Atlas Eólico de Minas Gerais - Cresesb - Cepel

Atlas Eólico Minas Gerais

Realização» Estado de Minas GeraisAécio Neves da Cunha– Governador» Secretaria de Estado do Desenvolvimento EconômicoSérgio Alair Barroso– Secretário do Desenvolvimento EconômicoDados internacionais de catalogação na publicaçãoBibliotecária responsável: Mara Rejane Vicente TeixeiraAmarante, Odilon A. Camargo do.Atlas eólico : Minas Gerais / Odilon A. Camargo do Amarante,Fabiano de Jesus Lima da Silva, Paulo Emiliano Piá de Andrade.– Belo Horizonte, MG : Cemig, 2010.84p. : il., mapas : 40 x 30 cmInclui bibliografia.1. Energia eólica – Minas Gerais – Mapas. 2. Ventos – Minas Gerais– Medição – Mapas. I. Silva, Fabiano de Jesus Lima da. II. Andrade, PauloEmiliano Piá de. III. Companhia Energética de Minas Gerais. IV. Título.CDD (22ª ed.)551.5185098151Equipe Técnica de Elaboração» Camargo-Schubert Engenharia Eólica:Odilon A. Camargo do AmaranteFabiano de Jesus Lima da SilvaPaulo Emiliano Piá de AndradeEmerson ParecyGil Leal Caruso» FotografiasZig KochHenry Yu» Projeto Gráficodu.ppg.br» Impressão e AcabamentoOptagrafImpresso no Brasil» Companhia Energética de Minas Gerais - CemigDjalma Bastos de Morais– PresidenteArlindo Porto Neto– Vice-PresidenteJosé Carlos de Mattos– Diretor de Desenvolvimento de Novos NegóciosLuiz Henrique de Castro Carvalho- Diretor de Geração e TransmissãoMarco Antonio Rodrigues da Cunha- Diretor de Gestão EmpresarialBernardo Afonso Salomão de Alvarenga- Diretor ComercialFernando Henrique Schuffner Neto- Diretor de Distribuição e ComercializaçãoLuiz Fernando Rolla- Diretor de Finanças, Relações com Investidores eControle de ParticipaçõesMárcio Augusto Vasconcelos Nunes- Diretor de GásMonica Neves Cordeiro– Superintendente de Novos NegóciosAlexandre Heringer Lisboa– EngenheiroJosé Cleber Teixeira– EngenheiroRobson de Oliveira Carminati– EngenheiroAline Bracks Ferreira-EngenheiraValdério Rodrigues Silva Galvão-Engenheiro

Uma nova energia para o futuroMinas Gerais, um dos mais importantes polos de geraçãode energia limpa do país, incorpora, agora, a esta vocação,a geração de energia eólica, como uma importantealternativa de consolidação de uma matriz energética sustentávele ambientalmente correta, respondendo, assim, aum dos grandes desafios do nosso tempo.Até há alguns anos, prevalecia a ideia de que o potencialeólico do Estado era desprezível, embora estudosrealizados pela Cemig, desde a década de 80, tenhamidentificado sítios eólicos em nosso território e de sermosa primeira concessionária do Brasil a instalar uma usinaeólica conectada à rede de transmissão.No início dos anos 2000, o mapa do potencial eólicobrasileiro indicou um potencial eolioelétrico bastante significativoe economicamente viável, confirmado, agora, como lançamento deste Atlas do Potencial Eólico de Minas Gerais.Os ventos que chegam às nossas montanhas, vindosdo centro de alta pressão do Atlântico, representam enormepotencial energético e muitas possibilidades de geração deempregos e renda nas regiões Norte e Nordeste do Estado,principalmente ao longo da Serra do Espinhaço, situada emuma das áreas menos desenvolvidas do Brasil.Minas, mais uma vez, avança na direção de um modeloque agrega à produção, proteção ambiental e uma novaestratégia de desenvolvimento, provando que crescimen-to, sustentabilidade e responsabilidade social não sãoconceitos contraditórios ou excludentes.Assim tem sido nos últimos anos, quando a economiamineira cresceu sempre acima da média nacional e registramosuma queda de 30% no desmatamento dos nossosdois principais biomas – cerrado e mata atlântica. A legislaçãoambiental do Estado avançou e o manejo dos resíduossólidos alcançou metade da população.Somos hoje referência na recuperação de extensas baciashidrográficas, como a do Rio das Velhas, e fomos credenciadosa sediar, em parceria com a UNESCO, um grandecentro internacional de manejo das águas para disponibilizartecnologias novas e metodologias ao Brasil, à AméricaLatina e aos países africanos de língua portuguesa.Temos o maior polo de florestas plantadas do País, commais de 1,2 milhão de hectares, e alcançamos 2 milhõesde hectares de matas protegidas. Somente com as nossasmatas nativas, garantimos o sequestro de 1,5 bilhão de toneladasde gás carbônico da atmosfera por ano.Uma emblemática referência da nossa responsabilidadeambiental é a Cemig, considerada hoje líder mundial em sustentabilidade,tendo sido selecionada, pela 10ª vez consecutiva,para compor o Dow Jones Sustainability World Index. A companhiacompõe a carteira do The Global Dow Index – GDOW,juntamente com outras 149 empresas de 25 países, sendouma das três empresas brasileiras a fazer parte desse índiceinternacional, e a única do setor elétrico da América Latina.Preocupados com o futuro, publicamos o primeiro inventáriode emissões de gases de efeito estufa e fomos oprimeiro Estado subnacional no mundo a aderir à Campanhade Liderança Climática 2020, desenvolvida pelo Stateof the World Forum. Apoiamos desde já a adoção de práticasque reduzam a emissão de gases poluentes até 2020,e não mais até 2050 como previsto anteriormente.Do ponto de vista de Minas, não há mais como examinaras questões que envolvem a produção, mesmo debens vitais, como a energia, apenas e tão somente peloângulo da competitividade, mesmo porque a produçãosustentável de energia é o principal fundamento da novaeconomia que floresce.Avançamos como nunca, mas ainda temos um cenáriode inúmeras oportunidades promissoras neste campo,que partem da lógica de um mundo futuro movido obrigatoriamentepela responsabilidade ambiental e pela sustentabilidadeenergética.Aécio NevesGovernador do Estado

HeNrY YuMUNiCíPio dE boCAiÚVAEste Atlas é resultado de um dos mais importantes trabalhos sobre o potencial eólico de Minas Gerais. Os estudosrealizados apontam para um futuro promissor de aproveitamento desse potencial no Estado, que chega, a uma alturade 100 metros do solo, a 39 gigawatts de capacidade, equivalente a 2,8 hidrelétricas de Itaipu. Assim, de modo complementarà matriz energética já instalada, serão garantidas energia e uma melhor qualidade de vida para as próximasgerações, inclusive nas regiões mais carentes do Estado.Os dados coletados mostram que a concentração das condições necessárias à implantação desses empreendimentosem áreas consideradas mais promissoras permite vislumbrar oportunidades de investimento, com a diluição dos custos deacesso e interligação ao Sistema Interligado Nacional. Tais empreendimentos requerem ainda medições específicas, coma elaboração de modelos em alta resolução, uma vez que o vento é bastante sensível às características de cada local.5

1 O Estado de Minas Gerais2 Energia Eólica e Tecnologia1.1 Caracterização Geográfica092.1 A Atmosfera em Movimento251.2 Demografia e Consumo de Energia Elétrica102.2 Histórico261.3 Infraestrutura122.3 Tecnologia291.4 Climatologia172.4 Desenvolvimento de Tecnologia em Minas Gerais311.5 Unidades de Conservação202.5 Empreendimentos Eólicos331.6 Terras Indígenas213 Metodologia3.1 O Processo de Mapeamento3.2 Medições Anemométricas3.3 Modelos de Terreno353739Índice

4 Mapas Eólicos de Minas Gerais5 Análises e Diagnósticos4.1 Rosa-dos-Ventos Anual, Frequências x Direção445.1 Regime de Ventos564.2 Rosa-dos-Ventos Anual, Velocidades Normalizadas x Direção455.2 O Potencial Eólico de Minas Gerais604.3 Potencial Eólico Sazonal a 50 m de Altura465.3 Áreas Mais Promissoras624.4 Potencial Eólico Anual a 50 m de Altura47Considerações Finais684.5 Potencial Eólico Sazonal a 75 m de Altura4.6 Potencial Eólico Anual a 75 m de Altura4849Referências694.7 Potencial Eólico Sazonal a 100 m de Altura4.8 Potencial Eólico Anual a 100 m de Altura5051Apêndice - Fórmulas e Mapas Úteis4.9 Densidade Média Anual do Ar52A.1 Distribuição de Weibull724.10 Fator de Forma de Weibull Anual53A.2 Lei Logarítmica e Rugosidade73A.3 Densidade do Ar74A.4 Produção Anual de Energia (PAE)74e Fator de CapacidadeA.5 Custo de Geração75A.6 Declinação Magnética75

1.1 Caracterização Geográfica1.2 Demografia e Consumo de Energia Elétrica1.3 Infraestrutura1.4 Climatologia1.5 Unidades de Conservação1.6 Terras Indígenas1OEstado de Minas GeraisCemigMunicípio de Espinosa

1O Estado de Minas Gerais1.1CaracterizaçãoGeográficaO Estado de Minas Gerais possui 853 municípios, totalizandouma área territorial de 586.528 km² que correspondea 6,89% do território nacional [1] . Situado na regiãoSudeste do Brasil, entre os paralelos 14º 13’ 58” S e 22º54’ 00” S e os meridianos 39º 51’ 32” W e 51º 02’ 35” W [2] ,faz fronteira com seis estados: Bahia, Espírito Santo, Riode Janeiro, São Paulo, Mato Grosso do Sul e Goiás, alémde uma pequena porção com o Distrito Federal.Figura 1.1posição geográfica do estado deminas gerais e mosaico Landsat 7sobreposto ao modelo de relevo.Minas Gerais é inteiramente formado por planaltos,predominando o planalto Atlântico, com o relevo de “maresde morros”, e também o planalto Central na porçãonoroeste, com planaltos sedimentares. Destacam-se asserras da Canastra, do Espinhaço, do Caparó, da Mantiqueirae do Quadrilátero Ferrífero, além das chapadase depressões do rio São Francisco e dos planaltos deUberlândia, do rio Jequitinhonha e do rio Paraná [3] .rioparanaíbaplanalto deuberlândiaserra doCabralchapada dorio são Franciscodepressões dorio são Franciscoplanalto do riojequitinhonhaO relevo acidentado confere ao Estado um recurso hídricoprivilegiado, com 16 bacias fluviais abrigando o nascimentode grandes potenciais hidrelétricos: o rio São Francisco, quese origina na serra da Canastra e é responsável por 40% dadrenagem do Estado, o sistema rio Paranaíba/rio Grande,cuja confluência resulta no nascimento do rio Paraná, alémdos rios Jequitinhonha, Doce e Araguari. O potencial hidráulicoestimado pela Eletrobrás para o Estado de Minas Gerais éde 24.710 MW [10] , o terceiro maior do país.A vegetação predominante é a do Cerrado, aparecendoprincipalmente na região da bacia do rio São Francisco,onde há grandes variações na paisagem entre as estaçõeschuvosa e seca, resultando uma influência sazonalda rugosidade aerodinâmica do terreno no deslocamentodos ventos. Toda a porção leste do Estado é coberta pelaMata Atlântica, sendo a vegetação permanentemente verdee densa. Há ainda porções do Estado com biomas deCampos de Altitude (elevações das serras da Mantiqueira,Canastra e Espinhaço) e de Mata Seca (vales dos rios Jequitinhonhae São Francisco) [5] .serra doespinhaçoNa Figura 1.1 pode-se visualizar algumas das principaiscaracterísticas geográficas do Estado, através da sobreposiçãodo mosaico de imagens do satélite Landsat 7 [6] aorelevo sombreado, com escala vertical exagerada em 25vezes.rio grandeserra daCanastraserra dasaudadeserra damantiqueiraserra doCipóserras doquadriláteroFerríferodepressão deBelo Horizonteserra doCaparaó9

1O Estado de Minas Gerais1.2Minas Gerais: Oferta total eGráfico 1.1importação líquida* de energia elétrica (GWh)Demografia eConsumo deEnergia ElétricaCom uma população de 19.273.506 de habitantes [7] ,Minas Gerais é o segundo estado mais populoso do País,concentrando 32% da sua população na região metropolitanade Belo Horizonte e 43% em centros urbanos com maisde 100 mil habitantes. O Mapa 1.1 ilustra a distribuição dapopulação e do consumo de energia elétrica (faturado pelaCompanhia Energética de Minas Gerais - Cemig em 2008)pelas microrregiões, sendo os símbolos proporcionais às raízescúbicas dos respectivos valores para permitir uma melhorvisualização. Observa-se que as microrregiões menos povoadassituam-se nas áreas a oeste do Triângulo Mineiro, Nortee Noroeste do Estado e que os principais centros consumidoresde eletricidade situam-se na região metropolitana de BeloHorizonte, na Zona da Mata (Juiz de Fora) e na porção centraldo Triângulo Mineiro (Uberlândia e Uberaba).Segundo o último balanço energético publicado para oEstado, com ano base 2007 [8] , o consumo de energia elétricacresceu progressivamente a partir do ano 2002, num reiníciosubsequente a uma brusca queda resultante do racionamentode energia ocorrido no início do milênio. A evoluçãoda oferta e da demanda de energia, segundo as diferentesorigens e destinos, podem ser visualizadas nos Gráficos 1.1 e1.2. Observa-se que, em 2007, 66,2% da energia consumidano Estado (descontadas as perdas e as exportações) foi destinadaao setor industrial. Os setores industriais que mais sedestacaram em 2007 como consumidores de eletricidade foramos setores de siderurgia integrada, ferroligas, mineraçãoe pelotização, indústrias não ferrosas e indústria química.Gráfico 1.2Minas Gerais: Consumo total eexportação líquida* de energia elétrica (GWh)10Figura 1.2A região metropolitana de Belo Horizonte é o maior centro consumidor do Estado.cemigFONTE: Cemig - 23º Balanço Energético do Estado de Minas Gerais – BEEMG 2008 (ano base 2007) [8] .*Operando segundo as regras do Sistema Interligado, Minas Gerais importa e exporta energia para outros estados,apresentando-se nesses gráficos apenas o saldo líquido entre as importações e as exportações.**Valores líquidos, já descontadas as perdas inerentes ao processo de conversão térmica.***Inclui os consumos dos centros de transformação.

cemigFigura 1.4UHE São Simão (Rio Paranaíba)13

1O Estado de Minas GeraisUHE Emborcação (Rio Paranaíba)Tabela 1.1 Tabela 1.2USINAS HIDRELÉTRICAS EM OPERAÇÃOUSINAS TERMELÉTRICAS EM OPERAÇÃOUHE Volta Grande (Rio Grande)UHE Três Marias (Rio São Francisco)Figura 1.5A grande quantidade de usinas hidrelétricas em Minas Gerais contribuiu para o desenvolvimento deuma infraestrutura de linhas de transmissão privilegiada, especialmente na região do Triângulo Mineiro,na confluência dos rios Paranaíba e Grande, onde há também locais propícios para aproveitamentoseólicos, os quais poderão eventualmente ser beneficiados por essa infraestrutura. Há ainda muitasoutras usinas espalhadas pelo restante do território estadual, nas bacias dos rios Doce, Jequitinhonhae São Francisco. Neste último, situa-se a usina de Três Marias.FOTOS: cemigUSINA RIO MWFurnas Grande 1.216Itumbiara* Paranaíba 1.040São Simão* Paranaíba 855Marimbondo* Grande 720Água Vermelha(José Ermírio de Moraes)*Grande 698Emborcação* Paranaíba 596Estreito (Luiz Carlos Barreto de Carvalho)* Grande 525Nova Ponte Araguari 510Marechal Mascarenhas de Moraes(Ex-Peixoto)Grande 478Miranda Araguari 408Três Marias São Francisco 396Irapé Jequitinhonha 360Cachoeira Dourada* Paranaíba 329Amador Aguiar I (Ex-Capim Branco I) Araguari 240Jaguara* Grande 212Amador Aguiar II (Ex-Capim Branco II) Araguari 210Volta Grande* Grande 190Funil Grande 180Aimorés* Doce 165Porto Colômbia* Grande 160Guilman-Amorim Piracicaba 140Risoleta Neves (Ex-Candonga) Doce 140Porto Estrela Santo Antônio 112Igarapava* Grande 105Salto Grande Santo Antônio 102Ilha dos Pombos* Paraíba do Sul 94Mascarenhas* Doce 90Sá Carvalho Piracicaba 78Baguari** Doce 70Santa Clara Mucuri 60Sobragi Paraibuna 60Queimado* Preto 53Itutinga Grande 52Picada Peixe 50Camargos Grande 46João Camilo Penna(Ex-Cachoeira do Emboque)Matipó 22Piau Piau 18Antas II Antas 17Gafanhoto Pará 14Brecha Piranga 12Glória Glória 1188 Pequenas Centrais Hidrelétricas Vários 54563 Centrais Geradoras Hidrelétricas Vários 32TOTAL 11.410Fonte: Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL [9]USINA COMBUSTÍVEL MWAureliano Chaves (Ex-Ibirité) Gás Natural 226Igarapé Óleo Ultraviscoso 131Açominas Gás de Alto Forno 103Cenibra Licor Negro 89Juiz de Fora Gás Natural 87Usiminas 2 Gás de Alto Forno 63Volta Grande Bagaço de Cana de Açúcar 55Ipatinga Gás de Alto Forno 40LDC BioenergiaLagoa da PrataBagaço de Cana de Açúcar 40Delta Bagaço de Cana de Açúcar 32Campo Florido Bagaço de Cana de Açúcar 30Coruripe Energética– Filial Campo FloridoBagaço de Cana de Açúcar 30Fosfértil (Expansão doComplexo Industrial Uberaba)Gás de Processo 24Coruripe Iturama Bagaço de Cana de Açúcar 24Carneirinho Bagaço de Cana de Açúcar 24Bunge Araxá Enxofre 23Contagem Gás Natural 19Usiminas Gás de Alto Forno 19Triálcool Bagaço de Cana de Açúcar 15Barreiro Gás de Alto Forno 13Santo Ângelo Bagaço de Cana de Açúcar 1253 outras usinas commenos de 10 MWVários 92Fonte: ANEEL [9] TOTAL 1.191*As usinas em divisas com um outro estado foram consideradas com metade da potência.As usinas em divisas com dois outros estados foram consideradas com um terço da potência.**UHE Baguari 140 MW, em fase de motorização, com 70 MW já em operação comercial (desp. ANNEL 3375 e 4404 / 2009).14

Mapa 1.2l e g e n d aSISTEMA ELÉTRICOGeração, Transmissão e SubestaçõesBASE CARTOGRÁFICA: DER-MG, IEF E IBGE [26] .15

Mapa 1.3l e g e n d aINFRAESTRUTURADE TRANSPORTEFONTES: Base cartográfica digital do DER-MG; base cartográfica digital do IEF;IBGE – Carta Internacional ao Milionésimo [26] .16

1.4ClimatologiaO clima em Minas Gerais varia desde o quente semiárido,de alguns locais na região norte do Estado e dosvales dos rios São Francisco e Jequitinhonha [16] , até omesotérmico úmido, da região sul, na região da serra daMantiqueira, passando por diversas categorias climáticasintermediárias ao redor do território estadual.Chuvas:De uma maneira geral, a distribuição das chuvas no Estadode Minas Gerais é desigual, com o norte apresentando característicastípicas do clima semiárido do sertão nordestino, comlongos períodos de estiagem [17] . Nas áreas de maior altitude dosul do Estado, o regime pluviométrico é mais intenso, com totaisanuais de precipitação superiores aos 1200 mm.Temperaturas:A sazonalizade também exerce influência nas temperaturasem Minas Gerais, onde predominantemente asmaiores médias trimestrais ocorrem no verão, com exceçãoda região de Januária, no vale do rio São Francisco,onde as maiores médias trimestrais ocorrem na primavera.Nas áreas mais elevadas, as temperaturas médias anuaissituam-se entre 17ºC e 20ºC. Já nas áreas mais baixas elocalizadas mais ao norte do Estado, as médias anuais variamentre 20ºC e 23ºC.Os Mapas 1.4 e 1.5 apresentam a distribuição das precipitaçõesanuais e sazonais pelo Estado, com base emmedições pluviométricas realizadas pela Cemig (2005 a2008). Os Mapas 1.6 e 1.7 apresentam as temperaturasmédias anuais e sazonais em Minas Gerais, com base emmedições da Cemig (1999-2002/2005-2008) e tambémconsiderando a influência do relevo conforme as equaçõesda Atmosfera Padrão Internacional ISA [18] .As medições meteorológicas da Cemig fazem partedo Sistema de Monitoramento Hidrometeorológico – STH,descrito no item 3.2 deste Atlas. Para a elaboração dosmapas de precipitação e temperaturas, foram selecionadasas estações que apresentaram melhor representatividadeestatística, excluindo-se as séries de dados comregistros incompletos ou defeituosos. Como as mediçõesdo STH são não-homogêneas, isto é, não possuem necessariamenteum período comum, algumas estações apresentaramdiscrepâncias em relação ao conjunto, atribuídasàs variações interanuais dos parâmetros meteorológicos,tendo sido, portanto, excluídas. Desta maneira, utilizou-se35 estações meteorológicas para a elaboração dos mapasde precipitação e 38 estações para o ajuste dos mapas detemperaturas. A localização dos postos de medição selecionadosestá ilustrada nos mapas correspondentes.Mapa 1.4precipitação média (mm)PRECIPITAÇÃO MÉDIA ANUALMapas desenvolvidosa partir de dadosclimatológicos nãohomogêneos coletadosem 35 estaçõesmeteorológicas da Cemigno período de 2005 a 2008.PRECIPITAÇÃO MÉDIA SAZONALMapa 1.5VERÃOdezembro a fevereiroOUTONOmarço a maioINVERNOjunho a agostoPRIMAVERAsetembro a novembro17

VERÃOdezembro a fevereiroOUTONOTEMPERATURAS MÉDIAS SAZONAISINVERNOjunho a agostomarço a maioPRIMAVERAsetembro a novembroMapa 1.618

Mapa 1.7l e g e n d aTEMPERATURASMÉDIAS ANUAISMapas desenvolvidos a partir de dados climatológicos não homogêneoscoletados em 38 estações meteorológicas da Cemig nos períodos de1999 a 2002 e de 2005 a 2008, ajustados para a altitude conforme o modelotopográfico SRTM [27] e equações da Atmosfera Padrão Internacional - ISA [18] .temperatura média (ºC)19

1O Estado de Minas Gerais1.5Unidades deConservaçãoO mapeamento de zonas com restrições legais parao uso do solo é determinante para o planejamento energético.A implantação de usinas eólicas, por abrangeráreas relativamente extensas, é comumente afetada porimpedimentos ambientais, de modo que a familiarizaçãocom a legislação do local para potenciais empreendimentosconstitui um dos primeiros passos a serem efetuadospelo investidor.No Brasil, a demarcação e a regulamentação dos locaiscom relevância ecológica é feita segundo os critérios doSistema Nacional de Unidades de Conservação (SNUC) [19] .O SNUC estabelece categorias de Unidades de Conservação(UC), as quais são, por sua vez, reunidas em grupos.Os grupos de UC’s constituem-se nas Unidades deUso Sustentável (UUS) e as Unidades de Proteção Integral(UPI). As UUS’s e as UPI’s possuem objetivos distintos,com uma diferença básica no que se refere à tolerância àsintervenções antrópicas: nas UUS’s é permitida a exploraçãoparcial do ambiente, ao passo que nas UPI’s concede-seapenas licença para o uso indireto dos recursosnaturais [19] .De acordo com a Fundação Biodiversitas [20] , o Estado deMinas Gerais possui atualmente 4,58 milhões de hectaresde áreas protegidas, distribuídas por 430 UC’s, atualmentecadastradas no IEF. A área total corresponde a 7,8% do territórioestadual, predominando a ocorrência dessas áreasna região a leste das serras do Espinhaço e do Cipó, entreBelo Horizonte e Montes Claros (Mata Atlântica/Cerrado),na região da serra da Mantiqueira, extremo sul (Mata Atlântica),e na região das serras Para-Todos e dos Tropeiros,extremo norte (Cerrado/Caatinga). Muitas UC’s do Estadode Minas Gerais situam-se em locais elevados (serras),coincidindo ocasionalmente com regiões de potencial eólicomédio ou elevado, como é o caso do Parque EstadualSerra Nova, do Parque Nacional Sempre-Vivas e do ParqueNacional Serra da Canastra.O Mapa 1.8 apresenta a localização das principais UC’se Terras Indígenas do Estado. Como base de dados foramutilizados arquivos georreferenciados fornecidos peloO Parque Nacional da Serra do Cipó, anorte de Belo Horizonte, localiza-se numaregião de significativo potencial eólico.Figura 1.6Figura 1.7O Parque Nacional do Caparaó é uma Unidade de Conservação localizada na divisados estados de Minas Gerais e Espírito Santo. Ele abriga o terceiro ponto mais altodo Brasil, o Pico da Bandeira, com altitude de 2.892 m [25] .FOTOS: ZIG KOCH20

IEF, contendo os limites de 360 UC’s no Estado de MinasGerais. Essas fontes foram complementadas com a basede dados do Instituto Brasileiro dos Recursos Naturais Renováveis– Ibama [21] , totalizando 380 unidades mapeadas.Nas Tabelas 1.3 a 1.5 são listadas as UC’s com área superiora 2.000 ha. As áreas listadas foram calculadas a partirdos limites apresentados nos arquivos digitais (excetoquando indicado).Como se verá no Capítulo 5 deste Atlas, o levantamentodo potencial eólico do Estado desconsiderou todasas UPI’s apresentadas no Mapa 1.6, tendo em vistaa impossibilidade de implantação de parques eólicosnestas áreas.1.6Terras IndígenasO Estado de Minas Gerais possui 75.941 ha em áreasdeclaradas Terras Indígenas * , atualmente demarcadas emseis unidades territoriais distintas. Dados do Instituto SócioAmbiental [22] nos dizem que, além destas, há ainda outrastrês áreas em processo de regulamentação, conforme oque está listado na Tabela 1.6. Os principais povos que habitamas terras indígenas no Estado de Minas Gerais são:Xakriabá, Tembe, Maxakali, Krenak, Pataxó, Kaxixó, Aranãe Pankararu.* As áreas foram calculadas a partir da base digital georreferenciada fornecidapelo IEF, complementada com a base georreferenciada do IBAMA.Figura 1.8Reserva Particular do PatrimônioNatural Santuário da Serra do Caraça,no município de Catas Altas.ZIG KOCH21

1O Estado de Minas GeraisTabela 1.3UNIDADES DE PROTEÇÃO INTEGRALdo Estado de Minas Gerais com extensão superior a 2.000 haTabela 1.4UNIDADES DE USO SUSTENTÁVELdo Estado de Minas Gerais com extensão superior a 2.000 haNome Jurisdição Área (ha)1 PAQ Grande Sertão Veredas Federal 230.714*2 PAQ Serra da Canastra Federal 197.7873 PAQ Sempre-Vivas Federal 124.1074 PAQ Cavernas do Peruaçu Federal 56.4135 PAQ Caminho dos Gerais Estadual 56.2376 RB Mata Escura Federal 51.0567 PAQ Serra Nova Estadual 49.8918 PAQ Rio Doce Estadual 35.9769 PAQ Grão Mogol Estadual 34.87810 PAQ Caparaó Federal 31.853***11 PAQ Serra do Cipó Federal 31.63212 PAQ Veredas do Peruaçu Estadual 31.22613 PAQ Itatiaia Federal 28.06314 PAQ Verde Grande Estadual 25.55215 PAQ Serra do Papagaio Estadual 25.06516 PAQ Serra do Cabral Estadual 22.49417 PAQ Lagoa do Cajueiro Estadual 20.71618 PAQ Biribiri Estadual 17.37719 PAQ Serra do Brigadeiro Estadual 14.98420 PAQ Serra Negra Estadual 13.98421 PAQ Serra das Araras Estadual 13.54322 PAQ Serra do Intendente Estadual 13.50923 PAQ Sete Salões Estadual 13.40824 PAQ Rio Preto Estadual 12.18425 PAQ Mata Seca Estadual 10.29926 PAQ Lapa Grande Estadual 9.66327 RB Sagarana-Mata Seca Estadual 9.41528 RB Serra Azul Estadual 7.40429 PAQ Pico do Itambé Estadual 6.52030 EE Acauã Estadual 6.45931 RB Jaíba Estadual 6.34932 RB Sagarana-Logradouro Estadual 6.30733 PAQ Itacolomi Estadual 6.14234 RVS Rio Pandeiros Estadual 6.10435 PAQ Alto Cariri Estadual 5.98236 PAQ Serra da Boa Esperança Estadual 5.87437 PAQ Rio Corrente Estadual 5.18138 PAQ Serra do Rola-Moça Estadual 4.02939 RVS Libélulas da Serra São José Municipal 3.71740 PAQ Serra da Candonga Estadual 3.33041 PAQN Ribeirão do Campo Municipal 3.08842 RVS Mata dos Muriquis Estadual 2.69143 PAQ Pau Furado Estadual 2.18644 PAQ Sumidouro Estadual 2.002APAPAAPEEEFLOMNPAQAPAQPAQEPAQECSIGLAS UTILIZADASOutras Áreas de Proteção PAQELÁrea de Proteção Ambiental PAQFÁrea de Proteção Especial PAQNEstação BiológicaPAQREFloresta Nacional/Estadual/MunicipalRBMonumento NaturalRDSParque ArqueológicoParque Nacional/Estadual/MunicipalRPPNParque EcológicoRVSParque Ecológico e Cultural TIParque Ecológico e de LazerParque FlorestalParque NaturalParque Reserva EcológicaReserva BiológicaReserva deDesenvolvimento SustentávelReserva Particular doPatrimônio NaturalRefúgio de Vida SilvestreTerra IndígenaNome Jurisdição Área (ha)45 APA Serra da Mantiqueira Federal 421.48546 APA Pandeiros Estadual 380.18547 APA Cochá e Gibão Estadual 284.61948 APA do Rio Uberaba Estadual 241.08249 APA Fernão Dias Estadual 179.16050 APA SUL RMBH Estadual 163.25151 APA Cavernas do Peruaçu Federal 143.25252 APA Morro da Pedreira Federal 131.73953 APA Bacia do Rio do Machado Estadual 126.52554 APA Surubi Municipal 89.29955 APA Serra do Sabonetal Estadual 86.58956 APA Águas Vertentes Estadual 76.28157 RDS Veredas do Acari Estadual 58.73658 APA Pedra da Gafornia Municipal 53.01759 APA Rio Uberaba Municipal 52.81960 APA Açucena Municipal 48.52461 APA Bom Jardim Municipal 46.25962 APA Peixe Cru Municipal 42.44063 APA Carste de Lagoa Santa Federal 39.13264 APA Fortaleza de Ferros Municipal 38.38765 APA Piranga Municipal 36.82566 APA Barão e Capivara Municipal 35.74367 APA Nascentes do Rio Capivari Municipal 31.61668 APA Bom Jesus do Galho Municipal 30.04669 APA Itacuru Municipal 28.92870 APA Veredinha Municipal 28.72571 APA Serra do Gavião Municipal 28.23772 APA Serra do Cabral Municipal 25.44373 APA Santana do Paraíso Municipal 24.04074 APA Cachoeira Alegre Municipal 23.63675 APA Alto Rio Doce Municipal 23.33476 APA Jequeri Municipal 22.42877 APA Dionísio Municipal 22.27378 APA Água Branca Municipal 22.22779 APA Suaçuí Municipal 22.09680 APA Ervália Municipal 21.77181 APA Serra dos Cocais Municipal 21.27182 APA Hematita Municipal 20.34483 APA Sussuarana Municipal 19.60684 APA Vapabusul Municipal 19.49485 APA Francês Municipal 18.79686 APA Córrego da Mata Municipal 18.19187 APA Carvão de Pedra Municipal 17.88688 APA Serra Talhada Municipal 17.38089 APA Virginópolis Municipal 17.28890 APA Matinha Municipal 16.66791 APA Belo Oriente Municipal 16.48192 APA Itabirinha Municipal 15.90293 APA Antônio Dias Municipal 15.76194 APA Zabelê Municipal 14.63795 APA Cachoeira das Andorinhas Estadual 14.26696 APA Gameleira Municipal 14.03197 APA Jacutinga Municipal 13.97798 APA Tronqueiras Municipal 13.84499 APA Serra do Bicudo Municipal 13.642100 APA Braúna Municipal 13.545101 RPPN Santuário da Serra do Caraça Federal 12.788102 APA Presidente Bernardes Municipal 12.692103 APA Nascentes do Rio Tronqueiras Municipal 12.550104 APA Vista Alegre Municipal 12.403105 APA Vargem das Flores Estadual 12.270106 APA Corredeiras Municipal 12.260107 APA Serra do Intendente Municipal 12.129108 APA Gonzaga Municipal 12.016109 APA Córrego Novo Municipal 11.777110 APA Pitanga Municipal 11.710111 APA Nova Era Municipal 11.703112 APA Felício Municipal 11.684113 APA Gavião Municipal 11.552114 APA Lajedão Estadual 11.243115 APA Divino Municipal 11.164116 APA Canaã Municipal 10.959117 APA Fervedouro Municipal 10.866118 APA Bom Retiro Municipal 10.842119 APA Renascença Municipal 10.739120 APA Ipanema Municipal 10.418121 APA Teixeiras Municipal 10.146122 APA Araponga Municipal 9.694123 APA Esperança Municipal 9.455124 APA Árvore Bonita Municipal 9.400125 APA Município de Rio Pomba Municipal 9.025126 APA Salto do Suaçuí Municipal 8.999127 APA Santa Efigênia de Minas Municipal 8.856128 APA Rio Manso Municipal 8.823129 APA Senhora de Oliveira Municipal 8.780130 APA Serra do Turvo Municipal 8.760131 APA Vale do Rio Macaúbas Municipal 8.736132 APA Boqueirão da Mira Municipal 8.538133 APA Ninho das Garças Municipal 8.461134 APA Pontão Municipal 8.454135 APA São Lourenço Municipal 8.314136 APA Jaboti Municipal 8.300137 APA Serrana Municipal 8.259138 APA Serra Bom Sucesso Municipal 7.830139 APA Gualaxo do Sul Municipal 7.726140 APA Jaguaraçu Municipal 7.564141 APA Perobas Municipal 7.475142 APA Senador Firmino Municipal 7.315143 APA Rio Manso Municipal 7.277144 APA Silverânia Municipal 7.153145 APA Lagoa Silvana Municipal 7.122146 APA Rio Picão Municipal 7.005147 APA Coqueiral Municipal 6.968148 APA Serra das Pedras Municipal 6.920149 APA Ipê Amarelo Municipal 6.762150 APA Capivara Municipal 6.753151 APA Nascentes do Ribeirão Sacramento Municipal 6.686152 APA Igarapé Municipal 6.556153 APA Sardoá Municipal 6.457154 APA Brecha Municipal 6.437155 APA Água Santa de Minas Municipal 6.421156 APA Serra da Providência Municipal 6.350157 APA Chapada do Pequizeiro Municipal 6.251158 APA Jacroá Municipal 6.121159 APA Pedra Branca Municipal 5.903160 APA Miraí Municipal 5.876161 APA Martins Soares Municipal 5.858162 APA Córrego das Flores Municipal 5.709163 APA Caparaó Municipal 5.301164 APA Caiana Municipal 4.968165 APA Boa Esperança Municipal 4.957166 APA Rio Mombaça Municipal 4.931167 APA Alto Jequitibá Municipal 4.906168 APA Pico do Itajuru Municipal 4.750169 APA Bom Jesus Municipal 4.690170 APA Serra São José Estadual 4.648171 APA Serra do Timóteo Municipal 4.536172 APA Oratórios Municipal 4.406173 FLO Uaimií Estadual 4.291174 APA Barra Longa Municipal 4.252175 APA Alto da Conceição Municipal 4.220176 APA Serra dos Núcleos Municipal 4.092177 APA Pingo D’Água Municipal 4.018178 APA São Tomé Municipal 3.963179 APA Macuco Municipal 3.924180 APA Divinolândia Municipal 3.769181 APA Serra das Aranhas Municipal 3.630182 APA Alto Xopotó Municipal 3.546183 APA Serra do Pito Acesso Municipal 3.259184 APA Rio Preto Municipal 3.247185 APA Belém Municipal 3.107186 APA Manhumirim Municipal 2.887187 APA Felíssimo Municipal 2.835188 APA Alto Taboão Municipal 2.485189 APA Montanha Santa Municipal 2.480190 APA Urucum Municipal 2.112Tabela 1.5UNIDADES NÃO CATEGORIZADAS NO SNUCdo Estado de Minas Gerais com extensão superior a 2.000 haNome Jurisdição Área (ha)191 APE Rio Manso Estadual 67.749192 APE Ribeirão Santa Isabel eCórrego do EspanhaEstadual 59.120193 APE Rio Todos os Santos Estadual 43.416194 APE Córrego Soberbo e Retiro Estadual 24.158195 APE Córrego Confusão Estadual 17.241196 APE Córrego Feio e Fundo e Areia Estadual 13.948197 APE Ribeirão do Urubu Estadual 12.903198 APE UHE Florestal Municipal 5.661199 APE Ribeirão Laje Municipal 5.485200 APE UHE de Peti Estadual 4.861201 APE Áreas Adjacentes aoParque Estadual do Rio DoceEstadual 3.877202 APE Córrego dos Fechos Estadual 3.480Tabela 1.6TERRAS INDÍGENASNome Povo Área (ha) Situação203 TI Xakriabá Xakriabá 46.403 Homologada204TI XakriabáRanchariaXakriabá 10.122 Homologada205TI Luisado ValeTembe 6.791DominialIndígena206 TI Maxakali Maxakali 5.307 Homologada207 TI Krenak Krenak 3.970 Homologada208TI FazendaGuaraniKrenak/Pataxó3.347 HomologadaTI Aranã Aranã ---- Em IdentificaçãoTI Kaxixó Kaxixó ---- Em IdentificaçãoTI Pankararude AraçuaíPankararu ----DominialIndígena*109.020 ha em Minas Gerais e 121.694 ha na Bahia**.**AS ÁREAS FORAM calculadas A PARTIR DAS bases georreferenciadas do IEF(Unidades de Conservação) e do IBGE [23] (limites entre os Estados).***13.653 ha em Minas Gerais e 18.200 ha no Espírito Santo [24] .15.761 ha em Minas Gerais e 12.302 ha no Rio de Janeiro**.287.003 ha em Minas Gerais e 134.482 ha em São Paulo e Rio de Janeiro**.As áreas foram calculadas a partir da base digital georreferenciadafornecida pelo IEF, complementada com a base georreferenciada doIBAMA, exceto quando indicado.22

Mapa 1.8l e g e n d aUnidades de Conservação eTerras IndígenasBASE CARTOGRÁFICA: IEF, complementada com as basescartográficas digitais do Ibama [21] e do IBGE [26] .23

2.1 A Atmosfera em Movimento2.2 Histórico2.3 Tecnologia2.4 Desenvolvimento de Tecnologia em Minas Gerais2.5 Empreendimentos Eólicos2EnergiaEólica e TecnologiacemigUsina Eólica de Praias do Parajuru, CECemig/IMPSA (inaugurada em 2009)

2Energia Eólica e Tecnologia2.1A Atmosferaem MovimentoFigura 2.1Circulação atmosférica.TEMPERATURA MÉDIA ANUAL (ºC)Em sua aparente imprevisibilidade, o vento resulta dacontínua circulação das camadas de ar da atmosfera, soba ação predominante da energia radiante do Sol e da rotaçãoda Terra (Figura 2.1).Dentre os mecanismos atuantes na formação dos ventos,destacam-se os aquecimentos desiguais da superfícieterrestre, que ocorrem tanto em escala global (diferenteslatitudes, estações do ano e ciclo dia-noite), quanto local(mar-terra, montanha-vale). Desse fato resulta que asvelocidades e direções do vento apresentam tendênciassazonais e diurnas bem definidas, dentro de seu caráterestocástico.O vento pode variar bastante no intervalo de horas oudias, porém, em termos estatísticos, tenderá a um regimediurno predominante, regido por influências locais (microescala)e regionais (mesoescala). No intervalo de mesesou anos, os regimes de vento passam a apresentar notávelregularidade, tendo um regime sazonal bem definido. Aolongo de décadas, em geral, as velocidades médias anuaisapresentam variações inferiores a 10% da média de longoprazo [28] . Os regimes anuais e sazonais são predominantementecontrolados pelas grandes escalas atmosféricas: aescala sinótica e a circulação geral planetária [29] .(Watts)onde: é densidade do ar (1,225 kg/m 3 no nível do mare a 15ºC); A ré a área varrida pelo rotor (πD 2 /4, sendo Do diâmetro do rotor); C Pé o coeficiente aerodinâmico depotência do rotor (valor máximo teórico = 0,593; na práticaatinge valores máximos entre 0,45 e 0,50, e é variável como vento, a rotação e os parâmetros de controle da turbina);é a eficiência do conjunto gerador-transmissões mecânicase elétricas (aproximadamente 0,93 a 0,98).Em alturas de até 100 m, de interesse ao aproveitamentoenergético, o vento é afetado de forma acentuada pelascondições de relevo e de rugosidade aerodinâmica do terreno,presença de obstáculos e estabilidade térmica vertical.No exemplo do Gráfico 2.1, são ilustradas as velocidadesna camada-limite atmosférica em dois locais planos econtíguos, com cobertura de restinga e areia, respectivamente.Nota-se a grande dependência do perfil vertical develocidade do vento com a altura, a rugosidade do terrenoe a estabilidade térmica vertical da atmosfera (se estável,neutra ou instavelmente estratificada).Uma turbina eólica capta uma parte da energia cinéticado vento, que passa através da área varrida pelo rotor e atransforma em energia elétrica. A potência elétrica é funçãodo cubo da velocidade do vento v:Gráfico 2.1Vento x Altura: efeitos da rugosidade eestabilidade térmica vertical da atmosfera.25

2Energia Eólica e Tecnologia2.2Ao absorver a energia cinética, o rotor reduz a velocidadedo vento imediatamente a jusante do disco; gradualmenteessa velocidade se recupera, ao se misturar comas massas de ar do escoamento livre. Das forças de sustentaçãoaerodinâmica nas pás do rotor resulta uma esteirahelicoidal de vórtices, a qual também gradualmente sedissipa (Figura 2.2). Após alguma distância a jusante, oescoamento praticamente recupera a velocidade originale turbinas adicionais podem ser instaladas, sem perdasenergéticas significativas. Na prática, essa distância variacom a velocidade do vento, as condições de operação daturbina, a rugosidade e a complexidade do terreno e a estabilidadetérmica da atmosfera.HistóricoO primeiro aproveitamento da força dos ventos pelo homemtem data bastante imprecisa mas, certamente, foi hámilhares de anos, no oriente. Provavelmente, eram máquinasque utilizavam a força aerodinâmica de arrasto, sobreplacas ou velas, para produzir trabalho.A partir da Idade Média, o homem passou a utilizaras forças aerodinâmicas de sustentação, permitindoas grandes navegações e também maior eficiência àsmáquinas eólicas. Possivelmente, máquinas eólicas movidaspor forças de sustentação foram introduzidas naEuropa pelas Cruzadas, por volta do século XI [30] . O certoé que no século XIV, na Holanda, estas máquinas jáapresentavam grande evolução técnica e de capacidadeem potência e ampla aplicação como fonte de energia,principalmente na moagem de grãos, serrarias, e bombeamentod’água. Na descoberta do Brasil, em 1500,havia muitos milhares de moinhos de vento em toda aEuropa, da Península Ibérica até os países nórdicos. Duranteos séculos seguintes, as máquinas eólicas expandiramgrandemente a sua aplicação na Europa: fabricaçãode papel para atender à demanda após a invençãoda imprensa, produção de óleos vegetais e até grandesprojetos de drenagem [30] .Avalia-se que a base escravocrata da colonização sulamericana,neste período, tenha sido fator preponderante deinibição da migração desta tecnologia (Figura 2.3). Com aexpansão do uso da máquina a vapor, no século XIX, os moinhosde vento europeus entraram gradualmente em desuso.Um segundo surgimento de aplicação em larga escalade máquinas eólicas deu-se nos Estados Unidos, no séculoXIX. Após a abolição da escravatura naquele país, em1863, iniciou-se a disseminação da utilização do cataventomultipás para bombeamento d’água, como o mostrado naFigura 2.4. Cataventos multipás chegaram a ser produzidosindustrialmente em escalas de centenas de milharesde unidades/ano, por diversos fabricantes, o que possibilitoupreços acessíveis à grande parte da população. Aomesmo tempo em que constituiu um importante setor daeconomia, muitos historiadores atribuem importante parcelado sucesso e da rapidez da expansão colonizadorado Oeste norte-americano a disponibilidade de cataventosFigura 2.2Esteira aerodinâmica e afastamentoentre turbinas em uma usina eólica.Figura 2.3Europa x Américas em 1500-1800arquivo»Modelo demoinho de ventoamplamenteutilizado naHolandaa partir dosséculos XIV - XV.Camargo-SchubertPequena Moenda PortátilLitografia de Jean-Baptiste Debret (1768-1848).26

multipás de baixo custo - facilitando o acesso à água e afixação de apoios em grandes áreas áridas ou semi-áridas.Um notável exemplo da escala de utilização destescataventos é apresentado na Tabela 2.1, transcrita do U.S.Statistical Abstract de 1919 [31] , reportando a evolução nageração de empregos e faturamento da indústria de cataventosmultipás nos EUA ao longo de 40 anos.O uso do catavento multipás norte-americano expandiusepelos diversos continentes, inclusive no Brasil, onde nadécada de 1980 podiam-se encontrar quase uma dezenade fabricantes, em todo o país. Estima-se que mais de 6milhões de cataventos multipás já foram produzidos nomundo [30] .Também nos Estados Unidos, a partir da década de1930, iniciou-se uma ampla utilização de pequenos aerogeradorespara carregamento de baterias, trazendo aomeio rural norteamericano o acesso à energia elétrica.Entre 1930 e 1960, dezenas de milhares destes aerogeradoresforam produzidos e instalados nos Estados Unidos,bem como exportados para diversos países. A produçãodessas máquinas foi desativada gradualmente nas décadasde 1950-1960, à medida que as redes elétricas passarama dominar o atendimento rural.A geração de eletricidade em grande escala, alimentandode forma suplementar o sistema elétrico através do usode turbinas eólicas de grande porte, é tecnologia que jáexiste há diversas décadas. Os primeiros aproveitamentoseolioelétricos foram realizados durante as décadas de1940-1950 nos Estados Unidos (Smith-Putnam) e Dinamarca(Gedser). Pode-se dizer que o precursor das atuaisturbinas eólicas surgiu na Alemanha (Hütter, 1955), já compás fabricadas com materiais compostos e com controlede passo e torre tubular esbelta.Na década de 1970 até meados da década de 1980, apósa primeira grande crise de preços do petróleo, diversos países– incluindo o Brasil – dispenderam esforços na pesquisada energia eólica para a geração elétrica. É desta época a turbinaDEBRA 100 kW (Deutsche-Brasileira), desenvolvida emconjunto pelos Institutos de Pesquisa Aeroespacial do Brasil(CTA) e da Alemanha (DFVLR), ilustrada na Figura 2.5.Entretanto, foi a partir de experiências de estímulo aomercado, realizadas na Califórnia (década de 1980), Dinamarcae Alemanha (década de 1990), que o aproveitamentoeolioelétrico atingiu escala de contribuição maissignificativa em termos de geração e economicidade. Odesenvolvimento tecnológico passou a ser conduzido pelasnascentes indústrias do setor, em regime de competição,alimentadas por mecanismos institucionais de incentivo,especialmente via remuneração por energia produzida.Características também marcantes deste processo foram:(a) devido à modularidade, o investimento em geração elétricapassou a ser acessível a uma nova e ampla gamade investidores; (b) devido à produção em escalas industriaiscrescentes, ao aumento da capacidade unitária dasturbinas e às novas técnicas construtivas, houve reduçõesgraduais e significativas no custo por quilowatt instaladoe, consequentemente, no custo de geração. O principalproblema ambiental inicial – impacto de pássaros nas pás– praticamente desapareceu com as turbinas de grandeporte, com menores velocidades angulares dos rotores.Por ser uma fonte de geração praticamente inofensivaao meio ambiente, os estudos de impacto ambiental sãobem mais simples – e rápidos – que os requeridos porfontes tradicionais de geração elétrica. Este fato, aliadoàs escalas industriais de produção e montagem de turbinas,com custos progressivamente decrescentes, fizeramda energia do vento a fonte energética com maiores taxasde crescimento em capacidade geradora, apresentandouma taxa composta média de crescimento anual de 28%durante os últimos 15 anos [32] . O Gráfico 2.2 apresenta aevolução cumulativa da capacidade eolioelétrica instaladano mundo, ao longo das última décadas.Tabela 2.1Indústria de cataventos nos EUA,U.S. Statistical Abstract - 1919. [31]ANO EMPREGADOS FATURAMENTO (US$)1879 596 1.011.0001889 1110 2.475.0001899 2045 4.354.0001909 2337 6.677.0001919 1932 9.933.000Figura 2.4Catavento multipás parabombeamento de água.Este tipo de catavento foilargamente utilizado nosEstados Unidos no séculoXIX, tendo sido inclusivedifundido para o Brasil.Figura 2.5Aerogerador DEBRA 100 kW.Camargo-Schubertarquivo27

2Energia Eólica e TecnologiaGráfico 2.2evolução mundial da capacidade eólica instaladatotal instalado até o final de 2008: 115.254 MWCAPACIDADE EÓLICA INSTALADA (gw)28

2.3TecnologiaO acentuado crescimento do mercado mundial de geraçãoeólica de energia elétrica deve-se em grande parteao ciclo de sua efetivação, que envolve escala industrial emtodas as principais etapas, conforme apresentado na Figura2.6. Os geradores eólicos encontram-se em franco desenvolvimentotecnológico, tendo como principal tendência oaumento progressivo nas dimensões e capacidades dasturbinas. Na Figura 2.8 são ilustradas as dimensões de turbinasdisponíveis atualmente no mercado mundial, comparando-as,para melhor visualização, com as de um Boeing747 — Jumbo. Observa-se que as relações entre potência,diâmetro e altura do rotor podem variar consideravelmente.É ainda importante mencionar que as turbinas eólicas comcapacidade de até 3.000 kW já podem ser consideradascomo tecnologicamente consolidadas, pela quantidade demáquinas já em operação no mundo. As maiores turbinasilustradas na figura, em sua maioria, estão disponíveis nomercado e com diversas unidades instaladas; no entanto,ainda podem ser consideradas como em etapa de consolidaçãotecnológica.Um aerogerador moderno de grande porte é constituído,basicamente, por um rotor de três pás esbeltas conectadopor um eixo a um sistema de geração alojado em umaFigura 2.6PRODUÇÃO INDUSTRIAL:INSTALAÇÃO E OPERAÇÃOA rapidez e a alta taxa de expansãoda geração eolioelétrica se devemao seu aspecto de energia limpae à escala industrial envolvida nociclo de efetivação das usinas.zig kochcamargo-schubertzig kochzig koch29

2Energia Eólica e TecnologiaFigura 2.7Turbina eólica demédio porte (600 kW);na foto, ficamcaracterizadas asdimensões dosaerogeradores porcomparação com osoutros elementos daimagem.zig kochnacele. A localização e características dos principais componentese sistemas encontrados na nacele, ilustrados naFigura 2.10, podem variar significativamente entre os diversosmodelos de turbinas atualmente em fabricação. Anacele conecta-se à torre de sustentação por um sistemade controle de azimute (yaw); geralmente em formato tubular,a torre, por sua vez, apoia-se em fundações projetadasespecificamente para os sítios a que se destinam.Os rotores das turbinas eólicas são fabricados de materiaiscompostos, com tecnologia e requisitos de peso,rigidez e aerodinâmica típicos de estruturas aeronáuticas.A velocidade angular do rotor é inversamente proporcionalao diâmetro D. A rotação é otimizada no projeto, para minimizara emissão de ruído aerodinâmico pelas pás. Umafórmula aproximada para avaliação da rotação nominal deoperação de uma turbina eólica é dada por [33] :À medida que a tecnologia propicia dimensões maiorespara as turbinas, a rotação se reduz: os diâmetros dosrotores no mercado atual variam entre 40 e 126 m, resultandoem rotações da ordem de 30 rpm e 15 rpm, respectivamente.As baixas rotações tornam as pás visíveise evitáveis por pássaros em voo, além de adequar as máquinasaos requisitos de ruído, mesmo quando instaladasa distâncias da ordem de 300 metros de áreas residenciais.Estes aspectos contribuem para que a tecnologiaeolioelétrica apresente o mínimo impacto ambiental entreas fontes de geração aptas à escala de gigawatts.O progressivo aumento nos diâmetros das turbinas trazaumentos generalizados no peso das máquinas. O pesode todo o conjunto que fica no topo da torre (rotor e nacele— mancais, gerador, sistemas) pode ser estimado de formaaproximada pela fórmula [33] :Por essa aproximação, o peso do conjunto no topo da torreé da ordem de 30 t para máquinas de 40 m de diâmetro, eserá da ordem de 170 t para turbinas de 100 m de diâmetro.Dessas ordens de grandeza e da análise da expansãodo mercado eólico, pode-se concluir que a geração eolioelétricaconstitui um segmento importante no consumo deaço e resinas para materiais compostos, com geração deempregos em todo o ciclo produtivo. O Brasil já participadesse mercado industrial, com as exportações de pás daWOBBEN Windpower (Sorocaba, SP e Pecém, CE), da TEC-SIS Sistemas Avançados (Sorocaba, SP), e também com aprodução de aerogeradores da IMPSA Wind (Suape, PE).(D em metros)(toneladas)zig kochFigura 2.8 Dimensões típicas das turbinas eólicas disponíveis no mercado atual, comparadas às da aeronave Boeing 747.Figura 2.9 Transporte rodoviário de pás de rotor eólico de diâmetro superior a 100 m.30

2.4Figura 2.10ao lado:detalhes do interior da nacele.abaixo: esquema com osprincipais elementos que podemser encontrados na nacele.anemômetropainel decontroleeixode altarotaçãomultiplicadorarquiVOdesenvolvimentode tecnologia emMinas GeraisAs primeiras medições do regime de ventos de MinasGerais, pela Cemig, datam da década de 1960. Em 1981, aCemig iniciou a execução do projeto “Estudos sobre Aproveitamentode Energias Solar e Eólica em Minas Gerais”, financiadopela Financiadora de Estudos e Projetos – Finep– e pelo Banco de Desenvolvimento do Estado de MinasGerais – BDMG. O projeto envolvia três fases, sendo asduas primeiras referentes ao levantamento de potenciaiseólico (ver descrição no capítulo 3) e solar no Estado e aterceira, referente a estudos de desempenho de sistemasde alimentação para estações remotas, utilizando essasfontes de energia [43] .windvanepácuboDessa forma, foi concluída, em 1984, a instalação detrês estações piloto de radiocomunicações do Sistema deSupervisão e Controle da Cemig, alimentadas por energiaeólica (Morro do Camelinho), solar fotovoltaica (Porto Indaiá)e híbrida solar-eólica (Pompéu).Em 1992, iniciou-se o projeto de construção da UsinaEolioelétrica Experimental (UEEE) do Morro do Camelinho.O Morro do Camelinho, onde funcionava uma das estaçõespiloto, era, na época, dentre os locais com dadosanemométricos pesquisados pela Empresa, aquele quepossuía as características mais adequadas para a implementaçãodo parque eólico, tais como melhor regime deventos, presença de uma rede de transmissão e de umainfraestrutura civil já desenvolvida. A Usina foi inauguradaem 1994, com potência instalada de 1000 kW (4 máquinasde 250 kW), tornando a Cemig a primeira concessionáriano Brasil a implantar uma usina eolioelétrica interligada aosistema elétrico nacional.sistema deresfriamentogeradormecanismo de controlede azimute (yaw)mecanismode controle depassoA finalidade principal do projeto era a pesquisa, nãose tratando de uma usina comercial. A UEEE do Morrodo Camelinho ainda está em operação e é composta porquatro aerogeradores TW250, fabricados pela empresaalemã Tacke Windtechnick. Cada um deles possui capacidadenominal de geração de 250 kW, rotor de eixohorizontal, 3 pás com 26 metros de diâmetro rotórico esistema de controle de potência por estol aerodinâmico.Os conjuntos estão montados sobre torres tubularescônicas de aço de 30 metros de altura. Os geradoreselétricos são trifásicos, do tipo assíncrono de pólos chaveados(8/6 pólos), duplo estágio (80/250 kW) e operamem rotações de 900 e 1200 rpm respectivamente.transformadortorre1

2Energia Eólica e TecnologiaA Cemig mantém programas de pesquisa de fontes alternativasaté os dias de hoje. Destaca-se atualmente o projetodenominado ”Usina Termelétrica Solar Experimental de10 kW Utilizando Concentradores Cilíndrico-Parabólicos”,que foi iniciado em julho de 2001 e que resultou em umausina que está montada e presentemente em fase de testesno campus do Centro Federal de Educação Tecnológicade Minas Gerais - Cefet-MG, em Belo Horizonte. Este experimentotem como objetivo projetar, construir e operar umamini-usina termelétrica desta modalidade para determinarseu desempenho dentro de um sistema elétrico interligadoou operando stand-alone em comunidades isoladas, alémde absorver a tecnologia desse tipo de geração elétricapara eventual utilização no parque gerador da Cemig. Odesenvolvimento desta usina auxiliará a definir o grau e ascondições de viabilidade dessa tecnologia como fonte degeração distribuída e a testar essa nova concepção de usina,que utiliza materiais e processos alternativos.fotos: cemigFigura 2.11Usina EolioelétricaExperimental do Morrodo Camelinho.Figura 2.12“Usina TermelétricaSolar Experimentalda Cemig de 10 kWUtilizandoConcentradoresCilíndrico-Parabólicos.”32

MODELOS DIGITAIS: RELEVO E RUGOSIDADEMODELOS DE INTERFERÊNCIA AERODINÂMICAFigura 2.13DADOS ANEMOMÉTRICOSMODELOS NUMÉRICOSDE CAMADA-LIMITEMODELOS NUMÉRICOSDE CAMADA-LIMITE2.5EmpreendimentosEólicosOTIMIZAÇÃO ENERGÉTICAMICROSITINGESTIMATIVA DE GERAÇÃOANÁLISE DE VIABILIDADEProCEsso dE otiMiZAção E MICROSITING dE UsiNAs EóliCAsUma usina eolioelétrica (UEE) é um conjunto de turbinaseólicas dispostas adequadamente em uma mesma área.Essa proximidade geográfica tem a vantagem econômicada diluição de custos: arrendamento de área, fundações,aluguel de guindastes e custos de montagem, linhas detransmissão, equipes de operação e manutenção e estoquesde reposição. Usinas eólicas com turbinas de projetoconsolidado e equipes de manutenção adequadamentecapacitadas apresentam fatores de disponibilidade próximosde 98%.Usualmente, a geração elétrica inicia-se com velocidadesde vento da ordem de 2,5 a 3,0 m/s; abaixo destes valoreso conteúdo energético do vento não justifica aproveitamento.Velocidades superiores a aproximadamente 12,0a 15,0 m/s ativam o sistema automático de limitação depotência da máquina, que pode ser por controle de ângulode passo das pás ou por estol aerodinâmico, dependendodo modelo de turbina. Em ventos muito fortes, superioresa 25 m/s, por exemplo, atua o sistema automático de proteção.Ventos muito fortes têm ocorrência rara e negligenciávelem termos de aproveitamento, e a turbulência associadaé indesejável para a estrutura da máquina; nessecaso, a rotação das pás é reduzida – por passo ou estol– e a unidade geradora é desconectada da rede elétrica.Turbinas eólicas de grande porte têm controle inteiramenteautomático, através de atuadores rápidos, softwares emicroprocessadores alimentados por sensores duplos emtodos os parâmetros relevantes. É comum o uso da telemetriade dados para monitoramento de operação e auxílioa diagnósticos e manutenção.O aproveitamento da energia eólica requer extensõesde áreas adequadas, com velocidades médias anuais devento que viabilizem a instalação de usinas. Em funçãodisso, a avaliação da viabilidade técnica e econômica deempreendimentos eólicos requer uma predição confiávelda energia gerada na usina. Para tanto, a determinação dorecurso eólico requer uma rede anemométrica qualificada(equipamentos de alta confiabilidade e durabilidade dispostosadequadamente em torres de medições altas, de50 a 100 m, com anemômetros previamente calibrados emtúnel de vento e um sistema eficiente de coleta de dados everificação de falhas) [34],[35] , operando por um período mínimode um ano. Para a extrapolação dos dados para todaa extensão da área, são necessários modelos numéricosespecíficos, representativos da topografia e da rugosidade.Complementarmente, deve-se realizar, sempre quepossível, estudos de representatividade climatológica dosdados medidos, através de estudos de correlação e deajustes a partir de dados de medições de longo prazo próximasao local, avaliando-se as variações interanuais dovento e o seu impacto na geração energética ao longo detoda a vida útil da usina (tipicamente 20 anos). É recomendávelque as medições anemométricas sejam mantidaspor todo o período de operação da usina, possibilitandoum acompanhamento contínuo do desempenho das turbinase melhorando as estimativas de longo prazo.Usualmente, o cálculo da produção energética e a localizaçãodas turbinas (micrositing) dentro de uma usinaeólica levam em consideração a curva de potência dasmáquinas certificada por órgãos homologadores independentes(DEWI, WINDTEST KWK GmbH, Risoe ou outros), ainfluência da altitude e da temperatura na densidade localdo ar, o fator de disponibilidade esperado e a avaliaçãodas perdas energéticas por interferência aerodinâmica entrerotores [36],[37] . Durante esta fase de projeto são tambémnecessários estudos da adequabilidade dos modelos dosaerogeradores às condições climáticas (turbulência e rajadas)específicas dos sítios, de modo a otimizar a produçãoenergética e garantir a segurança estrutural dos equipamentos.O cálculo do campo de velocidades em toda a área dausina é realizado por modelos numéricos de simulação de camada-limite[38] a [42] que extrapolam os dados anemométricosefetivamente medidos, utilizando-se modelos detalhados derelevo e de rugosidade e avaliando-se ainda a influência daestabilidade térmica vertical da atmosfera. O processo deotimização envolve o compromisso entre a maximização daenergia gerada, o aproveitamento dos fatores condicionantesdo terreno e da infraestrutura e o atendimento aos critériosde segurança.A Figura 2.13 ilustra o processo de otimização e micrositingde usinas eólicas.

3.1 O Processo de Mapeamento3.2 Medições Anemométricas3.3 Modelos de Terreno3 MetodologiaCemigRegião A leste da Serra do Espinhaço, no município de Santo Antônio do Retiro

3Metodologia3.1O Processo deMapeamentoO mapeamento do potencial eólico do Estado de Minas Geraisfoi realizado a partir de um modelo numérico de simulaçãoda camada-limite atmosférica, calculado sobre modelos digitaisde terreno na resolução horizontal de 200 m x 200 m e complementadopor dados de estações de medições anemométricas.O modelo numérico aplicado foi o MesoMap [44] ,neste caso constituído por modelamento de mesoescala(Mesoscale Atmospheric Simulation System – MASS) [44] naresolução horizontal de 3,6 km x 3,6 km e posterior interpolaçãopara a resolução final por modelamento tridimensionalde camada-limite (WindMap) [42] .O Sistema MesoMapO MesoMap é um conjunto integrado de modelos desimulação atmosférica, bases de dados meteorológicos egeográficos, redes de computadores e sistemas de armazenamento.O sistema foi desenvolvido nos Estados Unidospela TrueWind Solutions com suporte da New York StateEnergy Research and Development Authority – NYSERDA edo US Department of Energy – DoE. Além do projeto inicialde mapeamento eólico do estado de Nova York, o Meso-Map tem sido utilizado em projetos similares nas Américasdo Norte e Central, Europa e Ásia e foi utilizado para o Atlasdo Potencial Eólico Brasileiro [45] .O MesoMap tem sido continuamente aferido por mediçõesanemométricas em variados regimes de vento e oferecenotáveis vantagens sobre métodos tradicionais (e.g.,WAsP). Primeiro, porque obtém representatividade paragrandes áreas continentais sem a necessidade de dadosanemométricos de superfície efetivamente medidos– fator importante para regiões onde medições consistentese confiáveis são raras; segundo, por modelar importantesfenômenos meteorológicos não consideradosem modelos mais simplificados de escoamento de ventos(e.g., WAsP – Jackson-Hunt [38] ou WindMap – NOABL [39],[42] ).Esses fenômenos incluem, entre outros, ondas orográficas,ventos convectivos, brisas lacustres e ventos térmicosdescendentes de montanhas. Finalmente, porqueo MesoMap simula diretamente os regimes de vento delongo prazo, eliminando a incerteza intrínseca de ajustesclimatológicos baseados em correlações de registros devento de curto e longo prazo obtidos por medições emsuperfície.O núcleo do sistema MesoMap é o MASS [44] , que é ummodelo numérico de mesoescala similar aos modelos deprevisão do tempo ETA e MM5 e que incorpora os princípiosfísicos fundamentais da dinâmica atmosférica, que incluem:• princípios de conservação de massa,momentum e energia;• fluxos de calor e mudanças de fase dovapor d’água;• módulo de energia cinética turbulenta, quesimula os efeitos viscosos e de estabilidadetérmica sobre o gradiente vertical de vento.Como é um modelo atmosférico dinâmico, o MASS exigegrandes demandas computacionais, utilizando supercomputadoresou redes de estações de trabalho com múltiplosprocessadores em paralelo. Adicionalmente, o MASS tambémestá acoplado a dois módulos de cálculo: o ForeWind,que é um modelo dinâmico de camada-limite viscosa, e oWindMap [42] , que é um modelo de simulação tridimensionalde escoamento não-divergente (conservação de massa)com interface para dados geográficos de geoprocessamento(SIG) de alta resolução. Para áreas e casos específicos,um destes dois módulos é escolhido para aumentara resolução espacial das simulações do MASS.Um amplo conjunto de dados geográficos e meteorológicosé utilizado como entrada para o MASS. Os principaisdados geográficos de entrada são a topografia, o uso do solo(modelo de rugosidade) e o Índice de Vegetação por DiferençaNormalizada – IVDN. Os principais dados meteorológicos deentrada são os provenientes de reanálises, radiossondagense temperatura sobre a terra e oceanos, além de mediçõesindiretas de vento sobre o oceano realizadas por satélites daNational Aeronautics and Space Administration - NOAA/NationalOceanic and Atmospheric Administration - Nasa por meiodo sistema Special Sensor Microwave Imager - SSMI.Utiliza-se o termo reanálises para certos bancos de dadosde malha geográfica global. No modelamento desteestudo foi utilizado o banco de dados de reanálises NCAR/NCEP Global Reanalysis Project. Estes dados contêm sequênciasde parâmetros meteorológicos dos principais níveisde toda a atmosfera terrestre em intervalos de seis horase em resolução de aproximadamente 210 km (1,875º).Em conjunto com dados existentes de radiossondagense temperaturas da superfície terrestre, os dados da basede reanálises NCAR/NCEP estabelecem as condições decontorno iniciais bem como condições de contorno lateraisatualizadas para a progressão das simulações do MASS.A partir dessas condições, o modelo determina a evoluçãodas condições meteorológicas dentro da região em estudocom base nas interações entre os distintos elementos daatmosfera e entre a atmosfera e a superfície terrestre.Como os dados das reanálises são estabelecidos emuma malha com resolução horizontal relativamente baixa,de 200 km, o sistema MesoMap precisa ser rodado deforma sucessiva em áreas que são subdivididas em mosaicosde resolução gradualmente maior. Cada malha utilizacomo dados de entrada os parâmetros da respectivaregião anterior até que a resolução desejada nesta etapaseja atingida (neste caso, de 3,6 x 3,6 km).As simulações produzidas pelo MesoMap foram realizadaspara 360 dias extraídos aleatoriamente de um períodode 15 anos, de forma a considerar cada mês e estação doano de forma representativa.O Modelo WindMapA resolução final dos mapas eólicos (200 m x 200 m)é obtida por meio do software WindMap [42] . Para calcularas velocidades médias e direções de vento, o WindMaputiliza o resultado do modelamento de mesoescala MASSjuntamente com modelos digitais de terreno (relevo e rugosidade).Desenvolvimento recente dos métodos baseados naequação da continuidade (conservação de massa ou escoamentonão divergente) originários do Numerical ObjectiveAnalysis of Boundary Layer – NOABL [46] , o WindMap utilizao método dos elementos finitos para calcular o campo develocidade do escoamento em todo o domínio de cálculo,constituído de uma malha tridimensional de pontos sobre oterreno (grid). O grid é gerado utilizando-se um sistema decoordenadas conformes ao terreno que permite um maiorrefinamento da malha próximo à superfície deste.Juntamente com os dados efetivamente medidosnas torres anemométricas, os sumários estatísticos dassimulações MASS compõem as condições de contornoe os dados de inicialização, constituídos por estatísticaspor direção numa malha regular de 3,6 km x 3,6 kmpara distintos níveis de altura sobre o terreno (10 m, 25 m,50 m, 75 m, 100 m, 200 m e 500 m). A partir de um35

3Metodologiacampo inicial de velocidades de vento, a condição decontinuidade é satisfeita de forma iterativa pela soluçãodo sistema de equações diferenciais parciais, até queo valor da divergência do campo de velocidades estejaabaixo de certo nível de tolerância. O modelamento dosventos pela formulação da equação da continuidade nãoresolve as equações fundamentais que determinam ainfluência da estratificação térmica da atmosfera no escoamento;entretanto, o WindMap contém ferramentasque reproduzem estes efeitos, considerando altura decamada-limite, perfil logarítmico de velocidade vertical ecaracterísticas de estabilidade térmica da atmosfera baseadasna Teoria da Similaridade de Monin-Obukhov [47] .No modo de otimização, um algoritmo iterativo converge(em termos do mínimo erro quadrático médio) o valor darazão de estabilidade térmica vertical de atmosfera paraos valores correspondentes das condições de contorno(estações anemométricas e resultados do MASS). O WindMappermite ainda o uso de um Modelo de Correlação paraseparar áreas com regimes distintos de vento, como áreascosteiras sujeitas às brisas marinhas.O processo de cálculo é realizado por elementos finitos,em um domínio tridimensional, conforme a Figura 3.1. Oterreno é representado por uma malha regular de m elementosno sentido N-S e n elementos no sentido L-O. Nosentido vertical são definidos w elementos e o espaçamentovertical entre os nós da malha pode ter variação logarítmicaou geométrica, de forma a concentrar mais elementosna proximidade da superfície do solo, onde ocorrem osgradientes mais significativos.O resultado do cálculo é um campo de velocidades não divergente,ou seja, que satisfaz a equação da continuidade, ouda conservação de massa, conforme a equação diferencial:Supondo-se uma condição inicial de campo de escoamentodivergente definida localmente em um dadoelemento pelas componentes u 0, v 0, w 0, as componentesajustadas de velocidade não-divergente podem ser definidascomo:onde , e definem a correção necessária para eliminara divergência local do escoamento e são representadasrespectivamente por:O potencial de velocidade de perturbação é resultantedas influências do terreno no campo de escoamento, bemcomo de eventuais erros introduzidos nas condições deinicialização do modelo. Os coeficientes e modelamo desvio entre as condições de estabilidade térmica verticalreal e neutra da atmosfera. Para = = constante,as velocidades de perturbação adicionam uma correçãoirrotacional ao campo de escoamento, de modo que a vorticidadeinicialmente presente no campo de escoamento éeliminada. Determina-se o potencial de velocidade a partirda equação da continuidade, forçando o escoamento a sernão-divergente. Maiores detalhes sobre os algoritmos emétodos de solução adotados no modelo NOABL/WindMapsão apresentados em [46].O perfil de velocidade vertical do vento pode ser aproximadopela Lei Logarítmica segundo a relação [47] :onde u(z) é a velocidade do vento na altura z, z oé a rugosidadedo terreno, 0,4 é a constante de Von Kármáne u *é a velocidade de atrito. A expressão anterior leva emconsideração apenas a influência da rugosidade no perfilde velocidade, negligenciando o efeito da estratificaçãotérmica da atmosfera e, portanto, desvios significativospodem ocorrer em relação ao perfil de velocidade real daatmosfera.A Teoria da Similaridade de Monin-Obukhov descreve umperfil mais geral da velocidade vertical, levando em consideraçãoos efeitos da rugosidade e da estabilidade térmica,expressando-se matematicamente por [47] :onde é uma função empírica da estratificação térmicada atmosfera (Businger, 1973; Dyer, 1974) e L é o Comprimentode Estabilidade de Obukhov. O software WindMaprealiza, através da escolha de diferentes valores de L, asimulação de condições de atmosfera neutra, instável eestável. A referência [47] apresenta as funções de similaridadepara as diferentes condições deestabilidade atmosférica.No Apêndice são apresentadas algumas fórmulas úteispara o cálculo do perfil de velocidade vertical na camadalimiteatmosférica.Nos cálculos do presente mapeamento, os parâmetrosde estabilidade térmica vertical da atmosfera foram estimadospelos resultados do modelo de mesoescala.Resultados do Mapeamento:Os principais resultados da simulação são as velocidadesmédias anuais e sazonais, calculadas a 50 m, 75 m e100 m de altura sobre o terreno, as rosas-dos-ventos (frequênciae velocidade média por direção) e os parâmetrosdas distribuições estatísticas de vento. Estes resultadossão apresentados nos mapas temáticos do Capítulo 4para todo o território mineiro.Figura 3.1Domínio tridimensional de cálculo doWindMap: a malha concentra maiselementos na região próxima à superfíciedo solo, onde ocorrem os gradientesmais significativos.36

3.2mediçõesAnemométricasHistóricoAs primeiras iniciativas do governo do Estado de MinasGerais com vistas ao incremento da utilização de fontesalternativas de energia datam do início da década de1980, quando foi elaborado um plano visando disseminaras aplicações de energia solar e eólica e, inclusive, odesenvolvimento de tecnologia para torná-las economicamenteviáveis. Tendo já efetuado previamente algunsestudos preliminares sobre o potencial do Estado na áreade energias alternativas, a Cemig foi convidada a realizara primeira parte do empreendimento, que seria financiadapela Finep e que se referia aos levantamentos de potenciaisde energias eólica e solar no Estado e à experimentaçãodessas fontes na geração de eletricidade paraalimentação de estações remotas [48] .O levantamento então realizado implicou o processamentode um grande volume de dados obtidos através de umarede de 67 anemógrafos distribuídos pelo território estadual,posicionados entre 10 e 12 m de altura em relação ao solo.Desses postos de observação, 58 pertenciam à Cemig e osdemais, ao Instituto Nacional de Meteorologia — Inmet. Dospostos da Cemig, 36 já existiam quando do início do empreendimentoe faziam parte de uma rede anemométrica regularque atuava desde 1968.O estudo produziu uma série de informações sobre o regimede ventos no Estado de Minas Gerais, tendo como um dosresultados um mapa de linhas isótacas de vento, reproduzidono Mapa 3.1. Apresentado para condições de terreno e alturade referência, o mapa previa a aplicação de fatores de correção(rugosidade, altura, conformação topográfica e altitude) sobreas informações nele contidas, o que resultaria nos valores reaisda velocidade do vento no local de interesse [48] .O período durante o qual esse estudo se desenvolveucoincidiu com a época em que vários países também desenvolviamestratégias para incentivar a pesquisa e o uso daenergia eólica na geração de eletricidade, impulsionados nãosó pelos efeitos prolongados da crise do petróleo dos anos70 mas, também, pela ocorrência de alguns acidentes nucleares,como o de Harrisburg (1979) [57] . Em 1984, como resultadodo programa de pesquisa incentivado pela Finep, a Cemigjá possuía em operação um aerogerador de 2,2 kW (diâmetrode 5,3 m), de fabricação nacional, instalado na Estação Repetidorade Telecomunicações de Camelinho.mapa 3.1Reprodução do mapa de linhasisótacas de vento, elaborado pelaCemig por ocasião dos estudos sobreAproveitamento de energias Solar eeólica em minas gerais [48] , em 1987.Considerando as definiçõescontidas no estudo, as isótocasforam elaboradas para as seguintescondições de referência do terreno:classe “B” a 12 m de altura.37

3Metodologial e g e n d aTabela 3.1Estações Anemométricas do STH – Cemig1 Alpercata 27 Salinas2 Bocaiúva 28 SE Alpinópolis3 Botelhos 29 SE Barreiro4 Buritizeiros 30 SE Curvelo5 Camargos 31 SE Diamantina6 Carmo de Minas 32 SE Gov. Valadares7 Coa - BH 33 SE Ituiutaba8 Curvelo 34 SE Januária9 Diamantina 35 SE Juiz de Fora10 Faz. Campo Grande 36 SE Mesquita11Faz. EnergéticaUberaba37 SE Montes Claros12 Felisburgo 38 SE Ouro Preto13 Gafanhoto 39 SE Pouso Alegre14 Faz. Curva do Rio 40 SE Teófilo Otoni15 Igicatu 41 SE Uberaba16 Itambacuri 42 Sede17 Januária 43 Sete Lagoas18 Juiz de Fora 44 São Pedro Ponte Firme19 Machado Pinheiro 45 São Roque de Minas20 Nova Ponte 46 São Simão21 Paracatu 47 Três Marias22 Passos 48 Turmalina23 Patos de Minas 49 Unaí24 Peti 50 Vargem Alegre25 Prata 51 Viçosa26 Quartel GeralMapa 3.2POSTOS ANEMOMÉTRICOSO Sistema de MonitoramentoHidrometeorológico da CemigO mapeamento eólico apresentado neste Atlas, elaboradoa partir do modelo atmosférico MesoMap, contemplacomplementarmente resultados de medições anemométricasrealizadas pelo Sistema de Telemetria e MonitoramentoHidrometeorológico (STH) da Cemig, que opera desde1999 em 51 postos anemométricos equipados com anemômetrosde copo e sensores de direção, como os mostradosna Figura 3.2. A maioria desses sensores foram instaladosem estruturas não específicas para esse fim, comopostes “duplo T” ou torres de telecomunicações, a maioriacom alturas variando entre 10 m e 30 m.Os dados brutos registrados por aquela rede foram filtradose auditados, utilizando-se rotinas e algoritmos deverificação, recebendo eventuais correções e posteriormenteconsolidados. Foram ainda realizadas análises darepresentatividade climatológica dos valores resultantes efeitos eventuais ajustes de longo prazo, de modo a considerara sua significância em relação à escala de vida útil deuma usina eólica, no caso, considerada como de 20 anos.A fonte de referência externa utilizada para os ajustes delongo prazo foram os dados das reanálises (ver item 3.1)do NCAR/NCEP [49] . Finalmente, a validação para posteriorinserção no modelo atmosférico considerou e ponderouvários critérios, tais como: disponibilidade de informaçõessobre as condições e locais de instalação dos equipamentos;consistência, coerência e continuidade dosdados; altura em relação ao solo; correlação com fontesde dados de longo prazo de referência; e velocidade médiado vento. Deste modo, resultou que as estações commaior nível de confiabilidade nas medições tiveram maiorpeso nos ajustes do modelo atmosférico.O Projeto “Levantamento deSítios Eólicos em Minas Gerais”Nos ajustes do modelo atmosférico efetuados duranteo mapeamento apresentado neste Atlas, foram tambémconsideradas as medições anemométricas realizadas nos38

sítios eólicos denominados Francisco Sá 1 e 2, realizadaspela Cemig entre 1997 e 1999, como parte do projeto “Levantamentode Sítios Eólicos em Minas Gerais”. Estas mediçõesutilizaram anemômetros a 12 m e a 30 m de altura esensor de direção a 30 m de altura, controlados por sistemade aquisição de dados — data-logger. A Figura 3.3 ilustra atorre anemométrica do sítio eólico Francisco Sá 1. As mediçõesde Francisco Sá apresentam a vantagem de situarem-seem locais com velocidades médias anuais mais altas,sendo portanto mais representativas para a utilizaçãono mapeamento.O Mapa 3.2 apresenta a localização dos 51 postos anemométricosdo STH no Estado de Minas Gerais, comotambém das torres Francisco Sá 1 e 2. A relação dos postosé apresentada na Tabela 3.1.Equipamento utilizado para mediçõesanemométricas pelo STH da Cemig.Figura 3.2Catálogo Vaisala3.3Modelos deTerrenoOs regimes de vento são fortemente influenciados pelatopografia e rugosidade do terreno. Por esta razão, osresultados das simulações de camada-limite são diretamenteafetados pela qualidade dos modelos digitais empregados:estes devem ser aferidos por amostragens devalidação e comparações com modelos já existentes, etambém devem ser georreferenciados, de modo a possibilitaro sincronismo das variáveis de terreno e atmosféricas.Modelo de RugosidadeO modelo digital de rugosidade do Estado de Minas Geraisfoi elaborado a partir da interpretação do mosaico de imagensLandsat 7 (em resolução de 14,25 m x 14,25 m), além de modelosde uso do solo e outras fontes de imagens de satélite emalta resolução [6] .Modelo de RelevoNa missão do ônibus espacial Endeavour (missão conjuntaNasa-ESA, ano 2000) foi realizado um mapeamentotopográfico em alta resolução de quase toda a superfícieterrestre, utilizando-se interferometria de dois radares depequena abertura, instalados em extremidades de uma treliçade 60 m de extensão, levada naquela missão [50] . A partirdo ano de 2003, após o processamento de um grandevolume de dados, os resultados deste mapeamento passarama ser disponibilizados para as comunidades científicae técnica, passando por sucessivos aperfeiçoamentos,correções e validações. Conhecido simplesmente comomodelo Shuttle Radar Topography Mission – SRTM, a versãoutilizada para modelo de relevo do Estado de Minas Gerais,no presente Atlas, é a versão 4.0, lançada em agosto de 2008.Tal versão foi amostrada na resolução de 200 m x 200 m, demodo a permitir um nível de detalhamento e representatividadedos resultados 25 vezes superior ao apresentado noAtlas do Potencial Brasileiro de 2001 [45] , o qual foi elaboradocom base no modelo topográfico existente naépoca (GTOPO 30’, com resolução de 1000 m x 1000 m) [6] .Figura 3.3Torre anemométrica de Francisco Sá 1.Camargo-Schubert, 2004.Nas páginas a seguir são apresentados os modelos deterreno do Estado de Minas Gerais utilizados nos cálculosdeste Atlas, bem como a imagem LandSat 7 utilizada paraa elaboração do modelo de rugosidade. Os mapas estãosobrepostos ao relevo sombreado, para complementar avisualização.39

Mapa 3.3l e g e n d aMODELO DE RUGOSIDADEElaborado em resolução de 200 m x 200 m, a partir do mosaico deimagens Landsat 7 (em resolução de 14,25 m x 14,25 m) [6] ,de modelos de uso do solo e de outras fontes de imagens de satéliteem alta resolução.rugosidade (m)40

Mapa 3.4l e g e n d aMOSAICO DE IMAGENS DO SATÉLITELANDSAT 7 (circa 2000) [6]Canais ETM+ 2, 4 e 7. Resolução horizontal de 14,25 m x 14,25 m.41

Mapa 3.5l e g e n d aMODELO DIGITAL DE RELEVOElaborado a partir da base topográfica SRTMversão 4.0 [27] , Nasa/United States Geological Survey - USGSaltitude (m)42

4.1 Rosa-dos-Ventos Anual, Frequências x Direção4.2 Rosa-dos-Ventos Anual, Velocidades Normalizadas x Direção4.3 Potencial Eólico Sazonal a 50 m de Altura4.4 Potencial Eólico Anual a 50 m de Altura4.5 Potencial Eólico Sazonal a 75 m de Altura4.6 Potencial Eólico Anual a 75 m de Altura4.7 Potencial Eólico Sazonal a 100 m de Altura4.8 Potencial Eólico Anual a 100 m de Altura4.9 Densidade Média Anual do Ar4Mapas4.10 Fator de Forma de Weibull AnualEólicos de Minas GeraisCemigregião da serra do Espinhaço, prÓxima à divisa entre os municípios de Rio Pardo de Minas e Santo Antônio do Retiro

Mapa 4.1l e g e n d aMapa de rosa-dos-ventos sobrepostoao relevo sombreado para ilustrar asinfluências orográficas.FREQUÊNCIAS X DIREÇÃOROSA-DOS-VENTOS ANUALFREQUÊNCIAS X DIREÇÃOModelo atmosférico resultante do MesoMap(True Wind Solutions, LCC), calculado por modelamento demesoescala a partir de amostragem de dados de reanálise(NCAR) representativos para um período de 15 anos.altitude (m)44

Mapa 4.2l e g e n d aMapa de rosa-dos-ventos sobrepostoao relevo sombreado para ilustrar asinfluências orográficas.VELOCIDADES NORMALIZADASX DIREÇÃOROSA-DOS-VENTOS ANUALVELOCIDADES NORMALIZADAS X DIREÇÃOModelo atmosférico resultante do MesoMap(True Wind Solutions, LCC), calculado por modelamento demesoescala a partir de amostragem de dados de reanálise(NCAR) representativos para um período de 15 anos.Velocidades normalizadas em relação às médias anuais locais.altitude (m)45

VERÃOdezembro a fevereiroOUTONOPOTENCIAL EÓLICO SAZONAL A 50 m DE ALTURAINVERNOjunho a agostoMapa 4.3março a maioPRIMAVERAsetembro a novembro46

mapa 4.4l e g e n d aBASe CARTOgRáFiCA: Cemig, ANeeL,iBge, DeR-mg, ieF e iBAmA.Potência instalável:10.570 MW*geração anual estimada:25.781 GWh**PARA áReAS COm VeNTOS igUAiSOU SUPeRiOReS A 7,0 m/s, NAALTURA De 50 m, e CONSiDeRANDO-Se TODAS AS DemAiS PRemiSSASDeSCRiTAS NO iTem 5.2.POTENCIAL EÓLICO ANUALA 50 m DE ALTURACalculado a partir do modelo de mesoescala MesoMap (TrueWindSolutions, LCC) em resolução de 3,6 km x 3,6 km e interpolado para aresolução de 200 m x 200 m por simulação de camada-limite atmosféricaWindMap, utilizando complementarmente dados de mediçõesanemométricas da Cemig (1999-2008).velocidade do vento (m/s)47

VERÃOdezembro a fevereiroOUTONOPOTENCIAL EÓLICO SAZONAL A 75 m DE ALTURAINVERNOjunho a agostoMapa 4.5março a maioPRIMAVERAsetembro a novembro48

mapa 4.6l e g e n d aBASe CARTOgRáFiCA: Cemig, ANeeL,iBge, DeR-mg, ieF e iBAmA.Potência instalável:24.742 MW*geração anual estimada:57.812 GWh**PARA áReAS COm VeNTOS igUAiSOU SUPeRiOReS A 7,0 m/s, NAALTURA De 75 m, e CONSiDeRANDO-Se TODAS AS DemAiS PRemiSSASDeSCRiTAS NO iTem 5.2.POTENCIAL EÓLICO ANUALA 75 m DE ALTURACalculado a partir do modelo de mesoescala MesoMap (TrueWindSolutions, LCC) em resolução de 3,6 km x 3,6 km e interpolado para aresolução de 200 m x 200 m por simulação de camada-limite atmosféricaWindMap, utilizando complementarmente dados de mediçõesanemométricas da Cemig (1999-2008).velocidade do vento (m/s)49

VERÃOdezembro a fevereiroOUTONOPOTENCIAL EÓLICO SAZONAL A 100 m DE ALTURAINVERNOjunho a agostoMapa 4.7março a maioPRIMAVERAsetembro a novembro50

mapa 4.8l e g e n d aBASe CARTOgRáFiCA: Cemig, ANeeL,iBge, DeR-mg, ieF e iBAmA.Potência instalável:39.043 MW*geração anual estimada:92.076 GWh**PARA áReAS COm VeNTOS igUAiSOU SUPeRiOReS A 7,0 m/s, NA ALTURADe 100 m, e CONSiDeRANDO-SeTODAS AS DemAiS PRemiSSASDeSCRiTAS NO iTem 5.2.POTENCIAL EÓLICO ANUALA 100 m DE ALTURACalculado a partir do modelo de mesoescala MesoMap (TrueWindSolutions, LCC) em resolução de 3,6 km x 3,6 km e interpolado para aresolução de 200 m x 200 m por simulação de camada-limite atmosféricaWindMap, utilizando complementarmente dados de mediçõesanemométricas da Cemig (1999-2008).velocidade do vento (m/s)51

Mapa 4.9l e g e n d aDENSIDADE MÉDIA ANUAL DO ARCalculada sobre o modelo de relevo, considerando-se um perfil verticalde temperatura segundo as equações da Atmosfera Padrão Internacional– ISA [18] e medições meteorológicas da Cemig nos períodos de1999 a 2002 e 2005 a 2008.densidade média anual do ar (kg/m 3 )52

Mapa 4.10l e g e n d aFATOR DE FORMA DE WEIBULL ANUALCalculado a 75 m de altura, pelo modelo de mesoescala MesoMap(TrueWind Solutions, LCC).Distribuição Estatística de Weibull, frequência de ocorrência de umavelocidade u, ou seja, (u) expressa poronde C (m/s) é o parâmetro de escala, e k, o parâmetro de forma.fator de forma (k)53

5.1 Regime de Ventos5.2 O Potencial Eólico de Minas Gerais5.3 Áreas Mais Promissoras5Análisese DiagnósticosCemigRegião Próxima à divisa entre os municípios de Espinosa e Gameleiras

5Análises e DiagnósticosFigura 5.1região da serra do Espinhaço, prÓxima à divisa entre os municípios de Rio Pardo de Minas e Santo Antônio do RetiroCemig55

5Análises e Diagnósticos5.1Regime deVentosFigura 5.2Pode-se considerar que os regimes de vento decorremda sobreposição de mecanismos atmosféricos sinóticos(globais) e de mesoescala (regionais) [29] . Quanto aos regimessinóticos, o Estado de Minas Gerais encontra-senuma zona de influência do centro de alta pressão AnticicloneSubtropical do Atlântico, resultando em acentuadaocorrência de ventos de quadrante leste e nordeste, comorefletido no Mapa de Rosas dos Ventos (Capítulo 4). Sobrepostasa esse mecanismo agem as perturbações causadaspelo sistema de baixa pressão do Chaco, além dasintermitentes incursões de massas polares, chamadas defrentes frias, resultando em uma marcante sazonalidade.A Figura 5.2 ilustra os principais mecanismos globais queinterferem na circulação atmosférica sobre o Estado.linhas de regimes diurnos médios sugerem que, à medidaque aumentam as influências da mesoescala, bem comoas velocidades médias anuais, os regimes tendem a apresentarvelocidades maiores durante a noite. Esta tendênciase repete nas medições mais recentes (1997-2009),realizadas com anemômetros pelo Sistema de TelemetriaMeteorológica (STH) da Cemig, e que foram consideradasno processo de mapeamento apresentado neste Atlas. Arepresentação gráfica do regime sazonal e diurno de algumasdessas medições pode ser encontrada na Figura 5.3.As torres Francisco Sá 2 e Subestação Barreiro, ambas localizadasem terrenos sujeitos a influências orográficas eregistrando velocidades médias anuais superiores a 5,0 m/s,apresentaram predominância de ventos noturnos.Mecanismos sinóticosdominantes noregime de ventosbrasileiro e mineiro.Com os fenômenos sinóticos, interagem os mecanismosde mesoescala, que, no caso do Estado de Minas Gerais,são principalmente caracterizados por brisas montanhavale,jatos noturnos, acelerações orográficas, ocasionaiscanalizações do escoamento entre passos de montanhase ventos catabáticos, resultando em uma complexa interaçãoentre o deslocamento atmosférico e o relevo montanhosotão típico de Minas Gerais. Os mapas de potencialeólico anual indicam que as regiões com melhores ventosencontram-se ao longo das serras do Espinhaço e doCipó, localizadas na região central, a norte de Belo Horizonte.Observa-se que nessas regiões os ventos mais intensosnão se concentram apenas nas cristas e elevações,onde o efeito de compressão do escoamento atmosféricoé mais acentuado, mas também ao longo das depressõese chapadas do rio São Francisco, situadas a oeste dessasáreas montanhosas.Sazonalmente, na maior parte do território mineiro predominamventos mais intensos no inverno e na primavera.Essa tendência pode ser verificada tanto nos gráficos daFigura 5.3 quanto nos mapas de potenciais eólicos sazonais,apresentados no Capítulo 4.As medições realizadas pela Cemig ao longo das últimasdécadas, por todo o território mineiro, mostram queo regime de ventos predominante é aquele em que a velocidademédia durante o dia é superior à média noturna.Entretanto, algumas medições realizadas em locais dechapada, e em locais onde a velocidade média é de ordemmais relevante para o interesse de aproveitamentoseólicos, demonstraram um regime predominante inverso.O Gráfico 5.1 contempla os regimes diurnos médiosregistrados pelos antigos postos de medição da Cemigcom anemógrafos (1968-1983). A localização dos postosde medição listados no gráfico pode ser visualizada noMapa 3.2, já apresentado no Capítulo 3. As nuvens de56

Gráfico 5.1VARIAÇÃO DA VELOCIDADE MÉDIA DO VENTOCOM A HORA DO DIAVELOCIDADE DO VENTO (m/s)l e g e n d aFONTE: Cemig - “Estudos sobre Aproveitamento de Energias Solar eEólica em Minas Gerais” [51] . Dados coletados entre 1968 e 1983 em postosanemométricos com instrumentos situados entre 10 e 12 m de altura.HORA DO DIA57

5Análises e Diagnósticos1 se JanuáRia2 se buRitiZeiRo32003-200925 m de altura1999-200925 m de alturatRÊs maRias1998-2002/2005-200928 m de altura4 Patos de minas52003-20099 m de alturacuRvelo1999-200228 m de altura66 se ubeRaba72003-200978 m de alturase alPinóPolis2005-200915 m de alturaFigura 5.3REGIMES DIURNOS E SAZONAISmédias horárias mensais das velocidades do vento durante osperíodos de medições efetuadas pelo sistema de TelemetriaHidrometeorológica (sTH) da Cemig (1998 em diante), e tambémpor torres anemométricas instaladas como parte do projeto“levantamento de sítios eólicos em minas gerais”.58

8 FRancisco sá 291994-199930 m de alturamontes claRos2007-200910 m de altura198210435121110 igicatu112005-20099 m de alturateóFilo otoni2005-200910 m de altura13712se goveRnadoRvaladaRes2003-200928 m de altura13se baRReiRo2003-200930 m de alturavelocidade do ventovelocidades médias horárias mensais na altura de medição.59

5Análises e Diagnósticos5.2O Potencial Eólicode Minas GeraisO potencial eólico do Estado de Minas Gerais foi calculadoa partir da integração dos mapas de velocidades médiasanuais, fazendo-se uso de recursos de geoprocessamentoe cálculos de desempenho e produção de energiade usinas eólicas no estado-da-arte mundial.Nesse processo, foram adotadas as seguintes considerações:1ª) Para as velocidades de vento calculadas nas trêsalturas — 50 m, 75 m e 100 m — utilizaram-se curvas médiasde desempenho de turbinas eólicas comerciais dasclasses 500 kW, 1,5 MW e 3,0 MW, com diâmetros de rotorde 40 m, 80 m e 100 m, e torres de 50 m, 75 m e 100 m dealtura, respectivamente. Na Figura 5.4 são apresentas ascurvas de potência dessas turbinas.2ª) Foi considerada uma taxa de ocupação média deterreno de 1,5 MW/km 2 , o que representa cerca de 15% dorealizável por usinas eólicas comerciais em terrenos planos,sem restrições de uso do solo (e.g., topografia desfavorável,áreas habitadas, difícil acesso, áreas alagáveis,restrições ambientais) e sem obstáculos [45], [52] a [56] .3ª) Para todo o território de Minas Gerais, nos respectivosmapas com resolução de 200 m x 200 m, foram integradasas áreas com velocidades médias anuais a partirde 6,0 m/s, em faixas de 0,5 m/s. A integração e o cálculodo potencial de geração foram realizados considerando-seusinas eólicas implantadas em terra (onshore), sendo descartadasas áreas abrangidas pelos principais rios, lagoas,e represas. Foram também descartadas todas as áreaspertencentes a Unidades de Conservação de Proteção In-Figura 5.4Curvas de desempenho das turbinasutilizadas no cálculo:potência e geração anual.POTÊNCIA ELÉTRICA (kW)VELOCIDADE DO VENTO NA ALTURA DO EIXO DO ROTOR (m/s)60

tegral [19] , tendo em vista a impossibilidade de implantaçãode parques eólicos nessas áreas.4ª) Os fatores de capacidade foram corrigidos para efeito dadensidade local do ar, a partir do Mapa de Densidade do Ar.5ª) Na integração das curvas de potência das turbinas,foram calculadas as distribuições de velocidade de ventolocais, considerando-se os Fatores de Forma de Weibull (k)apresentados no mapa correspondente.6ª) No cálculo de geração e desempenho de usina, foiconsiderado um fator de disponibilidade de 98%, um fatorde eficiência (interferência aerodinâmica entre rotores) de97% e um fator de perdas de 2%.A Tabela 5.1 apresenta o resultado da integração dos mapase o potencial eólico de Minas Gerais. Deve ser observadoque os fatores de capacidade e o potencial de geraçãonão apresentarão variações significativas ao se utilizar curvasde potência de turbinas eólicas de dimensões próximasdaquelas consideradas, por exemplo, no emprego de turbinasde 1,2 MW a 1,8 MW em lugar de 1,5 MW.Os limiares mínimos de atratividade para investimentosem geração eólica dependem dos contextos econômicose institucionais de cada país, variando, em termosde velocidades médias anuais, entre 5,5 m/s e 7,0m/s. Tecnicamente, médias anuais a partir de 6,0 m/sjá constituem condições favoráveis para a operação deusinas eólicas.Os resultados da integração cumulativa indicam um potencialestimado de 10,6 GW, 24,7 GW e 39,0 GW, para áreascom ventos iguais ou superiores a 7,0 m/s, nas alturasde 50 m, 75 m e 100 m, respectivamente.O fator de capacidade médio estimado para as áreascom velocidades médias anuais na faixa de 7,0 a 7,5 m/sé de 0,25 na altura de 75 m.Como referência comparativa, o Sistema Elétrico Brasileiropossuía uma capacidade total instalada de 102,6GW até o final de 2008 [9] , sendo que o total de recursos hidráulicos(energia firme) no Brasil (potencial inventariadomais estimado e aproveitado) é de 138,4 GW [10] . O Estadode Minas Gerais possui uma capacidade instalada* de12,6 GW (Capítulo 1) e um total de recursos hidráulicosde 24,7 GW [10] ; já o consumo de energia elétrica nacionalfoi de 412,1 GWh em 2007 [10] , enquanto que, no mesmoano, o consumo no Estado foi de 70,2 TWh.Observa-se, assim, que, no âmbito Estadual, opotencial eólico (10,6 GW, 24,7 GW e 39,0 GW) temmesma ordem de grandeza que a capacidade atualmenteinstalada e que o total de recursos hidráulicosdisponíveis. De maneira semelhante, a estimativa degeração eólica anual (25,8 TWh, 57,8 TWh e 92,1 TWhnas alturas de 50 m, 75 m e 100 m, para velocidadesde vento acima de 7,0 m/s) tem magnitude comparávelà do consumo anual observado no Estado durante osúltimos anos.*As usinas em divisas com um outro estado foram consideradas com metade da potência. As usinas em divisas com dois outros estados foram consideradas com um terço da potência.Tabela 5.1POTENCIAL DE GERAÇÃO EÓLICAINTEGRAÇÃO POR FAIXAS DE VELOCIDADEINTEGRAÇÃO CUMULATIVAALTURA[m]VENTO[m/s]ÁREA[km 2 ]POTÊNCIAINSTALÁVEL[MW]FATOR DECAPACIDADEENERGIAANUAL[GWh]VENTO[m/s]ÁREA [km 2 ]POTÊNCIAINSTALÁVEL[MW]ENERGIAANUAL[GWh]PRODUÇÃO ANUAL DE ENERGIA [MWh/ano]Densidade do ar, ρ: 1,190 kg/m 3 (Nível do Mar, 23,5 0 C) Fator de Forma de Weibull, k: 2,2510075506,0 - 6,5 58.096 87.144 0,172 131.4616,5 - 7,0 37.386 56.080 0,210 102.8237,0 - 7,5 15.384 23.076 0,246 49.7897,5 - 8,0 6.887 10.331 0,284 25.6738,0 - 8,5 2.403 3.604 0,318 10.040≥ 8,5 1.355 2.032 0,369 6.5756,0 - 6,5 50.647 75.971 0,172 114.8766,5 - 7,0 26.543 39.814 0,209 72.6307,0 - 7,5 10.329 15.493 0,247 33.4617,5 - 8,0 4.110 6.165 0,282 15.2508,0 - 8,5 1.255 1.883 0,318 5.242≥ 8,5 801 1.201 0,367 3.5896,0 - 6,5 35.344 53.016 0,186 86.2956,5 - 7,0 12.837 19.256 0,223 37.722≥ 6,0 121.511 182.266 326.360≥ 6,5 63.415 95.123 194.899≥ 7,0 26.029 39.043 92.076≥ 7,5 10.645 15.967 42.287≥ 8,0 3.757 5.636 16.615≥ 8,5 1.355 2.032 6.575≥ 6,0 93.685 140.528 245.317≥ 6,5 43.038 64.557 130.441≥ 7,0 16.495 24.742 57.812≥ 7,5 6.166 9.249 24.351≥ 8,0 2.056 3.084 9.101≥ 8,5 801 1.201 3.859≥ 6,0 55.228 82.841 149.798≥ 6,5 19.884 29.825 63.503VELOCIDADE DO VENTO NA ALTURA DO EIXO DO ROTOR (m/s)7,0 - 7,5 4.812 7.218 0,261 16.5017,5 - 8,0 1.411 2.117 0,298 5.522≥ 7,0 7.046 10.570 25.781≥ 7,5 2.235 3.352 9.2808,0 - 8,5 544 816 0,333 2.378≥ 8,0 823 1.235 3.757≥ 8,5 279 419 0,376 1.379≥ 8,5 279 419 1.37961

5Análises e Diagnósticos5.3áreas maisPromissorasCom base no mapeamento do potencial eólico de MinasGerais, apresenta-se a seguir algumas áreas selecionadascomo mais promissoras para empreendimentos eolioelétricosno Estado. A região da serra do Espinhaço, devido àsua grande extensão, foi subdividida em fragmentos menores,que serão analisados a seguir um a um. A visualizaçãode todas as áreas selecionadas pode ser feita a partirda Figura 5.5.É apresentada também uma descrição sucinta dessasregiões, em termos das velocidades médias anuais e dosprincipais centros de consumo de energia.montesclaros21Janaúba egrão mogol4triângulomineiro3curvelo,diamantina esete lagoasvelocidade do vento (m/s) a 75 m de alturaFigura 5.562

Figura 5.6Município de Francisco SáCemig63

5Análises e DiagnósticosÁrea 1estado de minas geraisrugosidade (m)mapa 5.1l e g e n d aFigura 5.7Janaúba e gRão mogolbAse CArTOgrÁFiCA: Cemig, ANeel,der-mg, ieF, ibge e ibAmA.velocidade média anual do vento (m/s)a 75 m de alturaáRea 1: Janaúba e gRão mogolConsiste em extensa região ao nortede Minas Gerais, abrangendo parteda serra do Espinhaço e do vale do rioVerde Grande, nas microrregiões de Janaúbae Grão Mogol. As melhores áreasestão nos municípios de Espinosa,Gameleiras, Monte Azul, Mato Verde,Porteirinha, Serranópolis de Minas, Riachodos Machados e Francisco Sá. Osmaiores potenciais ocorrem não apenasnas maiores elevações, mas principalmentenas depressões a oeste da serra,sendo essas áreas mais apropriadaspara aproveitamentos eólicos por seremrelativamente menos montanhosas, alémde não possuírem restrições ambientais,como é o caso do Parque Estadualda Serra Nova. As velocidades médiasanuais do vento superam facilmente os7,5 m/s a 75 m de altura, conferindo,assim, um grande potencial (da ordemde vários gigawatts) para a região.Os principais acessos dão-se pelas rodoviasMG-401, MG-120, BR-122 e BR-251, destacando-se também a FerroviaCentro-Atlântica (FCA). As principaislinhas de transmissão são: MontesClaros 2 — Janaúba (138 kV); Janaúba— Salinas (138 kV); Porteirinha — MonteAzul (69 kV); e Montes Claros 2 — Irapé(345 kV). Os maiores centros consumidoresda Área 1 estão nos municípios de Janaúba,Jaíba e Espinosa, com 65 mil, 30 mile 31 mil habitantes, respectivamente. Estesmunicípios tiveram um consumo faturadopela Cemig, em 2008, de 68 GWh, 77 GWhe 17,2 GWh, respectivamente. Nas proximidadesda Área 1 localiza-se também ocentro consumidor de Montes Claros, umdos principais do Estado.64

Área 2estado de minas geraisrugosidade (m)mapa 5.2l e g e n d aFigura 5.8bAse CArTOgrÁFiCA: Cemig, ANeel,der-mg, ieF, ibge e ibAmA.montes claRosvelocidade média anual do vento (m/s)a 75 m de alturaáRea 2: montes claRosNesta região, o relevo é relativamentemais suave, destacando-se a porção dechapada do rio São Francisco, nos municípiosde Coração de Jesus, São Joãoda Lagoa e Brasília de Minas, onde a velocidademédia anual do vento, a 75 mde altura, varia entre 7,0 e 8,0 m/s. Compotencial para comportar a instalação devários gigawatts, esta faixa é cortada pelasrodovias MG-145, MG-402, MG-202,BR-251 e BR-365 e pelas linhas de transmissãoMontes Claros 2 — Mirabela (138 kV),Pirapora 1 — Montes Claros 1 (138 kV) eMirabela — Brasília de Minas (69 kV), entreoutras. O município de Montes Claros,com 352 mil habitantes, é o maior centroconsumidor da área (381 GWh em 2008),destacando-se também o município deJanuária, ao norte, com 65 mil habitantese consumo de 35 GWh em 2008.65

5Análises e DiagnósticosÁrea 3estado de minas geraismapa 5.3l e g e n d aFigura 5.9rugosidade (m)66cuRvelo, diamantina e sete lagoasbAse CArTOgrÁFiCA: Cemig, ANeel,der-mg, ieF, ibge e ibAmA.velocidade média anual do vento (m/s)a 75 m de alturaáRea 3: cuRvelo, diamantina e sete lagoasDentro desta área, os locais mais promissorespara aproveitamentos eólicossituam-se nas proximidades de algumasUnidades de Conservação (APA MunicipalSerra Talhada, APA Municipal Barão eCapivara, Parque Federal Sempre Vivas,APA Serra do Cabral), nas elevações etambém nas depressões a oeste da serrado Cipó. Apesar de se tratar de umaárea menor, comporta ainda assim a instalaçãode alguns gigawatts em aproveitamentoseólicos, estando nela situada ausina de Morro do Camelinho (ver descriçãono Capítulo 2). Os principais centrosconsumidores compreendem os municípiosde Diamantina (44 mil habitantes, 39 GWh) eCurvelo (72 mil habitantes, 78 GWh), sendoque as respectivas sedes municipaisencontram-se fora dos limites do mapaao lado. A região é atravessada por linhasde transmissão de 138 kV e 34,5 kV e pelasrodovias BR-259, BR-367 e MG-220.

Área 4estado de minas geraisáRea 4: tRiÂngulo mineiRoApesar de apresentar ventos comvelocidades médias anuais inferioresàs primeiras áreas citadas, a região doTriângulo Mineiro possui outras vantagensque poderão eventualmente viabilizara implantação de aproveitamentoseólicos. O relevo é relativamente poucomontanhoso, se comparado às formaçõestípicas mineiras, o que pode facilitara montagem de turbinas e os custosde acesso. Região de concentração degrandes usinas hidrelétricas devido àconfluência de rios, possui uma infraestruturaprivilegiada, constituindo tambémum importante e rico centro consumidordo Estado, com um PIB per capita superiora R$16.000,00 [60] , bastante acimada média estadual. Tem como principaismunicípios Uberlândia (608 mil habitantes,919 GWh) e Uberaba (288 mil habitantes,472 GWh). A região é extensa ecomporta a instalação de vários gigawattsem locais com velocidades médias superioresa 7,0 m/s, a 100 m de altura.mapa 5.4tRiÂngulo mineiRol e g e n d aFigura 5.10velocidade média anual do vento (m/s)a 100 m de alturarugosidade (m)bAse CArTOgrÁFiCA: Cemig, ANeel, der-mg, ieF, ibge e ibAmA.67

5Análises e DiagnósticosAlém das áreas supracitadas existem outras, no interiordo Estado, de extensões menores e que, em princípio,destinam-se a empreendimentos eólicos isoladose de pequeno porte. Tais empreendimentos não apresentariam,portanto, a vantagem de diluição dos custosde acesso e de interligação ao Sistema Elétrico. Nestecontexto, enquadram-se algumas áreas nos municípiosde Taiobeiras, Salinas, Araçuaí, Rubim, Santa Maria doSalto, Almenara, e Joaíma, na região do Jequitinhonha,áreas nos municípios de Ervália e Manhuaçu, na regiãode relevo complexo da serra da Mantiqueira e tambémáreas no município de Delfinópolis, na região da serrada Canastra.ConsideraçõesFinaisAinda que os resultados apresentados sejam bastanterepresentativos das condições médias anuais do vento sobreo Estado, com o mapeamento das áreas mais promissoraspor meio de avançadas técnicas de modelamento esimulação numérica, variações significativas em torno damédia podem ocorrer na microescala, uma vez que o ventoé bastante sensível às características locais de relevo,rugosidade e ocorrência de obstáculos.Assim sendo, a análise da viabilidade técnica e econômicade implantação de usinas eólicas nas áreas indicadas nesteAtlas como as mais promissoras requer campanhas de mediçõesespecíficas para cada local de projeto, elaborando-setambém os modelos de relevo e rugosidade em alta resolução.Os estudos aqui desenvolvidos e apresentados constatamum potencial bastante promissor de geração eólicano Estado de Minas Gerais, chegando a 24,7 GW, a 75 mde altura, em locais com ventos iguais ou superiores a 7,0m/s. Este potencial poderá ser explorado gradativamente,nos limites de inserção ao Sistema Elétrico Regional. Oaproveitamento da energia dos ventos poderá, de modocomplementar, contribuir para o crescimento econômicodo Estado, gerando energia e melhor qualidade de vidapara milhares de pessoas.Henry Yu68 Figura 5.11 Município de Delfinópolis

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A.1 Distribuição de WeibullA.2 Lei Logarítmica e RugosidadeA.3 Densidade do ArA.4 Produção Anual de Energia (PAE) e Fator de CapacidadeA.5 Custo de GeraçãoA.6 Declinação MagnéticaA ApêndiceCemigMunicípio de Janaúba

AApêndiceA.1Distribuição deWeibullA Distribuição Estatística de Weibull caracteriza-se por dois parâmetros:um de escala (C, em m/s) e outro de forma (k, adimensional). A frequênciade ocorrência de uma velocidade u é representada matematicamente por [29]No Gráfico A.1 é apresentada a distribuição de Weibull para diferentesfatores de forma. No caso do fator de forma ser igual a 2, deriva-se a Distribuiçãode Rayleigh, caracterizada apenas pelo fator de escala (C, em m/s),que representa, neste caso, a velocidade média do vento [29]FREQUÊNCIA RELATIVADistribuição de Weibullpara diferentes parâmetrosde forma (k) e parâmetro deescala de 8,0 m/s.Por ser mais geral, a Distribuição de Weibull apresenta melhor aderênciaàs estatísticas de velocidade do vento, uma vez que o fator de forma podeassumir valores bastante superiores a 2 [52] .A função densidade de probabilidade cumulativa, F(u), associada à probabilidadeda velocidade do vento ser maior que u, expressa-se porVELOCIDADE DO VENTO [m/s]Gráfico A.1Distribuições de Weibull e Rayleigh.O valor médio ou valor esperado da velocidade do vento é dado poronde a Função Gama (Γ) é definida porkkA Tabela A.1 apresenta a Função Gama para diversos valores de k.O Fluxo ou Densidade de Potência Eólica é definido como(W/m 2 )que, expressando-se em termos da distribuição de Weibull, resulta em1,6 0,8965741,7 0,8922451,8 0,8892871,9 0,8873632,0 0,8862272,1 0,8856942,2 0,8856252,3 0,8859152,4 0,8864822,5 0,8872642,6 0,8882102,7 0,8892832,8 0,8904512,9 0,8916903,0 0,8929803,5 0,8997474,0 0,9064025,0 0,918169onde ρ é a densidade do ar [38] .(W/m 2 )Tabela A.1Função Gama para diferentes valores de k.72

A Tabela A.2 apresenta a correspondência entre o fluxode potência eólica e a velocidade média do vento, paradiferentes fatores de forma de Weibull.A.2Lei Logarítmica eRugosidadeEm condições neutras de estratificação térmica verticalda atmosfera, o perfil de velocidade vertical do vento nacamada-limite pode ser aproximado pela Lei Logarítmicasegundo a relaçãoFluxo de PotênciaEólica (W/m²)Velocidade do Vento (m/s)Weibull k 1,75 2,00 2,25 2,50 3,00 4,000 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0100 4,2 4,4 4,6 4,7 4,9 5,1150 4,8 5,1 5,2 5,4 5,6 5,9200 5,3 5,6 5,8 5,9 6,2 6,4250 5,7 6,0 6,2 6,4 6,6 6,9300 6,1 6,4 6,6 6,8 7,1 7,4350 6,4 6,7 6,9 7,1 7,4 7,7400 6,7 7,0 7,3 7,5 7,8 8,1450 6,9 7,3 7,5 7,8 8,1 8,4500 7,2 7,5 7,8 8,0 8,4 8,7600 7,6 8,0 8,3 8,5 8,9 9,3700 8,0 8,4 8,7 9,0 9,3 9,8800 8,4 8,8 9,1 9,4 9,8 10,2900 8,7 9,2 9,5 9,8 10,2 10,61.000 9,0 9,5 9,8 10,1 10,5 11,0onde u(h) é a velocidade do vento na altura h, z oé a rugosidadedo terreno, é a constante de Von Kármán eé a velocidade de atrito [47] .Escrevendo-se a Lei Logarítmica para representar a velocidadedo vento em duas alturas h 1e h 2, e dividindo-seuma expressão pela outra, pode-se relacionar as velocidadesdo vento em duas alturas:Explicitando-se a rugosidade desta expressão, tem-seNível do Mar, 15ºC (ρ=1,225 kg/m³)Tabela A.2Variação do fluxo de potência eólica com avelocidade média do vento e o fator deforma de Weibull.A velocidade vertical do vento na camada-limite tambémpode ser expressa em termos da Lei de Potência segundoa relaçãoonde u(h) é a velocidade do vento na altura h e α é o “expoentede camada-limite”.Desta relação, pode-se explicitar o “expoente de camada-limite”em função das velocidades de vento em duasalturas, resultando em73

AApêndiceA.3A.4Densidade do ArA potência gerada por uma turbina eólica é função diretada densidade do ar que impulsiona o rotor. As curvasde potência fornecidas pelos fabricantes são usualmentedadas para condições padrão da atmosfera (15°C, nível domar, densidade do ar de 1,225 kg/m 3 ). Portanto, o desempenhodas máquinas nas diversas condições de operaçãodeve ser corrigido para o efeito da variação da densidadecom a altitude e a temperatura locais. No Capítulo 4 foiapresentado o mapa de densidade média anual para todoo Estado de Minas Gerais, considerando-se um perfil verticalde temperatura segundo as equações da AtmosferaPadrão Internacional – ISA [18] , calculado sobre o modelo derelevo na resolução de 200 m x 200 m e ajustado para dadosde temperatura coletados em estações meteorológicasda Cemig nos períodos de 1999 a 2002 e 2005 a 2008.Uma expressão aproximada para o cálculo da densidadedo ar ρ (em kg/m 3 ) a partir da temperatura T (em °C) ealtitude z (em metros) é dada por:Produção Anual deEnergia (PAE) eFator deCapacidadeA Produção Anual de Energia (PAE) de uma turbinaeólica pode ser calculada pela integração das curvas depotência (P(u), em kW) e da frequência de ocorrência dasvelocidades de vento (f(u)) [58] , conforme ilustrado no GráficoA.2.(MWh)(MWh)O “fator de capacidade” é definido como a razão entrea energia efetivamente gerada e a energia teórica queseria gerada considerando-se a potência nominal (P n) doaerogerador:Potência [kW]FREQUÊNCIA DE OCORRÊNCIAVELOCIDADE DO VENTO [m/s]Gráfico A.2Cálculo da Produção Anual de Energia (PAE).74

A.5A.6Custo de GeraçãoA expressão a seguir é uma fórmula prática para estimar-seo custo médio de geração ao longo da vida útil deum empreendimento eólico:, onde:DeclinaçãoMagnéticaComo informação de auxílio à instalação futura de sensoresde direção em torres anemométricas no Estado deMinas Gerais, foram desenvolvidos mapas de declinaçãomagnética e variação magnética anual para o ano de2009 [59] .P = investimento inicial (R$/kW)R = rendimento do investimentoO&M = custo percentual esperado das despesascom operação e manutenção em relação aoinvestimento total; pode-se utilizar como valorde referência: O&M = 2%.F C, líquido= fator de capacidade líquido da usinaNa fórmula acima, o fator R (rendimento) pode ser calculadoda seguinte maneira:, onde:t = taxa de interesse (%/ano)n = vida útil da usina (anos)E o fator de capacidade líquido pode ser calculado por:, onde:F C, bruto= fator de capacidade bruto da usinaF D= fator de disponibilidade; pode-se utilizarcomo valor de referência F D= 0,97F P= fator resultante de outras perdas, comoperdas elétricas no sistema de distribuição; podeseutilizar como valor de referência: F P= 0,96Na equação acima, o fator de capacidade bruto da usinaé dado por:, onde:E = produção anual de energia bruta estimadapara a usina (MWh)Pot = capacidade instalada total da usina (MW)75

DECLINAÇÃO MAGNÉTICA(graus) em 1º de outubro de 2009VARIAÇÃO ANUAL(minutos de grau/ano) 2005-2010Mapas produzidos a partir do programaGeomag 6.1, que incorpora o modelo IRGF(International Geomagnetic ReferenceField), versão 10 (válida entre 1900-2010).O software é distribuído pela InternationalAssociation of Geomagnetism andAeronomy (IAGA) [59] .Convenção de declinação magnética negativa:norte geográfico a nordeste do norte magnético76

CLASSIFICAÇÃO: PÚBLICO