Convertendo Vento em Eletricidade ou: O Duplamente

A humanidade vem colhendo energia do vento há séculos. A prática remonta pelo menos à Pérsia do século VIII, onde surgiram os primeiros registros históricos conhecidos de moinhos de vento, mas provavelmente se estende ainda mais atrás. Em comparação com a vasta história de utilização direta da energia eólica para fazer coisas como moer grãos, bombear água, serrar madeira ou produzir tecidos, a produção de eletricidade ainda é relativamente nova. Apesar disso, existem algumas maneiras intrigantes de usar o vento para produzir eletricidade. Devido à natureza imprevisível do vento de momento a momento, utilizá-lo para ligar um grande gerador ligado à rede não é tão simples como pode parecer. Vamos dar uma olhada em quatro tipos de configurações de turbinas eólicas e como cada uma lida com mudanças repentinas na velocidade do vento.

Em primeiro lugar, porém, é importante notar que os padrões de vento da ordem de um ano ou mais em qualquer área específica são bem conhecidos e utilizados para a concepção de parques eólicos. Além disso, as previsões da velocidade do vento em escalas de tempo mais curtas, como um dia ou uma semana, também são precisas o suficiente para obter uma estimativa muito próxima das capacidades de produção de energia nessas escalas de tempo, embora haja um grande equívoco público de que o vento não é uma fonte confiável de eletricidade porque nem sempre explode. Pelo contrário; previsões extremamente precisas da velocidade média do vento estão disponíveis com horas e dias de antecedência devido à boa previsão do tempo nas últimas décadas, permitindo que geradores como usinas de combustíveis fósseis reduzam a produção à medida que mais geração eólica se torna disponível com bastante aviso.

Embora a previsão do vento a longo e curto prazo seja extremamente robusta, as rajadas de vento são muito mais difíceis de lidar e continuam a ser um desafio para qualquer turbina eólica. Embora possa ser fácil pensar que uma turbina simplesmente aplicará um freio mecânico para desacelerar a rotação quando ocorrer uma rajada, para turbinas grandes esta geralmente não é uma solução economicamente viável. Isso significaria enviar técnicos para substituir constantemente as pastilhas de freio, sem mencionar os esforços mecânicos na turbina que a ação constante de frenagem causaria. Embora existam também sistemas de inclinação das pás, também conhecidos como freios aerodinâmicos, que podem girar as pás (ou apenas as pontas das pás) contra ou contra o vento, a fim de permanecerem o mais próximo possível da velocidade de rotação ideal do projeto da turbina, esses passos os sistemas ainda são muito lentos para algumas rajadas.

Freios mecânicos são necessários, no entanto. Eles normalmente são usados ​​apenas durante uma parada de emergência quando um técnico está em perigo físico, como último recurso para interromper um grande evento de excesso de velocidade se o sistema de passo das pás falhar ou para “estacionar” temporariamente o rotor da turbina durante certos processos de manutenção somente após os freios aerodinâmicos foram aplicados. As turbinas off-line, como aquelas que aguardam a substituição do gerador ou da caixa de engrenagens, também podem não usar o freio a longo prazo, pois as turbinas com pás inclinadas para fora do vento podem “girar” por longos períodos de tempo, mesmo com vento forte, sem risco.

Mesmo para tarefas de manutenção que exigem a parada completa da rotação da turbina, eles normalmente são usados ​​apenas o tempo suficiente para instalar um mecanismo de travamento do rotor. Em vez de usar esses freios para controlar a velocidade de rotação durante a operação, foram encontradas soluções elétricas muito mais inteligentes para o problema das rajadas de vento que reduzem a quantidade de energia desperdiçada, reduzem a quantidade de manutenção que de outra forma precisaria ser feita nos sistemas de frenagem. , e que às vezes pode colher a energia da própria rajada. A primeira solução é incrivelmente simples.

A turbina eólica tipo 1, às vezes chamada de turbina de velocidade fixa, na verdade não se preocupa muito em lidar com mudanças curtas e transitórias na velocidade do vento. Usar as propriedades inerentes de um gerador de indução resolve esse problema sem esforço. Nesta configuração, a saída do gerador é conectada diretamente à rede e a inércia da rede a mantém principalmente na velocidade de rotação correta. Quando chega uma rajada, o gerador simplesmente “desliza” um pouco além de sua velocidade síncrona e então se recupera ao estado normal após ter absorvido a rajada. Se a rajada for muito forte, as turbinas desta categoria também podem empregar um “freio” elétrico que despeja o excesso de energia em um banco de resistores ou dispositivo equivalente, desacelerando ligeiramente a turbina.