiável e estável, uma vez que é consistente de ano para ano e não diminui durante os horários de pico da demanda. Inicialmente, a construção de parques eólicos era um empreendimento caro. Mas, graças às recentes melhorias, a energia eólica começou a estabelecer preços máximos nos mercados atacadistas de energia em todo o mundo e reduzir as receitas e os lucros da indústria de combustíveis fósseis.
De acordo com um relatório divulgado pelo Departamento de Energia em março de 2015, o crescimento da energia eólica nos Estados Unidos poderia levar a empregos ainda mais altamente qualificados em várias categorias. Intitulado "Visão do vento: uma nova era para a energia eólica nos Estados Unidos", o documento indica que, em 2050, o setor poderá ser responsável por até 35% da produção elétrica dos EUA.
Além disso, em 2014, o Conselho Global de Energia Eólica e o Greenpeace Internacional se uniram para publicar um relatório intitulado “Global Wind Energy Outlook 2014”. Este relatório afirmou que, em todo o mundo, a energia eólica poderia fornecer de 25 a 30% da eletricidade global até 2050. No momento da redação do relatório, instalações comerciais em mais de 90 países tinham uma capacidade total de 318 gigawatts (GW), fornecendo cerca de 3,1% da oferta global.
Isso representa um aumento de quase dezesseis vezes na taxa de adoção desde o ano 2000, quando a energia eólica representou menos de 0,2%. Outra maneira de analisar isso seria dizer que a participação no mercado da energia eólica dobrou quatro vezes em menos de 15 anos. Isso o coloca em segundo lugar apenas em relação à energia solar, que dobrou sete vezes no mesmo período, mas ainda diminui o vento em termos de sua participação no mercado geral (cerca de 1% até 2014).
Em termos de suas desvantagens, uma questão constantemente levantada é o efeito que as turbinas eólicas têm sobre a vida selvagem local e o distúrbio que sua presença tem na paisagem local. No entanto, essas preocupações muitas vezes demonstraram ser infladas por grupos de interesses especiais e lobistas que procuram desacreditar a energia eólica e outras fontes de energia renovável.
Por exemplo, um estudo de 2009 divulgado pelo Laboratório Nacional de Energia Renovável determinou que menos de 1 acre por megawatt é perturbado permanentemente pela construção de parques eólicos em grande escala e menos de 3,5 acres por megawatt são perturbados temporariamente. O mesmo estudo concluiu que os impactos são relativamente baixos na fauna silvestre de aves e morcegos e que as mesmas conclusões são verdadeiras para plataformas offshore.
Em todo o mundo, governos e comunidades locais buscam energia eólica para atender às suas necessidades de energia. Em uma época de aumento dos preços dos combustíveis, preocupações crescentes com as mudanças climáticas e melhoria da tecnologia, isso não é surpreendente. Em sua atual taxa de adoção, é provável que seja uma das maiores fontes de energia até meados do século.
E não deixe de apreciar este vídeo sobre turbinas eólicas, cortesia do Lewis Research Center da NASA:
Escrevemos muitos artigos interessantes sobre turbinas eólicas e energia eólica aqui na Space Magazine. Eis o que é energia alternativa ?, Quais são os combustíveis fósseis ?, Quais são os diferentes tipos de energia renovável ?, Energia eólica no oceano (com ajuda do espaço) e o mundo poderia funcionar com energia solar e eólica?
Para obter mais informações, consulte o artigo de How Stuff Works sobre a história e a mecânica da energia eólica e a página Greenspace da NASA.
Astronomy Cast também possui alguns episódios relevantes para o assunto. Aqui está o episódio 51: Terra e o episódio 308: mudança climática.
Fontes:
- Wikipedia - Turbina Eólica
- NASA - O vento da mudança
- Departamento de Energia - Como funcionam as turbinas eólicas?
- Agência de Informação de Energia dos EUA - Tipos de turbinas eólicas
