História da Energia Eólica e suas utilizações

História da Energia Eólica e suas utilizações

Motivação

A energia eólica é a fonte que mais cresce na matriz energética nacional. O Brasil possui uma capacidade instalada de 11GW e segundo o PDE 2024, a capacidade chegará a 24GW em 2024, passando de 7,1% para 11,6% do total de energia gerada no Brasil, que hoje, segundo a ANEEL, é de 153,4GW.

Segundo o Atlas do Potencial Eólico Brasileiro, possuímos um potencial eólico no continente brasileiro de 143,5GW. Se levarmos em consideração a geração eólica offshore, temos um potencial a até 10 km da costa brasileira de 57GW e ao longo de toda a costa brasileira, na zona econômica exclusiva (ZEE), um potencial energético de 1,78TW, totalizando quase 2TW de energia, capaz de suprir a demanda energética do país por muitos anos.

Como reflexo deste mercado, a cadeia produtiva para este tipo de geração de eletricidade vem se instalando no Brasil e crescendo. Hoje temos 149 empreendimentos em construção e mais 160 planejados, gerando milhares de empregos.

O Recurso Eólico

A energia eólica provém da radiação solar uma vez que os ventos são gerados pelo aquecimento não uniforme da superfície terrestre. Os ventos que sopram em escala global e aqueles que se manifestam em pequena escala são influenciados por diferentes aspectos, entre os quais destacam-se a altura, a rugosidade, os obstáculos e o relevo. A seguir serão descritos os mecanismos de geração dos ventos e os principais fatores de influência no regime dos ventos de uma região.

Mecanismos de Geração dos Ventos

A energia eólica pode ser considerada como uma das formas em que se manifesta a energia proveniente do Sol, isto porque os ventos são causados pelo aquecimento diferenciado da atmosfera. Essa não uniformidade no aquecimento da atmosfera deve ser creditada, entre outros fatores, à orientação dos raios solares e aos movimentos da Terra.

As regiões tropicais, que recebem os raios solares quase que perpendicularmente, são mais aquecidas do que as regiões polares. Consequentemente, o ar quente que se encontra nas baixas altitudes das regiões tropicais tende a subir, sendo substituído por uma massa de ar mais frio que se desloca das regiões polares. O deslocamento de massas de ar determina a formação dos ventos. A figura adiante apresenta esse mecanismo.

Formação dos ventos devido ao deslocamento das massas de ar.

  

Existem locais no globo terrestre nos quais os ventos jamais cessam de “soprar”, pois os mecanismos que os produzem (aquecimento no equador e resfriamento nos pólos) estão sempre presentes na natureza. São chamados de ventos planetários ou constantes, e podem ser classificados em:

• Alísios: ventos que sopram dos trópicos para o Equador, em baixas altitudes.
• Contra-Alísios: ventos que sopram do Equador para os pólos, em altas altitudes.
• Ventos do Oeste: ventos que sopram dos trópicos para os pólos.
• Polares: ventos frios que sopram dos pólos para as zonas temperadas.

Tendo em vista que o eixo da Terra está inclinado de 23,5° em relação ao plano de sua órbita em torno do Sol, variações sazonais na distribuição de radiação recebida na superfície da Terra resultam em variações sazonais na intensidade e duração dos ventos, em qualquer local da superfície terrestre. Como resultado surgem os ventos continentais ou periódicos e compreendem as monções e as brisas.

As monções são ventos periódicos que mudam de direção a cada seis meses aproximadamente. Em geral, as monções sopram em determinada direção em uma estação do ano e em sentido contrário em outra estação.

Em função das diferentes capacidades de refletir, absorver e emitir o calor recebido do Sol, inerentes à cada tipo de superfície (tais como mares e continentes), surgem as brisas que caracterizam-se por serem ventos periódicos que sopram do mar para o continente e vice-versa.

No período diurno, devido à maior capacidade da terra de refletir os raios solares, a temperatura do ar aumenta e, como consequência, forma-se uma corrente de ar que sopra do mar para a terra (brisa marítima).

Brisa diurna

À noite, a temperatura da terra cai mais rapidamente do que a temperatura da água e, assim, ocorre a brisa terrestre que sopra da terra para o mar. Normalmente, a intensidade da brisa terrestre é menor do que a da brisa marítima devido à menor diferença de temperatura que ocorre no período noturno.

Brisa Noturna

Sobreposto ao sistema de geração dos ventos descrito acima, encontram-se os ventos locais, que são originados por outros mecanismos mais específicos. São ventos que sopram em determinadas regiões e são resultantes das condições locais, que os tornam bastante individualizados. 

A mais conhecida manifestação local dos ventos é observada nos vales e montanhas. Durante o dia, o ar quente nas encostas da montanha se eleva e o ar mais frio desce sobre o vale para substituir o ar que subiu. No período noturno, a direção em que sopram os ventos é novamente revertida, e o ar frio das montanhas desce e se acumula nos vales.

Fatores que influenciam o regime dos ventos

O comportamento estatístico do vento ao longo do dia é um fator que é influenciado pela variação de velocidade do vento ao longo do tempo. As características topográficas de uma região também influenciam o comportamento dos ventos uma vez que, em uma determinada área, podem ocorrer diferenças de velocidade, ocasionando a redução ou aceleração na velocidade do vento. Além das variações topográficas e de rugosidade do solo, a velocidade também varia seu comportamento com a altura.

Tendo em vista que a velocidade do vento pode variar significativamente em curtas distâncias (algumas centenas de metros), os procedimentos para avaliar o local, no qual se deseja instalar aerogeradores, devem levar em consideração todos os parâmetros regionais que influenciam nas condições do vento. Entre os principais fatores de influência no regime dos ventos destacam-se:

• A variação da velocidade com a altura;
• A rugosidade do terreno, que é caracterizada pela vegetação, utilização da terra e construções;
• Presença de obstáculos nas redondezas;
• Relevo que pode causar efeito de aceleração ou desaceleração no escoamento do ar.

As informações necessárias para o levantamento das condições regionais podem ser obtidas a partir de mapas topográficos e de uma visita ao local de interesse para avaliar e modelar a rugosidade e os obstáculos. O uso de imagens aéreas e dados de satélite também contribuem para uma análise mais acurada.

A figura adiante mostra, de uma forma genérica, como os ventos se comportam quando estão sob a influência das características da superfície do solo.

Comportamento do vento sob a influência das características do terreno (Fonte: Atlas Eólico do Brasil, 1998)

O Atlas do Potencial Eólico Brasileiro

Um dos fatores que limitam investimentos em empreendimentos eólicos é a falta de dados adequados e confiáveis. Com o objetivo de fornecer informações para capacitar tomadores de decisão na identificação de áreas adequadas para aproveitamentos eólio-elétricos, tais como autoridades governamentais, planejadores do setor elétrico, agências nacionais e internacionais de financiamento, instituições de fomento e investidores, o governo brasileiro criou o “Atlas do Potencial Eólico Brasileiro”, que cobre todo o território nacional.

Este atlas vem preencher parte dessa lacuna, apresentando informações de qualidade sobre as áreas com bom potencial eólico no território nacional e suas principais características, tais como: velocidade média, direção, regime e sazonalidade do vento.

Velocidade média anual do vento a 50m de altura

Na elaboração deste atlas foram empregadas ferramentas computacionais de última geração para processamento dos dados utilizados na obtenção das informações de interesse. Tais informações são apresentadas em forma de diversos mapas, abrangendo cada uma das regiões brasileiras, Norte, Sul, Nordeste, Sudeste e Centro-Oeste bem como a representação da superfície total do país.

Potencial eólico estimado para vento médio anual igual ou superior a 7,0 m/s  

O Atlas do Potencial Eólico Brasileiro constitui-se, assim, em um instrumento indicativo fundamental para que se possa pré-avaliar os recursos eólicos para geração de energia elétrica, sua principal finalidade, podendo também ser fonte de consulta para pesquisas acadêmicas e científicas, além de outras possíveis aplicações que utilizem dados dos ventos.

Energia e Potência Extraída do Vento

Uma turbina eólica capta uma parte da energia cinética do vento que passa através da área varrida pelo rotor e a transforma em energia elétrica. A absorção de energia cinética reduz a velocidade do vento a jusante do disco do rotor; gradualmente, essa velocidade recupera-se ao misturar-se com as massas de ar predominantes do escoamento livre. Das forças de sustentação aerodinâmica nas pás do rotor resulta uma esteira helicoidal de vórtices, a qual também gradualmente dissipa-se. Após alguma distância a jusante da turbina, o escoamento praticamente recupera as condições de velocidade originais e turbinas adicionais podem ser instaladas, minimizando as perdas de desempenho causadas pela interferência da turbina anterior. A potência elétrica é função do cubo da velocidade de vento v_w.

A potência mecânica extraída do vento pelo aerogerador depende de vários fatores. Mas tratando-se de estudos elétricos, o modelo geralmente apresentado nas literaturas é:

Com:

Onde:

• c_p – coeficiente de potência do aerogerador;
• λ – razão entre a velocidade tangencial da ponta da pá e a velocidade do vento incidente (tip speed ratio);
• ω_wt – velocidade angular da aerogerador [rad/s];
• R – raio da aerogerador [m];
• ρ – densidade do ar [Kg/m³];
• A – área varrida pelo rotor da aerogerador [m²];
• v_w – velocidade do vento incidente na aerogerador [m/s];

Característica c_p(λ, β) traçadas em função de aproximações numéricas (Fonte: Montezano, 2008)

Na equação, o coeficiente de potência c_p(λ, β) depende das características do aerogerador, sendo função da razão de velocidades λ e do ângulo de passo β das pás (pitch) do aerogerador. O c_p(λ, β) é expresso como uma característica bidimensional. Aproximações numéricas normalmente são desenvolvidas para o cálculo de c_p para valores dados de λ e β (RAIAMBAL e CHELLAMUTH, 2002 apud PAVINATTO, 2005).

Primeiras Utilizações da energia eólica

Com o avanço da agricultura, o homem necessitava cada vez mais de ferramentas que o auxiliassem nas diversas etapas do trabalho. Tarefas como a moagem dos grãos e o bombeamento de água exigiam cada vez mais esforço braçal e animal.

Esta necessidade motivou a criação dos primeiros moinhos de vento, que surgiram na Pérsia, possivelmente por volta de 200 A.C. Esses eram moinhos de vento horizontais, com eixo vertical longo com seis a doze velas retangulares cobertas de esteiras de junco ou pano e foram utilizados para moagem de grãos, na trituração e nas indústrias de cana de açúcar.

O uso de moinhos de vento se difundiu em todo o Oriente Médio e Ásia Central e mais tarde, se espalhou para o resto da Europa, Índia e China. Alguns exemplos mais antigos de moinhos de vento, podem ser vistos na cidade de Nashtifan, no Irã, onde eles estão ainda em uso. Em 2002, os moinhos de vento de Nashtifan foram registrados como Patrimônio Nacional do Irã.

Não existem evidências, mas acredita-se que antes da invenção dos cata-ventos na Pérsia, a China (por volta de 2000 A.C.) e o Império Babilônico (por volta 1700 A.C) também utilizavam cata-ventos rústicos para irrigação (CHESF-BRASCEP, 1987). (SHEFHERD, 1994).

Moinho de eixo vertical em Nashtifan

Vídeo mostrando o Moinho de eixo vertical em Nashtifan

Mesmo com baixa eficiência devido a suas características, os cata-ventos primitivos apresentavam vantagens importantes para o desenvolvimento das necessidades básicas de bombeamento d’água ou moagem de grãos, substituindo a força motriz humana ou animal. Pouco se sabe sobre o desenvolvimento e uso dos cata-ventos primitivos da China e Oriente Médio como também dos cata-ventos surgidos no Mediterrâneo. Um importante desenvolvimento da tecnologia primitiva foram os primeiros modelos a utilizarem velas de sustentação em eixo horizontal encontrados nas ilhas gregas do Mediterrâneo.

A introdução dos cata-ventos na Europa deu-se, principalmente, no retorno das Cruzadas há 900 anos. Os cata-ventos foram largamente utilizados e seu desenvolvimento bem documentado. As máquinas primitivas persistiram até o século XII quando começaram a ser utilizados moinhos de eixo horizontal na Inglaterra, França e Holanda, entre outros países. 

Os moinhos de vento de eixo horizontal do tipo “holandês” foram rapidamente disseminados em vários países da Europa. Durante a Idade Média, na Europa, a maioria das leis feudais incluía o direito de recusar a permissão para construção de moinhos de vento pelos camponeses, o que os obrigava a usar os moinhos dos senhores feudais para a moagem dos seus grãos. Dentro das leis de concessão de moinhos também se estabeleceram leis que proibiam a plantação de árvores próximas ao moinho assegurando, assim, o “direito ao vento”. 

Os moinhos de vento na Europa tiveram, sem dúvida, uma forte e decisiva influência na economia agrícola por vários séculos. Com o desenvolvimento tecnológico das pás, sistema de controle, eixos etc, o uso dos moinhos de vento propiciou a otimização de várias atividades utilizando-se a força motriz do vento.

Moinho de vento típico do mediterrâneo

Na Holanda, entre os séculos XVII a XIX, o uso de moinhos de vento em grande escala esteve amplamente relacionado com a drenagem de terras cobertas pelas águas. A área de Beemster Polder, que ficava três metros abaixo do nível do mar, foi drenada por 26 moinhos de vento de até 50 HP cada, entre os anos de 1608 e 1612. Mais tarde, a região de Schermer Polder também foi drenada por 36 moinhos de vento durante quatro anos, a uma vazão total de 1.000m3/min. (SHEPHERD, 1994).

Os moinhos de vento na Holanda tiveram uma grande variedade de aplicações. O primeiro moinho de vento utilizado para a produção de óleos vegetais foi construído em 1582. Com o surgimento da imprensa e o rápido crescimento da demanda por papel, foi construído, em 1586, o primeiro moinho de vento para fabricação de papel. Ao fim do século XVI, surgiram moinhos de vento para acionar serrarias para processar madeiras provenientes do Mar Báltico. Em meados do século XIX, aproximadamente 9.000 moinhos de vento existiam em pleno funcionamento na Holanda. (WADE, 1979 apud CHESF-BRASCEP, 1987).

O número de moinhos de vento na Europa nesse período mostra a importância do seu uso em diversos países como a Bélgica (3.000 moinhos de vento), Inglaterra (10.000 moinhos de vento) e França (650 moinhos de vento na região de Anjou) (CHESF-BRASCEP, 1987).

Moinho de vento típico da Holanda

Um importante marco para a energia eólica na Europa foi a Revolução Industrial no final do Século XIX. Com o surgimento da máquina a vapor, iniciou-se o declínio do uso da energia eólica na Holanda. Já no início do século XX, existiam apenas 2.500 moinhos de ventos em operação, caindo para menos de 1.000 no ano de 1960(CHESF-BRASCEP, 1987).

Preocupados com a extinção dos moinhos de vento pelo novo conceito imposto pela Revolução Industrial, foi criada, em 1923, uma sociedade holandesa para conservação, melhoria de desempenho e utilização mais efetiva dos moinhos holandeses.

A utilização de cata-ventos de múltiplas pás destinados ao bombeamento d’água desenvolveu-se de forma efetiva, em diversos países, principalmente nas suas áreas rurais. Acredita-se que, desde a segunda metade do século XIX, mais de 6 milhões de cata-ventos já teriam sido fabricados e instalados somente nos Estados Unidos para o bombeamento d’água em sedes de fazendas isoladas e para abastecimento de bebedouros para o gado em pastagens extensas (CHESF-BRASCEP, 1987).

Os cata-ventos de múltiplas pás foram usados também em outras regiões como a Austrália, Rússia, África e América Latina. O sistema se adaptou muito bem às condições rurais tendo em vista suas características de fácil operação e manutenção. Toda a estrutura era feita de metal e o sistema de bombeamento era feito por meio de bombas e pistões, favorecidos pelo alto torque fornecido pelo grande número de pás. Até hoje esse sistema é largamente usado em várias partes do mundo para bombeamento de água.

Desenvolvimento dos Aerogeradores no Século XX

Com o avanço da rede elétrica, foram feitas, também no início do século XX, várias pesquisas para o aproveitamento da energia eólica em geração de grandes blocos de energia. Enquanto os Estados Unidos estavam difundindo o uso de aerogeradores de pequeno porte nas fazendas e residências rurais isoladas, a Rússia investia na conexão de aerogeradores de médio e grande porte diretamente na rede.

O início da adaptação dos cata-ventos para geração de energia elétrica teve início no final do século XIX. Em 1888, Charles F. Bruch, um industrial voltado para eletrificação em campo, ergueu na cidade de Cleveland, Ohio, o primeiro cata-vento destinado à geração de energia elétrica. Tratava-se de um cata-vento que fornecia 12kW em corrente contínua para carregamento de baterias, as quais eram destinadas, sobretudo, para o fornecimento de energia para 350 lâmpadas incandescentes (SCIENTIFIC AMERICAN, 1890 apud SHEFHERD,1994) (RIGHTER,1991 apud SHEFHERD,1994).

Bruch utilizou-se da configuração de um moinho para o seu invento. A roda principal, com suas 144 pás, tinha 17m de diâmetro em uma torre de 18m de altura. Todo o sistema era sustentado por um tubo metálico central de 36cm que possibilitava o giro de todo o sistema acompanhando, assim, o vento predominante. Esse sistema esteve em operação por 20 anos, sendo desativado em 1908. Sem dúvida, o cata-vento de Bruch foi um marco na utilização dos cata-ventos para a geração de energia elétrica.

Aerogerador de Bruch, capaz de gerar 12KW.

O invento de Bruch apresentava três importantes inovações para o desenvolvimento do uso da energia eólica para geração de energia elétrica. Em primeiro lugar, a altura utilizada pelo invento estava dentro das categorias dos moinhos de ventos utilizados para beneficiamento de grãos e bombeamento d’água. Em segundo lugar, foi introduzido um mecanismo de grande fator de multiplicação da rotação das pás (50:1) que funcionava em dois estágios, possibilitando um máximo aproveitamento do dínamo cujo funcionamento estava em 500rpm. Em terceiro lugar, esse invento foi a primeira e mais ambiciosa tentativa de se combinar a aerodinâmica e a estrutura dos moinhos de vento com as recentes inovações tecnológicas na produção de energia elétrica.

Um dos primeiros passos para o desenvolvimento de aerogeradores de grande porte para aplicações elétricas foi dado na Rússia em 1931. O aerogerador Balaclava (assim chamado) era um modelo avançado com 30m de diâmetro, capaz de gerar 100kW, conectado, por uma linha de transmissão de 6,3kV de 30km, a uma usina termelétrica de 20MW. Essa foi a primeira tentativa bem sucedida de se conectar um aerogerador de corrente alternada com uma usina termelétrica (SEKTOROV, 1934 apud SHEFHERD, 1994).

A energia medida foi de 280.000kWh.ano, o que significa um fator médio de utilização de 32%. O gerador e o sistema de controle ficavam no alto da torre de 30 metros de altura, e a rotação era controlada pela variação do ângulo de passo das pás. O controle da posição era feito através de uma estrutura em treliças inclinada apoiada sobre um vagão em uma pista circular de trilhos. (CHESF-BRASCEP, 1987) ( SHEFHERD, 1994).

Após o desenvolvimento desse modelo, foram projetados outros modelos mais ambiciosos de 1MW e 5MW. Aparentemente esses projetos não foram concluídos devido à forte concorrência de outras tecnologias, principalmente a tecnologia de combustíveis fósseis que, com o surgimento de novas reservas, tornava-se mais competitiva economicamente contribuindo, assim, para o abandono de projetos ambiciosos de aerogeradores de grande porte.

A Segunda Guerra Mundial (1939 a 1945) contribuiu para o desenvolvimento dos aerogeradores de médio e grande porte, uma vez que os países em geral empenhavam grandes esforços no sentido de economizar combustíveis fósseis.

Os Estados Unidos desenvolveram um projeto de construção do maior aerogerador até então projetado. Tratava-se do aerogerador Smith-Putnam cujo modelo apresentava 53,3m de diâmetro, uma torre de 33,5m de altura e duas pás de aço com 16 toneladas. Na geração elétrica, foi usado um gerador síncrono de 1.250kW com rotação constante de 28rpm, que funcionava em corrente alternada, conectado diretamente à rede elétrica local (VOADEN,1943 apud SHEFHERD, 1994) (PUTNAM,1948 apud SHEFHERD, 1994) (KOEPPL, 1982 apud SHEFHERD, 1994). Esse aerogerador iniciou seu funcionamento em 10 de outubro de 1941, em uma colina de Vermont chamada Grandpa’s Knob. Em março de 1945, após quatro anos de operação intermitente, uma das suas pás (que eram metálicas) quebrou-se por fadiga (SHEFHERD, 1994) (EWEA, 1998A).

Aerogerador Smith-Putnam, capaz de gerar 1250KW.

Após o fim da Segunda Guerra, os combustíveis fósseis voltaram a abundar em todo o cenário mundial. Um estudo econômico na época mostrava que aquele aerogerador não era mais competitivo e, sendo assim, o projeto foi abandonado. Esse projeto foi pioneiro na organização de uma parceria entre a indústria e a universidade, objetivando pesquisas e desenvolvimento de novas tecnologias voltadas para a geração de energia elétrica através dos ventos. Essa parceria viabilizou o projeto com o maior número de inovações tecnológicas até então posto em funcionamento.

De uma forma geral, após a Segunda Guerra Mundial, o petróleo e grandes usinas hidrelétricas se tornaram extremamente competitivos economicamente, e os aerogeradores foram construídos apenas para fins de pesquisa, utilizando e aprimorando técnicas aeronáuticas na operação e desenvolvimento de pás, além de aperfeiçoamentos no sistema de geração.

A Inglaterra, durante a década de cinqüenta, promoveu um grande estudo anemométrico em 100 localidades das Ilhas Britânicas culminando, em 1955, com a instalação de um aerogerador experimental de 100kW em Cape Costa, Ilhas Orkney (CHESF-BRASCEP, 1987) (DIVONE, 1994). Também na década de cinqüenta, foi desenvolvido um raro modelo de aerogerador de 100kW com as pás ocas e com a turbina e gerador na base da torre. Ambos os modelos desenvolvidos na Inglaterra foram abandonados por problemas operacionais e principalmente por desinteresse econômico.

A Dinamarca, no período inicial da 2º Guerra Mundial, apresentou um dos mais significativos crescimentos em energia eólica em toda Europa. Esse avanço deu-se sob a direção dos cientistas dinamarqueses Poul la Cour e Johannes Juul (JUUL, 1964 apud DIVONE, 1994). Sendo um país pobre em fontes energéticas naturais, a utilização da energia eólica teve uma grande importância quando, no período entre as duas guerras mundiais, o consumo de óleo combustível estava racionado.

Durante a 2º Guerra Mundial, a companhia F.L.Smidth (F.L.S) foi a pioneira no desenvolvimento de uma série de aerogeradores de pequeno porte, na faixa de 45kW. Nesse período, a energia eólica na Dinamarca produzia, eventualmente, cerca de 4 milhões de quilowatt-hora anuais, dada a grande utilização dessas turbinas em todo o país. O sucesso dos aerogeradores de pequeno porte da F.L.S, que ainda operavam em corrente contínua, possibilitou um projeto de grande porte ainda mais ousado. Projetado por Johannes Juul, um aerogerador de 200kW com 24m de diâmetro de rotor foi instalado nos anos de 1956 e 1957 na ilha de Gedser. Esse aerogerador apresentava três pás e era sustentado por uma torre de concreto.

Aerogerador de 200KW projetado por Johannes Juul.

O sistema forneceu energia em corrente alternada para a companhia elétrica SEAS, no período entre 1958 e 1967, quando o fator de capacidade atingiu a meta de 20% em alguns dos anos de operação. (DIVONE, 1994) (EWEA, 1998)

A França também se empenhou nas pesquisas de aerogeradores conectados à rede elétrica. Entre 1958 e 1966 foram construídos diversos aerogeradores de grande porte. Entre os principais estavam três aerogeradores de eixo horizontal e três pás. Um dos modelos apresentava 30 metros de diâmetro de pá com potência de 800kW a vento de 16,5m/s. Esse modelo esteve em operação, conectado à rede EDF, nos anos de 1958 a 1963 (CHESF-BRASCEP, 1987) (BONNEFILLE, 1974 apud DIVONE, 1994).

Aerogerador de 800KW desenvolvido na França entre 1958 e 1966.

Todo o sistema elétrico funcionou em estado satisfatório, o que não ocorreu, entretanto, com diversas partes mecânicas. O mais importante desse projeto foi, sem dúvida, o bom funcionamento interligado à rede elétrica de corrente contínua. O segundo aerogerador apresentava 21 metros de diâmetro operando com potência de 132kW a vento de 13,5m/s; foi instalado próximo ao canal inglês de Saint-Remy-des-Landes, onde operou com sucesso durante três anos, com um total de 60 dias em manutenção por problemas diversos (CHESF-BRASCEP, 1987) (DIVONE, 1994). O terceiro aerogerador operou por apenas sete meses entre 1963 e 1964. Tratava-se de um aerogerador que operava com potência de 1.085kW a vento de 16,5m/s, apresentava três pás com um rotor de 35m. Esses três protótipos mostraram claramente a possibilidade de se conectar aerogeradores à rede de distribuição de energia elétrica. (DIVONE, 1994)

Durante o período entre 1955 e 1968, a Alemanha construiu e operou um aerogerador com o maior número de inovações tecnológicas na época. Os avanços tecnológicos desse modelo persistem até hoje na concepção dos modelos atuais, mostrando o seu sucesso de operação. Tratava-se de um aerogerador de 34 metros de diâmetro operando com potência de 100kW, a ventos de 8m/s (HÜTTER, 1973, 1974 apud DIVONE, 1994).

Aerogerador de Hutter – 100KW com grandes inovações tecnológicas

Esse aerogerador possuía rotor leve em materiais compostos, duas pás a jusante da torre, sistema de orientação amortecida por rotores laterais e torre de tubos estaiada. Ele operou por mais de 4.000 horas entre 1957 e 1968.

As pás, por serem feitas de materiais compostos, aliviaram os esforços em rolamentos, diminuindo assim os problemas de fadiga. Essa inovação mostrou ser muito mais eficiente comparada aos modelos até então feitos de metais. Em 1968, quando o modelo foi desmontado e o projeto encerrado por falta de verba, as pás do aerogerador apresentavam perfeitas condições de uso (CHESF-BRASCEP, 1987) (DIVONE, 1994).

A evolução comercial de aerogeradores de grande porte

O comércio de aerogeradores no mundo se desenvolveu rapidamente em tecnologia e tamanhos durante os últimos 15 anos. A figura seguinte mostra o impressionante desenvolvimento do tamanho e da potência de aerogeradores desde 1980.

Crescimento dos aerogeradores – diâmetro do rotor, altura de torre e potência nominal. Fonte: adaptado de IEA (2013)

Como funcionam os aerogeradores

Como funciona a geração eólica. (Fonte: Estudo publicado na revista científica PNAS).

Filme em animação 3D do projeto de implantação de parque eólico Serra do Tombador, em Jacobina-BA.

Tipos de Aerogeradores para Geração de Energia Elétrica 

Aerogerador com Rotor de Eixo Vertical 

Aerogeradores com rotores de eixo vertical (AEVs) tendem a ser mais seguros, mais fáceis de construir, podem ser montados mais perto do solo e lidam muito melhor com condições de turbulência. Possuem torres baixas, entre 0,1 e 0,5 vezes a altura do próprio rotor, o que permite a colocação de todo o dispositivo de conversão de energia (gerador, caixa de velocidades, etc) na base do aproveitamento, o que facilita as operações de manutenção. 

Além disso, neste tipo de aerogerador não é necessário o dispositivo de orientação da turbina face ao vento, tal como acontece nos aerogeradores de eixo horizontal. Possuem também uma velocidade de arranque mais baixa do que a dos aerogeradores de eixo horizontal, o que lhes dá vantagem em condições de vento reduzido.

Por outro lado, eles não são tão eficientes como os aerogeradores de eixo horizontal. Isso acontece porque o vento junto ao solo é de mais fraca intensidade, o que implica um menor rendimento deste tipo de aerogeradores e a torre fica sujeita a elevados esforços mecânicos. Devido a essas razões, os construtores atualmente privilegiam os aerogeradores de eixo horizontal.

Este tipo de aerogeradores é especialmente indicado para meios urbanos porque além de ser silencioso, aproveita o vento mesmo que a direção deste não seja constante e haja a formação de turbilhões, o que acontece frequentemente em áreas com edifícios, árvores e outros obstáculos.

Aerogeradores de eixo vertical são difíceis de se encontrar à venda. Isso acontece porque apesar de terem vantagens em algumas circunstâncias, perdem claramente em rentabilidade quando as condições de vento são boas. Por isso nunca veremos um parque eólico com AEVs, resumindo-se o seu uso a pequenos projetos e a algumas instalações em ambiente urbano.

Os rotores de eixo vertical são geralmente mais baratos que os de eixo horizontal, pois o gerador não gira seguindo a direção do vento, apenas o rotor gira enquanto o gerador fica fixo. Porém, como já foi dito, seu desempenho é inferior.

Os dois tipos de estruturas de aerogeradores de eixo vertical mais utilizados são os rotores de Savonius e Rotor de Darrieus, e baseiam-se no princípio do accionamento diferencial ou da variação cíclica de incidência da força.

Rotor de Savonius

O Rotor de Savonius baseia-se no princípio do acionamento diferencial. Os esforços exercidos pelo vento em cada uma das faces do corpo oco são de intensidades diferentes, resultando um binário responsável pelo movimento rotativo do conjunto. O Rotor do tipo Savonius é um dos mais simples, é movido principalmente pela força de arrasto do ar e sua maior eficiência se dá em ventos fracos, podendo chegar a 20%.

Esquema do funcionamento do rotor de Savonius

Aerogerador com rotor de Savonius.

Rotor de Darrieus

O Rotor de Darrieus baseia-se no princípio da variação cíclica de incidência. Um perfil colocado ao vento segundo diferentes ângulos fica submetido a forças de intensidade e direção variáveis. A resultante destas forças gera um binário motor responsável pela rotação do dispositivo.

Aerogerador com rotor do tipo Darrieus.

O rotor do tipo Darrieus é constituído por 2 ou 3 pás (como as dos helicópteros), funciona através de força de sustentação tendo assim uma eficiência melhor que a do rotor savonius, podendo chegar a 40% em ventos fortes.

Aerogerador com Rotor de Eixo Horizontal

Os aerogeradores de eixo horizontal são os mais utilizadas porque o seu rendimento aerodinâmico é superior aos de eixo vertical e estão menos expostos aos esforços mecânicos, compensando seu maior custo, e grande parte da experiência mundial está voltada para a sua utilização.

São movidos por forças aerodinâmicas chamadas de forças de sustentação (lift) e forças de arrasto (drag). Um corpo que obstrui o movimento do vento sofre a ação de forças que atuam perpendicularmente ao escoamento (forças de sustentação) e de forças que atuam na direção do escoamento (forças de arrasto). Ambas são proporcionais ao quadrado da velocidade relativa do vento. Adicionalmente, as forças de sustentação dependem da geometria do corpo e do ângulo de ataque (formado entre a velocidade relativa do vento e o eixo do corpo).

Os rotores que giram predominantemente sob o efeito de forças de sustentação permitem liberar muito mais potência do que aqueles que giram sob efeito de forças de arrasto, para uma mesma velocidade de vento.

Aerogerador de eixo horizontal

Os rotores de eixo horizontal ao longo do vento (aerogeradores convencionais) são predominantemente movidos por forças de sustentação e devem possuir mecanismos capazes de permitir que o disco varrido pelas pás esteja sempre em posição perpendicular ao vento. Tais rotores podem ser constituídos de uma pá e contrapeso, duas pás, três pás ou múltiplas pás.

Os Rotores de 3 pás são os mais comuns, pois constituem um bom compromisso entre coeficiente de potência, custo e velocidade de rotação, bem como uma melhor estética comparada às turbinas de 2 pás. Apesar dos rotores com 2 pás serem mais eficientes, são mais instáveis e propensos a turbulências, trazendo risco a sua estrutura, o que não acontece nos rotores de 3 pás que são muito mais estáveis. Seu pico de geração de energia é atingido com ventos fortes e sua eficiência pode passar dos 45%.

Os projetistas americanos tem escolhido geralmente duas pás com base no argumento de que o custo de duas pás é menor que o de três. Outros, especialmente os dinamarqueses, argumentam que o custo extra da terceira pá é compensado pelo comportamento dinâmico mais suave do rotor de três pás, e que o custo total do aerogerador é virtualmente idêntico quer se usem duas ou três pás. Um rotor de três pás fornece oscilações menores de torque no eixo, o que simplifica a transmissão mecânica.

Se um rotor de duas pás é escolhido (pelo menos para aerogeradores grandes) utiliza-se o rotor articulado, isto é, permitindo uns poucos graus de movimento perpendicular ao eixo de rotação. Com um cubo articulado, cada pá, ao passar pelo topo do círculo de rotação, onde a velocidade do vento é maior devido ao gradiente vertical, move-se um pouco para trás; ao mesmo tempo a outra pá, no curso inferior do círculo de rotação, onde o vento é menor, move-se para frente. Este movimento de articulação alivia significativamente as tensões na raiz das pás, e o consequente custo/benefício mais do que compensa pelo custo extra da articulação no cubo. Como o peso próprio das pás introduz cargas cíclicas na raiz (no plano de rotação ), e também penaliza a estrutura da torre, as pás devem obedecer ao critério de peso mínimo, resistência à fadiga e rigidez estrutural. Construtivamente, as pás podem ter as mais variadas formas e empregar os mais variados materiais. Em geral, utilizam-se pás rígidas de madeira, alumínio, aço, fibra de vidro, fibra de carbono e Kevlar.

Quanto à sua posição relativa à torre, o disco varrido pelas pás pode estar a montante do vento (upwind) ou a juzante do vento (downwind).

Uma razão para localizar o rotor a juzante da vento é que esse arranjo facilita a conicidade do rotor. O ângulo de conicidade é vantajoso por aliviar as tensões na raiz da pá, equilibrando parcialmente os momentos devidos às forças centrífugas. A desvantagem de localizar o rotor a juzante do vento é que as pás sofrem carregamento cíclico (causadores de fadiga) quando elas passam pela "sombra aerodinâmica", apesar desse efeito poder ser minimizado com o emprego de torres mais esbeltas, ou afastando as pás da torre com ângulo de conicidade.

A localização do rotor a montante da torre reduz o efeito de interferência cíclica da esteira (sombra) da torre nas pás para um nível mínimo de altitude. Entretanto, o rotor assim deve ser sem articulações e posicionado bem adiante da torre, mesmo sob condições extremas de velocidade de vento.

Não existe nenhuma evidência nítida quanto a qual localização do rotor, a montante ou a juzante, seja a mais vantajosa, pelo menos no que se concerne aos aspectos de custo total de máquinas eólicas. Sistemas a montante do vento necessitam de mecanismos de orientação do rotor com o fluxo de vento, enquanto nos sistemas a jusante do vento, a orientação realiza-se automaticamente. Nos aerogeradores das "wind farms" americanas, a maioria dos aerogeradores usados são a montante do vento (upwind).

A colocação da turbina no topo é a forma mais utilizada por ser a mais simples e a que conduz a melhores resultados para grandes potências. São menores os esforços de manobra e melhor a estabilidade. As pás da turbina devem sempre ser orientadas segundo a direção do vento.

Componentes de um aerogerador de eixo horizontal

As principais configurações de um aerogerador de eixo horizontal podem ser vistas na figura adiante. Estes aerogeradores são diferenciadas pelo tamanho e formato da nacele, pela presença ou não de uma caixa multiplicadora e pelo tipo de gerador utilizado (convencional ou multipolos). Na figura a seguir são apresentados os principais arranjos de componentes do aerogerador.

Principais arranjos de componentes do aerogerador

Torre

As torres são necessárias para sustentar e posicionar o rotor a uma altura conveniente para o seu funcionamento. É um item estrutural de grande porte e de elevada contribuição no custo do sistema. A base e a fundação da torre devem ser dimensionadas para suportar todos os esforços oriundos da operação do sistema. 

Primeiramente forças horizontais devem ser levadas em conta: resistência do rotor (drag) e da própria torre à força do vento. Em seguida, forças torcionais, impostas pelo mecanismo de controle de posicionamento da nacele (yaw) e esforços verticais (peso do próprio equipamento), não devem ser desprezados.

A torre suporta a massa da nacele e das pás. As pás, em rotação, excitam cargas cíclicas no conjunto, com a frequência da rotação e seus múltiplos, e assim uma questão fundamental no projeto da torre é a sua frequência natural, que deve ser desacoplada das excitações para evitar o fenômeno de ressonância, o qual aumenta a amplitude das vibrações e tensões resultantes, gerando a fadiga dos componentes, entre outros efeitos desagradáveis.

Logo após 1973, a primeira geração de aerogeradores ditos modernos foi projetada com torres rígidas, com frequências naturais bem acima das forças de rotação do rotor. Entretanto, esse enfoque conduziu a torres desnecessariamente pesadas e caras. À medida que a compreensão dos problemas dinâmicos de aerogeradores foi aumentando, durante a última década, tornou-se possível aerogeradores mais leves, que são consequentemente menos rígidos, mas também significativamente mais baratos que seus antecessores.

Um aerogerador moderno constitui uma estrutura esbelta, com a massa das pás em rotação sobre uma torre, excitando cargas cíclicas sobre todo o sistema. Um problema básico do projeto é determinar todos os modos e frequências naturais de vibração dos componentes, em especial das pás e torre, para evitar ressonância com as frequências de excitação do rotor em operação. A ressonância causa o aumento das amplitudes de carregamento cíclico no sistema, comprometendo a resistência à fadiga e reduzindo a vida útil prevista para o aerogerador.

Nacele

A Nacele é a carcaça montada sobre a torre, onde se situam o gerador (convencional ou multipolos), a caixa de transmissão (quando se utiliza um gerador convencional), todo o sistema de controle, medição do vento e motores para rotação do sistema para o melhor posicionamento em relação ao vento, e o sistema yaw, que tem a função de alinhar a turbina com o vento. Este sistema compreende um motor elétrico que gira a nacele sobre a torre.

 As figuras adiante mostram os principais componentes instalados em dois tipos de naceles, uma delas utilizando um gerador convencional e outra utilizando um gerador multipolos (Note que quando se utiliza o gerador multipolos não é necessário a utilização de caixa de transmissão).

Vista do interior da nacele de um aerogerador utilizando um gerador convencional (Fonte: VESTAS, 2006)

Vista do interior da nacele de um aerogerador utilizando um gerador multipolos.

Pás do rotor (Blades)

As pás são perfis aerodinâmicos responsáveis pela interação com o vento, convertendo parte de sua energia cinética em trabalho mecânico. Inicialmente fabricadas em alumínio, atualmente são fabricadas em fibras de vidro  ou carbono, e podem ser reforçadas com epóxi. Nos aerogeradores que usam controle de velocidade por passo (pitch), as pás dispõem de rolamentos em sua base para que possam girar, modificando assim seu ângulo de ataque.

Pás do rotor sendo montadas.

Cubo (Hub)

As pás são fixadas através de flanges em uma estrutura metálica a frente do aerogerador denominada cubo. Esta estrutura é construída em aço ou liga de alta resistência. Para os aerogeradores que utilizam o controle de velocidade por passo (pitch), o cubo, além de apresentar os rolamentos para fixação das pás, também acomodam os mecanismos e motores para o ajuste do ângulo de ataque de todas as pás.

Cubo

É importante citar que por se tratar de uma peça mecânica de alta resistência, o cubo é montado de tal forma que, ao sair da fábrica, este apresenta-se como peça única e compacta, de modo que, mesmo para os aerogeradores de grande porte, seu transporte seja feito sem a necessidade de montagens no local da instalação.

 Eixo

O eixo é o responsável pelo acoplamento do cubo ao gerador, fazendo a transferência da energia mecânica da turbina. É construído em aço ou liga metálica de alta resistência.

Transmissão e Caixa Multiplicadora (Gearbox)

A transmissão, que engloba a caixa multiplicadora, possui a finalidade de transmitir a energia mecânica entregue pelo eixo do rotor até o gerador. É composta por eixos, mancais, engrenagens de transmissão e acoplamentos. O projeto tradicional de uma turbina eólica consiste em colocar a caixa de transmissão mecânica entre o rotor e o gerador, de forma a adaptar a baixa velocidade do rotor à velocidade de rotação mais elevada dos geradores convencionais.

Transmissão com caixa multiplicadora.

A velocidade angular dos rotores geralmente varia na faixa de 20 a 150rpm devido às restrições de velocidade na ponta da pá (tip speed). Entretanto, geradores (sobretudo geradores síncronos) trabalham em rotações muito mais elevadas (entre 1.200 e 1.800rpm), tornando necessária a instalação de um sistema de multiplicação entre os eixos.

A caixa multiplicadora, quando existente, representa a maior massa da nacele e também uma grande fração de seu custo (cerca de 13%). É um item que necessita de manutenção intensiva e que representa, portanto, uma fonte de possíveis falhas. Exige o uso de um sistema hidráulico com bombas, trocadores de calor e sistemas de comando para lubrificação e refrigeração.

Recentemente, alguns fabricantes desenvolveram com sucesso aerogeradores sem a caixa multiplicadora e abandonaram a forma tradicional de construí-los. Assim, ao invés de utilizar a caixa de engrenagens com alta relação de transmissão, necessária para alcançar a elevada rotação dos geradores, utilizam-se geradores de polos salientes (multipolos) com o estator em forma de anel, de baixa velocidade e grandes dimensões.

Os dois tipos de projetos possuem suas vantagens e desvantagens e a decisão em usar o multiplicador ou fabricar um aerogerador sem caixa de transmissão é, antes de tudo, uma questão de filosofia do fabricante.

Gerador

A transformação da energia mecânica de rotação em energia elétrica através de equipamentos de conversão eletromecânica é um problema tecnologicamente dominado e, portanto, encontram-se vários fabricantes de geradores disponíveis no mercado. Entretanto, a integração de geradores no sistema de conversão eólica é um grande problema, que envolve principalmente:

• Variações na velocidade do vento (extensa faixa de rotações por minuto para a geração); 
• Variações do torque de entrada (uma vez que variações na velocidade do vento induzem variações de potência disponível no eixo); 
• Exigência de frequência e tensão constante na energia final produzida; 
• Dificuldade de instalação, operação e manutenção devido ao isolamento geográfico de tais sistemas, sobretudo em caso de pequena escala de produção (isto é, necessitam ter alta confiabilidade). 

Atualmente, existem várias alternativas de conjuntos motogeradores, entre eles: geradores de corrente contínua, geradores síncronos, geradores assíncronos, geradores de comutador de corrente alternada e geradores multipolos. Cada uma delas apresenta vantagens e desvantagens que devem ser analisadas com cuidado na sua incorporação ao sistema de conversão de energia eólica.

Gerador convencional utilizado em turbinas eólicas

O tipo de gerador influência diretamente no comportamento em operação do aerogerador e suas interações com a rede. As tensões mecânicas e as flutuações rápidas de potência gerada diminuem quanto maior for a capacidade e a amplitude das variações de rotação permissíveis no gerador.

Mecanismo de Controle

Os mecanismos de controle destinam-se à orientação do rotor, controle de velocidade, controle de carga, etc. Pela variedade de controles, existe uma enorme variedade de mecanismos que podem ser mecânicos (velocidade, passo, freio), aerodinâmicos (posicionamento do rotor) ou eletrônicos (controle da carga).

Os modernos aerogeradores utilizam dois diferentes princípios de controle aerodinâmico para limitar a extração de potência à potência nominal do aerogerador. São chamados de controle estol (Stall) e controle de passo (Pitch).

O controle estol (stall) é um controle simples e barato, e consiste em um controle passivo que se baseia no projeto aerodinâmico das pás de forma que quando a velocidade do vento atinge determinados valores as pás automaticamente entram em “stall”, ou seja, quando a velocidade do vento supera a velocidade nominal, o escoamento em torno do perfil da pá do rotor “descola” da superfície da pá, reduzindo as forças de sustentação e aumentando as forças de arrasto. Menores sustentações e maiores arrastos atuam contra um aumento da potência do rotor. Para evitar que o efeito estol ocorra em todas as posições radiais das pás ao mesmo tempo, o que reduziria significativamente a potência do rotor, as pás possuem uma pequena torção longitudinal que as levam a um suave desenvolvimento deste efeito.

O controle de passo (pitch) é um sistema ativo que normalmente necessita de uma informação vinda do sistema de controle. Sempre que a potência nominal do gerador é ultrapassada, devido à um aumento da velocidade do vento, as pás do rotor giram em torno do seu eixo longitudinal. Em outras palavras, as pás mudam o seu ângulo de passo para reduzir o ângulo de ataque. Esta redução do ângulo de ataque diminui as forças aerodinâmicas atuantes e, conseqüentemente, a extração de potência do vento. Para todas as velocidades de vento superiores à velocidade nominal, o ângulo é escolhido de forma que o aerogerador produza apenas a potência nominal.

No passado, a maioria dos aerogeradores usavam o controle estol simples. Nos últimos anos, com o aumento do tamanho das máquinas, os fabricantes estão optando pelo sistema de controle de passo, que apesar de encarecer o projeto, por necessitar de um sistema de variação de passo, oferece maior flexibilidade na operação das turbinas eólicas.

Atualmente surgiu uma mistura de controle por estol e de passo, o conhecido “estol ativo”. Neste caso, o passo da pá do rotor é girado na direção do estol e não na direção da posição de embandeiramento (menor sustentação) como é feito em sistema de passo normais, trazendo como vantagens a possibilidade de controle da potência sob condições de potência parcial e que são necessárias pequeníssimas mudanças no ângulo do passo para garantir o controle.

Aplicações dos sistemas eólicos

Um sistema eólico pode ser utilizado em três aplicações distintas: sistemas isolados (off grid), sistemas interligados à rede (on grid) e sistemas híbridos. Os sistemas obedecem a uma configuração básica, necessitam de uma unidade de controle de potência e, em determinados casos, de uma unidade de armazenamento.

Sistemas Isolados (off grid)

Os sistemas isolados, em geral, utilizam alguma forma de armazenamento de energia. Este armazenamento pode ser feito através de baterias, com o objetivo de utilizar aparelhos elétricos, ou na forma de energia gravitacional, com a finalidade de armazenar a água bombeada em reservatórios para posterior utilização.

Os sistemas que armazenam energia em baterias necessitam de um dispositivo para controlar a carga e a descarga da bateria. O controlador de carga tem como principal objetivo evitar danos à bateria por sobrecarga ou descarga profunda. Para alimentação de equipamentos que operam com corrente alternada (CA) é necessário a utilização de um inversor.

Sistema eólico isolado (off grid).

 Alguns sistemas isolados não necessitam de armazenamento, como no caso dos sistemas para irrigação onde toda a água bombeada é diretamente consumida.

Sistemas Interligados à Rede (on grid)

Os sistemas interligados à rede não necessitam de sistemas de armazenamento de energia pois a geração é entregue diretamente à rede elétrica através de um medidor bidirecional para baixas potencias ou uma subestação para potencias elevadas.

Sistema eólico interligado (on grid).

Sistemas Híbridos

Os sistemas híbridos são aqueles que, desconectados da rede convencional, apresentam várias fontes de geração de energia como, por exemplo, turbinas eólicas, geração diesel, módulos fotovoltaicos, entre outras. A utilização de várias formas de geração de energia elétrica aumenta a complexidade do sistema e exige a otimização do uso de cada uma das fontes. Nesses casos, é necessário realizar um controle de todas as fontes para que haja máxima eficiência na entrega da energia para o usuário.

Sistema híbrido eólico e fotovoltaico.

Em geral, os sistemas híbridos são empregados em sistemas de médio a grande porte destinados a atender um número maior de usuários. Por trabalhar com cargas em corrente alternada, o sistema híbrido também necessita de um inversor. Devido à grande complexidade de arranjos e multiplicidade de opções, a forma de otimização do sistema torna-se um estudo particular a cada caso.

Sistemas Offshore

As instalações offshore representam a nova fronteira da utilização da energia eólica. A energia eólica offshore consiste em construir parques eólicos ao longo da costa marítima. Esta tecnologia possibilita aumentar a potência instalada de energia eólica e ainda proporciona algumas vantagens face aos parques eólicos terrestres:

• Há mais vento no mar que em terra, isso deve-se ao fato da inexistência de obstáculos no mar e a menor rugosidade da superfície marítima quando comparada com a terrestre.

• É mais fácil transportar os elementos constituintes dos aerogeradores por mar do que por terra. Inclusive, ficam abertas as portas para fabricação de aerogeradores de maior porte, que permitirão retirar mais energia do vento.

• Não ocupação de terras habitáveis ou agricultáveis.

Planta eólica offshore.

Por outro lado também existem dificuldades e inconvenientes na implementação desta tecnologia:

• O custo da fabricação das fundações é elevado assim como é necessário fabricar torres mais altas pois parte da estrutura fica submersa.

• O custo da manutenção é mais elevado, pois o mar é um ambiente mais corrosivo.

• O custo de mão de obra é maior.

• O impacto ambiental nos ecossistemas marinhos.

Estudos concluídos em 2009 por Ortiz, G. P, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, condensados no artigo "POTENCIAL DE ENERGIA EÓLICA OFFSHORE NA MARGEM DO BRASIL", que duraram 10 anos, mostram que o potencial de energia eólica em alto mar é cerca de 12 vezes maior que o potencial de energia eólica em terra no Brasil.

Potencial eólico na plataforma continental brasileira. (Fonte Ortiz, 2009)

Observando os resultados, é surpreendente o potencial energético até 10 km da costa brasileira (57GW), pois representa uma grande quantidade de energia que pode ser produzida próxima do litoral, reduzindo a complexidade das estruturas operacionais e mão de obra. A longo prazo, vemos que a ZEE (Zona Econômica Exclusiva) brasileira, que apresentou um potencial energético de 1,78TW, poderá ser utilizada para gerar uma quantidade de energia suficiente para suprir a demanda energética do país.

Fontes:

• Programa demonstrativo para inovação em cadeia produtiva selecionada: Energia eólica – Brasília: Centro de Gestão e Estudos Estratégicos, 2015.

• Apostila "ENERGIA EÓLICA: PRINCÍPIOS E TECNOLOGIAS", CRECESB, 2008.

• Ortiz, G. P.; Kampel, M -  POTENCIAL DE ENERGIA EÓLICA OFFSHORE NA MARGEM DO BRASIL, 2009.

• Relatório Final do Plano Decenal de Energia – PDE 2024, 2015.

• CARVALHO, P. 2003. Geração Eólica. ISBN 85-7485-039-X. Imprensa Universitária, Fortaleza, CE.

• CEPEL, 2001. Atlas do Potencial Eólico Brasileiro. Ed. CEPEL, Rio de Janeiro, RJ.

• CHESF-BRASCEP, 1987. Fontes Energéticas Brasileiras, Inventário/Tecnologia. Energia Eólica. V.1 De cata-ventos a aerogeradores: o uso do vento, Rio de Janeiro.

• http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/capacidadebrasil/capacidadebrasil.cfm

• http://www.cresesb.cepel.br/index.php?section=com_content&lang=pt&cid=201

• https://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_e%C3%B3lica_no_Brasil

• http://atlanticenergias.com.br/saiba-como-funciona-o-aerogerador-que-transforma-vento-em-eletricidade/

• http://www.pucrs.br/ce-eolica/faq.php?q=1#1 

• http://www.solar.coppe.ufrj.br/eolica/eol_txt.htm 

• https://evolucaoenergiaeolica.wordpress.com/aerogerador-de-eixo-horizontal/custo-comparativo/

• https://evolucaoenergiaeolica.wordpress.com/aerogerador-de-eixo-horizontal/gerador-eolico-de-eixo-vertical/

• http://www.captovento.com.br/geracao-alternativa