O que é energia eólica?
A energia eólica é um tipo de energia renovável que aproveita a energia cinética do vento para a geração de eletricidade. Como uma das maiores fontes de energia sustentável e limpa, a energia eólica é essencial para a jornada rumo à neutralidade de carbono.
Os seres humanos usam a energia eólica para fins mecânicos desde a antiguidade, usando moinhos de vento simples para bombear água. Hoje, a geração de energia eólica depende de turbinas eólicas para captar energia do vento. As turbinas eólicas operam tanto em escala pequena (uma única casa) quanto em grande (fazenda eólica) e podem ser construídas em terra ou no mar, como em lagos ou oceanos.
Ao lado da energia solar, considera-se que a energia eólica tem o maior potencial para aumentar o crescimento da capacidade de energia renovável em todo o mundo: em 2023, os cinco principais mercados para novas instalações de energia eólica foram China, Estados Unidos, União Europeia, Índia e Brasil.1 A inovação para evoluir os recursos eólicos offshore, diminuir os custos de produção e melhorar a eficiência da geração de energia das turbinas eólicas está em andamento para incentivar o crescimento do setor.
Boletim informativo do setor
As mais recentes notícias de tecnologia, corroboradas por insights de especialistas.
Mantenha-se atualizado sobre as tendências mais importantes (e intrigantes) do setor em IA, automação, dados e muito mais com o boletim informativo Think. Consulte a Declaração de privacidade da IBM.
Sua assinatura será entregue em inglês. Você pode encontrar um link para cancelar a assinatura em todos os boletins informativos. Você pode gerenciar suas inscrições ou cancelar a inscrição aqui. Consulte nossa Declaração de privacidade da IBM para obter mais informações.
Alguns dos primeiros usos mecânicos da energia eólica datam de 200 AC, quando pessoas no Oriente Médio usavam moinhos de vento para moer grãos e na China para bombear água. Mais tarde, já no século XII, os moinhos de vento eram utilizados para fins industriais, como drenagem de lagos e lagoas na Europa.
No século XIX, a energia eólica havia se tornado uma fonte de geração de eletricidade. James Blyth, um engenheiro elétrico do Reino Unido, é creditado por construir a primeira turbina eólica em 1887. Ele foi seguido de perto pelos pioneiros da energia eólica, o americano Charles Brush e Dane Poul la Cour, que usaram a energia eólica para alimentar prédios individuais.2
Não foi até o final do século XX que a geração comercial de energia eólica surgiu como uma opção de energia viável. Os primeiros parques eólicos em escala de serviços públicos (projetos contendo um grupo de turbinas eólicas) foram instalados na década de 1980 nos EUA. O setor cresceu rapidamente desde 2000 — a capacidade global instalada de geração eólica aumentou 98 vezes nas últimas duas décadas. 3 Atualmente, turbinas eólicas em todo o mundo produzem mais de 2.100 terawatts-hora (TWh) de eletricidade por ano.4
As turbinas eólicas modernas têm pás semelhantes a hélices (ou pás de rotor) que giram um rotor quando são giradas à força pelo vento. O rotor gira um gerador, que fica dentro de um recipiente semelhante a uma caixa no coração da turbina chamado nacela. A rotação do rotor cria eletricidade limpa, que pode ser alimentada na rede elétrica ou alimentar residências individuais. Esse processo também pode ser descrito como a energia cinética sendo convertida em energia rotacional, que é então convertida em energia elétrica.
As turbinas eólicas mais comuns são as turbinas eólicas de eixo horizontal (HAWTs) e se assemelham a um ventilador com três pás. Mas há também turbinas eólicas de eixo vertical (VAWTs), com pás que giram como uma batedeira de cozinha.
A quantidade de energia elétrica gerada a partir do vento depende do tamanho da turbina e do comprimento das pás. As turbinas eólicas podem atingir alturas de mais de 200 m, com diâmetros de rotores de pás que se estendem por mais de 160 m. Essas turbinas gigantescas podem produzir até 9,5 megawatts de energia. No entanto, a maioria das turbinas eólicas tem aproximadamente 80 m de altura, com pás com 40 m de comprimento. Elas produzem até 1,8 megawatt de energia.5
Existem três aplicações principais de energia eólica: terrestre, distribuída e offshore.
Energia eólica baseada em terra
A maioria das turbinas eólicas é instalada em terra, tornando a energia eólica baseada em terra a aplicação mais frequente. Um exemplo comum de energia eólica baseada em terra é um parque eólico em escala de serviços públicos, muitas vezes administrado por uma empresa de serviços públicos que, em seguida, vende a energia . O U.S. Department of Energy (DOE) considera a energia eólica baseada em terra, em escala de serviços públicos, uma das fontes de eletricidade de menor custo.
Energia eólica distribuída
A energia eólica distribuída produz energia em uma escala menor. Geralmente, é caracterizada por uma ou várias turbinas eólicas pequenas que fornecem geração de energia eólica no local para residências individuais, locais de fabricação, áreas agrícolas ou comunidades rurais. Além da geração no local, a energia eólica distribuída também pode se conectar a microrredes e sistemas de energia híbridos. As instalações de energia eólica distribuídas são geralmente menores que 20 megawatts.
Energia eólica offshore
A geração de energia eólica offshore pode ser muito maior do que a energia eólica onshore ou a energia eólica baseada em terra, tanto em escala quanto em número de turbinas. Algumas pás de turbinas eólicas offshore podem ter o comprimento de um campo de futebol americano, com as próprias torres tendo uma vez e meia a altura do Monumento de Washington.6
A maior de todas atualmente fica no Mar da Irlanda e é maior do que a ilha de Manhattan, em Nova York. As turbinas eólicas offshore podem ser ancoradas ao fundo do corpo de água como turbinas de "fundo fixo" ou em plataformas flutuantes. A eletricidade gerada flui por meio de cabos subaquáticos enterrados de volta à terra.
Como uma das fontes de energia que mais crescem, a energia eólica tem muitas vantagens.
Ao contrário dos combustíveis fósseis (óleo, carvão e gás natural) e das usinas elétricas convencionais, as turbinas eólicas produzem zero emissões de gases de efeito estufa e os projetos de energia eólica podem ser desenvolvidos com pouco impacto ambiental. Na verdade, os agricultores podem arrendar suas terras para projetos de energia eólica enquanto continuam suas operações agrícolas ou pecuárias. E, desde que o vento sopre, as turbinas continuarão girando, tornando-a uma forte fonte de energia renovável.
Desenvolvedores e indivíduos podem instalar turbinas eólicas em qualquer lugar com correntes de vento viáveis, o que representa muitos lugares na Terra. Isso inclui em terra, offshore e até em comunidades mais remotas, como ilhas que podem não ter acesso à rede elétrica ou linhas de energia.
A energia eólica baseada em terra em escala de serviços públicos é uma das fontes de energia de menor preço disponíveis atualmente. Além disso, os projetos de energia eólica têm baixas despesas operacionais e não têm custos de combustível. A energia eólica distribuída também pode ajudar proprietários de residências e comunidades a reduzir suas contas de energia e receber créditos e incentivos fiscais.
A energia eólica não tem muitas desvantagens, e as que tem são frequentemente tratáveis.
Como a energia eólica não produz emissões, os principais desafios ambientais giram em torno do impacto dos parques eólicos e turbinas eólicas nas comunidades próximas (como problemas de som) e na vida selvagem (como o impacto das fazendas offshore nos habitats da vida marinha).
Frequentemente, os custos iniciais das turbinas eólicas e projetos eólicos são elevados. No entanto, as turbinas eólicas muitas vezes se pagam após algum tempo. Além disso, mecanismos como certificados de energia renovável (RECs) e contratos de compra de energia (PPA) podem ajudar a proporcionar segurança financeira para desenvolvedores de projetos de energia renovável.
A geração de energia eólica depende das condições meteorológicas, ou seja, as turbinas precisam do vento para girar. Sem previsões meteorológicas adequadas e recursos de armazenamento de energia, a energia eólica pode ser imprevisível e intermitente.
A cadeia de suprimentos da energia eólica ainda não alcançou o rápido crescimento do setor. Há alta volatilidade com preços de matérias-primas, regulamentações e oferta. Essa falta de consistência pode dificultar a estratégia da cadeia de suprimentos no longo prazo.
Existem várias tecnologias de energia eólica avançando em todo o setor:
Forecasting de energia renovável
O tempo e o clima influenciam a geração de recursos de energia renovável, como energia eólica e solar. Com as crescentes preocupações com a sustentabilidade e a mudança climática, as novas tecnologias para prever com precisão a velocidade do vento para a produção de energia das usinas eólicas são críticas. As soluções atuais de forecasting de energias renováveis usam análise de dados avançada, a Internet das coisas (IoT) e dados meteorológicos para gerar previsões de produção de energia de alta precisão para parques eólicos.
Expansão offshore
Turbinas flutuantes de grande escala que podem ser colocadas em águas mais profundas têm potencial para mais do que dobrar a capacidade de energia eólica. O governo dos EUA anunciou uma iniciativa para expandir a produção de energia eólica offshore no país, implementando 30 gigawatts de parques eólicos offshore flutuantes até 2030.7 Atualmente, existem quatro tipos de plataformas flutuantes utilizadas para aproveitar esses recursos eólicos offshore: de pernas tensionadas, semi-submersíveis, chatas e boias spar.
Avanços na fabricação
O perfil aerodinâmico das pás das turbinas é fundamental para a geração eficiente de energia. Algumas empresas estão aplicando várias tecnologias (computer vision, aprendizado de máquina, edge computing e IOT) para garantir a precisão da fabricação. Além disso, pesquisas sobre materiais avançados como termoplásticos estão criando um futuro para pás de turbinas eólicas recicláveis.8
Eficiência da manutenção
A integração, análise e visualização de dados podem fornecer aos operadores de parques eólicos uma compreensão detalhada e precisa dos ativos, incluindo soluções preditivas para melhorar as operações de manutenção. Essa visibilidade pode aumentar a consciência em relação à produção, disponibilidade das turbinas, taxas de conversão de energia eólica e integridade das turbinas para ajudar a otimizar a produção.