Energia sustentável e lucrativa

Usar a energia do vento para produzir eletricidade tem se revelado uma das soluções mais promissoras quandos e fala de energia limpa, verde e renovável. E a indústria tem apostado no desenvolvimento dessa tecnologia, acreditando que o resultado será um mundo melhor no futuro e um bom mercado desde já.

O governo alemão, por exemplo, quer modificar a matriz energética do país para que a energia eólica atenda 15% das suas necessidades energéticas em 2030. Especialmente promissores são os mercados da Índia, Estados Unidos e China e, de maneira geral, as indústrias do setor que trabalham com crescimentos da ordem de dois dígitos, que consideram realista mesmo em ambiente econômico turbulento.

A energia eólica é a conversão da energia do vento em eletricidade, obtida por meio de turbinas que convertem a energia cinética do vento em energia elétrica. Essa conversão, de maneira geral, obedece à uma rotina padrão. O vento faz girar as lâminas de um rotor. Este rotor, com suas lâminas e o hub que as solidariza, giram em um eixo de baixa velocidade, entre 30 e 60 rpm. O eixo de baixa velocidade, por sua vez, conecta-se a 2 ou 3 caixas de mudança que elevam a rotação para cerca de 1 mil a 1,8 mil rpm, em um eixo de alta rotação. Essa é a rotação que a maioria dos geradores eólicos exige para produzir eletricidade. O eixo de alta velocidade aciona o gerador que produz a eletricidade. Um processo limpo, ambientalmente seguro e renovável.

Turbinas eólicas em uso variam de 500 kW até 6 MW. As turbinas de maior capacidade têm sido agrupadas em campos de vento que geram grandes quantidades de energia para comercialização no mercado. A maioria das turbinas eólicas comercialmente disponíveis hoje em dia é fabricada de acordo com o projeto dinamarquês: eixos horizontais, rotor de três lâminas e um sistema que mantém o rotor orientado para a direção do vento.

A quantidade de energia produzida pela turbina eólica depende da velocidade do vento. Ela começa a gerar energia em velocidades de aproximadamente 4 m/s. Como a velocidade do vento aumenta com a altura, as turbinas são montadas sobre torres de aproximadamente 30 metros de altura, garantindo acesso a maior energia eólica.

Ao contrário de outras indústrias, as turbinas eólicas operam sem supervisão direta. Os componentes são levados ao alto da torre e lá podem permanecer por seis meses antes da primeira manutenção. Elas operam sob diferentes condições climáticas, incluindo condições extremas como 100% de umidade e temperaturas ambientes que podem variar de -40°C a 85°C. Seus componentes elétricos devem ser capazes de suportar altos surtos de voltagem e estar imunes a ruídos elétricos que podem irradiar-se dos geradores e comutadores da rede. A proteção das turbinas eólicas com para-raios revela como a questão da segurança é crítica.

Para que as turbinas se mantenham operacionais e seguras, os componentes precisam ser cuidadosamente monitorados e protegidos. Um aspecto da segurança das turbinas é o seu sistema de controle. Sem ele, as turbinas vão exceder as capacidades para as quais foram construídas durante grandes ventanias. Velocidades que excedam as especificações da turbina danificam os componentes], e o sistema de segurança deve ser capaz de rapidamente recuperar o controle e parar a turbina. Isso é obtido, primariamente, através de um sistema aerodinâmico de freios que impede as lâminas do rotor de aumentar a potência.

O sistema de controle da turbina eólica desempenha múltiplas funções: participa de praticamente todos os processos de decisão relativos à segurança, supervisiona o desempenho normal da turbina, monitora centenas de funções, reúne medições estatísticas, comunica-se com os operadores e provê informações internas. Esse sistema de controle consiste de computadores que monitoram as condições das turbinas ao mesmo tempo que controlam comutadores, válvulas, bombas hidráulicas, etc. Devido ao difícil acesso aos componentes, é vital que os controladores sejam capazes de monitoramento interno e autorregulação.

Existem controladores na base da torre bem como na nacele, no topo da torre. Um terceiro controlador pode ser encontrado nas turbinas mais modernas. Sensores são empregados para acompanhar cerca de 500 parâmetros nas turbinas modernas. Alguns exemplos: voltagem do gerador e frequência da corrente, velocidade de rotação do eixo de baixa e alta rotação, ângulos de rotação de cada lâmina, vibração na nacele, nas lâminas e nos rolamentos, temperatura externa e temperaturas de componentes eletrônicos e temperatura do óleo nas caixas de mudança.

Melhores componentes
A indústria pesquisa e introduz novos avanços na tecnologia envolvida nesse processo de geração energética. Os sistemas de rolamentos para as turbinas, por exemplo, ganharam versões feitas de uma borracha anticorrosão, mais flexível, com melhor vedação e de maior durabilidade.

A qualidade dos componentes é de importância decisiva para os projetos de geração eólica. A eficiência das turbinas depende da manutenção e da vida útil dos componentes, geralmente expostos a ambientes hostis nas áreas costeiras ou dentro do mar. Neste último caso, a vida útil é especialmente relevante, desde que os serviços de manutenção nas instalações marítimas são muito caros. Os novos rolamentos têm vida útil muito maior e, por consequência, caem as necessidades de manutenção. São também ecoamigáveis, porque reduzem os níveis de ruído.

A indústria trabalha ainda no controle das vibrações das turbinas. Sistemas de suspensão passiva têm aplicações limitadas quando as condições do ambiente são muito variáveis. Eles precisam ser complementados por sistemas de suspensão ativos, que podem compensar um espectro maior de frequência. O princípio desse sistema ativo está baseado na captação da energia elétrica que um atuador utiliza para gerar vibrações compensatórias.

A crescente ampliação dos campos de geração de energia eólica e da capacidade das turbinas aumentou a voltagem operacional dos campos de geração eólica e também a necessidade de manter as perdas na transmissão nos menores níveis possíveis. Para atender essas necessidades surgiram os switchgears isolados a gás, que podem ser facilmente instalados na torre das turbinas.