Energia Eólica

Transcript

Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Instituto Superior Politécnico de Viseu Escola Superior de Tecnologia Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica Energia Eólica - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 1 de 108 Ricardo Silva – n.º 1841 Rui Cabral – n.º 1547 Henrique Carvalho – n.º 1331 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica " There is something in the wind " Shakespeare, Comedy of Errors - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 2 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica INDICE 1. INTRODUÇÃO........................................................................................................................... 7 2. AS ENERGIAS RENOVÁVEIS EM PORTUGAL................................................................. 7 3. PERSPECTIVAS E ÁREAS DE EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA FUTURA .................... 12 4. ESTUDOS E PROJECTOS EM CURSO............................................................................... 17 4.1. ATLAS EUROPEU DO VENTO.................................................................................................. 17 4.2. WASP .................................................................................................................................... 21 4.3. ESTUDO EUROPEU SOBRE A PENETRAÇÃO DA ENERGIA DO VENTO ........................................ 22 5. PARQUES EÓLICOS EM PORTUGAL; DA IDEIA À REALIZAÇÃO .......................... 24 5.1. PORQUÊ PARQUES EÓLICOS ................................................................................................... 24 5.1.1. Estado Actual e Evolução Possível da Produção de Energia Eléctrica....................... 26 5.2. UM PARQUE EÓLICO EM PORTUGAL ...................................................................................... 30 5.2.1. Pré-Projecto.................................................................................................................. 30 5.2.2. A Análise de Viabilidade............................................................................................... 34 5.2.3. A Decisão ...................................................................................................................... 41 5.2.4. O Projecto..................................................................................................................... 42 5.2.5. A Construção ................................................................................................................ 43 5.2.6. A Operação ................................................................................................................... 43 5.2.7. Fornecimento de energia reactiva ................................................................................ 43 5.2.8. Distorção harmónica .................................................................................................... 44 5.2.9. Protecções..................................................................................................................... 46 5.2.10. Ligação de geradores assíncronos ............................................................................. 49 5.2.11. Ligação de geradores síncronos................................................................................. 51 5.2.12. Regime de neutro ........................................................................................................ 52 - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 3 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica 5.3. RECURSOS EM PORTUGAL ..................................................................................................... 52 5.3.1. Localização dos locais favoráveis em Portugal ........................................................... 52 5.3.2. Exemplos ....................................................................................................................... 56 5.3.3. Efeitos de concentração................................................................................................ 60 5.3.4. Outras possibilidades de localização ........................................................................... 62 5.4. CONDIÇÕES ACTUAIS PARA INVESTIMENTO EM PORTUGAL EM PARQUES EÓLICOS ................ 63 5.5. REPARTIÇÃO DE CUSTOS DE UM PARQUE EÓLICO ................................................................. 64 5.6. OS APOIOS DO PROGRAMA ENERGIA ..................................................................................... 65 5.7. SITUAÇÃO PRESENTE EM PORTUGAL ..................................................................................... 67 5.8. PARQUES EÓLICOS EM FUNCIONAMENTO .............................................................................. 70 5.9. EXPLORAÇÃO E MANUTENÇÃO .............................................................................................. 73 5.10. PRODUÇÃO DE EQUIPAMENTOS, COMPONENTES A ACESSÓRIOS ........................................... 73 6. SISTEMAS DE ENERGIA EÓLICA ..................................................................................... 74 6.1. SISTEMAS DE GRANDE DIMENSÃO LIGADOS À REDE............................................................... 74 6.3. SISTEMAS HÍBRIDOS DE MÉDIA DIMENSÃO............................................................................. 76 6.4. SISTEMAS EÓLICOS ISOLADOS DE PEQUENA DIMENSÃO ......................................................... 77 7. PERCENTAGEM DA INFLUÊNCIA DA ENERGIA EÓLICA......................................... 77 8. O MERCADO ........................................................................................................................... 78 (I) DISTORÇÃO DO MERCADO ........................................................................................................ 79 (II) FINANCIAMENTO DESIGUAL .................................................................................................... 80 (III) DESCONFIANÇA DO PÚBLICO .................................................................................................. 80 (V) DIFICULDADES DE MERCADO (NORMALIZAÇÃO) ..................................................................... 80 9. ASPECTOS SOCIO-ECONÓMICOS RELEVANTES........................................................ 81 10. PERSPECTIVAS DE EVOLUÇÃO DA ENERGIA EÓLICA EM PORTUGAL ........... 81 - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 4 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica 11. CASO DE ESTUDO: O PARQUE EÓLICO DE FONTE DA MESA .............................. 82 11.1. DESCRIÇÃO DO PARQUE ...................................................................................................... 83 11.2. AMBIENTE, PREOCUPAÇÃO DE SEMPRE ................................................................................ 85 11.3. PROSPECÇÃO ARQUEOLÓGICA REVELA MONUMENTOS MEGALÍTICOS .................................. 86 11.4. CARACTERÍSTICAS DO PARQUE ........................................................................................... 86 11.4.1. Esquema geral de um parque eólico........................................................................... 88 12. CONCLUSÃO ....................................................................................................................... 103 13. BIBLIOGRAFIA................................................................................................................... 108 - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 5 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica AGRADECIMENTOS Gostaríamos de agradecer em especial ao Eng. Eduardo Gouveia a ajuda preciosa para a realização deste trabalho, pelos apontamentos que nos facultou e principalmente na visita ao Parque Eólico de Fonte da Mesa. Também ao Eng. Téc. Henrique Oliveira pela disponibilidade que teve para nos explicar devidamente o funcionamento e toda a parte técnica do Parque. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 6 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica 1. INTRODUÇÃO Um dos grandes tormentos do Mundo de hoje é a questão relativa à energia. O aproveitamento desta ainda não atingiu um nível satisfatório, visto que a imensa maioria da energia utilizada no planeta é de origem não renovável. A energia pode ser utilizada de forma mais civilizada e menos dispendiosa, por meios de fontes renováveis como a energia eólica, solar, das marés, geotérmica e outras. Há centenas de anos que a Humanidade tenta utilizar a energia do vento. Pequenos moinhos de vento têm sido usados para tarefas tão diversas como moer cereais, serrar madeira, bombear água e, mais recentemente, accionar turbinas para produzir electricidade. Esta última aplicação tem sido o actual motor da indústria eólica e só atingiu a maturidade nos últimos 15 anos. Hoje em dia e a nível mundial, existem em funcionamento mais de um milhão de turbinas eólicas de diferentes formas e dimensões, o que atesta os custos competitivos e a crescente eficiência desta tecnologia Este trabalho tem como objectivo a análise do aproveitamento da energia eólica, que como todas as demais possui certas vantagens e desvantagens, o que a faz diferente não é só um facto ou outro, é o seu conjunto como um todo. 2. AS ENERGIAS RENOVÁVEIS EM PORTUGAL A identificação das tecnologias associadas às fontes Renováveis de energia que melhor se adaptam às condições próprias do nosso país - no triplo aspecto de existência de recurso abundante; de capacidade tecnológica da estrutura industrial; e de conhecimento científico e técnico, por forma a permitir levar a cabo um conjunto lato de actividades de IDTD&D (Investigação, Desenvolvimento, Transferência, Demonstração a Difusão) no sector - foi levada a cabo no início dos anos 80 e culminou com o Seminário do Vimeiro em 1982. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 7 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Foram então definidas como tecnologias potencialmente interessantes para explorar em Portugal as associadas a: ! Aquecimento solar activo; ! Aquecimento solar passivo; ! Fotovoltaico; ! Vento; ! Ondas; ! Geotermia; ! Biomassa; ! Mini e micro-hídricas (vale a pena referir que as grandes centrais hidroeléctricas, potências tipicamente instaladas acima de 10 MW - na maior parte dos países o limite de separação é, em regra, inferior, 5 MW, e mesmo nalguns é apenas 2 MW - não são, por razões de difícil compreensão, consideradas como associadas a Energias Renováveis). Ao longo destes quase 15 anos variadíssimas actividades foram desenvolvidas no âmbito das aplicações destas tecnologias por organismos e entidades governamentais, empresas públicas e privadas e mesmo por simples particulares. Pode dizer-se que em muitos casos o objectivo primeiro dessas actividades foi aprofundar as potencialidades nacionais através de uma avaliação quantitativa dos recursos, de investigação independente, de aplicação às condições nacionais de tecnologias desenvolvidas noutros países e tentando iniciar ou apoiar a reduzida indústria existente em Portugal e operar na área das Energias Renováveis (ER). No Quadro I apresenta-se uma estimativa dos recursos endógenos nacionais que, a médio prazo, se apresentam com maior potencial de utilização não se incluindo, no entanto, as grandes hídricas (os números apontam para uma potência total a instalar da ordem de grandeza da actualmente instalada, ≈ 3,5 GW, mas estima-se que a produção energética final associada sofrerá um acréscimo de apenas 50%), uma - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 8 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica vez que, por razões várias, não são normalmente integradas no conjunto da Energias Renováveis. O quadro apresenta igualmente a repartição dos recursos pelas diferentes regiões do país. QUADRO I – Recursos Renováveis Nacionais Recurso Norte Solar Term. 17 Solar Fotov. Eólica 50 Mini-hid 871 Biom. Sol 500 Biogás 7 Geot. Alta Geot. Baixa 3 Total (Ktep/ano) 1448 Estrutura (%) 34 Total Estrutura ktep/ano (%) Regiões Centro 25 0,3 60 197 625 3 2 912,3 21,4 LVT 78 0,2 20 29 500 12 1,6 590,8 13,9 Alentejo 48 2 5 18 650 1,5 0,7 725,2 17 Algarve 50 1,8 50 14 100 1 0,7 217,5 5,1 Açores Madeira 21 26 0,4 0,3 5 5 9 23 75 50 151 261,4 104,3 6,1 2,5 215 5 195 1161 2500 24,5 151 8 4259,5 5 0,1 4,6 77,3 58,7 0,6 3,5 0,2 100 A importância destes recursos endógenos não se prende apenas com o facto deles poderem representar cerca de 20% do consumo de energia do nosso país. A sua importância maior reside no facto de serem as únicas garantias de uma política energética em que a diversidade das fontes, a segurança do abastecimento e a independência nacional (estas duas intimamente ligadas à dependência de fontes primárias exteriores) são pedras fundamentais. Neste contexto de independência, a situação portuguesa não é boa como se pode verificar pela consulta do Quadro II onde é evidente a dependência energética nacional do exterior, uma vez que não são conhecidas reservas significativas e economicamente exploráveis de qualquer tipo de combustíveis fósseis (carvão, gás e petróleo). Existem reservas de urânio mas a opção nuclear foi esquecida, pelo menos de momento, restando pois, caso se entenda necessário preservar uma % interna mínima de produção energética de componente exclusivamente nacional, o recurso às Energias Renováveis. Como se pode ver do Quadro II a contribuição da componente hídrica (produção de electricidade) e das lenhas representa uma fatia ainda apreciável do consumo nacional com - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 9 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica uma contribuição global da ordem de 11,5% repartidas em 4,7 % para a primeira e 6,8 % para as segundas. A percentagem desta contribuição endógena, caso não sejam tomadas outras opções, descerá significativamente ao longo dos próximos anos (os valores das previsões da AIE (Agência Internacional de Energia) são para que no ano 2000 a hídrica represente 4,6% e as lenhas vejam a sua contribuição reduzida a cerca de 5,4 %). QUADRO II - Produção de Energia Primária em Portugal (1991) Fonte Carvão Outros Combustíveis Sólidos Petróleo Gás Nuclear Hídrica Geotérmica Outras Renováveis Comércio de Electricidade Total Mtep 2,89 1,14 11,78 0,78 0,00 0,01 16,59 % 17,4 6,8 71,0 4,7 99,9 Note-se que a experiência acumulada nestes anos, nos mais diferentes países, permitiu ter uma visão realista do contributo das Energias Renováveis, tanto mais que as previsões sobre o preço das energias convencionais (e muito em especial combustíveis fósseis) falharam rotundamente. Sendo hoje bem mais claras as principais características comuns às Energias Renováveis é corrente dispô-las em 4 grandes grupos que congregam as diferentes tecnologias em função do seu estado de desenvolvimento técnico a das suas condições económicas de exploração: ! Económicas (em alguns locais): razoável desenvolvimento tecnológico e economicamente atractivas em alguns mercados e localizações; ! Comerciais com incentivos: razoável desenvolvimento tecnológico e só economicamente competitivas quando objecto de tratamento preferencial (subsídios); - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 10 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica ! Em desenvolvimento; ! Tecnologias futuras. Do primeiro grupo fazem parte as mini-hídricas, a combustão directa de biomassa sólida (desde que recolhida e convenientemente tratada, pois caso contrário os custos destes processos levam a integrá-la no grupo das comerciais com incentivos) e um número significativo das chamadas tecnologias solares passivas; no segundo grupo têm sido integradas algumas aplicações térmicas da energia solar e a energia eólica, ainda que esta última se encontre actualmente na transição para o primeiro grupo. Vale a pena referir ainda que esta avaliação peca, de uma forma geral, por defeito, uma vez que assume critérios de avaliação correntes para os custos associados à exploração de fontes tradicionais (por exemplo, consumo de combustíveis fósseis) não pesando pois as externalidades presentes, entre as quais as questões ambientais se destacam. Dos números apresentados no Quadro I, verifica-se que a maior fatia dos recursos renováveis disponíveis é a da biomassa (parte da qual já aproveitada, como se constatou no Quadro II, ainda que, na quase totalidade dos casos, para obtenção de energia sob a forma de calor) a que se seguem a minihidríca, na qual no fim dos anos 80 se apostou fortemente com o programa VALOREN e o Decreto-Lei 189/88 (auto-produtor), as aplicações do solar térmico, sendo correntes os sistemas de aquecimento de águas, em especial sanitárias, recorrendo a colectores solares desde meados dos anos 70 (cuja instalação foi apoiada não só por programas como o SEURE e o SIURE (Sistema de Incentivo à Utilização Racional de Energia) como pelo próprio programa VALOREN, por sistemas de juros bancários bonificados e, ainda, por algumas isenções fiscais) e, o vento que tudo indica ser, em conjunto com as mini-hídricas, uma fonte particularmente adaptada à produção de Energia Eléctrica e no qual ainda não fora feito qualquer investimento sério no nosso país. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 11 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica 3. PERSPECTIVAS E ÁREAS DE EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA FUTURA Mas, o que é a Energia Eólica? A energia eólica é a energia dos ventos: o ar em movimento possui energia cinética que pode ser aproveitada para produzir outros tipos de energia A energia eólica é uma fonte de energia abundante e renovável. Possui um enorme potencial para produzir, sem emissões e com pouco ou nenhum impacto ambiental directo, quantidades substanciais de electricidade. Existem dois tipos de aproveitamentos de energia eólica como podemos ver no Quadro III: QUADRO III - Aproveitamentos da energia da eólica Moinhos de vento Aerogeradores Tipo de conversão energética Conversão de energia cinética em energia mecânica Conversão de energia potencial em electricidade Utilização final uso de energia mecânica para processo uso de electricidade para fins diversos O aproveitamento da energia do vento data de há alguns milénios, situando-se os primeiros vestígios de que a História nos dá notícia nos séculos XVII ou XVIII A.C.. A Pérsia, o Egipto e a China são algumas das regiões onde os dispositivos de conversão de energia eólica, provavelmente máquinas de arrasto e de eixo vertical, foram primeiramente utilizados, nomeadamente na movimentação de água para a irrigação dos campos de cultivo. O primeiro rotor de eixo horizontal cujo conhecimento chegou até aos nossos dias, é atribuído a um egípcio e apareceu no século III A.C.. A Europa levou mais algum tempo a tomar conhecimento com esta forma de aproveitamento de uma das forças naturais à disposição do homem. Foi através dos países mediterrânicos, talvez devido à proximidade com o Norte de África, onde estes dispositivos eram já conhecidos, e às Cruzadas efectuadas ao Médio Oriente, que o contacto se estabeleceu, verificando-se um pouco mais tarde o seu aparecimento nos países do Norte. Durante alguns séculos foram estes dispositivos - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 12 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica utilizados principalmente na moagem de cereais e extracção de óleos e, sobretudo na Holanda, para a drenagem e elevação de água. O seu estádio de desenvolvimento era ainda bastante rudimentar, embora tenham experimentado progressivos melhoramentos de carácter empírico. A grande "explosão" na utilização de rotores para a captação e transformação da energia do vento deu-se no século XIX, nos EUA. Destinados à bombagem de água, estes rotores multi-pá, lentos e de grande coeficiente de solidez, tornaram-se rapidamente muito populares, não só nos EUA como também na Europa, sendo conhecidos como "moinho americano". Portugal não foi excepção e é ainda hoje possível ver alguns exemplares em bom estado de conservação. Figura 1 – Moinho americano A primeira aplicação na produção de electricidade data do início deste século e é devida ao francês Darrieus, utilizando um rotor de eixo vertical; este tipo de rotores, ligados a geradores eléctricos, tornou-se também uma aplicação relativamente popular. A crescente utilização da máquina a vapor e dos motores de combustão interna, o baixo preço dos combustíveis utilizados e os progressos conseguidos na produção e distribuição da energia eléctrica, ditaram, porém, o progressivo abandono dos geradores eólicos e moinhos americanos, até ao quase esquecimento. Apenas algumas aplicações muito específicas, como o fornecimento de energia a aparelhagem de medida e registo em locais remotos, sobreviveram a esta "maré" de energia barata e de fácil Figura 2 – Turbina de eixo vertical obtenção. Todavia, o decréscimo efectivo das reservas de hidrocarbonetos, o consumo de energia em quantidades antes não imaginadas e a conjugação de vários factores político-económicos verificada nos países detentores da maioria daquelas reservas, deram recentemente à energia eólica, tal como a outras fontes alternativas de energia, uma nova oportunidade. Surge assim um interesse renovado pelo assunto, mas agora a uma escala e com objectivos de muito maior alcance do que os verificados no passado. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 13 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica A energia eólica é hoje encarada como fonte de enormes recursos, e o avanço tecnológico permite a construção de rotores de dimensões, velocidades específicas a potências bem diversas das anteriormente utilizadas. Portugal acompanhou, e precedeu mesmo, a evolução verificada em outros países no aproveitamento da energia eólica, até ao aparecimento e posterior declínio do moinho americano, havendo mesmo um tipo de moinho de vento (moagem de cereais) que na literatura aparece mencionado como "moinho português". Nesta nova fase dos grandes aproveitamentos destinados à produção de electricidade não se verificou, no entanto, idêntico paralelismo. A ausência de acções concretas de caracterização Figura 3 – Moinho português do potencial eólico e o desconhecimento de locais com características que possam atrair os investidores, a falta de incentivos ao aproveitamento das energias renováveis em geral, a menor sensibilidade relativamente a problemas de natureza ambiental, especificidades do caso português no que respeita ao sector da produção e distribuição de electricidade a dificuldades de financiamento, são alguns dos argumentos que poderão estar na base desta situação, não significando tal facto que o aproveitamento do potencial eólico do nosso País não seja tecnologicamente viável a economicamente atraente. A energia eólica além de ser uma fonte de energia renovável, possui uma certa diferença em relação às demais, pode ser utilizada para o fornecimento de energia para pequenas populações onde não há um acesso de energia directo e também não necessita de grandes investimentos. Pode-se tirar proveito desta última vantagem por pessoas que queiram montar um módulo de energia próprio ao redor das sua casas não precisarem de se filiar a empresas, como no caso de fontes de energia onde há um enorme e dispendioso volume de energia. Mas claro também há desvantagens que devem ser levadas em conta, como o barulho provocado, que não é muito elevado se o módulo for frequentemente vistoriado, a área ocupada que deve ser específica (sem muitas elevações e civilizações por perto), e principalmente que hoje como esta tecnologia não ainda está totalmente desenvolvida o seu custo ainda é um pouco elevado, de modo que é muito difícil uma população ter o seu próprio fornecimento de energia eléctrica gerada por meios eólicos e também que - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 14 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica seu aproveitamento ainda não é satisfatoriamente elevado, entretanto esse entraves podem ser superados com o desenvolvimento desta tecnologia. O vento é hoje em dia uma atraente fonte de energia primária para a produção de electricidade, que apresenta custos externos e sociais muito baixos, prevendo-se mesmo que possa, no curto prazo (2005 a 2010), ser competitiva com a produzida a partir dos combustíveis fósseis, no sentido económico estrito do termo, isto é, sem ter em conta os referidos custos externos e/ou sociais. A comparação poderá ser favorável já actualmente, se aqueles custos forem considerados. Entre os atractivos que o aproveitamento da energia eólica oferece podem destacar-se a grande disponibilidade global e o baixo impacto ambiental genérico. Um aerogerador produz em menos de um ano de funcionamento mais energia do que a necessária à sua fabricação, e por cada kWh de electricidade produzida por via eólica é menos cerca de um quilograma de CO2 que é emitido para a atmosfera. A investigação no domínio do aproveitamento da energia eólica nos últimos dez anos tem incidido no estudo dos problemas relacionados com máquinas de cada vez maiores dimensões e potências, desde o ponto de vista da aerodinâmica, do seu funcionamento, ao da ligação às redes eléctricas de distribuição. Os grandes avanços introduzidos nas tecnologias fizeram do aproveitamento da energia do vento uma aplicação corrente e segura. O estado actual é pois de alguma maturidade, e de disponibilidade comercial imediata. Das poucas centenas de kW que caracterizavam as máquinas de há três ou quatro anos, passou-se num curto intervalo de tempo para a escala do MW, havendo já mais do que um fabricante que tem disponíveis no mercado máquinas de 1,5 MW. Tal não significa porém que não haja lugar à introdução de melhoramentos. São de natureza vária os desafios que será necessário enfrentar e as acções a desenvolver num futuro próximo, havendo um vasto campo para investigação e desenvolvimento, sendo o objectivo natural o aumento da competitividade face à energia produzida por processos e/ou a partir de fontes convencionais. Podem ser identificadas quatro vertentes principais no esforço de investigação e de apuro técnico a levar a cabo, para que possam ser atingidos os objectivos: (i) optimização do desempenho dos aerogeradores do ponto de vista do rendimento da conversão energética, (ii) melhoria das condições de integração nas redes eléctricas de distribuição, - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 15 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica (iii) minimização do impacto ambiental das turbinas (visual, ruído, etc.) e (iv) diminuição do custo dos equipamentos. Cada um dos campos atrás mencionados envolve acções de natureza vária, que vão desde a implementação de novos princípios a mecanismos de regulação da potência, melhorando o rendimento da máquina e minimizando os impactos negativos na rede eléctrica, à incorporação de novos materiais, sobretudo no fabrico das pás, no sentido de diminuir o peso do conjunto e reduzir os custos do investimento. A assinalar ainda o interesse de melhorar o design das máquinas, diminuindo a agressividade da presença de unidades de cada vez maior porte em locais onde exista maior sensibilidade a este aspecto, para além do necessário esforço de normalização de processos a componentes a utilizar pelos diferentes fabricantes, no sentido de obter economias de escala e ir, também deste modo, de encontro à desejada redução dos custos do investimento. Para o futuro próximo a tendência aponta para a construção e disponibilização comercial de máquinas de grande capacidade, prevendo-se que a gama 300 - 600 kW, que actualmente constitui uma espécie de referência para a maioria dos projectos em curso, veja o limite superior alargado para a ordem dos MW já nos próximos 2 anos. Este upsizing colocará naturalmente problemas novos que o esforço de investigação e desenvolvimento (I&D) terá que resolver, sem diminuir a competitividade no que respeita aos custos da energia produzida. O estudo de turbinas de menor dimensão, até algumas dezenas de kW de potência, experimenta também um interesse renovado. Aqui o emprego de mecanismos de regulação sofisticados não parece viável, dado que muito dificilmente se justificaria o aumento de custos daí decorrente. Acresce o facto de que, dada a vocação fundamental desta gama de aerogeradores, destinados sobretudo ao abastecimento de postos de consumo isolados, quando não de difícil acesso, a fiabilidade é uma condicionante primordial, sendo sabido que a simplicidade e robustez são atributos fundamentais nestes casos. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 16 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica 4. ESTUDOS E PROJECTOS EM CURSO Estão em curso alguns projectos e estudos relacionados com a utilização da energia eólica em Portugal. O âmbito destes projectos é muito variado, contribuindo todos eles para aumentar a informação disponível sobre as condições futuras de utilização deste tipo de energia. Apresenta-se em seguida uma breve descrição de alguns destes estudos. 4.1. ATLAS EUROPEU DO VENTO Esta é a fonte de informação mais importante sobre o potencial da energia eólica em Portugal. Resulta de uma compilação efectuada pelo Departamento de Meteorologia do Laboratório Nacional de Riso na Dinamarca, para a Comissão das Comunidades Europeias, em cooperação com os serviços de meteorologia dos vários Estados Membros e foi completado em Junho de 1989. Para Portugal os dados foram disponibilizados pelo INMG (Instituto Nacional de Meteorologia e Geofísica). O Atlas do Vento é constituído por um conjunto de dados calculados a partir de um certo número de estações meteorológicas, e por um método de cálculo do regime de vento em locais não muito afastados dessas estações. Os dados de entrada para esses cálculos são constituídos por descrições dos locais em termos de orografia, da rugosidade típica dos terrenos circundantes e dos obstáculos (por exemplo edifícios próximos). A metodologia geral utilizada foi a seguinte: ! Dada uma série de medidas de velocidade e direcção do vento correspondentes a um período de dez anos, para o conjunto das estações meteorológicas; ! dada uma descrição da estação em termos de orografia, abrigo e rugosidade, assim como a altura do mastro de medida; ! a partir dos dados anteriores é calculado o regime de ventos no local da estação em tipos de terreno padronizados (terrenos planos e homogéneos com vários valores de - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 17 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica rugosidade); O regime de ventos é descrito pela distribuição de velocidades, direcções e variação em altitude; ! considera-se que este regime de ventos é característico da região que circunda a estação; ! é obtida uma descrição em termos de orografia, eventuais obstáculos, e rugosidade de um local onde se poderá situar um aerogerador; ! é calculado o regime de ventos à altura do cubo do aerogerador e a partir deste dado; ! é calculada a produção de energia previsível para um dado aerogerador, com base nas curvas características da máquina. Esta metodologia constitui um apreciável progresso em comparação com a prática anterior em que as medições de vento eram utilizadas sem nenhuma certeza de serem representativas para um local diferente do ponto em que tinham sido obtidas. Para Portugal a metodologia de separar o clima geral de ventos das condições locais, que modificam o regime geral dando origem ao regime local, produziu surpreendentes alterações relativamente ao escalonamento dos diferentes locais quanto ao seu potencial eólico. Por exemplo, a zona de Lisboa parece ser melhor do que a área de Sagres. A área do Cabo Carvoeiro aparece como sendo inferior à do Porto e mesmo à de Coimbra que aparece como semelhante à de Viana do Castelo. Sines passa para "trás" de Faro e Beja e é quase tão má como Bragança. O aspecto geral dos recursos eólicos é o que se apresenta na Figura 4. Este mapa apresenta apenas o potencial eólico em terrenos planos a deverá ser complementado pelo cálculo dos possíveis efeitos de aceleração devidos ao relevo. Devido a estes efeitos o potencial eólico pode duplicar nalgumas áreas em Portugal. Deve referir-se no entanto que os dados do Atlas do Vento para o território português aparecem algo confusos e possivelmente os resultados obtidos terão de sofrer alguma revisão. Isto não se deve certamente a más medições mas, principalmente ao facto de a localização das estações meteorológicas não ser a mais favorável do ponto de vista da energia eólica. Por este facto as correcções devidas à orografia complexa e à rugosidade são por vezes tão grandes que dão origem à introdução de erros. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 18 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Apesar de incorrectas as medidas ainda revelam a influência das características do terreno na vizinhança das localidades o que torna preferível a utilização dos dados do Atlas do Vento. Também se verifica que existem tão grandes variações no clima de ventos em Portugal que, mesmo as estações vizinhas, poderão não ter traços comuns. Por exemplo, os ventos do quadrante Norte, a que corresponde a maior contribuição energética nas zonas de Lisboa e de Sagres, são quase insignificantes, em termos de energia em Sines. Similarmente em Faro a energia vem quase toda dos ventos de Oeste e de Este. Esta grande variação torna desejável realizar mais medições que suportem as existentes, relativas às estações isoladas. De preferência estas medições deverão ser efectuadas em terrenos menos complicados do que os das estações meteorológicas. Alguns aerogeradores com curvas características bem definidas, poderiam servir como base de comparação entre as previsões e a realidade. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 19 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Cor Terrenos abrigados Planícies Junto à costa Mar aberto Encostas e Colinas Figura 4 - Recursos eólicos a 50 m acima do nível do solo para cinco condições topográficas - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 20 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica 4.2. WASP Trata-se de um conjunto de programas de computador, que pode ser utilizado num computador pessoal e que realiza os passos seguidos no Atlas do vento para o cálculo do potencial energético de um local. Ou seja cálculo do regime geral de vento e depois aplicação às condições num determinado local ver figura 5. Foram utilizados no cálculo dos climas regionais modelos meteorológicos baseados nos dados existentes. No processo inverso foi calculado o regime de ventos num determinado local. Os algoritmos utilizados no WASP parecem constituir uma boa síntese dos conhecimentos teóricos sobre a forma como os factores locais influenciam o escoamento de ar nas zonas inferiores da camada limite atmosférica. Deve contudo salientar-se que o WASP não é capaz de realizar boas previsões em terrenos muito complexos. Isto porque deixa de ser válida a hipótese de as alterações introduzidas pela orografia corresponderem a pequenas perturbações. Figura 5 – O Método utilizado para realizar a previsão do regime de ventos num determinado local - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 21 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica 4.3. ESTUDO EUROPEU SOBRE A PENETRAÇÃO DA ENERGIA DO VENTO Este estudo, tal como o Atlas Europeu, resultou de uma iniciativa da Comissão das Comunidades Europeias e foi, desenvolvido com o apoio do Laboratório Risφ coordenado por um consultor privado Dinamarquês. Em cada um dos países as companhias do sector eléctrico foram responsáveis pela análise nacional. Em Portugal esta análise foi efectuada pela EDP. O objectivo primário do estudo consistiu em avaliar o impacto da futura utilização da energia eólica nos vários sistemas de produção e distribuição de electricidade e comparar as poupanças de energia com os custos de produção de várias percentagens do consumo total por aerogeradores (5, 10 e 15% do consumo total no ano 2000). Para permitir realizar as estimativas dos custos o estudo fez algumas estimativas de possibilidades de localização dos grupos de aerogeradores e da produção potencial nesses locais. Em Portugal a metodologia seguida pela EDP foi a seguinte: com base em levantamentos cartográficos foi escolhido um número limitado de locais (5) obedecendo às seguintes condições: 1. Ser possível a colocação de um número elevado de aerogeradores; 2. Condições de vento prometedoras (ausência de obstáculos aos ventos dominantes); 3. Serem de alguma forma "representativos" para que os resultados pudessem ser generalizados a todo o país. Os 5 sítios escolhidos situavam-se - 3 na costa Oeste (Vila do Bispo, Touril e Melides) e 2 em regiões montanhosas não muito longe da costa (Candeeiros e Monte Muro). Com base em mapas topográficos e em fotografias aéreas foram dados elementos ao laboratório Risφ para o cálculo da velocidade do vento nesses locais. Os resultados, sob a forma de séries simuladas de velocidades, foram utilizados para calcular os valores da produção eléctrica que foi depois integrada nos modelos de previsão da EDP. O estudo concluiu que a produção (Quadro IV) para um certo número de aerogeradores de 300 kW colocados em "wind farms" nos referidos locais seria a seguinte (por aerogerador): - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 22 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica QUADRO IV - Produção para um certo número de aerogeradores de 300 kW colocados em "wind farms" Monte Muro Candeeiros Melides Touril V. do Bispo 1035 MWh (3450 h) 518 MWh (1727 h) 638 MWh (2127 h) 480 MWh (2047 h) 614 MWh (2047 h) Foi também calculada uma estimativa da produção total (Quadro V) que seria possível obter nestes locais e em locais do mesmo tipo em Portugal considerando a frequência de ocorrência deste tipo de locais. QUADRO V – Produção total Tipo de local Monte Muro Candeeiros Melides Touril V. do Bispo Total N.° de aerogeradores 330 660 1386 1155 924 4455 Produção anual GWh/ano 342 342 884 554 567 2689 É assim demonstrada a possibilidade teórica de produzir cerca de 2,7 GWh o que corresponderia a cerca de 6,5% do consumo total de electricidade no ano 2000 (41,6 GWh). Neste estudo refere-se ainda que não foi incluído o potencial resultante da colocação de turbinas individualizadas ou a situação de "wind farms" em locais de outro tipo. Apesar de não se poder considerar este estudo como um levantamento exaustivo do potencial da energia do vento em Portugal, as suas conclusões mostram pelo menos que, apesar de Portugal não ser excepcionalmente favorecido em relação à energia do vento, existe um potencial considerável que deve ser considerado nos estudos de planeamento energético. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 23 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica 5. PARQUES EÓLICOS EM PORTUGAL; DA IDEIA À REALIZAÇÃO 5.1. PORQUÊ PARQUES EÓLICOS Durante a maior parte deste século o desenvolvimento, encarado em muitos aspectos como uma medida da capacidade de produção de bens a serviços, baseou-se no compromisso, mais ou menos simples, entre a disponibilidade a preço das matérias primas e a informação necessária para levar a cabo essa produção. Os choques petrolíferos dos anos 70 vieram a acrescentar àqueles dois factores uma nova dimensão, a energia, e complicar de uma forma significativa a questão. Os anos oitenta vieram dar corpo a um novo parâmetro, o AMBIENTE, e assistir ao nascimento e adopção do conceito de desenvolvimento sustentado. A ideia básica é que mesmo admitindo o crescimento económico em si necessário ao desenvolvimento das sociedades, não é suficiente; é preciso garantir algo mais, nomeadamente a satisfação das necessidades humanas básicas. O desenvolvimento deve ser integrado e harmónico, isto é, deve, de alguma maneira, aumentar a capacidade do homem e a autoconfiança em si próprio, sem pôr em risco o seu património, o que inclui, evidentemente, o seu próprio ambiente. É dentro deste verdadeiro tetraedro tecnológico e cultural, cujos vértices são os atrás referidos, que se deve encarar, no momento actual, a produção de qualquer bem ou serviço, uma vez que não é mais possível considerar a Terra como uma fonte (no sentido Termodinâmico do termo). Ao contrário daquilo a que estávamos habituados as questões energéticas não podem hoje ser encaradas sob o ponto de vista estritamente científico a tecnológico, têm componentes económicas, sociais a culturais fortíssimas. A sua percepção exige não apenas o fornecimento de informação mas, essencialmente, um processo educativo. Foi nesta perspectiva que se desenvolveram muitas das actuais tecnologias energéticas entre as quais se destacam, no contexto aqui referido, as Energias Renováveis (ER) e, daí, a necessidade sentida - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 24 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica ao nível de muitos países de promover as tecnologias apropriadas à exploração deste tipo de fontes energéticas. A ideia do aproveitamento das Energias Renováveis está associada a um conjunto relativamente lato de tecnologias, com diferentes características técnicas a económicas, que se encontram em diferentes estágios de desenvolvimento e cuja contribuição futura no balanço energético dos diferentes países continua a ser, em grande parte, uma incógnita. De qualquer forma o seu nível de utilização actual (em especial as lenhas e a hidro-electricidade); as características particularmente favoráveis que apresentam em muitos dos problemas que se põem nos balanços energéticos dos países a na perspectiva do seu desenvolvimento, que se espera sustentado; a evolução técnica e económica a que se tem assistido, sem a mola real do preço do petróleo; e a enorme quantidade de energia a que permitem aceder, justificariam, por si só, que as Energias Renováveis merecessem uma atenção especial tanto a nível nacional como internacional. Mas, se a estes aspectos juntarmos os problemas ambientais, em especial os que decorrem do consumo dos combustíveis fósseis, ése levado a considerar que as tecnologias associadas à exploração das fontes renováveis de energia irão ocupar um lugar de importância crescente a médio e longo prazo. Nestas circunstâncias pode afirmar-se que os dois objectivos mais importantes de uma política para a área das tecnologias energéticas associadas às fontes Renováveis são: ! aumentar a eficiência e a economia destas tecnologias; ! expandir o seu actual nível de implantação e promover a sua inserção efectiva nos sistemas energéticos existentes. Não é, por isso, de estranhar que a União Europeia tenha considerado como objectivos, visando estabilizar as emissões de CO2 em 2005 ao mesmo nível de 1990, os seguintes: ! Duplicar a contribuição das Energias Renováveis para a procura total de Energia, passando de 4% em 1991 para 8% em 2005 (de 43 para 109 Mtep); ! Triplicar a produção eléctrica a partir de fontes renováveis, não entrando em conta com as grandes centrais hidroeléctricas (de 8 GW e 25 TWh para 27 GW e 80 TWh em 2005); - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 25 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica ! Obter para os bio-combustíveis uma parte do mercado da ordem dos 5% do consumo total dos veículos a motor (dispor em 2005 de 11 Mtep de bio-combustíveis, o que significa, segundo as estimativas, uma área cultivada de 7Mha). 5.1.1. Estado Actual e Evolução Possível da Produção de Energia Eléctrica Apresenta-se seguidamente, de forma muito sumária, uma ideia sobre o estado actual da Energia Eólica e uma perspectiva das suas potencialidades futuras, não apenas cobrindo o ponto de vista técnicoeconómico mas focando alguns outros aspectos, nomeadamente as dificuldades associadas à sua penetração no mercado da energia, visando, em particular a situação nacional. Dados Técnicos ! Estado de desenvolvimento da tecnologia: demonstração/mercado ! Viabilidade: alta ! Potência típica duma unidade: 50 a 600 kW (encontram-se em fase de précomercialização máquinas de potência unitária de 1,0 a 1,5 MW) ! Rendimento (%): 40 a 45 (em termos teóricos o máximo - limite de Betz - é 67) Dados Económicos ! Custo actual ♦ Capital: 180 a 240 contos/kW instalado ♦ O & M: 2$50/kWh ♦ Custo final: 9$ a 14$/kWh (velocidade média anual do vento superior a 6,5m/s) ! Custo potencial ♦ Capital: 130 contos/kW ♦ O & M: inferior a 1$00/kWh ♦ Custo final: 6$ a 10$/kWh - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 26 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Factores Ambientais ! Negativos: Impacto e Intrusão Visual, Impacto sobre Flora e Fauna, Ruído, Perturbações electromagnéticas ! Positivos: Não dá origem à emissão de quaisquer poluentes Potencialidades Resultantes de ID&D ! Limitações da tecnologia: potências unitárias baixas, vida útil das unidades ! Áreas que beneficiam com ID&D: aeroespacial, estruturas ! Necessidade e oportunidades de ID&D: ligação a redes fracas, perfis alares, desenvolvimento de grandes parques eólicos, materiais, sistemas híbridos. ! Potencial técnico de melhoria de tendimento: baixo ! Custos: médio ! Impacte: alto/médio Factores não Técnicos ! Mercado potencial: companhias de produção de electricidade ! Posição actual no mercado: média/baixa ! Capacidade de entrar no mercado: alta ! Tempo de penetração da tecnologia: 0 a 5 anos ! Factores regionais condicionantes: vento, proximidade de um ponto de ligação à rede eléctrica ! Barreiras à penetração da tecnologia: institucionais, "lobbies", da rede eléctrica, protecções ambientais ! Factores determinantes para acelerar a penetração: aumento dos preços da energia, desenvolvimento de sistemas modulares, criação de capacidade de produção de equipamentos recorrendo a transferência de tecnologia; ! Suporte governamental necessário: médio/alto - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 27 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Apresentadas as principais características associadas à exploração da Energia Eólica no que se refere à produção de Energia Eléctrica (neste caso com vista à sua introdução na Rede) vale a pena esclarecer alguns aspectos com maior pormenor. Em termos dos dados técnico-económicos: é importante recordar que estamos a falar de uma fonte de energia de baixa densidade, de carácter local, não despachável e com características de aleatoridade, ainda que não no sentido dado normalmente a este termo. Isto traduz-se em equipamentos de dimensões significativas para aproveitamentos de alguma dimensão, exigindo um elevado investimento inicial. Mais, a aleatoridade (na realidade o conhecimento obrigatório que é necessário ter dos regimes do vento para analisar a viabilidade de qualquer projecto deste tipo permite ter uma ideia estatística da produção não só ao longo do ano mas mesmo mensalmente e diariamente) em especial a condições decorrentes da turbulência do escoamento (variações significativas ocorrendo dentro de uma escala de tempos de uma hora com o pico centrado à volta de um minuto) põe problemas de ligação à rede eléctrica, sendo corrente, por exemplo, limitar as potências nominais a instalar e uma pequena percentagem da potência mínima de curto circuito da subestação de interconexão à rede. Note-se, todavia, que o aspecto descentralizado permite pensar em muitos casos em situações de custos evitados na produção e distribuição de energia o que melhora os aspectos económicos deste tipo de soluções, acrescendo ainda que se se vier a implementar uma taxa sobre o consumo de combustíveis fósseis (a já chamada taxa do carbono) a energia eólica poderá atingir uma posição mais atractiva. No que se refere a factores ambientais: é muito clara a vantagem do recurso às fontes renováveis e mesmo dentro destas a apresentada pelo vento. Os seus impactos sobre o meio ambiente são físicos e as questões de intrusão visual além de pequenas (ao contrário daquilo que se procura fazer crer) podem ser minoradas não é por acaso que a mais recente turbina eólica (2,0 MW) de um dos maiores fabricantes europeus foi projectada por Sir Norman Figura 6 – Turbina 2,0 MW Foster (para muitos o maior arquitecto vivo); a questão do ruído gerado pela operação das máquinas é igualmente de reduzida dimensão: acima de 8 m/s de velocidade do - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 28 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica vento o ruído envolvente mascara completamente o resultante da operação das máquinas e, mesmo para condições de velocidade de vento mais baixas para que estas máquinas operam (tipicamente 4 m/s), a distâncias da ordem dos 300 m o nível de ruído já não causa qualquer perturbação situando-se entre os 40 e os 45 dBA e, se a isto juntarmos o facto de que as zonas de maior potencial são necessariamente inóspitas (o Homem tende a considerar inconfortável viver em zonas em que as velocidades médias horárias do vento ultrapassem algumas vezes por ano os 6 m/s), poderemos afirmar que eventuais problemas associados a este tipo de energia estão ligados aos impactos sobre a flora e a fauna e à potencial disrupção de sistemas de comunicações. Sobre os segundos, além de poderem ser minorados a partir da definição de condições de servidão, relativamente pouco restritivas, estudos recentes desenvolvidos na Grécia e envolvendo as companhias gregas de Electricidade e Telecomunicações indicam que o problema é bem menor do que o que se pensava. Ora o problema do impacto sobre a flora pode ser considerado para todos os efeitos como praticamente nulo, uma vez que as áreas ocupadas na realidade pelas turbinas são muito pequenas (0,2 a 0,3 % da área bruta de um parque) e, mesmo atendendo à possível necessidade de caminhos locais, o seu valor não ultrapassa, em regra, 3% da área global. O problema principal parece pôr-se para a fauna e, muito em particular, para a avifauna mas, mesmo neste caso, é interessante verificar que a quase totalidade dos estudos feitos (por especialistas) mostram que ainda que exista um risco de choque com as turbinas a sua probabilidade é muito baixa. Refira-se, apenas a título de exemplo, que a GREENPEACE concluiu, depois dos estudos efectuados (envolvendo, nomeadamente, a zona do estreito de Gibraltar onde passa a maior corrente migratória de aves da Europa para a África), que a probabilidade de impacto de uma ave com uma turbina eólica é inferior à que se verifica para extensões comparáveis de linhas eléctricas aéreas ou mesmo de auto-estrada. Por outro lado, a completa ausência de poluentes emitidos corresponde a um benefício ainda não quantificável em termos económicos mas bem definido em termos de emissões evitadas. Valores típicos são apresentados no Quadro II por unidade de energia eléctrica produzida. Um parque eólico de cerca de 10 MW de potência nominal, instalado numa zona de velocidade média do vento anual da ordem dos 6,5 a 7 m/s, produz cerca de 23.500 MWh de energia eléctrica evitando, assim, emissões anuais de cerca de 127 ton de SO2, de 60 ton de NOx, de 19.000 ton de CO2 e de 6,5 ton - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 29 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica de cinzas e partículas, admitindo que a produção substituída era baseada em fuel; os valores evitados no caso de carvão são da ordem de 183 ton de SO2, de 122 ton de NOx, de 25.000 ton de CO2 e de 1.400 ton de cinzas e partículas. 5.2. UM PARQUE EÓLICO EM PORTUGAL O estabelecimento de um parque eólico supõe uma sequência de fases a saber: ! a ideia; ! o pré-projecto; ! a análise de viabilidade; ! a decisão; ! o projecto; ! a construção; e ! a operação. Se sobre a "ideia" não vale a pena tecer grandes comentários o mesmo já não se passa com cada uma das outras fases, que são, por isso, apresentadas seguidamente. 5.2.1. Pré-Projecto Quem em Portugal pretender estabelecer um parque eólico destinado a produzir energia eléctrica a vender à rede deve ter em atenção, antes do mais, três aspectos distintos, a saber: ! haverá vento que justifique o desenvolvimento? ! é possível, sem custos excessivos, retirar a energia do local? ! existirão condicionamento restritivos inultrapassáveis? - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 30 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Dado que para o Homem, locais com velocidades médias anuais acima de 5 a 6 m/s correspondem a sítios “muito ventosos” e que, nas circunstâncias actuais, em Portugal para velocidades média abaixo dos 6,5 m/s o projecto de um parque eólico não é viável, é conveniente levar a cabo uma primeira estimativa recorrendo a outros métodos que não a nossa sensibilidade. A eventual inclinação das árvores, a existência de uma agricultura de plantas essencialmente rasteiras e protegida por obstáculos como paredes de pedra, sebes ou mesmo esteiras de canas, como é relativamente corrente no nosso território, ou a existência de moinhos antigos, são sinais a recolher e a avaliar. Várias deslocações ao local ao longo do tempo e a conversa com as pessoas da vizinhança fornecem também indicadores que, quando convenientemente somados, com as informações estatísticas da estação meteorológica mais próxima e com as características de inclinação e rugosidade do terreno podem dar uma primeira informação sobre a qualidade do local no que se refere ao recurso. QUADRO VI – Emissões evitadas (Kg) por MWh produzido SO2 (1 % de Enxofre) NOX CO2 Cinzas (incluindo volantes) Carvão 7,8 5,2 1050 60 Fuelóleo 5,4 2,6 800 0,273 A segunda questão prende-se com a capacidade da rede eléctrica a nível local. Acontece, conforme já referido, que os sítios de mais elevado potencial são praticamente desabitados o que se traduz directamente no facto de, apesar da rede eléctrica cobrir neste momento mais de 97% do território nacional, essas zonas estarem cobertas por redes de pequena capacidade (postos de transformação de pequena potência), uma vez que têm que satisfazer consumos pequenos e, em regra, muito dispersos. Assim, a ligação, mesmo que apenas de uma turbina de algumas centenas de kW de potência nominal, pode pôr, do ponto de vista eléctrico, problemas delicados pois a característica flutuante da produção de energia em pequenos intervalos de tempo, associada à turbulência do vento, pode ocasionar instabilidades na rede local, degradando de forma inaceitável a qualidade da própria energia fornecida aos utilizadores na vizinhança. É, assim, necessário verificar a qualidade da rede eléctrica local. Para o efeito, nos termos da - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 31 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica legislação em vigor, a questão do ponto de interconexão é da competência da entidade distribuidora local, a ela devendo ser endereçada, acompanhada de informação sobre a instalação que se pretende levar a cabo com indicação do tipo e número de máquinas. Note-se que, de momento, essa resposta não envolve qualquer custo nem compromete a distribuidora em relação a situações futuras e a outros promotores, uma vez que apenas o contrato definitivo fará fé. Da resposta consta uma ideia da distância ao ponto de interligação que a distribuidora considera mais conveniente, bem como uma estimativa do custo da instalação entre o sítio do parque e a subestação de interconexão. A terceira questão pode igualmente ser analisada pelo próprio: verificar a propriedade do terreno e estabelecer contacto com os proprietários, sugere-se que seja estabelecido um acordo (eventualmente um contrato) condicionado pela possibilidade comprovada de vir a construir o parque eólico; verificar a existência de servidões constituídas, por exemplo por sistemas de telecomunicações, corredores aéreos, etc, e a possibilidade dos terrenos estarem compreendidos em zonas com limitações especiais impostas, não apenas parques naturais ou zonas de paisagem protegida mas também zonas como a Reserva Agrícola Nacional ou a Reserva Ecológica Nacional ou, ainda, zonas de protecção de biótipos especiais. A consulta aos Planos Directores Regionais (PDR) e Municipais (PDM) deve ser feita, uma vez que muita da informação necessária já se encontra neles integrada. A resposta a estas questões não é, muitas vezes, dicotómica, podem existir algumas restrições que se considerem ultrapassáveis quer através do diálogo com as entidades competentes quer com base em estudos levados a cabo por especialistas. Assim, se como resultado desta avaliação se considerar razoável a possibilidade de vir a construir um parque eólico é altura de elaborar um pré-projecto, que visa obter das entidades competentes para o licenciamento uma confirmação prévia dessa possibilidade na sequência da análise feita. Insiste-se que não se trata ainda do licenciamento mas tão só uma indicação prévia sobre a possibilidade. Desta forma a caso existam motivos importantes não analisados no pré-projecto evitam-se os custos do desenvolvimento de um projecto que pode, à partida, estar condenado ou sujeito a exigências de alteração significativas, que poderiam ter sido consideradas à partida. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 32 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica O pré-projecto deve conter tipicamente o seguinte conjunto de elementos: ! identificação clara da localização do parque, possível dimensão, e previsão do número e disposição de turbinas; ! cópia da resposta das condições dadas pela distribuidora local e pré-projecto simplificado das ligações eléctricas no interior do parque e da ligação do parque à rede; ! pequeno estudo de impacto ambiental com indicação das possíveis limitações existentes e processos de as minorar; ! pré-projecto de engenharia civil com definição dos caminhos internos, fundações típicas e instalações eléctrica, de água, de comunicações e de esgotos; ! uma pequena memória descritiva incluindo, se possível, uma visão tridimensional do projecto e enquadrando-o na tripla perspectiva da Energia/Ambiente e Impacto Social a nível local; explicitando claramente a finalidade do pré-projecto e assumindo o compromisso de desenvolvimento de projectos e estudos que, nos termos da lei, são necessários ao processo de licenciamento. O pré-projecto deve ser submetido, por razões que se explicitarão seguidamente, à Direcção Geral de Energia e à(s) Câmara(s) Municipal (is) cuja administração cobre a zona onde se pensa erigir o parque. Acontece que o processo de licenciamento de uma instalação deste tipo é complexo e pode envolver prazos significativos. Em primeiro lugar é preciso contar que são necessárias duas licenças: uma de Produção, a emitir pela Direcção Geral de Energia, e outra de Construção (que algumas considerações legais podem levar a considerar dispensável), da responsabilidade das Câmaras Municipais. Qualquer destas duas entidades tem, por sua vez, que ouvir outras, como as Comissões de Coordenação Regionais, as Direcções Regionais de Ambiente e Recursos Naturais, as autoridades e os responsáveis pelos Parques Naturais e o próprio Instituto de Conservação da Natureza, os Serviços Radioeléctricos, autoridades militares,... cujos pareceres podem, por vezes, ser considerados vinculativos e impedir completamente o desenvolvimento de um projecto deste tipo. O processo normal é que os pedidos destes pareceres sejam coordenados pelas entidades licenciadoras que deverão veicular aos promotores as - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 33 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica eventuais necessidades expressas por estes serviços de disporem de elementos e estudos complementares. A morosidade deste processo é evidente bem como o facto de, em alguns casos, ser necessário levar a cabo estudos específicos e bem fundados. Em todo o caso, o processo de acordo de princípio pode ser relativamente rápido, uma vez que qualquer das duas entidades já tem uma ideia fundamentada do que poderá esperar. As indicações podem ir desde uma aceitação de princípio, sem problemas, à recusa de licenciamento (devidamente justificada), passando pelos estágios intermédios das dificuldades que haverá a ultrapassar em casos mais delicados. Aqui, estudos complementares devidamente orientados para objectivos específicos serão necessários mas note-se que isso poderá ser levado a cabo durante a fase seguinte do estudo de viabilidade, entretanto em curso. 5.2.2. A Análise de Viabilidade Uma vez avaliada a ideia de desenvolver um projecto de instalação de um parque eólico é altura de proceder à análise da sua viabilidade e estimar os principais parâmetros que permitirão uma tomada de decisão definitiva. Em nosso entender há aqui dois procedimentos distintos: uma análise de viabilidade do projecto considerando os seus méritos próprios e a avaliação recorrendo a possíveis subsídios ou condições especiais existentes. A primeira tem a vantagem de demonstrar a qualidade do projecto em si e assegurar, quer ao promotor quer às entidades envolvidas na concessão de eventuais subsídios ou bonificações, uma garantia mínima do projecto. A segunda permite, em regra, ter uma ideia da diminuição dos riscos associados a um projecto deste tipo e, atendendo às políticas proclamadas de difusão de instalações de exploração de recursos endógenos limpos, é uma demonstração clara da vontade do governo em promover a introdução deste tipo de instalações nos seus sistemas energéticos. O desenvolvimento desta fase exige, o recurso a instituições, companhias ou consultores que trabalhem nas diferentes áreas envolvidas, uma vez que é essencial dispor de um conjunto de informação lato e bastante preciso. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 34 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica (i) O recurso eólico Em primeiro lugar é preciso aceder a uma estimativa fiável do recurso eólico. Dificilmente se pode pensar em Portugal em estimar o potencial real de um local sem levar a cabo um conjunto de medidas significativo, o que significa muito possivelmente um ano de medições com uma estação meteorológica, cujo equipamento foi previamente calibrado, no local. Essa estação deve estar dotada de, pelo menos, um mastro, provido de anemómetros a dois níveis (10 e 40 m por exemplo) e de um sensor de direcção instalado no nível mais elevado. Os registos desta estação (velocidades e direcção) deverão ser acumulados em termos de valores médios, no máximo horários, preferencialmente em 10 minutos. Em alguns casos dever-se-á, em acumulação, dispor de registos das temperaturas ainda que, para esta, valores máximos e mínimos diários possam ser suficientes. Apenas em casos com estações meteorológicas próximas (distâncias típicas não superiores a 20 Km), onde exista informação coerente Figura 7 – Anemómetro e sensores de direcção e fiável, se poderá admitir um tempo de medida inferior e, mesmo assim, desde que exista entre os dados registados no local e os dados da estação meteorológica uma correlação significativa para um mesmo período comum, muito em especial para as condições de ventos fortes (velocidades médias tipicamente superiores a 4 m/s). Deve ser claro que mesmo um ano é um prazo relativamente curto para permitir avaliar o potencial eólico de um sítio. É necessário dispor de valores correspondentes a prazos mais longos uma vez que variações de condições médias anuais superiores a 10% podem ser esperadas ao longo de diferentes anos, o que significa variações da energia produzida anualmente da ordem de 30%. Em resumo, os valores médios anuais registados, ainda que sendo indicativos, devem ser correlacionados com os valores registados para as estações meteorológicas mais próximas permitindo, assim, prever as condições a esperar a longo prazo. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 35 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Note-se que os registos permitirão uma estimativa dos perfis típicos da CLA no local, nomeadamente da variação da velocidade com a altura, das distribuições em frequência (probabilidade de ocorrência de velocidades de diferentes gamas, normalmente expressa em termos de uma função de distribuição de Weibull) e, portanto, uma melhor avaliação do potencial local. A título indicativo pode referir-se que para as actuais condições de mercado em Portugal, velocidades médias anuais abaixo de 6 m/s, a 10 m do chão, não justificam o desenvolvimento de parques eólicos "comerciais". Figura 8 – Distribuição de Weibull Igualmente a título indicativo pode considerar-se que o preço típico de uma estação meteorológica é da ordem de 1.500 a 2.000 contos, compreendendo este valor a compra e instalação de um mastro com 40m, dos anemómetros e do sensor de direcção e do sistema de registo de dados. Os custos mensais de recolha de dados poderão variar, dependendo da distância e acessibilidade dos locais, entre 50 e 100 mil escudos por mês. (ii) A ligação à rede eléctrica A ligação à rede eléctrica é pedida, nos termos da lei, à distribuidora local e é de admitir que tenha sido feita na fase de pré-avaliação. Todavia foi necessário, indicar à companhia eléctrica o tipo e dimensão do parque que se pretende instalar (na realidade a apresentação de uma ideia ainda não confirmada), o que traz outra questão de fundo - qual a área real que o parque pode vir a ocupar ou, mais especificamente, qual a potência definitiva a instalar. A questão não é dispicienda. Em primeiro lugar é a potência do parque e das máquinas a instalar que vão determinar o ponto de interligação e, portanto, não apenas a distância mas o nível de tensão da linha de transporte entre o parque e a subestação receptora. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 36 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Se bem que na lei actual o preço da energia já não seja afectado, neste tipo de instalações, pelo nível de tensão a que essa energia é entregue (o que não acontecia até à pouco menos de um ano) o mesmo não se pode dizer do preço da subestação do parque e da linha da interligação, ambas da responsabilidade do promotor, cujos custos sobem com o nível de tensão de uma forma significativa. Notese que o caso de linhas longas impõe ainda maiores custos uma vez que as secções dos condutores para os mesmos níveis de tensão tendem a ser significativamente maiores, tendo em vista reduzir as perdas. Em primeira aproximação distâncias de interligação superiores a 15 km ao nível dos 60 kV traduzem-se em encargos muito elevados só justificáveis com velocidades médias anuais importantes ou para parques de grande dimensão. A título indicativo, novamente, podem considerar-se custos não inferiores a 5.500 contos/km para uma linha aérea de 60 kV e valores para os transformadores da ordem dos 7.000 contos por MW instalado nestas condições. Estes valores poderão ser significativamente reduzidos se se tratar de ligações a níveis de tensões mais baixas. Em resumo, mesmo para a mesma potência final instalada é de todo o interesse levar a cabo uma análise sobre as diferentes possibilidades de ligação, eventualmente repondo junto da companhia distribuidora de electricidade local, a questão da ligação do parque correspondendo a outras opções. (iii) A avaliação de possíveis restrições A avaliação concreta das possíveis restrições deve ser feita nesta fase. A questão é dupla: a terra em si e os condicionamentos. Para um parque eólico de dimensão significativa a questão da propriedade, ou mesmo da simples utilização em direito de superfície, dos terrenos para a instalação não é, em regra, fácil. Em primeiro lugar só em condições excepcionais haverá um proprietário único, em muitos casos parte dos terrenos são públicos ou baldios - o que pode resultar em complicações adicionais - noutros os registos estão desactualizados e os actuais proprietários, mesmo que facilmente identificáveis, podem ter pontos de vista e interesses diferentes. De qualquer forma o processo é, em regra, moroso mas resoluvel sem ser necessário requerer à figura da expropriação por utilidade pública consignada na lei. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 37 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica A título meramente indicativo pode referir-se que independentemente da zona do país, valores de cedência de direitos dos terrenos (tipicamente direito de superfície por 25 anos com 5 anos extra de opção) não deverão exceder os 400 contos/hectare, para zonas de elevada velocidade de vento, se se pretender que os custos associados não condicionem o desenvolvimento do parque. Uma solução que se afigura interessante consiste no pagamento de uma renda cujo valor seria actualizado anualmente, não apenas com base no índice de preços mas com os resultados líquidos da exploração. A vantagem para o promotor é dupla pois pode ver, desta forma, reduzido o seu investimento inicial e aliviada a situação financeira dos primeiros anos de exploração; para os proprietários do terrenos o processo garantiria uma renda crescente, acima da taxa de inflação, que, a partir do período de retorno do investimento (tipicamente 7 a 9 anos), poderia, claramente, apresentar um rendimento superior às taxas de depósito a prazo nas instituições financeiras. Os problemas mais importantes, todavia, passam na maioria dos casos por questões de carácter ambiental ou de servidões impostas. De facto, como é sabido, muitos dos sítios de interesse e com potencial suficientemente elevado para que se considere o desenvolvimento de parques eólicos, coincide com zonas abrangidas nos últimos anos por classificações que vão desde os parques naturais a zonas de protecção de certos biótipos. Assim, estudos de impacto ambiental cuidadosamente elaborados e varrendo uma multiplicidade de aspectos que vão desde o desenvolvimento local aos efeitos sobre a flora e em especial sobre a fauna passando pelo ruído ou pelas servidões constituídas são essenciais. São típicos para estudos deste tipo custos da ordem dos 5.000 contos. (iv) O estudo de viabilidade A existência de dados de vento fiáveis e de informação de longo prazo das estações meteorológicas mais próximas (que pode acarretar alguns custos adicionais uma vez que a cedência de dados pelo Instituto de Meteorologia não é feita a título gratuito e muitas vezes nem sequer ainda existem registos tratados dos dados mais recentes), o conhecimento do terreno, nomeadamente da orografia local (cartas à escala 1:25.000, ainda que não actualizadas existem cobrindo todo o território e mesmo para muitas zonas já existem ortofotogramas à escala 1:10.000) e da rugosidade envolvente (consulta de cartas mas - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 38 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica essencialmente resultante de análise directa do terreno com visitas ao local a registos fotográficos), e das limitações impostas por outros condicionamentos permitem aceder a uma primeira geometria de um parque eólico e ao potencial local, não em termos dos pontos em que estiveram localizados anemómetros mas já em termos de área. Avaliado este potencial não é difícil estimar a energia produzida por um parque constituído por N máquinas de determinado tipo distribuídas no terreno. É possível comparar não só soluções de diferente geometria de implantação como diferentes dimensões de máquinas e equipamentos de diferentes fabricantes, visando maximizar a produção. Por outro lado, o conhecimento da distribuição dos regimes de vento e da produção permite avaliar a receita anual a esperar resultante da venda de energia eléctrica. Recorda-se que, nos termos da lei, a energia é vendida em condições muito semelhantes às que correspondem à compra por parte dos particulares e em especial as empresas. Os preços variam com as horas de fornecimento/venda ao longo do dia, sendo claramente diferenciados. Variam, ainda, com as estações do ano e incluem uma taxa de potência igualmente variável. Isto é, é possível produzir nesta fase uma estimativa razoável da receita. O estudo de viabilidade ficará completo se se puder estabelecer um valor aproximado do investimento, distribuído pelas diferentes fontes de financiamento, e dos custos associados à exploração do parque. Em termos de investimento haverá que conhecer os custos seguintes: ! terrenos (negociação com os proprietários); pode acontecer que, em vez de um pagamento inicial, o contrato corresponda a uma renda anual, associada directamente ao valor das vendas ou qualquer forma similar de pagamento; ! turbinas (negociação com os fabricantes ou com os seus representantes em Portugal); ! ligação à rede (valor indicado pela companhia eléctrica); ! ligações eléctricas internas, incluindo a rede própria (aérea ou não, transformadores internos e subestação de saída com eventual elevação de tensão); a parte das ligações eléctricas internas e da ligação à rede na subestação de saída impõe, nas condições da lei, - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 39 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica um projecto muito preciso que respeite os regulamentos existentes, que é preciso ter em conta ao efectuar a estimativa dos custos associados a esta componente do projecto; ! trabalhos de engenharia civil, incluindo fundações das turbinas e transformadores, caminhos internos, instalações próprias para os equipamentos e pessoal (água e esgotos, electricidade, comunicações, ...); ! trabalhos de erecção do parque e de entrada em serviço (o que pode exigir a abertura de caminhos exteriores ao parque por onde passem os transportes pesados e gruas necessárias na fase de montagem final das nacelles (aerogerador+fuselagem) no topo das torres, ...); ! outros custos, como eventuais taxas a impostos de importação de equipamentos, custos de transportes e seguros a imprevistos; ! componentes intangíveis como as associados a estudos e projectos, formação de pessoal, licenças, garantias bancárias; ! juros de empréstimos na fase da construção. Dado que as condições dos empréstimos são definidas à partida, que as amortizações de bens e equipamentos a considerar bem como os impostos devidos decorrem directamente dos termos da lei, que os custos de operação e manutenção ou são conhecidos (dados dos fabricantes) ou de estimativa fácil (face à experiência existente) é possível levar a cabo a análise de viabilidade do projecto. Em Portugal é indicado (por razões que ligadas ao esquema de apoio do Programa Energia e à sua aceitação por parte das entidades oficiais) para projectos deste tipo considerar uma vida útil de 20 anos. Os resultados da avaliação técnico-económica podem ser expressos através de diferentes indicadores económico-financeiros nomeadamente, o cash-flow, o período de recuperação do investimento, o valor actual Iíquido, as anuidades, a taxa interna de rentabilidade, ..., sendo possivelmente o critério mais correntemente utilizado para projectos deste tipo a taxa interna de rentabilidade, ou TIR, como é, correntemente, designada. Note-se que sendo o preço de venda da energia um factor determinante, cuja evolução é difícil estabelecer pois resulta de compromissos extraordinariamente complexos, é de toda a conveniência realizar - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 40 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica uma primeira análise a preços constantes e, seguidamente, levar a cabo uma análise de sensibilidade pesando, no essencial, o facto da sua variação poder ser diferente da taxa de inflação. De referir que esta avaliação deve ser refeita seguidamente tendo em atenção eventuais sistemas de incentivos existentes e os resultados comparados por forma a quantificar a sua bondade. Como se verifica os custos desta segunda fase são já elevados (aquisição e tratamento de dados de vento; estudo de impacto ambiental, pré-projectos de engenharia civil e de electricidade, estudo de viabilidade) devendo situar-se acima dos 20/25 mil contos, sem contar com os custos associados à coordenação a acompanhamento por parte do promotor. 5.2.3. A Decisão Uma vez na posse de um estudo de viabilidade credível que demonstre as potencialidades do projecto e os riscos associados ao seu desenvolvimento pode ser tomada a decisão de prosseguir. Esta fase envolve dois tipos de acções: a obtenção final dos acordos por parte das entidades intervenientes no processo de licenciamento e a negociação com possíveis sócios a investidores das condições de desenvolvimento do projecto. No que se refere ao primeiro recorda-se que um pedido de acordo de princípio ao desenvolvimento deveria ter sido feito no fim da fase de pré-projecto e que é de admitir que as eventuais condições e restrições impostas pelas diferentes entidades envolvidas estejam esclarecidas e, sobretudo, ultrapassadas. Mesmo junto da companhia eléctrica todos os pontos deverão estar esclarecidos e os contratos em condições de ser confirmados o que é essencial para que a própria DGE avance no licenciamento e a companhia eléctrica desenvolva e submeta às autoridades locais (que deve ouvir, até pela conformidade que deve existir com os PDM) o projecto da linha de interligação. Em termos internos é tempo de formalizar as negociações entre os promotores e de negociar as condições definitivas do financiamento e dos eventuais empréstimos necessários. Mais do que isso, será a altura apropriada para definir, na sua forma definitiva, a entidade que vai construir e explorar o parque. Os custos associados a esta fase são essencialmente internos e parte deles podem ter sido cobertos pelo desenvolvimento de alguns pontos em paralelo com o estudo de viabilidade. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 41 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica 5.2.4. O Projecto Designa-se por este termo a fase referente ao projecto (propriamente dito) do parque. Isto é, a fase correspondente à definição final das instalações. Trata-se no essencial dos chamados projectos: ! das instalações eléctricas, que deve cumprir os termos da regulamentação portuguesa a ser aprovado pela EDP e posteriormente pela DGE no licenciamento final, e que inclui a definição, tipos e dimensões de equipamentos e soluções adoptadas; e ! de engenharia civil que deve incluir não apenas a parte de engenharia civil propriamente dita (caminhos, fundações, valas, construções de apoio, ...), de acordo com a regulamentação nacional, mas também os projectos de instalações (eléctrica, águas e esgotos, comunicações, ...) e que é essencial para aprovação definitiva da licença camarária de construção; a que se devem juntar os elementos adicionais como o estudo de Avaliação de Impacto Ambiental, com a prova de que o projecto dá seguimento às suas eventuais recomendações, ou as indicações sobre servidões existentes e a sua verificação. É na parte final desta fase que se devem lançar os concursos, ainda não abertos, referentes à aquisição de turbinas (é possível em muitos casos que esta opção seja tomada mais cedo, nomeadamente na fase de análise de viabilidade do projecto e que este acabe por ser desenvolvido com participação activa da empresa que produz as turbinas, a qual pode envolver, desta forma, empresas locais no fornecimento de algum equipamento em condições mais favoráveis) e demais equipamentos, à escolha de empreiteiros e fiscalizadores, etc. É ainda na parte final desta fase que se devem estabelecer as condições de servidão e eventuais acordos tendo em vista garantir a manutenção de um dado conjunto de condições envolventes durante a vida do parque que não venham a prejudicar a produção de energia. É difícil uma estimativa exacta dos custos desta fase mas é de admitir que a serem seguidas as Instruções para o Cálculo dos Honorários Referentes a Projectos de Obras Públicas o seu valor se aproxime - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 42 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica dos 50 a 60 mil contos o que, somado com os custos das fases anteriores, traz o custo global do desenvolvimento do projecto para um valor acima dos 100 mil contos. 5.2.5. A Construção Uma vez confirmadas as licenças poderá dar-se início à fase de construção do parque. Assinatura dos contratos de fornecimento das turbinas e principais equipamentos eléctricos; pagamento da primeira prestação dos custos de ligação à companhia eléctrica; a escolha de empreiteiros e a selecção da fiscalização, ... e, finalmente, a realização da obra em si. Um bom planeamento é essencial e, de um modo geral, pode esperar-se que todo este processo decorra em prazo inferior a um ano (tipicamente 8 a 9 meses), trazendo o tempo global de desenvolvimento de uma instalação deste tipo para um período mínimo de cerca de 2 anos. Esta fase compreende, ainda, o teste das turbinas e a sua aprovação bem como a verificação das condições de funcionamento de paralelo com a rede eléctrica, só depois entrando em vigor o contrato de venda de energia. 5.2.6. A Operação Esta fase corresponde à operação corrente do parque eólico, à sua vigilância, monitorização e manutenção. No entanto, pelo menos durante o primeiro ano de serviço, haverá que proceder a um trabalho extra de verificação das curvas de potência garantidas pelo fabricante para as turbinas, proceder a ajustes finos dos equipamentos, implementar rotinas de operação e manutenção, nomeadamente em associação com a entidade distribuidora de energia, .... 5.2.7. Fornecimento de energia reactiva Nas horas de ponta e cheias, os Produtores Regime Especial Renováveis (PRE-R) devem fornecer à rede de serviço público energia reactiva no valor mínimo de 40% da energia activa fornecida. A energia reactiva em défice neste período será paga pelo PRE-R segundo o tarifário em vigor para a energia reactiva indutiva no nível de AT. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 43 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Nas horas de vazio, o PRE-R não deve fornecer energia reactiva. Se o fizer, a mesma será cobrada pelo tarifário em vigor para a energia reactiva capacitiva no nível de AT. Algumas medidas foram introduzidas no sentido de suavizar estas disposições: ! O regime de fornecimento de energia reactiva nos períodos fora do vazio pode ser alterado, mas a responsabilidade por esta iniciativa foi cometida exclusivamente ao distribuidor público. ! A instalação das baterias de condensadores necessárias ao fornecimento de energia reactiva (no caso da utilização de geradores assíncronos) passou a poder ser realizada em local mais apropriado da rede de distribuição, desde que o produtor suporte o respectivo custo e o distribuidor concorde com a solução. ! O excesso de energia reactiva fornecida à rede nos períodos fora do vazio, relativamente ao valor de referência de 40% da energia activa injectada, passou a ser remunerado pelo tarifário em vigor para a energia reactiva indutiva no nível AT. Os tarifários referidos para a compra/venda de energia reactiva são aplicáveis durante os primeiros 144 meses de exploração das centrais renováveis, após o que vigorará o tarifário correspondente ao nível de MAT. 5.2.8. Distorção harmónica A solução convencional de ligação de instalações de PRE à rede, isto é, a ligação directa de geradores síncronos ou assíncronos, não conduz a situações problemáticas com harmónicas. A tensão gerada será praticamente sinusoidal, cumprindo, assim, os requisitos legais que estabelecem que “a tensão gerada não deve ter efeitos prejudiciais nos equipamentos dos consumidores”. Se a ligação à rede for efectuada de modo assíncrono (recorrendo ao uso de conversores electrónicos de frequência, para permitir a exploração dos sistemas com velocidade variável), será necessário assegurar que foram tomadas as providências necessárias à redução do conteúdo harmónico. A legislação estipula que os PRE estão sujeitos às disposições em vigor sobre qualidade de serviço nas redes eléctricas. A norma portuguesa que estabelece as características das redes de AT está em - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 44 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica preparação. Sobre este assunto o que existe actualmente é a versão portuguesa da Norma Europeia EN 50 160 de 1994 (“Características da tensão fornecida pelas redes de distribuição pública de energia eléctrica”), que se aplica aos níveis de BT e MT. As principais disposições sobre harmónicas no nível de MT são referidas na sequência. Tensão harmónica está definida como uma tensão sinusoidal cuja frequência é um múltiplo inteiro da frequência fundamental da tensão de alimentação. As tensões harmónicas podem ser avaliadas: a) individualmente, medindo Uh, que é a amplitude da harmónica de ordem h referida à amplitude da fundamental; b) globalmente, através do valor da distorção harmónica total (THD – Total Harmonic Distortion) , que é dada por: THD = ∞ ∑U h=2 2 h A norma EN 50 160 indica que, em períodos semanais, 95% dos valores eficazes médios (em 10 minutos) de cada tensão harmónica não devem exceder os valores que resumidamente se indicam no Quadro VII. QUADRO VII – Valores máximos das tensões harmónicas Harmónicos ímpares Harmónicos pares Não múltiplas de 3 Múltiplas de 3 h Uh (%) h Uh (%) h Uh (%) 5 6,0 3 5,0 2 2,0 7 5,0 9 1,5 4 1,0 ... ... ... 25 1,5 21 0,5 24 0,5 A mesma norma estabelece que a distorção harmónica total não deve ultrapassar 8%. Outro aspecto relacionado com a distorção harmónica é a tremulação da tensão, habitualmente conhecida por flicker. Na origem do flicker estão as flutuações de tensão que, ao provocarem variações da luminância das lâmpadas, motivam um fenómeno visual, que, acima de certos limiares, se torna incomodativo. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 45 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica O flicker é avaliado por um parâmetro, designado severidade da tremulação, que pretende medir a intensidade do desconforto provocado pela tremulação. Os limites de flicker estão definidos de modo a assegurar o conforto dos consumidores e a impedir a ocorrência de efeito de flicker da iluminação incandescente. 5.2.9. Protecções No que se refere a protecções, a lei contém apenas disposições de carácter geral, do tipo: ! Quando ocorrem defeitos, as centrais renováveis devem ser desligadas rapidamente. ! As protecções da instalação de produção renovável devem ser coordenadas com as da rede receptora, por forma a que os defeitos que ocorram, quer de um quer do outro lado, sejam correctamente isolados de forma selectiva, em particular no caso de existirem equipamentos de reengate automático da rede pública. ! As centrais renováveis devem ser automaticamente desligadas quando falta a rede pública, de modo a garantir a segurança das operações de manutenção e reparação. Estas disposições gerais, que sempre integraram a legislação, foram complementadas através da publicação de um documento com origem na DGE , o chamado Guia Técnico das Instalações de Produção Independente de Energia, adiante designado “Guia”. Ao estudar as protecções de uma instalação de produção renovável há que ter em conta, tanto as protecções que se destinam a proteger a rede receptora, como as que se destinam a proteger os equipamentos da própria instalação. No que se refere ao primeiro caso, o “Guia” indica que a protecção eléctrica da interligação com a rede deverá ser assegurada através da instalação dos seguintes relés: ! Máximo/mínimo frequência ! Máximo/mínimo tensão ! Máximo de corrente ! Máximo de tensão homopolar (defeito à terra) - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 46 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica O “Guia” indica também a gama de regulação típica, bem como os tempos de actuação e os respectivos atrasos. A legislação impõe que a ligação a redes de AT ou MT será feita por intermédio de um transformador, com ligação em triângulo de um dos enrolamentos. Nestas condições, a instalação de PRER não contribui para aumentar a corrente de defeito à terra da rede receptora, a qual é limitada pelo regime de neutro desta rede nas subestações respectivas. Daqui resulta a impossibilidade da instalação de PRE-R dispor de protecções sensíveis, e facilmente coordenáveis selectivamente, baseadas na medida da corrente homopolar. No sistema de protecções indicado pelo “Guia”, têm particular importância os seguintes elementos: ! O relé de frequência, que tem por papel crucial a detecção de situações de funcionamento em rede isolada, nomeadamente quando a rede pública é desligada, por disparo de disjuntores a montante. ! Os relés de mínimo de tensão, que têm por função principal a detecção de isolamento da rede pública, após disparo dos disjuntores de interligação da instalação de PRE-R. Este relé também serve para impedir a re-ligação da instalação antes do retorno de tensão à rede pública. Estas protecções assumem importância primordial quando conjugadas com uma prática de reengate automático na rede pública. Como exemplo desta relevância, considere-se uma subestação alimentada por uma única linha. Em caso de defeito nesta linha, o isolamento da chegada pelas protecções da subestação colocam a rede pública, da subestação inclusive para montante, em situação de isolamento. Nestas condições, se o PRE-R continuar ligado, não será possível garantir uma correcta sincronização das duas redes quando se proceder ao re-engate automático da linha desligada. O PRE-R deverá, por conseguinte, desligar-se da rede receptora tão depressa quanto possível após o isolamento da rede, sendo papel da sua protecção de frequência detectar esse isolamento da rede. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 47 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Um outro aspecto a reter relaciona-se com a selectividade. Em sistemas de protecções, isto significa que o número de equipamentos a desligar em caso de defeito deve ser mínimo e circunscrito ao troço munido de um aparelho de corte. A selectividade pretendida é dificultada pela imposição de um tempo mínimo de actuação às protecções de interligação da instalação de PRE, que impede o funcionamento selectivo com as protecções da rede receptora, às quais compete o isolamento dos defeitos nas saídas da respectiva subestação. Outro factor impeditivo da selectividade é o atraso programável de actuação constante das protecções da linha de interligação, colocadas na subestação da rede receptora. Nestas condições, elas não podem distinguir entre: a) o valor (muito elevado) das correntes provenientes da rede a montante da subestação quando da ocorrência de defeito na linha de interligação; e b) o valor (limitado) das correntes provenientes das instalações de PRE quando de defeito noutra saída, munida de uma protecção própria. Pelo princípio da selectividade, a protecção própria da saída defeituosa deveria ser a única a actuar. Uma solução possível, neste contexto, seria dotar as protecções da rede receptora, que protegem a linha de interligação às instalações de PRE, com a capacidade de distinguir o sentido das correntes de curto-circuito que provocam a sua actuação, ou seja, que fossem direccionais. A protecção de máximo de corrente dotada de um elemento direccional permite atingir dois objectivos: ! Se for temporizada para um atraso mínimo, garante a imediata remoção da linha de interligação em caso de defeito nela própria. ! Inibe-se em caso de defeito noutra qualquer derivação da subestação em que está instalada, permitindo que as instalações de PRE permaneçam em serviço após a remoção da derivação em defeito; a selectividade fica garantida. Para que desempenhem correctamente o seu papel, as protecções de máximo de corrente direccionais da rede receptora, devem ser acompanhadas de uma coordenação dos atrasos entre as protecções de interligação dos PRE-R e as protecções de máximo de corrente das diversas saídas da subestação. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 48 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica O projecto de instalações de PRE-R contempla, habitualmente, a instalação das seguintes protecções eléctricas do gerador [Moura]: ! Retorno de energia ! Máximo de tensão ! Máximo de corrente ! Sobrecarga ! Falta de excitação (só para solução com gerador síncrono) ! Máximo de velocidade ! Perda de serviços auxiliares As protecções dependem do tipo e potência do gerador: em geral, as duas últimas protecções são usadas em máquinas de potência superior. 5.2.10. Ligação de geradores assíncronos O diploma legal estabelece que a queda de tensão transitória devida à ligação de geradores assíncronos deverá ser inferior a 5%, no caso das centrais mini-hídricas, e inferior a 2%, no caso das centrais eólicas. Afigura-se que esta distinção esteja relacionada com o facto de os arranques de conversores eólicos serem, por força das irregularidades na velocidade do vento, mais frequentes do que os dos geradores mini-hídricos, que têm uma operação mais estável. A queda de tensão a que se refere a legislação é devida ao bem conhecido pico de arranque dos motores de indução, que pode atingir cerca de seis a sete vezes o valor da corrente nominal. Os fenómenos envolvidos na ligação à rede de uma máquina assíncrona são semelhantes aos que ocorrem quando se liga um transformador com o secundário em curto-circuito. Desprezando a corrente de magnetização, a corrente transitória de arranque apresenta duas componentes. Uma componente contínua (unidireccional) que se atenua muito rapidamente, por ser pequena a constante de tempo. Esta componente depende do instante em que é efectuada a ligação e da relação X/R: - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 49 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica eventualmente, poderá não existir se a ligação for efectuada, por acaso, num instante em que ao valor instantâneo da tensão da rede corresponda um valor inicial nulo de corrente de ligação. Uma componente alternada, cujo valor eficaz é habitual tomar como intensidade de arranque IArranque. Quando o arranque é efectuado com a máquina parada, IArranque é elevado por ser baixa a resistência equivalente do rotor; IArranque é consideravelmente reduzida se a energia do fluído motor for usada para levar a máquina a rodar próximo da velocidade de sincronismo e, assim, elevar a resistência equivalente do rotor, antes de efectuar a ligação. Para forçar a redução da corrente de arranque, a legislação prevê que o paralelo de geradores assíncronos com a rede só possa ser realizado depois de atingidos: a) 90% da velocidade síncrona, para geradores de potência inferior a 500 kVA, b) 95% da velocidade síncrona, nos restantes casos. Nestas condições, não é de esperar que a corrente de arranque ultrapasse duas a duas vezes e meia a corrente nominal. Nos últimos anos, este problema, que ainda tinha alguma expressão, foi completamente ultrapassado com o recurso à electrónica de potência. Hoje a ligação dos geradores assíncronos à rede é efectuada com dispositivos auxiliares de arranque, conhecidos na terminologia anglo-saxónica por softstarters. Estes consistem num par de tiristores, montados em anti-paralelo, que actuam como controladores da tensão de alimentação e, praticamente reduzem a corrente de arranque ao valor nominal. Um outro assunto que é referido na legislação é a possibilidade de auto-excitação dos geradores assíncronos quando faltar a tensão na rede pública. A lei estabelece que serão instalados dispositivos que, nesse caso, desliguem automaticamente os condensadores. O fenómeno da auto-excitação do gerador assíncrono contém em si a possibilidade de se obter tensão nos terminais da máquina, em rede isolada. A componente reactiva da corrente estatórica necessária à magnetização é fornecida pelos condensadores. Contudo, a complexidade do sistema de controlo associado não permitiu, até ao momento, que esta solução se revelasse competitiva com o clássico gerador síncrono. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 50 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica No modo de funcionamento em produção descentralizada, isto é, ligada à rede pública, esta característica do gerador assíncrono configura-se como uma desvantagem. O problema que surge é explicado, genericamente, na sequência. Em regime permanente, o gerador assíncrono está ligado à rede a funcionar num ponto de operação da curva de magnetização; em paralelo com o estator, está ligada uma bateria de condensadores para fornecimento de energia reactiva. A tensão resulta da interacção entre o gerador, os condensadores e a rede. Se a máquina for desligada da rede, o conjunto gerador – condensador evolui para um novo ponto de equilíbrio: a tensão resultante é tanto maior, quanto maior for a capacidade instalada. Se a característica do condensador não cruzar a característica de magnetização da máquina, não ocorrerá auto-excitação e a tensão regressa ao valor remanescente. Se a capacidade do condensador for elevada, aumenta o risco de se auto-excitarem tensões perigosas. Como consequência do que se expôs, os condensadores só devem ser ligados depois do gerador estar ligado à rede e devem ser desligados quando o gerador se desliga da rede. No regime actual, em que existe obrigatoriedade por parte da PRE renovável de injectar energia reactiva na rede pública, a desligação dos condensadores por falta de tensão na rede é absolutamente indispensável. Todavia, a ligação e desligação de sistemas de compensação de potência reactiva de dimensão apreciável, essa sim origina perturbações na tensão da rede que podem não ser desprezáveis. Isto aconselha a que o regime de fornecimento de energia reactiva por parte dos PRE seja objecto de uma cuidadosa avaliação pelo gestor da rede receptora. 5.2.11. Ligação de geradores síncronos A ligação da máquina síncrona não introduz qualquer perturbação na rede, desde que sejam tomadas as providências necessárias para não haver trânsito de energia activa e reactiva, isto é, tensões sinusoidais, em fase, com a mesma amplitude e frequência. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 51 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica A condução das centrais renováveis está entregue a autómatos. Os desvios limite a respeitar na ligação dos geradores síncronos estão fixados por lei e estão indicados no Quadro VIII. QUADRO VIII – Desvios máximos admissíveis na ligação dos geradores síncronos S ≤ 500 kVA S > 500 kVA Tensão ± 0,1 pu ± 0,08 pu Frequência ± 0,3 pu ± 0,2 Hz Fase ± 20° ± 10° 5.2.12. Regime de neutro O regime de neutro da instalação de PRE renovável deve ser concordante com o da rede pública a que está ligada. Já se referiu que a ligação a redes de AT ou MT será feita por intermédio de um transformador, com ligação em triângulo. No caso de ligação em BT, os neutros do gerador e da rede BT devem estar ligados e o dispositivo que interrompe a ligação entre a central e a rede receptora deverá interromper também a ligação do neutro. 5.3. RECURSOS EM PORTUGAL 5.3.1. Localização dos locais favoráveis em Portugal Geralmente o vento local é muito condicionado pela chamada rugosidade do terreno. Este parâmetro pode ser definido como uma altura de rugosidade que deve ser a menor possível nos locais onde se pretende aproveitar a energia do vento. A rugosidade é causada pelos elementos da superfície de várias dimensões, que podem it desde a dos grãos de areia até às da vegetação a dos edifícios, que geram turbulência no escoamento do vento. A turbulência gerada, vai dissipar uma parte da força motora do vento. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 52 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Além disso, a altura da camada em que o vento é travado pela proximidade do solo aumenta quando a rugosidade aumenta. Isto significa, que a velocidade a uma determinada altura será menor, para a mesma velocidade a grande altitude, quando a rugosidade é maior. Por estes motivos é importante ter em conta a rugosidade local, assim como a altura, quando se quer extrair informação sobre o regime geral do vento numa região, partindo dos dados obtidos numa determinada estação, assim como no processo inverso, quando partindo do conhecimento do regime geral do vento, se pretende conhecer o vento no local. Os obstáculos individualizados ao vento, tais como edifícios próximos, têm também grande importância introduzindo erros por excesso (por aceleração do vento) ou por defeito (constituindo abrigo) na previsão da velocidade. A maior influência é a da rugosidade do terreno a uma certa distância do local de implantação da torre. Esta distância depende da altura a para aerogeradores com torres de 20 a 40 metros é de 200 a 2000 metros do ponto de implantação. Evidentemente que a importância da baixa rugosidade é principalmente na direcção dos ventos com maior contributo energético. Estes últimos são, ou os mais frequentes ou os mais fortes. Dado que a energia do vento varia com o cubo da velocidade, a ocorrência de ventos muito frequentes com uma dada direcção nem sempre é uma indicação de serem, esses os ventos que dão maior contributo energético. O que realmente interessa é a distribuição da densidade energética pelas várias direcções. O valor da rugosidade pode ser determinado, pela experiência para certos terrenos típicos, como se mostra nas figuras 9 a 11. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 53 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Figura 9 – Exemplo de terrenos com rugosidade Classe 1 Figura 10 – Exemplo de terrenos com rugosidade Classe 2 Figura 11 - Exemplo de terrenos com rugosidade Classe 3 Muitas zonas rurais em Portugal não se adaptam muito bem às descrições apresentadas para as várias classes de rugosidade: não é fácil dizer qual a rugosidade característica de um olival, de uma floresta de sobreiros ou de uma vinha a esta é uma área na qual será necessário aumentar o conhecimento. Mas pode-se prever facilmente que as áreas com floresta, pinheiros, eucaliptos, olivais, etc., deverão ser evitadas ao procurar locais com boas condições. Estas áreas estão bem identificadas nas cartas à escala 1:50.000 do Instituto Geográfico e Cadastral. Pela utilização sistemática do WASP, para avaliar a influência de certos relevos simplificados, é possível, para um dado regime local de ventos, determinar a orientação dos relevos que é mais eficiente - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 54 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica para conseguir a máxima densidade de energia anual ou, ainda mais importante para conseguir a maior produção anual a partir de um determinado tipo de aerogerador. Voltando depois à observação dos mapas, procuram-se os declives com a orientação a características pretendidas a com uma baixa rugosidade na encosta virada para o vento. Uma conclusão geral que ressalta da realização dessa experiência é a seguinte: é mais importante o declive do terreno do que a diferença de alturas (acima de cerca de 100 metros). Esta afirmação pode ser ilustrada pelo Quadro IX que mostra, para um regime de ventos semelhante ao de Lisboa que ! o dobro do declive traduz-se num aumento de mais de 20% da produção de energia ! a duplicação da diferença de alturas traduz-se apenas num aumento inferior a 5%. QUADRO IX – Produção de energia * (MWh/ano) Altura 800 m 400 m 200 m 100 m 100% 979 951 923 878 Declive 50% 25% 879 721 831 688 782 648 739 614 12.5% 584 574 556 534 * Produção calculada para um aerogerador de 200 kW com uma torre de 30 m no topo de um colina de forma gaussiana com o eixo orientado no azimute 60-240. no regime de ventos de Lisboa. Considera-se a dimensão da rugosidade de 3 cm. Por isso o que se procurará identificar nas cartas serão os locais de maior densidade de curvas de nível orientadas na direcção que a experiência (realizada com o WASP) mostrar ser mais eficiente no aumento da produção. Além disso essas encostas e o terreno numa extensão de pelo menos 2 km para o lado do vento não deverá ter floresta, olival ou vinha, nem um grande número de edifícios. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 55 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica 5.3.2. Exemplos Através da aplicação deste método, identificaram-se alguns exemplos. A pesquisa não foi de forma nenhuma exaustiva, sendo limitada a algumas cartas. Os três exemplos seguintes são de zonas montanhosas, perto das estações meteorológicas do Porto, de Cabo Carvoeiro a de Lisboa, que apresentam declives acentuados e pouca vegetação (segundo as indicações das cartas). Estas áreas são: ! Monte Muro - a Este do Porto ! Serra de Candeeiros - a Este do Cabo Carvoeiro ! Serra da Arrábida - a Sul de Lisboa Em qualquer dos casos assumiu-se que o regime geral de ventos é o das estações próximas, construído a partir dos dados existentes eliminando a influência da vizinhança da estação. Por inspecção das cartas 1:50.000 verifica-se que os declives e diferenças de altitude máximas nessas regiões são aproximadamente: QUADRO X – Declives e diferenças de altitudes máximas Monte Muro Candeeiros Serra da Arrábida: Declive (m) 25% 20% 30% Diferença de altitude 500 - 800 300 300 Testando o efeito de um relevo de forma gaussiana com o declive e altura correspondentes determinou-se a forma como as diferentes orientações do relevo influenciam o potencial energético (produção por um aerogerador de 200 kW numa torre de 30 metros). Estes valores estão apresentados no Quadro XI. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 56 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica QUADRO XI - Produção de um aerogerador de 200 kW colocado no topo de um relevo típico da região com várias orientações em relação à direcção N-S (MWh/ano) Orientação do relevo Porto Cabo Carvoeiro Lisboa 0 496 397 797 30 493 387 763 60 507 336 682 90 527 287 650 120 535 293 715 150 519 354 777 Evidentemente que nas regiões do Cabo Carvoeiro e de Lisboa, relevos perpendiculares aos ventos de direcções próximas do Norte são os que introduzem as maiores acelerações, enquanto na região do Porto por exemplo são as direcções perpendiculares a esta que são mais influentes (neste último caso é pequena a diferença de influência das várias direcções). De facto quando se efectuam cálculos detalhados usando o WASP, introduzindo a descrição das variações de altitude nas três áreas, verifica-se que os aerogeradores colocados no topo ou um pouco abaixo do topo desses relevos, apresentam um comportamento melhor do que se estiverem colocados em zonas planas. Num projecto destinado a posicionar alguns aerogeradores, os contornos do relevo deveriam ser determinados com maior rigor especialmente na proximidade da sua implantação, de preferência por inspecção directa do local. Contudo estes exemplos servem para mostrar de uma maneira geral a ordem de grandeza do aumento de velocidade, resultando num grande aumento da densidade de energia, em comparação com que se verifica numa zona plana. Na verdade a aproximação utilizada na descrição do relevo pode ter conduzido a uma estimativa pessimista da aceleração introduzida por ignorar as variações de altitude de escala mais pequena. Isto é especialmente verdade para a estimativa relativa a Monte Muro em que se tomaram apenas as altitudes de quilómetro em quilómetro. Em todos estes exemplos o aerogerador utilizado para testar os locais foi um aerogerador de 200 kW com uma torre de 30 metros de altura, cuja curva característica já fez parte dos dados base do WASP. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 57 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Nos cálculos seguintes a produção anual de electricidade é expressa em horas equivalentes de produção à potência nominal do aerogerador, pois este valor é quase independente da potência nominal (mas não da altura da torre). Uma torre de 40 metros conduziria nos casos considerados a um aumento de quase 10% da potência total. Por exemplo para a Serra de Candeeiros os cálculos prevêem para um certo número de localizações indicadas nas figuras 12 e 13, uma produção anual por aerogerador de 200 kW (torre de 30 m) de 213 a 321 MWh/ano. Figura 12 – Curvas de nível da Serra dos Candeeiros e da Serra de S. Bento. São indicados os locais em que se simulou a colocação dos aerogeradores. Figura 13 – Relevo digitalizado da Serra de Candeeiros Os melhores locais parecem ser os próximos do topo das encostas viradas a NW!, a que corresponde uma produção anual de 300 MWh por aerogerador (equivalente a 1500 horas de funcionamento à potência nominal). A produção por aerogerador aumenta cerca de 50% quando se compara com a produção (bastante baixa) que seria possível obter, de acordo com o programa WASP, de um aerogerador colocado num terreno plano, com igual rugosidade, neste mesmo regime de ventos (Cabo Carvoeiro). Para Monte Muro, os melhores locais parecem ser os pontos perto do topo de encostas viradas a Oeste, para os quais se prevêem produções que podem atingir os 500 MWh por aerogerador, nalguns - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 58 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica casos, o que representa aproximadamente o dobro da produção que se poderia esperar obter num terreno plano com a mesma rugosidade, no regime de ventos assumido para o Porto (figuras 14 e 15). A produção média para os locais considerados na encosta virada a Oeste seria de 454 MWh ou seja equivalente a 2270 horas de operação, à potência nominal, por ano. Figura 14 – Curvas de nível da Serra de Monte Muro. São indicados os locais em que se simulou a colocação dos aerogeradores. Figura 15 – Relevo digitalizado da Serra de Monte Muro Para um parque de 12 aerogeradores em três fiadas de quatro, pode-se prever uma produção anual de 16 GWh. Para o terceiro caso, a Serra da Arrábida, (figuras 16 e 17), a previsão pelo WASP é de produções de 700 a 900 MWh para aerogeradores instalados na encosta Norte à cota aproximada de 400 m. A produção média seria de 783 MWh por aerogerador, ou seja 3916 horas de operação. Este valor é cerca do dobro das 2070 horas previsíveis para um terreno plano na região de Lisboa. Neste caso a exploração dos cerca de 5,5 km de comprimento da encosta permitiria a instalação de 46 aerogeradores em duas fileiras, produzindo cerca de 36 GWh por ano. A Serra da Arrábida é um dos locais que permite prever que são possíveis elevadas produções por aerogerador em Portugal, desde que se escolham locais com condições favoráveis, usando a informação disponível. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 59 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Figura 16 – Curvas de nível da Serra da Arrábida. São indicados os locais em que se simulou a colocação dos aerogeradores. Figura 17 – Relevo digitalizado da Serra da Arrábida 5.3.3. Efeitos de concentração O cálculo dos efeitos da orografia é feito pelo programa WASP, com base na hipótese de que as variações de altitude produzem alterações na camada limite atmosférica que podem ser tratadas como pequenas perturbações. Na realidade, quando se trata de variações de altitude de algumas centenas de metros, isto pode não ser verdade, pois a escala vertical torna-se comparável com a espessura da camada limite atmosférica. Por isso a validação da aplicabilidade deste programa em terrenos montanhosos, deverá ser verificada por meio de medidas de perfis de velocidade nos terrenos complexos. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 60 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Figura 18 – Malha simplificada da zona de Lisboa na forma apropriada para utilização como dados pelo WASP. Além disso o WASP não se baseia num modelo dinâmico, pelo que não pode ter em conta os efeitos climáticos locais. Um exemplo deste último efeito é o fluxo diário de vento ao longo de vales, provocado pelo aquecimento a arrefecimento ao longo do dia. Este processo pode em certas condições gerar ventos muito fortes, especialmente quando há estrangulamentos no vale que concentrem o caudal, ou quando o ar frio passa por uma passagem estreita para compensar a elevação do ar quente numa bacia de grandes dimensões. Este mecanismo é o responsável pelas condições excepcionais que existem em Altamont Pass - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 61 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica na Califórnia. Este efeito poderá existir nalguns locais em Portugal, ainda que numa escala menor. Por vezes os nomes dos locais são bastante sugestivos, (Cerro Ventoso, Cabeça de Vale de Ventos, etc.) especialmente quando perto desses locais existem ainda os restos de um grande número de moinhos de vento tradicionais. No entanto, as condições reais de vento devem ser investigadas com todo o cuidado, pois a força a frequência dos ventos necessárias para justificar economicamente a instalação de aerogeradores podem não existir. 5.3.4. Outras possibilidades de localização Além das áreas montanhosas, os melhores locais para a instalação dos aerogeradores são os terrenos planos, em paisagens abertas, ou terrenos alagados, com baixa rugosidade. Ao longo da costa encontram-se vários locais com estas características. Os locais mais interessados com estas características situam-se provavelmente no Sul, não muito distantes de Sagres. Contudo, dado que a região em torno de Lisboa, segundo o Atlas do Vento é das que tem os melhores ventos em Portugal (depois de introduzidas as correcções para as condições locais) parece lógico examinar as áreas do estuário do Tejo que se estendem por 25 km para Norte de Lisboa numa largura de cerca de 8 km. Além destas deverão ser examinadas as condições para a instalação de aerogeradores nas zonas cobertas de água do estuário com área semelhante e com profundidade inferior a 10 metros em relação ao nível médio das marés. Para avaliar estas possibilidades foram introduzidas as características de 4 locais no WASP (ver figura 18). - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Figura 19 – Parque eólico offshore Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 62 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica QUADRO XII – produção esperada a partir de um aerogerador padrão, de 200 kW numa torre de 30 metros, para as quatro localizações A B C D 429 MWh/ano 441 MWh/ano 529 MWh/ano 558 MWh/ano ≡ 2145 h ≡ 2205 h ≡ 2645 h ≡ 2790 h Os custos adicionais inerentes às fundações a ligações eléctricas, para os aerogeradores colocados no mar foram calculados na Dinamarca como sendo de 32 a 85% dos custos normais, para profundidades entre 4 e 8 metros. QUADRO XIII - Custo da electricidade produzida estimado para as quatro localizações A B C 6$40 por kWh 6$20 por kWh 5$20 por kWh D 6$40 - 9$00 por kWh (situado em terra) (situado em terra) (situado em terra) (situado sobre a água) (profundidade 4 a 8 m) Estes valores são bastante promissores além de que os aerogeradores poderão nestes locais ser bem enquadrados na paisagem, constituindo mesmo uma atracção turística. 5.4. CONDIÇÕES ACTUAIS PARA INVESTIMENTO EM PORTUGAL EM PARQUES EÓLICOS Dentro das condições que vigoram a partir da publicação em Maio último do Decreto-Lei 168/99, salientam-se: ! garantia de aquisição da energia produzida ! acesso a empréstimo do Quadro Comunitário de Apoio até ao limite máximo de 55% do investimento, com pagamento a 9 anos, sem juro e um período de carência de 3 anos ! remuneração dos fornecimentos da energia entregue à rede, somatório de três parcelas: ! parcela fixa, função da potência da Central de Energias Renováveis - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 63 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica ! parcela variável, função da energia produzida pela Central de Energias Renováveis ! parcela ambiental de remuneração atribuída à Central de Energias Renováveis ! garantia da tarifa, embora com redução da parcela ambiental decorridos que sejam 12 anos ! montante máximo das aplicações relevantes, obtido considerando um custo total por kVA instalado de 240.000$00 ! exigência da TIR do activo (antes de encargos financeiros e impostos, calculado a preços constantes) ser superior a 7% para haver acesso ao QCA ! os produtores devem, nos períodos fora do vazio, acompanhar o fornecimento de energia activa de uma quantidade de energia reactiva correspondente no mínimo a 40% da activa fornecida e nos períodos de vazio não devem fornecer a energia reactiva à rede. A energia reactiva em défice e a fornecida nas horas de vazio são pagas respectivamente aos preços das energias reactiva indutiva e capacitiva fixadas no tarifário da rede pública. 5.5. REPARTIÇÃO DE CUSTOS DE UM PARQUE EÓLICO A repartição orçamental dos encargos relativos à construção de um parque eólico, na base de elementos colhidos da experiência entretanto havida são, em termos gerais, como segue. Com algumas não acentuadas alterações dependentes das características de cada País e de cada implantação, acertam com os fornecidos por organizações mundiais e europeias ligadas ao assunto. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Grupos eólicos 64% Empreitadas diversas 16% Linhas de transporte 8% Estudos, projectos e fiscalização 7% Disponibilização dos terrenos 5% Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 64 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica 5.6. OS APOIOS DO PROGRAMA ENERGIA Como já foi referido a análise de viabilidade de um projecto do tipo parque eólico destinado à produção de energia eléctrica e posterior venda à rede nos termos dos Decreto-Lei 189/88 e 313/95 passa por dois tipos de avaliação: o projecto em si mesmo e a situação que decorre de eventuais apoios que possa vir a receber. Em Portugal encontra-se, neste momento, enquadrado pelos objectivos estratégicos definidos para o aprofundamento da Política Energética Nacional, em vigor um programa - PROGRAMA ENERGIA (Decreto-Lei 195/94) - estruturado para, entre outros objectivos, "Apoiar o aproveitamento do potencial de recursos energéticos endógenos, particularmente de fontes renováveis, tendo em atenção o seu contributo para o aumento da comparticipação destas fontes no abastecimento energético nacional, com a inerente consequência benéfica para o ambiente, para o desenvolvimento regional e local e para o acesso das populações ao desenvolvimento e a melhores condições de vida". Os vários tipos de apoio a conceder foram oportunamente definidos e caracterizados (Resolução do Conselho de Ministros 68/94) e no que se refere à energia eólica, em especial, e ás energias renováveis, em geral, estão enquadrados nas chamadas áreas 2 - Regime de Apoio ao Aproveitamento do Potencial de Recursos Energéticos Endógenos (equiparado a Infra-estruturas Públicas) - e 3 - Sistema de Incentivos para o Aproveitamento de Recursos Energéticos Endógenos e para a Promoção da Eficiência Energética – especificamente sub-área 3.1 - Aproveitamento do Potencial Endógeno (não equiparado a estruturas públicas). É quase evidente, na perspectiva encarada ao longo deste trabalho que as centrais eólicas aqui referidas se encontram claramente enquadradas na área 2, a qual visa especificamente "apoiar a concepção, o projecto, e a construção de centros produtores de energia designadamente centrais minihídricas e eólicas, bem como sua ligação à rede pública, desde que sejam equiparáveis a infra- estruturas energéticas de serviço público, para o que terão que debitar toda a sua produção exclusivamente na rede pública e ser realizados por empresas que tenham por objecto a produção de energia". Os promotores que pretendem recorrer a este sistema de apoio deverão reunir as seguintes condições: ! Ter como objectivo a produção de electricidade; - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 65 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica ! Possuir capacidade técnica e de gestão; ! Demonstrar possuir uma situação de viabilidade económica e financeira, nomeadamente uma autonomia financeira superior a 20% (30% para novas empresas), antes da realização do projecto e uma relação entre os capitais permanentes e o imobilizado líquido superior ou igual à unidade; ! Não ser devedor ao Estado e à Segurança Social de quaisquer contribuições, impostos ou quotizações, bem como ter situação regularizada perante o IAPMEI; ! Cumprir a execução física de outras operações anteriores, objecto de contrato através do Programa Energia; e finalmente ! Dispor de contabilidade adequada à análise e acompanhamento do projecto. Por outro lado são condições de elegibilidade: ! montante global do investimento em capital fixo deve ser superior a 150.000 contos; ! Os projectos deverão possuir uma rentabilidade económica e financeira superior a um certo limiar, a qual será aferido através da TIR (excluído o eventual incentivo e para períodos de exploração iguais ao tempo de vida útil dos equipamentos, não superior a 20 anos, baseando-se o cálculo dos proveitos e custos de exploração em dados técnicos dos fabricantes e sendo obrigatória a apresentação de dados comprovativos da disponibilidade do recurso bem como das condições de ligação à rede eléctrica). Nos termos actualmente em vigor (anúncio publicado em Diário da República em 28-9-95): ! montante máximo das aplicações relevantes será obtido considerando um custo total por KVA instalados de 240.000$00; ! valor limite da percentagem de apoio é 40% das aplicações consideradas relevantes (pesando o tipo de operação e o seu valor energético, o impacte regional e ambiental, a - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 66 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica valia técnica e económica da operação e, ainda, a adequação dos custos ao tipo de projecto); e ! Os projectos a apoiar deverão apresentar uma TIR do activo antes de encargos financeiros e impostos, calculada a preços constantes superior a 8% (entrando com o valor máximo do incentivo previsível). Constituem aplicações relevantes os custos inerentes a: ! Estudos prévios; ! Projectos de engenharia; ! Aquisição de terrenos e constituição de servidões; ! Construção e aquisição de edifícios ligados ao projecto; ! Aquisição, transporte, seguros e montagens e manuseamento dos equipamentos; ! Assistência técnica durante a montagem, ensaios e operação da instalação; ! Controlo da qualidade e gestão do projecto. A título de fecho deste parágrafo refere-se que o apoio toma a forma de um empréstimo de longo prazo a taxa de juro nula e que, a um apoio típico da ordem de 33% das aplicações relevantes e para um projecto típico de energia eólica de um parque de 10 MW, a TIR eleva-se cerca de 3 pontos percentuais em relação ao projecto sem apoio, o que traduz bem o interesse do recurso a este esquema, tanto mais que se pode vir a verificar em casos de projectos "paradigmáticos" a conversão de parte do empréstimo num subsídio a fundo perdido. 5.7. SITUAÇÃO PRESENTE EM PORTUGAL A capacidade mundial de produção de electricidade a partir da energia do vento aproxima-se actualmente dos 4000 MW, representando ainda os EUA (Califórnia) uma grande parcela daquele total. Nos últimos anos a Europa tem aumentado significativamente a capacidade instalada, com o mercado alemão a - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 67 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica apresentar uma grande actividade, transformando a Alemanha, a par com a Dinamarca, nos países europeus com o maior parque de aerogeradores. Ao contrário dos países do norte da Europa, Portugal não é um país especialmente ventoso em terreno plano, junto ao litoral, à excepção, eventualmente, de uma estreita faixa na zona do Cabo Carvoeiro e na costa ocidental algarvia. A identificação de efeitos concentradores e aceleradores do vento, derivados das particularidades orográficas que caracterizam determinadas zonas do País, assume assim particular importância. As características orográficas de algumas regiões, com elevações de cotas significativas a apenas algumas dezenas de quilómetros do mar, coroando vales profundos de orientação Oeste-Este, e o regime de ventos do litoral, marcado por uma persistência assinalável dos rumos Oeste a Noroeste, permitem referenciar efeitos concentradores podendo criar em alguns locais condições favoráveis à instalação de parques de aerogeradores. Os arquipélagos da Madeira a dos Açores, constituem partes do território nacional onde o potencial eólico estimado é muito elevado, situando-se aí grande parte da capacidade instalada no nosso País. Em Portugal existe uma capacidade produtiva de pouco mais de 18 MW, dos quais 12 MW no Continente (Quadro XV). Para esta capacidade contribuiu significativamente a entrada em funcionamento da primeira instalação de grandes dimensões, o Parque Eólico da Fonte da Mesa, na Serra das Meadas, com uma potência de 10,2 MW O parque está já em pleno funcionamento, tendo a primeira turbina sido ligada à rede a 14 de Agosto de 1996 e a última no decurso do mês de Outubro desse ano. Na sequência da publicação, em 1989, da 1a edição do Atlas Europeu do Vento, a da divulgação dos resultados de alguns estudos sobre regimes de ventos, nomeadamente os efectuados pela EDP, INETI e INEGI, o assunto conheceu no nosso País um súbito interesse. Foram iniciados e estão ainda em curso diversas acções de caracterização do potencial, tanto no âmbito de projectos financiados pela Comunidade Europeia, como suportados por entidades privadas, em geral potenciais investidores no sector da produção independente de energia eléctrica. Para além do já referido Parque Eólico da Fonte da Mesa, está neste momento em fase de recepção de propostas um outro de idêntica dimensão, prevendo-se que ainda durante este ano sejam postos a concurso mais um ou dois parques, a construir por empresas privadas. Há ainda vários outros - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 68 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica projectos em desenvolvimento, cuja concretização se prevê nesta altura ser viável num prazo de um a três anos. De entre os investidores com intenções expressas de entrar nesta área, de salientar o interesse já manifestado por alguns municípios em participar ou assumir na totalidade alguns projectos. Este envolvimento é uma possibilidade a ter em conta, quando se considera a dificuldade por vezes experimentada na obtenção de terrenos para a implementação dos parques, e quando se coloca a questão das vantagens resultantes para as populações da concretização de tais projectos. As perspectivas actuais, e a procura intensa de elementos e informações por parte de potenciais investidores, apontam Portugal como um dos países onde se espera um bom crescimento da capacidade instalada. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 69 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica 5.8. PARQUES EÓLICOS EM FUNCIONAMENTO Designação Empresa QUADRO XIV – Parques eólicos em funcionamento nas Regiões Autónomas Início de Localização actividade Potência instalada Aerogeradores Região Autónoma dos Açores Graciosa EDA - Electricidade dos Açores Serra Branca - Ilha da Graciosa 1992 Santa Maria EDA - Electricidade dos Açores Figueiral - Ilha Stª. Maria 1989 São Jorge EDA - Electricidade dos Açores Serra do Topo - Ilha de S. Jorge 1992 2 x 100 kW 0,2 MW 9 x 30 kW 0,27 MW 1 x 150 kW + 2 x 130 kW + 2 x 100 kW 0,61 MW NEG-MICON M.A.N. NEG-MICON Região Autónoma da Madeira Caniçal Grupo Pestana Caniçal - Ilha da Madeira 1993 Paúl da Serra Grupo Pestana Bica da Cana - Ilha da Madeira 1993 Paúl da Serra PERFORM - Parques Eólicos, Lda. Paúl da Serra - Ilha da Madeira Porto Santo EEM – Electricidade da Madeira Cabeço do Carvalho Ilha de Porto Santo - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho 1996 Página 70 de 108 6 x 150 kW 0,9 MW 12 x 150 kW 1,8 MW NEG-M1CON NEG-M1CON 15 x 150 kW + 3 x 130 kW 2,64 MW NEG-MICON 2 x 225 kW 0,45 MW VESTAS Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica QUADRO XV – Parques eólicos em funcionamento no Continente Início de Localização actividade Designação Empresa Sines Aerogeradores de Portugal, S.A. Monte Chãos – Sines 1992 Fonte da Mesa ENERNOVA – Novas Energias, S.A Serra das Meadas - Lamego/ Resende 1996 Pena Suar ENERNOVA – Novas Energias, S.A. Serra do Marão 1998 Vila Lobos ENERSIS Serra das Meadas 1998 Fonte Monteiros TOMEN PORTUGAL Vila do Bispo - Algarve 1998 Picos Verdes PICOS VERDES Vila do Bispo - Algarve 1998 Mação ENERVENTO Abrantes 1999 Cabeço Rainha ENERNOVA Sertã/Oleiros 2000 Serra Funchal ENERSIS Mafra 2000 Cabeço Alto ENERSIS Montalegre 2000 - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 71 de 108 Potência instalada 12 x 150 kW 1,8 MW 17 x 600 kW 10,2 MW 20 x 500 kW 10 MW 20 x 500 kW 10 MW 22 x 523 kW 11,5 MW 4 x 500 kW 20 MW 2,3 MW 17 x 600 kW 10,2 MW 2 x 1,65 kW 3,3 MW 9 x 1,3 kW 11,7 MW Aerogeradores WIND WORLD VESTAS ENERCON ENERCON MITSUBISHI ENERCON NEG-MICON ENERCON VESTAS NORDEX Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Designação Cadafaz Lombada Seixa Açor Fonte da Quelha Alto do Talefe QUADRO XVI – Parques Eólicos em Construção ou Fase Avançada de Projecto Empresa Localização Início de actividade Potência instalada ENERNOVA Serra da Lousã 2001 10,2 MW ENERSIS Serra do Larouco 2001 13 MW RES Serra da Lousã 2001 10 MW Eólica da Cabreira Serra de Montemuro 2001 35 MW ENERNOVA Serra do Açor 2002 20 MW ENERNOVA Serra do Montemuro 2003 12 MW ENERNOVA Serra do Montemuro 2003 13 MW Podem existir outros Parques Eólico em fase de construção ou projecto mas não estavam indicados na nossa fonte. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 72 de 108 Aerogeradores Construção Construção Construção Construção Projecto Projecto Projecto Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica 5.9. EXPLORAÇÃO E MANUTENÇÃO A exploração de um parque de aerogeradores não oferece, concluída a fase de ensaios e testes, dificuldades de monta, dado o elevado grau de automatização de que se reveste, e é por isso habitual que seja conduzida por técnicos locais, sob a supervisão, pelo menos no período inicial, de técnicos do fabricante. A manutenção de um parque de aerogeradores é convencional, sendo habitual os fornecedores darem um período de garantia de dois anos durante os quais ela é da sua responsabilidade. Nos termos do contrato figura também, em geral, o treino de pessoal local que se encarrega das operações de manutenção findo o prazo de garantia. 5.10. PRODUÇÃO DE EQUIPAMENTOS, COMPONENTES A ACESSÓRIOS A possibilidade de incorporação nacional nas instalações de produção de electricidade por via eólica é um dos aspectos habitualmente questionado, em especial por quem tem interesses ou responsabilidades institucionais no tecido industrial, dadas as oportunidades de negócio em perspectiva. A abertura dos fabricantes a este tipo de cooperação difere de um caso para outro, indo desde o "quase nada" até à possibilidade de instalação de uma fábrica completa no país de destino, dependendo esta última posição, naturalmente, da dimensão do mercado em perspectiva. No caso de Portugal não parece viável a instalação de unidades industriais para o fabrico a montagem de aerogeradores, a menos que fosse possível conseguir entre todos os potenciais investidores um acordo que viabilizasse essa solução, pelo volume de produção que daí resultaria. Findo, ou estabilizado a um nível baixo, o ritmo de instalação, haveria que encontrar uma solução para o período subsequente, sendo os mercados africano e sul-americano algumas das possibilidades. É porém de todo viável a incorporação de equipamentos e acessórios de fabrico nacional nos parques de aerogeradores que vierem a ser construídos. As torres metálicas, os geradores e motores de accionamento dos servomecanismos, as cablagens e restantes componentes eléctricos, podem perfeitamente ser de fabrico nacional, estimando-se que, entre equipamentos, componentes a trabalhos, mais de 40% do custo total de um parque (sem considerar a compra ou a renda devida pelo uso dos terrenos) possam representar incorporação nacional. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 73 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica 6. SISTEMAS DE ENERGIA EÓLICA Um sistema de energia eólica é qualquer mecanismo capaz de transformar a energia cinética do vento em energia útil, mecânica ou eléctrica útil. Os sistemas eólicos eléctricos, normalmente designados por aerogeradores ou turbinas eólicas, são usados para produzir energia eléctrica. Nesses sistemas, o rotor está ligado ao veio de um gerador eléctrico. Os aerogeradores são, de uma forma geral, semelhantes às turbinas hídricas, à excepção de serem accionados pelo ar em movimento em vez da água em movimento. Os sistemas de energia eólica existem para diferentes dimensões e para diferentes aplicações. 6.1. SISTEMAS DE GRANDE DIMENSÃO LIGADOS À REDE As dimensões típicas das turbinas eólicas de eixo horizontal de ligação à rede situam-se numa gama entre 50 KW e 800 kW. Para a próxima geração estão já em teste aerogeradores com gamas de potência entre 1000 e 1500 kW. A tentativa de especificar um óptimo para a dimensão dos aerogeradores tem alimentado grande número de discussões. No entanto ainda não existe evidência de que exista um óptimo económico. A tecnologia de sistemas eólicos atingiu, nos EUA e na Europa, a maturidade. A Europa tem vantagem competitiva ao nível de aerogeradores de grande dimensão (ordem dos MW) pois o desenvolvimento destes sistemas apenas tem lugar neste continente. Estas máquinas são desenvolvidas com base em experiências não comerciais de projectos de investigação e demonstração. Aerogeradores de ligação à rede funcionam agrupados em estruturas denominadas parques eólicos. A dimensão dos parques eólicos varia entre alguns 0,1 MW e dezenas de MW podendo ser ligados à rede em níveis de tensão MT, AT ou MAT. Vários modelos conceptuais estão em uso: aerogeradores de eixo horizontal ou eixo vertical; de velocidade variável ou de velocidade fixa; com reguladores de velocidade stall ou reguladores de velocidade pitch. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 74 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Figura 19 - Exemplo de uma turbina de eixo vertical Figura 20 - Exemplos de turbinas de eixo horizontal A velocidade das turbinas stall é regulada naturalmente pelas características aerodinâmicas das pás sendo necessário um sistema de travagem para parar o rotor quando necessário. Os aerogeradores com reguladores de velocidade pitch são constituídos por pás em que o ângulo de inclinação é regulável. Este tipo de controlo, mais complexo, dá à turbina uma maior capacidade de aproveitamento energético. Os aerogeradores actualmente no mercado usam, para a conversão de energia mecânica em eléctrica, geradores assíncronos. A designação de aerogeradores de velocidade fixa vêm da tentativa de manter a velocidade fixa a partir de sistemas mecânicos ou aerodinâmicos. No entanto, o gerador assíncrono utilizado por estes aerogeradores não têm que funcionar forçosamente a uma velocidade fixa, tal como acontece com o gerador síncrono, mas sim dentro de uma gama de velocidades recomendável. A grande desvantagem dos geradores assíncronos reside no facto de precisarem de absorver energia reactiva da rede o que, para além de uma dependência desta, lhe trás problemas de controlo de tensão e frequência. Os aerogeradores mais comuns no mercado são aerogeradores de eixo horizontal, com três pás e com reguladores de velocidade do tipo stall (2/3 das máquinas) ou pitch (1/3), funcionando com velocidade aproximadamente constante. Outros modelos conceptuais promissores, baseados em velocidades do rotor variáveis, estão a ser explorados em projectos liderados por companhias Europeias. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 75 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Os modelos de velocidade variável baseiam-se no uso de geradores síncronos e permitem um melhor aproveitamento da energia. Os geradores síncronos têm capacidade de controlar, através da excitação, a tensão e a potência reactiva gerada o que era impossível nos geradores assíncronos. No entanto, a frequência é directamente proporcional à velocidade de rotação do rotor pelo que são necessários sistemas de conversão de frequência. Os sistemas de conversão de frequência baseiam-se em sistemas electrónicos de potência, mais concretamente: um rectificador AC-DC e um inversor DC-AC. Estes sistemas possibilitam uma total manipulação da onda de saída: forma, frequência, factor de potência e tensão. Uma das maiores preocupações no dimensionamento e projecto de parques eólicos é o levantamento do potencial eólico da região. Para tal, foram desenvolvidas ferramentas de simulação de ventos para estimar o potencial eólico e para possibilitar um correcto dimensionamento dos parques. Estes modelos serão abordados noutro capítulo. A penetração de energia eólica admissível em grandes redes pode atingir valores entre 15% e 20% sendo necessário tomar precauções respeitantes à qualidade de tensão e frequência e à estabilidade da rede. Os parques eólicos podem ser instalados rapidamente. Parques eólicos com, por exemplo, 50MW podem ser postos em operação em menos de um ano após o contrato. 6.3. SISTEMAS HÍBRIDOS DE MÉDIA DIMENSÃO Estes sistemas são sistemas eólicos combinados com sistemas fotovoltaicos, Diesel ou hídricos em que podem ou não ser usados sistemas de armazenamento de energia. Estes sistemas são usados para pequenas redes isoladas ou para aplicações especiais tais como bombagem de água, carga de baterias, dessalinização, etc. A dimensão destes sistemas varia entre 10 kW e 200 kW sendo os modelos criados e dimensionados especialmente para cada caso de estudo o que justifica o elevado custo deste tipo de sistemas. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 76 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica 6.4. SISTEMAS EÓLICOS ISOLADOS DE PEQUENA DIMENSÃO Estes sistemas delimitam uma gama de potências entre 25 W e 10 kW e são usados para carga de baterias, bombagem de água, aquecimento, etc. Para sistemas de carga de pequenas baterias, com potências entre 25 W e 150 W (usando turbinas com diâmetro de rotor de 1 a 3 m), sendo este tipo de sistemas o mais bem sucedido comercialmente. Aproximadamente 200 mil pequenos sistemas de carga de baterias estão neste momento em uso. Os sistemas mecânicos para bombagem são os sistemas eólicos numericamente mais representativos. Cerca de 1 a 2 milhões de unidades sob o nome de 50 marcas diferentes estão em uso dispersas por todo o mundo. No entanto estes sistemas são bastante antigos tendendo a ser substituídos por sistemas modernos actualmente em desenvolvimento e que têm vindo a despertar um interesse crescente. 7. PERCENTAGEM DA INFLUÊNCIA DA ENERGIA EÓLICA Considerando que Portugal tem uma capacidade bruta instalada da ordem dos 8 000 MW, uma penetração do vento entre os 3% e os 5% significaria uma capacidade de 240 MW a 400 MW a instalar. Resultados de medições levadas a cabo pelo INEGI (Instituto ligado à Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto) e outros dados eólicos recolhidos por outras instituições no sul de Portugal (INETI, etc.), apontam para ser possível atingir o objectivo dos 5%. Tomando como exemplo uma área de 39,4 Km2 exibindo uma potencialidade de 3 000 horas de plena capacidade por ano identificada em algumas montanhas do Norte e com uma densidade energética de 10 MW/Km2 o resultado seria um potencial de 390 MW. Considerando também cerca de 40 MW a 60 MW na região da costa sudoeste, o resultado final demonstraria uma penetração de 5% a 6%. Poderá porém esta ser uma abordagem não optimista que tendo em conta as restrições existentes à instalação de parques eólicos, eventualmente reduzindo a capacidade que se poderá instalar. Restrições ambientais, dificuldades de ligação à rede, interferências radioeléctricas, problemas de acesso aos sítios - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 77 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica geralmente remotos e em terrenos com declives, são algumas das dificuldades identificadas. Por exemplo no Sul, uma área promissora, com um potencial de várias dúzias de MW, possivelmente só possibilitará a instalação de apenas dois parques de 10 MW cada, se se considerarem as restrições ambientais e de rede. Por outro lado, feitos alguns estudos de viabilidade técnico-económica, induz-se a conclusão que uma produção com cerca de 2 600 horas de plena capacidade por ano seria nas condições actuais (preço da electricidade, custo do investimento, etc.) o limite de viabilidade de um projecto, dependendo naturalmente do seu tamanho. Isto aumenta o interesse da área acima referida de 39,4 Km2 para um total de 92 Km2. Numa posição intermédia poderemos talvez situar-nos em 600 MW (?). 8. O MERCADO O mercado da energia eólica em Portugal é praticamente inexistente, dado que até agora não foram construídas instalações de porte assinalável, não havendo pois por parte dos fabricantes, ou dos seus representantes, experiência de vendas. Constitui excepção um fabricante dinamarquês que forneceu os aerogeradores para os parques eólicos da Madeira, sendo o representante português ao mesmo tempo coproprietário de um dos parques, e os representantes o fabricante dos aerogeradores que equipam Fonte da Mesa. Dada a íntima ligação dos representantes tom os fabricantes a as facilidades inerentes ao facto de a maioria deles serem oriundos de países comunitários, não parece que esta relativa imaturidade seja impeditiva do sucesso da tecnologia. Relativamente a barreiras de mercado, dada a falta de experiência já referida, apenas poderão enumerar-se algumas das razões para o não acompanhamento da evolução verificada em outros países. De entre todas poder-se-ão salientar a falta de conhecimento do potencial eólico da quase totalidade do território nacional e a não existência, até há pouco, de uma política de incentivos ao - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 78 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica investimento nesta área. Apesar da legislação recentemente publicada sobre a matéria, dos estudos técnico-económicos em curso parece poder concluir-se que a energia eólica necessitará de um impulso mais decisivo, ao nível dos apoios concedidos, para que o investimento seja mais aliciante e se gere assim um mercado que, pela sua dimensão, possibilite a diminuição de alguns custos, com as vantagens daí decorrentes. De outro modo haverá que rever a política de preços a pagar pela energia produzida por esta via, colocando-os a um nível semelhante ao praticado em outros países que valorizam significativamente os ganhos de natureza ambiental conseguidos deste modo. Há porém uma dificuldade que a curta experiência na busca de bons locais para a instalação de parques de aerogeradores mostrou ser uma séria barreira à disseminação da tecnologia. 0 facto de os sítios com regime de vento favorável se situarem nas montanhas, ou em zonas remotas, faz com que coincidam em geral com partes do território servidas por redes eléctricas muito débeis, dificultando significativamente o escoamento da energia a produzir. As soluções imediatas para o problema passam pela construção de linhas muito extensas, cujos custos, a suportar pelo investidor, acabam por tornar menos atractivo, senão mesmo inviabilizar, o desenvolvimento do projecto. O financiamento à construção de novas linhas e à antecipação da construção de algumas já previstas, libertando os produtores independentes desse encargo, poderia ser uma forma de minorar este problema. Listam-se de seguida algumas das barreiras que, não sendo específicas do mercado português, são apontadas como os principais entraves a uma maior difusão das energias renováveis e em particular da eólica, a nível mundial. Algumas delas, parecendo nesta altura não ter qualquer significado para nós, virão certamente a constituir problemas para resolver à medida que o mercado se desenvolver. (I) DISTORÇÃO DO MERCADO A política de preços da energia actualmente praticada favorece os meios de produção convencionais porque não reflecte os custos externos e/ou ambientais. Quando se estabelecem comparações, as energias renováveis saem prejudicadas, constituindo esta política de preços, artificialmente baixos, uma barreira à sua difusão. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 79 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica (II) FINANCIAMENTO DESIGUAL O custo final da electricidade, qualquer que seja a fonte utilizada, depende fortemente da forma como o investimento é financiado. A produção a partir de combustíveis fósseis é normalmente um investimento do Estado; pelo contrário, os investimentos em geradores e parques eólicos têm, até agora, sido fundamentalmente feitos por privados sem acesso aos empréstimos de longo prazo a baixo juro de que o sector público beneficia. Aqui o caso português é algo invulgar, confirmando ao mesmo tempo a ideia atrás expressa já que, até ao momento, apenas a empresa de capitais públicos proprietária do parque de Fonte da Mesa conseguiu concretizar as intenções de investimento nesta tecnologia. A comparação dos custos para as diferentes soluções não é por isso feita numa base justa. (III) DESCONFIANÇA DO PÚBLICO A energia eólica é "nova" e há falta de informação sobre a segurança, viabilidade económica e disponibilidade das tecnologias para a sua utilização. Existem vastas áreas e muitos locais que reúnem boas características para a implantação dos aproveitamentos, mas a sua concretização dependerá sempre da aceitação que mereçam por parte das pessoas. Este é um dos principais problemas a resolver, sobretudo em zonas muito povoadas ou que por qualquer outra razão apresentem maior sensibilidade a este aspecto. (iv) interesses estabelecidos Como qualquer outra "inovação" a energia eólica tem. que lutar contra os interesses, económicos e sociais, estabelecidos neste caso por mais de um século de tradição na produção a distribuição de electricidade por vias ditas convencionais. A "contra-informação" e as dificuldades criadas no acesso à rede de distribuição são alguns dos problemas que os produtores têm que enfrentar. (V) DIFICULDADES DE MERCADO (NORMALIZAÇÃO) O facto de os fabricantes de turbinas terem, até agora, trabalhado no seu desenvolvimento de forma mais ou menos individual, faz com que surjam dificuldades na circulação dos equipamentos entre os diferentes países a na resposta aos cadernos de encargos dos projectos a concurso. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 80 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica 9. ASPECTOS SOCIO-ECONÓMICOS RELEVANTES A instalação de parques de aerogeradores traz, é claro, vantagens socio-económicas diversas, sobretudo durante a fase da construção, pela ocupação geral e possibilidades de incorporação nacional, conforme foi já salientado. Naturalmente que esta vertente seria ainda mais aliciante se em Portugal se viesse a estabelecer um ou mais fabricantes, pelos postos de trabalho permanentes assim criados. A valorização de alguns terrenos, cedidos a título precário contra o pagamento de uma renda, ou vendidos às sociedades promotoras dos investimentos, pode ser apontada como um benefício cujo alcance é, no entanto, limitado. Finda a fase de construção, os postos de trabalhos permanentes são em número insignificante. Daí o grande interesse, também já anteriormente referido, em que: as autarquias, isoladamente, ou sob a forma de associações, ou ainda em joint ventures com privados, se constituam como promotores, reinvestindo posteriormente, no âmbito das suas actividades a competências, as maisvalias conseguidas com a venda da energia produzida. 10. PERSPECTIVAS DE EVOLUÇÃO DA ENERGIA EÓLICA EM PORTUGAL Segundo informações que nos foram enviadas pelo Instituto Nacional de Estatística prevê-se que a potência instalada e da produção correspondente tenha a seguinte evolução: QUADRO XVII – Evolução da potência instalada e da produção correspondente ANOS 1998 2000 2005 2010 2015 2020 - 2000/2001 – ESTV – ISPV - POTÊNCIA INSTALADA (MW) 40 90 320 380 405 430 ENTREGAS A REDE (GWh/ano) 92 207 736 874 932 989 Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 81 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica 11. CASO DE ESTUDO: O PARQUE EÓLICO DE FONTE DA MESA Embora a energia eólica possa ser utilizada para fins tão diversos como a navegação marítima, a moagem de cereais, a dessalinização ou a bombagem de água, quando hoje em dia se fala no seu aproveitamento pensa-se de imediato na produção de electricidade, sendo realmente esta a aplicação que conhece uma maior divulgação a interesse económico. Existem instalações isoladas para fornecimento de energia a um consumidor específico, normalmente combinadas com outra forma de produção (diesel, por exemplo), mas as grandes instalações estão normalmente ligadas à rede eléctrica de distribuição local, injectando nesta a potência produzida. Na maior parte dos casos as máquinas utilizadas, os aerogeradores, são de eixo horizontal com um número de pás variável entre uma a três, com o rotor a montante da torre de suporte a possuindo um sistema activo de alinhamento com a direcção do vento. Nas pequenas unidades o alinhamento é conseguido por acção de uma cauda ou leme, não havendo pois qualquer sistema activo para o cumprimento desta função. Existem ainda máquinas em que o rotor se situa a jusante da torre, não necessitando de sistema de alinhamento; a sua utilização é também limitada a potências pequenas e não são muito utilizadas. O controlo de potência, aspecto de primordial importância na operação destes sistemas, é habitualmente feito por um de três processos: (i) variação do passo das pás; (ii) aproveitamento do fenómeno do descolamento aerodinâmico; (iii) variação da velocidade de rotação. Há ainda sistemas combinados, utilizando mais do que um destes princípios. Os aerogeradores integram, naturalmente, um gerador eléctrico, na maior parte dos casos do tipo assíncrono, havendo entre este e o rotor uma caixa multiplicadora que faz a transmissão da potência; nestes casos é utilizado um dos dois primeiros princípios de regulação. Começam porém cada vez mais a ser estudados os sistemas de velocidade variável, por vezes sem necessidade de caixa multiplicadora, com o controlo de trânsito de potência a ser efectuado por recurso à electrónica. Por enquanto apenas um reduzido número de fabricantes oferece soluções deste tipo, mas a gama de potências disponível é já equivalente à coberta pelos sistemas utilizando geradores assíncronos. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 82 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Como tipo construtivo com características diferenciadas cabe referir as máquinas de eixo vertical. Embora apresentem, relativamente às de eixo horizontal, algumas vantagens (alinhamento constante com o vento, por exemplo), não foram até hoje conseguidos coeficientes de potência equivalentes aos daquele tipo construtivo, pelo a que a sua divulgação é muito menor, a restringe-se, praticamente, aos Estados Unidos. 11.1. DESCRIÇÃO DO PARQUE O Parque Eólico de Fonte da Mesa é a maior instalação de produção eólica portuguesa até ao momento, com os seus 10,2 MW de potência instalada, supera mesmo a soma de todos os parques eólicos instalados no Continente e Ilhas e representa um investimento de aproximadamente 2,3 milhões de contos que será recuperado num prazo de dez anos. Localiza-se a 1090 m acima do nível do mar na Serra das Meadas, e abrange uma área de 340 ha de terra inculta, distribuída pelos concelhos de Resende – freguesias de S. Martinho de Mouros e Barrô – e de Lamego – freguesias de Avões e Penude. Este parque foi o primeiro a ser construído pela que é uma empresa do grupo EDP cujo objectivo é, fundamentalmente, projectar, construir e explorar meios de produção de energia eléctrica no sector das energias renováveis. O projecto, gestão e fiscalização deste parque ficou a cargo de - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 83 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Como fornecedores deste parque destacam-se: Aerogeradores Torres Transformadores, ICP e quadros eléctricos Transformadores A construção do Parque Eólico Fonte da Mesa, que se iniciou a 27 de Maio de 1996, foi antecedida de uma série de estudos: ! Levantamento cadastral; ! Viabilidade técnico-económica; ! Reconhecimento geológico; ! Enquadramento ambiental; ! Impacto paisagístico; ! Prospecção arqueológica; ! Impacto da ligação à rede pública; e ! Projecto de base e de execução. Os estudos do potencial eólico da região onde o parque foi construído foram iniciados pela Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto em 1991, inseridos numa campanha de caracterização do potencial eólico da região do Norte do País. Para o efeito foram instaladas, num ponto integrado na zona em que actualmente está implantado o Parque, uma torre e instrumentação de medida das características do vento. Os resultados obtidos – em campanha de curta duração devido ao facto de se terem verificado actos de vandalismo que destruíram o equipamento – apontavam para a existência de um potencial eólico com interesse. Em 1994 foram instaladas mais duas torres de medição, em locais enquadrados na zona do Parque. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 84 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica As estimativas de produção do Parque Eólico Fonte da Mesa foram efectuadas a partir dos dados obtidos nas duas estações de medida utilizando-se, entre outros meios, os programas WASP e PARK e seguindo a metodologia preconizada no Atlas europeu do Vento. 11.2. AMBIENTE, PREOCUPAÇÃO DE SEMPRE Ajustando-se à política ambiental do Grupo EDP, e embora não seja obrigatória a realização de estudos ambientais ou paisagísticos para a construção de parques eólicos, entendeu a Enernova dever desenvolvê-los. Para isso e após terem sido feitos reconhecimentos minuciosos com levantamentos fotográficos, procedeu-se a uma recolha de informação tendente a possibilitar a identificação de quaisquer condicionalismos que pudessem inviabilizar a instalação do Parque Eólico. Foram também consultados os instrumentos de planeamento em vigor ou em elaboração – Planos Regionais de Ordenamento do Território, Planos Directores Municipais e cartografia diversa. E foram feitas consultas a algumas entidades: Instituto de Conservação da Natureza, Administrações Florestais do Instituto Florestal e Autarquias Locais. Quanto à avaliação e minimização dos impactos paisagísticos, o estudo desenvolveu-se em duas vertentes: uma análise macro, que caracterizou a paisagem e se debruçou sobre o empreendimento e seu grau de influência numa envolvente mais alargada; e uma análise local, que se restringiu à área do aproveitamento e envolvente mais imediata, sobre a qual se apontavam as directivas para a orientação do futuro do projecto. Como consequência deste estudo foi proposto um esquema geral para o aproveitamento com apresentação de soluções e recomendações relativas aos acessos existentes e ao acesso principal à obra; à zona da subestação e edifício de comando; à arquitectura do edifício e materiais a utilizar na sua construção; às zonas potenciais de estaleiro, de escombreira; às zonas potenciais de depósito de terra viva; à ligação à rede pública e à recuperação paisagística do aproveitamento. Porque o Parque se situa em zona abrangida pelo PROZED (Plano Regional de Ordenamento do Território da Zona Envolvente do Douro), estava legalmente obrigado a obter parecer da Comissão de - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 85 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Coordenação da Região Norte (CCRN). Assim, os estudos foram presentes àquela Comissão e obteve-se parecer favorável. 11.3. PROSPECÇÃO ARQUEOLÓGICA REVELA MONUMENTOS MEGALÍTICOS O estudo de prospecção arqueológica também realizado veio a propiciar a descoberta de nove monumentos megalíticos (mamoas), de vestígios de outros dois prováveis monumentos do mesmo tipo e de mais cinco locais com eventual interesse arqueológico. A equipa de arqueológicos que efectuou este trabalho salientou no seu relatório a importância da realização deste tipo de prospecção prévia em áreas a afectar por empreendimentos deste género, de forma a atempadamente equacionar as melhores soluções que viabilizem a salvaguarda dos valores arqueológicos reconhecidos e, ainda, que a natureza do equipamento do Parque Eólico é perfeitamente compatível com a salvaguarda científica e patrimonial dos vestígios arqueológicos assinalados, uma vez respeitadas e implementadas em devido tempo as medidas propostas no estudo. A partir deste estudo foram desenvolvidas e definidas as actuações que deveriam ter lugar antes e durante a construção, nos termos legais e sujeitas à aprovação do IPPAR, daí resultando a preservação e delimitação dos monumentos e vestígios megalíticos encontrados. 11.4. CARACTERÍSTICAS DO PARQUE Este parque é constituído por 17 aerogeradores de 600 kW de potência unitária, totalizando 10,2 MW de potência instalada. Neste parque espera-se uma produção de 28,6 GWh/ano, o seu transformador de grupo de 630 KVA com uma razão de transformação de 690/15000V. O seu transformador de interligação é de 10MVA com uma relação de 15.000/30.000 V. A energia produzida por este parque, é equivalente ao consumo de um aglomerado de cerca de 15.000 habitantes . Este parque possui 2.860 horas equivalentes de funcionamento à plena carga, uma velocidade média do vento de 7,7 m/s, uma velocidade mínima do vento para potência nominal de 17 m/s, uma velocidade mínima do vento para exploração de 4 m/s e uma velocidade máxima de 25 m/s. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 86 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Figura 21 – Disposição dos aerogeradores Figura 22 – Visão geral do parque - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 87 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica 11.4.1. Esquema geral de um parque eólico Um parque eólico tem a configuração base que podemos ver na imagem ao lado. O aerogerador está ligado a um PT que por sua vez liga com a subestação através de cabo aéreo ou subterraneo. Um estudo da aplicação deste layout ao nosso caso de estudo está indicado de seguida. Aerogeradores Os aerogeradores do Parque Eólico de Fonte da Mesa são fabricados pela VESTAS de 600kW. São de eixo horizontal com 3 pás com orientação barlavento. Estão Figura 23 – Configuração base de um parque eólico instalados no topo de uma torre com 40,5 metros. As pás atrás referidas tem um diâmetro de 42 metros. Estes aerogeradores possuem um alternador assíncrono de 600KW/690V com escorregamento variável entre 1 a 10 %, com uma velocidade nominal de 1500 rpm. A velocidade nominal do veio da turbina é de 26,6 rpm. A relação da caixa de velocidades é de 1/50,6. o sistema de regulação é do tipo pitch control. Os aerogeradores são ligados por cabo subterrâneo a uma subestação instalada num edifício que comporta igualmente a sala de comando, instalações auxiliares e uma área de acolhimento. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 88 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica LEGENDA 1. Cubo do rotor 6. Gerador eléctrico 2. Pás do rotor 7. Veio secundário 3. Veio principal 8. Dispositivo de declinação ou yaw 4. Multiplicador 9. Unidade oleo-hidráulica 5. Travões 10. Fuselagem Figura 24 – Corte de um aerogerador de 600KW Pás do rotor ou Hélices - Captam o vento e transferem a energia para o cubo do rotor. Numa turbina eólica moderna de 600 kW cada hélice mede cerca de 20 m em comprimento e é projectada parecida a uma asa de um avião. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 89 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Cubo do rotor - O cubo do rotor é ligado ao eixo de baixa rotação da turbina eólica. Veio principal ou Eixo de baixa rotação - Liga o cubo do rotor à caixa redutora numa turbina eólica moderna de 600 kW o rotor roda relativamente devagar, cerca de 19 a 30 rpm. O eixo contém tubos para o sistema hidráulico de forma a permitir que o travão aerodinâmico funcione. Multiplicador - Tem o eixo de baixa rotação à esquerda. Faz com que o eixo de alta rotação, à direita, rode 50 vezes mais rápido do que o eixo de baixa rotação. Travões - É utilizado para reajustar a velocidade da turbina eólica. Gerador Eléctrico - È normalmente denominado gerador de indução ou gerador assíncrono. Numa turbina eólica moderna a potência eléctrica máxima é normalmente entre os 500 e 1.500 kW. Veio secundário ou Eixo de alta rotação - Roda aproximadamente a 1.500 rpm e conduz o gerador eléctrico. Está equipado com um travão de disco mecânico de emergência. O travão mecânico é utilizado no caso de falha do travão aerodinâmico, ou quando a turbina está a ser reparada. Dispositivo de declinação ou yaw - Mantém a turbina orientada contra o vento através de motores eléctricos e multiplicadores. Unidade Oleo-hidráulica - Contém uma unidade de refrigeração a óleo que é utilizada para arrefecer o óleo da caixa redutora. Fuselagem ou Nacelle - Contém os componentes chave da turbina eólica, incluindo a caixa redutora e o gerador eléctrico. O pessoal de serviço pode entrar na nacelle por a torre da turbina. À esquerda da nacelle temos o rotor da turbina eólica, isto é, as hélices e o cubo. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 90 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica As turbinas são constituídas por geradores assíncronos, pois o rotor tem um escorregamento em relação ao campo girante. Nestas máquinas a rotação do rotor tem de ser superior à rotação do campo girante, cuja rotação nominal imposta pela rede é de aproximadamente 1500 rpm. Consoante a rotação do rotor assim se controla a potência que é injectada na rede, isto se houver vento. Um outro tipo de máquinas que se utiliza são máquinas de 500KW, e nessas a rotação pode variar entre as 20 e as 40 rpm, como o acoplamento é directo ao rotor, a velocidade do rotor também varia. Com esta variação a frequência que sai aos seus terminais varia mas é rectificada e depois ondulada pelo ondulador que tem as funções de gerir a frequência, o sincronismo com a rede, a sequência de fases, os níveis de tensão, etc. O alternador tem 5 m de diâmetro e é constituído por 40 pares de pólos, ou seja, 80 pólos. O facto de ser de rotação variável tem haver com os problemas aerodinâmicos das pás, porque as turbinas, não têm o mesmo rendimento a todas as velocidades do vento, ou seja, conforme varia a velocidade do vento assim o rendimento da turbina varia. Mesmo se mantivermos uma rotação constante das pás o rendimento irá variar, ou seja, é benéfico que se possa variar as rotações das pás, isso coloca-nos logo um problema na ligação do alternador à rede. No caso das Centrais Hidroeléctricas ou nas Termoeléctricas, põe-se a máquina a rodar a uma rotação constante e não é preciso mexer mais, os electrões saem “engravatados” prontos a entrar na rede, no caso das Centrais Eólicas, se queremos ter uma máquina de rotação variável, arranjar sistemas de variação de velocidade mecânicos é um problema. Actualmente já é possível fazer essa variação. Podemos dizer então que do Ondulador para trás anda tudo a variar conforme dá jeito e é o ondulador o responsável por manter a máquina o mais estável possível na rede. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 91 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Figura 25 – Transformador de Serviços Auxiliares Dentro do edifico de controlo temos o Transformador de Serviços Auxiliares (Figura 25) e junto do mesmo as celas dos PT’s (Figura 26). Figura 26 - Celas dos PT’s dos aerogeradores - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 92 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Relativamente à parte das protecções, como podemos ver nas figuras seguintes, Figura 27 - Protecções existem protecções de 30 KV, máximo e mínimo de tensão, de 15 KV e a protecção diferencial do transformador. Temos ainda a protecção de frequência que tem máximo e mínimo de frequência. As protecções de subtensão e sobretensão têm 1.º e 2.º escalão e a homopolar (fugas à terra) e a máxima intensidade nos 30 KV portanto também o 1.º e 2.º escalão. O 1º escalão indica-nos que a protecção actua quando o valor actual ultrapassa 10% do valor nominal passado cerca de 1 segundo. O 2º escalão indica-nos que a protecção actua quando o valor actual ultrapassa 50% do valor nominal sem temporização definida. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 93 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Figura 28 – Analisadores (pormenor) Existem dois tipos de analisadores; analógicas e digitais: As analógicas, medem as três tensões e as três correntes, nos 30 KV, se alguma desta ultrapassa um determinado valor, dá um trigger e ele imprime um registo, ficando registado a data e a hora, em que ocorreu o defeito e é possível ver a situação antes do defeito ocorrer. Que grande vantagem é esta? É que quando há um defeito, isto actua e temos aqui registado um período, que é anterior ao defeito, e para analises de acidentes dá muito jeito. Outra grande vantagem disto, é que sabemos a situação antes do defeito, pois isto possui um buffer, que esta sempre a armazenar, quando está cheio e chega um dado mais recente, deita o anterior fora e fica com o mais actualizado, é assim que funciona. Os Parques Eólicos sofrem mais com as perturbações da rede do que as perturbações que causa na rede. Há sempre a ideia, de que quando ele entra na rede, que ao ligar à rede há um pico, isto não é verdade, ou seja, o gerador começa a rodar até às 1500 rpm e nesse momento é que é ligado à rede, nesse momento o gerador já está a consumir energia reactiva, para a criação dos campos magnéticos, mas no momento em que se liga não há trânsito de potência activa, como está às 1500 rpm, nem para o gerador nem para a rede e depois o incremento de potência é feito gradualmente. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 94 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica A Protecção Diferencial de um transformador o principal objectivo é supervisionar defeitos que possam ocorrer no interior do transformador e normalmente passagens à terra. O transformador tem o secundário do lado dos 15 KV em estrela e está ligado à terra. A Protecção Diferencial o que faz é medir a corrente de um lado do transformador e do outro e o objectivo é que a corrente que atravessa um lado tem de atravessar o outro, se não chegar ao outro lado é porque se perdeu no meio da máquina. Deve-se fazer a correcção de tal forma que a corrente que percorre um dos lados é duas vezes superior à do outro. O transformador é uma máquina em que entra energia eléctrica de um lado e saí energia Figura 29 – Protecção diferencial eléctrica do outro ao contrário de outras máquinas onde entra energia mecânica e sai energia eléctrica ou vice-versa, logo é mais fácil nos transformadores supervisionar esse tipo de avarias. A energia eléctrica é produzida no gerador e imediatamente é injectada na rede, não há armazenamento de energia eléctrica. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 95 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Existem umas baterias, cujo objectivo é alimentar quer as protecções quer o comando dos disjuntores, ou seja, se ficarmos sem ligação ao exterior, temos que ter a garantia que podemos manobrar os disjuntores e as protecções estão sempre operacionais. Tem ainda uma UPS que alimenta o computador central, os modems e o sistema de envio de mensagens, etc, nas alturas em que existem mais chatices é muito útil, garantindo assim o supervisionamento do sistema. Figura 30 – Baterias Existe um Autómato que em caso de disparo da subestação, ele sabe ver quando é que a tensão e a frequência estão dentro dos seus valores nominais, espera um determinado tempo imposto pela legislação e depois liga os disjuntores da subestação. O computador que está na subestação mede as seguintes grandezas: Potência activa, a rotação do gerador (superior às 1500 rpm), a rotação do rotor (30 rpm), a velocidade do vento e a inclinação das pás. Quando o gerador já está na potência nominal, as pás já não estão todas expostas ao vento, já é superior a zero graus a inclinação e daí que ele varia conforme varia o vento ajustando a potência nominal. Figura 31 – Autómato Mede ainda a energia que já produziu, horas em que já funcionou, disponibilidade do aerogerador, baterias eléctricas, potência activa, factor de potência, frequência, tensão e corrente nas 3 fases. Qualquer um dos 17 geradores, tem dois processadores interligados um com o outro e com o computador central que está na subestação através de fibra óptica e em cabos de cobre. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 96 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica A fibra óptica funciona como protecção para o processador por causa das sobretensões. Um dos grandes problemas destes locais são as sobretensões, principalmente quando há descargas atmosféricas. Figura 32 – Torre com aerogerador e Posto de Transformação - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 97 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Nas figuras seguintes podemos ver o disjuntor e contactor de protecção do aerogerador (Figura 33) e ainda a saída para o PT do grupo (Figura 34). Figura 33 – Protecções do aerogerador Figura 34 – Saída para o PT do Grupo A Bateria de Condensadores do aerogerador tem cerca de 225 KVAr . Figura 35 – Bateria de condensadores do aerogerador - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 98 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica O preço da energia é determinado pelas horas de vazio, horas de ponta e zonas cheia. Em média ao fim do mês, dividindo o valor em dinheiro dos kilowatts produzidos no total, dá sensivelmente 11$00 por kilowatt em média. Em vazio aproximadamente 6$00 e em hora de Ponta 17$00 em média. Vê-se um monobloco de 15 KV tem a entrada do aerogerador, que é com um rupto-fusível, o transformador de grupo de 690/15.000V, ligado ao ramal da subestação. Cada ramal funciona como um barramento, ou seja, os aerogeradores vão ligar ao barramento. Se existir um grupo de 4 aerogeradores e existir um problema no 3.º, ele desliga os 3 primeiros e o 4.º continua em funcionamento, ligado ao barramento. Figura 36 – PT do Grupo elevador de 690/15.000V Nas redes públicas é que há um serviço que é preciso garantir, aqui não, depende do que o dono da obra pretende gastar, ou seja, uma relação custo/beneficio. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 99 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Figura 37 – Transformador de 15.000/30.000V O Transformador da figura 37 é o que eleva a tensão de 15.000V para os 30.000V de modo a que a energia produzida neste parque seja injectada na rede. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 100 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica F 30 kV E Ponto de interligação no barramento de 30 kV da subestação do Varosa LEGENDA C D A - Grupo aerogerador B - Posto de transformação de grupo C - Subestação e posto de corte D - Apoio fim-de-linha E - Ramal de interligação (Alu-aço 160 mm 2) F - Subestação do Varosa (60 kV / 30 kV / 5 kV) 10 MVA REDE PÚBLICA EN - Electricidade do Norte, S.A. Ponto de ligação Y PARQUE EÓLICO ENERNOVA - Novas Energias, S.A. 15 kV Reserva 25 kVA Y 15 kV 15 kV 15 kV 15 kV 15 kV 15 kV B B 400 V Q. Serv. Aux. B B Y Y Serv. Aux. Serv. Aux. GRUPO 1 600 kW 690 V - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Y Serv. Aux. 600 kW 690 V GRUPO 5 GRUPO 6 600 kW 690 V Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Serv. Aux. cosϕ = 0,99 G 3~ A Y Serv. Aux. cosϕ = 0,99 G 3~ A Y Serv. Aux. cosϕ = 0,99 G 3~ A B Y cosϕ = 0,99 G 3~ B GRUPO 10 600 kW 690 V cosϕ = 0,99 G 3~ A Página 101 de 108 GRUPO 11 600 kW 690 V cosϕ = 0,99 G 3~ A GRUPO 17 600 kW 690 V A Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica 12. CONCLUSÃO Face à informação apresentada a sequência e os procedimentos a seguir para estabelecer um parque eólico em Portugal parecem estar relativamente bem definidos. Mais, parece razoavelmente óbvio que há um interesse directo por parte do Governo (em parte sustentado por trás pela União Europeia através de alguns dos seus Programas) de promover o recurso às energias renováveis e nomeadamente ao vento para produção de energia eléctrica. De facto, existe uma legislação que permite a existência de auto-produtores de energia eléctrica e Ihes dá algumas garantias apesar de limitar a potência a instalar ao abrigo deste estatuto a um valor relativamente baixo (10 MVA). Entre essas garantias figuram a equiparação a um serviço de utilidade pública; um preço de compra directamente relacionado com o preço de venda da energia eléctrica aos consumidores industriais (em princípio significativamente mais elevado do que corresponde aos preços típicos de produção de energia eléctrica); a garantia de compra de toda a energia produzida durante a vida da instalação ao preço de mercado com garantia adicional de, nos primeiros 8 anos de vida útil de uma instalação deste tipo, caso os preços de energia crescerem abaixo da taxa de inflação uma parte importante do diferencial ser coberto, atenuando assim a eventual redução das receitas do auto-produtor. No entanto nem tudo são rosas. Em primeiro lugar, o baixo preço que o petróleo e, de um modo geral, os combustíveis fósseis têm apresentado ao longo dos últimos anos, aliado a uma política nacional de controlo do inflação, levou a uma redução significativa (superior a 30% a preços constantes) dos preços de venda da energia eléctrica aos consumidores industriais, dando origem não só a uma redução efectiva das receitas relativas aos investimentos já feitos mas, muito em especial, tornando cada vez menos atractivos novos investimentos face ao cada vez menor valor inicial do preço de compra da energia. Em segundo lugar, a opção política declarada pela alternativa gás natural que impõe a necessidade de, por um lado, criar um mercado e, por outro, de garantir, face às condições acordadas, consumos significativos deste produto (nomeadamente promovendo a construção de novas centrais termoeléctricas baseadas na queima deste combustível fóssil), aliada à política de abertura ao sector da produção da energia eléctrica que envolve não apenas as grandes instalações termoeléctricas mas outro tipo de auto- - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 103 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica produtores, entre os quais se contam as grandes empresas industriais de transformação como as refinarias, as indústrias do papel, as grandes incineradoras de lixos urbanos, ... que têm contratos específicos de venda da energia que produzem com a REN e ainda as PME e grandes edifícios do sector dos serviços que, ao abrigo do estatuto do auto-produtor, puderam introduzir sistemas de cogeração primeiro em condições de "igualdade" e posteriormente beneficiando da isenção do imposto sobre os produtos petrolíferos (mais de 30% no caso do gasóleo nos grandes geradores diesel), tudo indicando que o continuarão a fazer adoptando o gás natural em condições vantajosas. Em terceiro lugar, referem-se as imposições de carácter técnico particularmente gravosas para o caso da energia eólica. De facto, para além do limite da potência da instalação a 5% da potência mínima de curto circuito da subestação de interconexão (valor que corresponde a uma garantia absoluta de que o autoprodutor não vai alterar a qualidade da energia fornecida pela companhia de distribuição) é exigida, em certas horas do dia a entrega de uma produção significativa de energia reactiva e a compensação do factor de potência nas restantes. A primeira destas exigências para além de ser, face ao que hoje sabemos, demasiado restritiva (os estudos mais recentes indicam que será possível manter a qualidade da energia fornecida para penetrações que podem atingir o dobro daquele valor) implicando limitações à dimensão das instalações de auto-produção é particularmente penalizadora das instalações eólicas, uma vez que não tem em conta a existência de um número significativo de máquinas (cerca de duas dezenas para uma instalação actual de 10 MW) associada ao facto de a potência nominal dum parque apenas poder ser atingida durante um número muito reduzido de horas por ano (tipicamente inferior a 1%) trabalhando este, em condições normais, a potências inferiores a 2/3 da potência nominal, como o demonstra o facto de se medir a rentabilidade dos parques eólicos de uma forma simples à custa do chamado número de horas equivalente anual (de operação à potência nominal), sendo considerado muito bom um valor de 3.000 horas. A segunda exigência põe aos parques eólicos problemas adicionais apenas comparáveis aos das micro-hidrícas, uma vez que, em regra, apenas nestes casos se recorre a geradores assíncronos, o que traduzido em linguagem corrente significa a absoluta necessidade de instalar bancos de compensadores (em regra variáveis para cobrir toda a gama de funcionamento do parque) que levem o auto-produtor não só a não consumir potência reactiva (como era a situação inicialmente considerada, já penalizadora mas compreensível, face à necessidade de garantir a qualidade da energia fornecida a possíveis consumidores instalados na - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 104 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica proximidade) mas a tornar-se um produtor bruto (não se vislumbrando qualquer razão técnica para esta exigência) sob ameaça de uma penalização significativa no preço por que lhe é paga a energia. Acresce que não há em qualquer lugar uma referência, ou um valor, que possa ser directamente assacado a custos evitados e à, eventual, melhoria das condições da rede eléctrica local o que pode levar a pensar através de um raciocínio simplista que o preço favorável tem apenas como base de justificação a importância estratégica da utilização de recursos endógenos. Note-se que dentro da mesma linha de raciocínio não se verifica uma referência explicita aos benefícios associados ao reduzido impacto ambiental das tecnologias energéticas baseadas em fontes renováveis o que, aliás, sendo difícil considerar na fase inicial de estabelecimento do estatuto dos auto-produtores quando no mesmo grupo era incluída a cogeração, deveria ser agora considerado. Em quarto lugar, regista-se o facto de em termos de planeamento dos centros produtores de energia eléctrica se poder ainda contar com um volume significativo de grandes centrais hídricas (>10 MW) por construir. É verdade que se trata no essencial de "centrais de potência" (cujo valor global estimado é da ordem de grandeza da potência instalada: ≈3,5 GW) sendo o aumento anual da produção de energia de origem hídrica estimado em cerca de 50% da actual, mas é importante ter presente que o impacto, em termos globais, (incluindo as componentes sociais, económicas e ambientais) deste tipo de estruturas é claramente favorável no actual panorama português. Um pouco como resultado destes diferentes parâmetros resulta que neste momento existe alguma dicotomia entre a situação portuguesa e a que se verifica no resto dos países da União Europeia. De facto em 1996, e com um agravamento previsível em 1997 devido ao já anunciado menor preço da energia eléctrica para os consumidores industriais, Portugal é o país (à excepção da França e aí por razões óbvias que não vale a pena explicitar) em que o preço de venda da energia eléctrica produzida a partir de fontes renováveis tem o preço mais baixo (cerca de metade do que se verifica na Alemanha e aproximadamente 2/3 dos preços correntes na Espanha e na Grécia, os dois países da União Europeia cuja situação em termos económicos mais se aproximará da nossa). Poder-se-á evocar que os sistemas de apoios e incentivos são, em Portugal, significativos e permitem compensar o menor preço mas não se deve levar demasiado longe este argumento uma vez que outros países europeus como a Suécia, a Finlândia, a Holanda, a Itália e, em especial, a Grécia e a - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 105 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Espanha concedem incentivos semelhantes a este tipo de instalações e muitas vezes directamente como subsídios de instalação a fundo perdido. Note-se, todavia, que a maior parte dos factores apresentados são conjunturais e podem sofrer alterações a curto prazo. Refere-se, apenas a título de exemplo, a subida contínua, ainda que lenta, do preço do petróleo nos últimos 6 meses com o preço do barril a aproximar-se dos 24/25 USD, isto apesar de o Iraque ter sido autorizado a iniciar as suas vendas aumentando pois a oferta no mercado; a necessidade de controlo da inflação em Portugal por forma a permitir cumprir os critérios de convergência, uma vez que como se sabe o preço da energia desempenha um papel importante nesta questão; a necessidade de aumentar a competitividade das nossas empresas num mercado cada vez mais aberto; a constituição de um verdadeiro Mercado da Energia na UE e a entrada em vigor da chamada Carta da Energia, em que figura um apoio explícito à produção de energia eléctrica a partir de fontes renováveis; a importância crescente que têm os aspectos ambientais, nomeadamente a possível introdução da chamada taxa de carbono, associada à utilização dos combustíveis fósseis e os compromissos assumidos na Conferência do Rio; sem deixar esquecida a questão do aumento continuado do consumo mundial de energia, para além do próprio crescimento populacional, que começa a pôr em evidência as limitadas reservas de combustíveis fósseis. Em nosso entender isto significa que num prazo relativamente curto (3 a 5 anos) os preços de venda de energia eléctrica de origem renovável subirão em Portugal, dando aos investimentos hoje feitos taxas de rentabilidade significativas. Isto é, na nossa perspectiva, mesmo não sendo a remuneração imediata do investimento das mais atractivas (apesar dos apoios), os riscos reduzidos (dentro das limitações decorrentes da bondade e extensão dos dados de vento utilizados nas previsões da produção) e as possibilidades das condições económicas deste tipo de projectos melhorarem significativamente a médio (5 anos) longo prazo (mais de 10 anos) tornam-nos interessantes. No entanto as principais restrições em Portugal ao estabelecimento deste tipo de instalações decorre um pouco surpreendentemente das posições assumidas pelas organizações e entidades ligadas ao ambiente que têm muitas vezes defendido posições reduzidas exclusivamente ao vértice ambiente do Tetraedro Tecnológico, de que atrás se falou, não fazendo intervir qualquer avaliação do tipo custo benefício. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 106 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica Ultrapassar esta questão exigirá possivelmente, para além da adopção de uma política ambiental clara de que este tipo de avaliações faça parte integrante, um processo educativo de base científica, que apesar da sua lentidão é, certamente, seguro. Acreditamos moderadamente, apesar de tudo, no futuro das energias renováveis em Portugal e que esta área constituirá uma perspectiva para investimentos e que, à semelhança de outros Países Europeus se virão a atingir produções com algum significado com estas formas de energia. Num futuro mais próximo, atendendo ao acentuado empenhamento a nível Comunitário, nomeadamente no expresso no documento "CAMPAIGN FOR TAKE OFF" da DGXVII e na recente "DIRECTIVA COMUNITÁRIA SOBRE ENERGIAS RENOVÁVEIS" e no pressuposto de que, no seguimento das recentes medidas oficiais no nosso País haverá a curto prazo outras, no sentido de uma melhoria das condições, nomeadamente tarifárias, para as renováveis, pensa-se que se verificará um acentuado desenvolvimento no campo das energias eólica e mini-hídrica com relevância para a eólica e um menor mas progressivo crescimento nas outras áreas. Oferecem-se assim perspectivas no domínio das renováveis a Investidores nacionais e estrangeiros, bem como um mercado de equipamentos e serviços. - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 107 de 108 Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica – Energia Eólica 13. BIBLIOGRAFIA " Apontamentos da cadeira " Revistas da especialidade " Sites da Internet # www.nrel.gov # www.dge.pt # www.erse.pt # www.windpower.dk # www.vestas.com # www.tegopi.pt # www.efacec.pt - 2000/2001 – ESTV – ISPV - Ricardo Silva, Rui Cabral, Henrique Carvalho Página 108 de 108