“Se o vento não servir, utilizem os remos “
Proverbio Latino
A humanidade conhece a energia eólica há mais de 3 000 anos. Muitas civilizações utilizaram o vento para moer grãos, bombear água e transportar mercadorias em barcos a vela.
A ideia de gerar energia elétrica a partir do vento surgiu no final do século XIX. Portanto, a energia eólica não representa uma novidade porque surgiu antes do desenvolvimento da eletricidade.
Contudo, o carvão e o petróleo suplantaram o vento na geração de energia elétrica em decorrência da possibilidade de armazenamento, da facilidade de transporte, e da densidade de energia.
Por outro lado, a partir da crise do petróleo em 1970, a energia eólica voltou a ser cogitada para a geração de energia elétrica, mas a tecnologia de turbinas eólicas se mostrou pouco competitiva.
No Brasil, a Eletrobrás financiou projetos de pesquisa nesta ocasião, mas foram descontinuados com a entrada em operação da usina de Itaipu.
Na ocasião, a oferta de energia elétrica cresceu tanto que criaram o programa de eletrotermia para substituição das caldeiras a óleo por caldeiras elétricas. 1
A questão ambiental e, em particular o aquecimento global, motivaram a sociedade a desenvolver energias renováveis utilizando subsídios e incentivos que possibilitaram um desenvolvimento tecnológico fantástico das turbinas eólicas.
Paralelamente, a evolução da Eletrônica de Potência e a comercialização de super imãs de terra raras provocaram reduções de custo na geração eólica.
Energia Eólica Hoje
A energia eólica se tornou a fonte de energia renovável que mais cresce no mundo (25% ao ano), mas responde por apenas 3% da energia renovável mundial. 2 Nos países desenvolvidos, a energia eólica responde por 8% da eletricidade gerada e o maior crescimento ocorre na Europa devido aos fortes subsídios governamentais.
A Figura 2 mostra a evolução da energia gerada pelas usinas eólicas no mundo. Observa-se um crescimento quadrático.
Figura 2. Evolução da energia eólica gerada no mundo. Fonte: IEA @2025
A Figura 3 apresenta o crescimento da potência instalada de geração eólica no mundo, que apresentou um crescimento linear a partir de 2010, mas voltou a crescer depois de 2019.
Figura 3. Evolução da potência instalada de geração eólica no mundo. Fonte: IRENA-RENEWABLE CAPACITY STATISTICS 2025
Este crescimento resulta do desenvolvimento tecnológico das turbinas eólicas, cujos diâmetro, altura e potência têm crescido ao longo dos últimos anos, conforme mostra a Figura 4. O crescimento das dimensões das turbinas eólicas se concentra no mercado offshore, conforme mostra o link.
Figura 4. Evolução das turbinas eólicas
Observa-se que a potência das unidades, limitadas a 3 MW para instalações em terra firme, continua muito pequena quando comparada com as máquinas térmicas 3 e hidráulicas 4. Porém, a China já anunciou máquinas de 26 MW para instalações no mar.
A Figura 5 apresenta a densidade energética do vento no mundo mostrando seu aumento na direção dos polos e menores valores na linha do equador.
A Figura 6 apresenta a densidade energética do vento brasileiro a 200 m de altura e a Figura 7 os dados relativos ao potencial offshore.
Questões Tecnológicas
Basicamente, existem três questões tecnológicas associadas à geração eólica:
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- o tipo de gerador,
- o tipo de acoplamento,
- e o controle da velocidade, conforme mostra a Figura 6.
Nos primórdios, utilizou-se geradores de corrente contínua, mas este tipo de máquina se encontra em crescente desuso. Restam as máquinas síncronas, tradicionalmente utilizadas na geração de energia elétrica, e as máquinas assíncronas. 5
Porém, as máquinas síncronas requerem velocidade constante para manter a frequência constante. Esta característica se tornou a principal razão de sua utilização nos sistemas de potência tradicionais porque controla-se a frequência variando a velocidade da máquina.
Todavia, as turbinas eólicas devem trabalhar com velocidade variável para extraírem o máximo de energia. [nota] isto também se aplica às turbinas hidráulicas[/nota]
As máquinas elétricas necessitam de excitação para gerar energia e a fonte pode ser interna ou externa. A excitação interna reduz o custo do gerador, mas inviabiliza o controle de tensão e de potência reativa.
Para reduzir custos, os primeiros geradores eólicos utilizaram máquinas assíncronas com excitação interna porque o sistema determina a frequência e a velocidade da turbina a potência gerada. Este sistema possui a vantagem da simplicidade, mas absorve energia reativa do sistema. O aumento da quantidade e potência desta tecnologia provocou problemas de controle de tensão e reativos, e ela gradativamente entrou em desuso.
A solução foi utilizar geradores assíncronos com excitação externa (Induction generator – IG). Inicialmente, utilizou-se o sistema com resistências, mas posteriormente o sistema com dupla alimentação (Double-feed induction generator – DFIG) se tornou o padrão. Este último sistema apresenta menores perdas e melhor controlabilidade, mas requer conversores eletrônicos.
Entretanto, a evolução tecnológica não para.
Com o advento dos super ímãs de terra raras, os geradores síncronos com excitação interna (PMSG) voltaram a concorrer com os assíncronos, conforme mostra a Figura 7.
Observa-se que as máquinas de indução dominavam o mercado, mas após 2010 houve um crescimento do gerador síncrono com ímãs-permanente.
Porém, o aumento da demanda provocou um aumento do preço dos ímãs fazendo com que esta tecnologia perdesse competitividade.
Figura 7. Tipos de máquinas elétricas utilizadas em turbinas eólicas
DD – Acionamento direto
DD-PMSG – Acionamento direto com imã permanente
EESG – Caixa multiplicadora com gerador síncrono
PSMG – Caixa multiplicadora com imã permanente
DFIG – Caixa multiplicadora com gerador assíncrono de dupla alimentação
IG – caixa multiplicadora com gerador assíncrono
CS – turbina de velocidade constante
Outros
Outra questão tecnológica consiste no problema do ajuste da velocidade da turbina à velocidade dos geradores.
A velocidade de rotação da turbina depende da velocidade do vento e do seu diâmetro.
Quanto maior o diâmetro da turbina e, consequentemente, sua potência, menor será sua velocidade de rotação.
Isto significa que o aumento da potência da turbina eólica requer caixas multiplicadoras de velocidade ou geradores capazes de operar em baixa rotação.
Caixas multiplicadoras representam custo, peso, e mais manutenção. Por outro lado, geradores de baixa rotação também custam mais por possuírem maior quantidade de polos.
Caixas de engrenagens multiplicadoras de velocidade funcionam como transformadores de velocidade e suas dimensões dependem da potência e da relação de transformação.
Por isso, surgiram duas alternativas tecnológicas; as turbinas com acoplamento direto (Direct Drive – DD) e as com caixa multiplicadora. Cada fabricante de turbina adota uma solução, mas de acordo com a Figura 8, o mercado continua foi para o acoplamento direto.
Figura 8. Mercado dos tipos de acoplamento de turbinas eólicas
Referências
- BURTON, T., SHARPE, D., JENKINS, N., BOSSANYI, E., Wind Energy Handbook, John Wiley & Sons, 2001.
- Global Wind Atlas