O que é energia eólica? Definição e como funciona

A energia eólica é a eletricidade do ar que flui naturalmente na atmosfera da Terra. Como um recurso renovável que não se esgota através do uso, seu impacto no meio ambiente e na crise climática é significativamente menor do que a queima de combustíveis fósseis.

Podemos criar energia eólica erguendo algo tão simples quanto um conjunto de velas de 8 pés posicionadas para capturar ventos predominantes que giram uma pedra e grãos (uma moça). Ou, uma estrutura de energia eólica pode ser tão complexa quanto uma palheta de 150 pés que gira um gerador que produz eletricidade a ser armazenado em uma bateria ou implantado em um sistema de distribuição de energia. Existem até turbinas eólicas sem lâminas.

Em 2021, mais de 67.000 turbinas eólicas operam nos Estados Unidos, em 44 estados, Guam e Porto Rico. Os mecanismos de energia eólica geraram cerca de 8,4% da eletricidade nos EUA em 2020. Em todo o mundo, o vento oferece cerca de 6% das necessidades de eletricidade do mundo. A energia eólica está crescendo ano a ano em cerca de 10% e é uma parte essencial da maioria das mudanças climáticas e planos de crescimento sustentável em vários países, incluindo China, Índia, Alemanha e Estados Unidos.

Definição de energia eólica

Os seres humanos usam energia eólica de várias maneiras, desde o simples (ainda é usado para bombear água para gado em locais mais remotos) até o cada vez mais complexo – pense nas milhares de turbinas que dominam as colinas que correm a estrada 580 na Califórnia (foto acima).

Os componentes básicos de qualquer sistema de energia eólica são bastante semelhantes. Existem lâminas de algum tamanho e forma conectadas a um eixo de acionamento e uma bomba ou gerador que usa ou coleta a energia eólica. Se a energia eólica for usada diretamente como força mecânica, como moagem de grãos ou água de bombeamento, é chamada de moinho de vento; Se converter energia eólica em eletricidade, é conhecida como uma turbina eólica. Um sistema de turbina requer componentes adicionais, como uma bateria para armazenamento de eletricidade, ou está conectado a um sistema de distribuição de energia como linhas de energia.

Ninguém sabe quando um humano primeiro aproveitou o vento, mas a energia eólica moveu barcos no rio Nilo do Egito em torno de 5.000 aC por 200 aC, as pessoas na China usavam o vento para alimentar bombas de água simples e habitantes do Oriente Médio usavam moinhos de vento com lâminas de tecido manual para moer grãos. Com o tempo, bombas de vento e usinas ajudaram a produzir muitos tipos de comida lá, e o conceito se espalhou para a Europa, onde os holandeses construíram grandes bombas de vento para drenar as zonas úmidas – desde a idéia viajou para as Américas.

Energia eólica básica

O vento ocorre naturalmente quando o sol aquece a atmosfera, através de variações na superfície da Terra e da rotação do planeta. O vento pode então aumentar ou diminuir devido à influência de corpos de água, florestas, prados e outras mudanças de vegetação e elevação. Os padrões e velocidades do vento variam significativamente em terrenos e sazonalmente, mas alguns desses padrões são previsíveis o suficiente para planejar.

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Os topos de colinas arredondadas, planícies abertas (ou águas abertas para o vento offshore) e passagens nas montanhas (onde o vento é naturalmente canalizado, produzindo velocidades regulares de vento alta) são os melhores locais para colocar uma turbina eólica. Geralmente, quanto maior a elevação, melhor, uma vez que elevações mais altas geralmente têm mais vento.

A previsão de energia eólica é uma ferramenta importante para a localização de uma turbina eólica. Vários mapas e dados de velocidade do vento da Administração Nacional Oceânica e Atmosférica (NOAA) ou do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) nos EUA fornecem esses detalhes.

Deve-se realizar uma pesquisa específica do local para avaliar as condições do vento local e determinar a melhor direção para colocar turbinas eólicas para obter a máxima eficiência. Qualquer pessoa que pretenda construir uma turbina eólica deve rastrear a velocidade do vento, turbulência, direção, temperaturas do ar e umidade no local desejado, por pelo menos um ano. Depois de avaliar essas informações, é mais fácil construir turbinas que fornecerão resultados previsíveis.

O vento não é o único fator para a localização de turbinas. Os desenvolvedores de um parque eólico devem considerar o quão perto a fazenda está das linhas de transmissão (e das cidades que podem utilizar o poder); possível interferência nos aeroportos locais e tráfego de avião; rochas e falhas subjacentes; padrões de vôo de pássaros e morcegos; e impacto local da comunidade (ruído e outros efeitos possíveis).

A maioria dos projetos eólicos maiores é projetada para durar pelo menos 20 anos, se não mais, portanto, esses fatores devem ser considerados a longo prazo.

Tipos de energia eólica

Energia eólica em escala de utilidade

Estes são projetos eólicos em larga escala projetados para serem usados ​​como fonte de energia para uma empresa de serviços públicos. Eles são de escopo semelhante a uma usina de gás natural ou a carvão, que às vezes substitui ou suplementa. As turbinas excedem 100 quilowatts de tamanho em tamanho e geralmente são instaladas em grupos para fornecer energia significativa – atualmente, esses tipos de sistemas fornecem cerca de 8,4% de toda a energia nos Estados Unidos.

Energia eólica offshore

Estes são geralmente projetos de energia eólica em escala de utilidade que são planejados nas águas fora das áreas costeiras. Eles podem gerar um tremendo poder perto de cidades maiores (que tendem a se agrupar mais perto da costa em grande parte dos Estados Unidos). O vento sopra de forma mais consistente e fortemente em áreas offshore do que em terra, de acordo com o Departamento de Energia dos EUA. Com base nos dados e cálculos da organização, o potencial de energia eólica offshore nos EUA é superior a 2.000 gigawatts de energia, o que é duas vezes a capacidade de geração de todas as usinas elétricas dos EUA. Em todo o mundo, a energia eólica poderia fornecer mais de 18 vezes o que o mundo usa atualmente, de acordo com a Agência Internacional de Energia.

Pequena escala ou energia eólica distribuída

Esse tipo de energia eólica é o oposto dos exemplos acima. Estas são turbinas eólicas menores em tamanho físico e usadas para atender às demandas de energia de um local específico ou área local. Às vezes, essas turbinas estão conectadas à grade de distribuição de energia maior e, às vezes, são fora da rede. Você verá essas instalações menores (tamanho de 5 quilowatts) em ambientes residenciais, onde eles podem fornecer algumas ou a maioria das necessidades de uma casa, dependendo do clima e das versões de tamanho médio (20 quilowatts) em locais industriais ou comunitários, onde podem fazer parte de um sistema de energia renovável que também inclui energia solar, geotérmica ou outras fontes de energia.

Como funciona a energia eólica?

A função de uma turbina eólica é usar lâminas de alguma forma (que pode variar) para capturar a energia cinética do vento. Enquanto o vento flui sobre as lâminas, ele os levanta, assim como levanta uma vela para empurrar um barco. Esse empurrão do vento faz as lâminas girarem, movendo o eixo de acionamento ao qual eles estão conectados. Esse eixo gira algum tipo de bomba – se movendo diretamente um pedaço de pedra sobre o grão (moinho de vento) ou empurrando essa energia para um gerador que cria eletricidade que pode ser usada imediatamente ou armazenada em uma bateria.

O processo para um sistema de geração de eletricidade (turbina eólica) inclui as seguintes etapas:

O vento empurra as lâminas

Idealmente, um moinho de vento ou turbina eólica está localizado em um local com ventos regulares e consistentes. Esse movimento do ar empurra lâminas especialmente projetadas que permitem que o vento os empurre o mais facilmente possível. As lâminas podem ser projetadas para que sejam empurradas para cima ou a favor do vento de sua localização.

A energia cinética é transformada

A energia cinética é a energia livre que vem do vento. Para que possamos usar ou armazenar essa energia, ela precisa ser alterada para uma forma utilizável de energia. A energia cinética é transformada em energia mecânica quando o vento encontra as pás do moinho de vento e as empurra. O movimento das pás então gira um eixo de acionamento.

A eletricidade é gerada

Em uma turbina eólica, um eixo de acionamento giratório é conectado a uma caixa de engrenagens que aumenta a velocidade da rotação em um fator de 100 – que por sua vez gira um gerador. Portanto, as engrenagens acabam girando muito mais rápido do que as lâminas sendo empurradas pelo vento. Quando essas engrenagens atingem uma velocidade rápida o suficiente, elas podem alimentar um gerador que produz eletricidade.

A caixa de engrenagens é a parte mais cara e pesada da turbina, e os engenheiros estão trabalhando em geradores de acionamento direto que podem operar em velocidades mais baixas (para que não precisem de uma caixa de engrenagens).

O transformador converte eletricidade

A eletricidade produzida pelo gerador é de eletricidade CA de 60 ciclos (corrente alternada). Pode ser necessário um transformador para convertê -lo em outro tipo de eletricidade, dependendo das necessidades locais.

A eletricidade é usada ou armazenada

A eletricidade produzida por uma turbina eólica pode ser usada no local (mais provável de ser verdadeira em projetos de eólicos de pequeno ou médio porte), pode ser entregue nas linhas de transmissão para uso imediatamente ou pode ser armazenado em uma bateria.

O armazenamento mais eficiente da bateria é fundamental para avanços na energia eólica no futuro. O aumento da capacidade de armazenamento significa que, nos dias em que o vento sopra menos, a eletricidade armazenada dos dias de Windier pode suplementá -la. A variabilidade do vento se tornaria menos um obstáculo à eletricidade confiável do vento.

O que é um parque eólico?

Um parque eólico é uma coleção de turbinas eólicas que formam um tipo de usina, produzindo eletricidade a partir do vento. Não existe um requisito de número oficial para que uma instalação seja considerada um parque eólico; portanto, pode incluir algumas ou centenas de turbinas eólicas que trabalham na mesma área, seja em terra ou no exterior.

Prós e contras de energia eólica