Inginerii din Norvegia au creat un nou tip de turbine eoliene maritime mici, încadrate într-un perete plutitor

Un grup mic de ingineri din Norvegia, parte din start-up-ul Wind Catching Systems, au creat un nou tip de turbine eoliene maritime mici, încadrate într-un perete plutitor şi formând astfel un sistem mai puternic de câteva ori decât orice turbină eoliană singulară actuală. Invenţia norvegienilor a trecut deja de testele la scară mică, iar acum a obţinut actele de viabilitate a conceptului ingineresc, urmând să fie construită prin instalaţie la scară mare, iar dacă parametrii curioşi declaraţi acum se vor confirma şi la scara naturală, atunci în doar 3-4 ani vor apărea primele parcuri eoliene maritime cu acest sistem.

Turbinele eoliene clasice au câte o elice mare, cu doar 3 pale de orice, iar aceste elice ajung deja la diametru de 236-280 metri la turbinele de 14-16 MW. Chiar dacă acestea captează vântul de pe o suprafaţă de peste 40.000 metri pătraţi la o asemenea dimensiuni, în timpul unei turaţii o mare parte din vânt trece prin palele elicelor fără a participa direct la propulsie. Inginerii norvegieni şi-au pus întrebarea dacă această abordare reprezintă cel mai eficient design posibil şi au ajuns la ideea lor de a avea multe turbine eoliene de capacitate mai mică, încadrate într-un sistem numit Windcather, dar care împreună ar face uz de forţa vântului cu un randament mai mare.

Foto: Turbină eoliană clasică, cu 3 pale

Fiecare turbină din acest sistem are o putere de exact 1 MW, cifra fiind confirmată de către ingineri norvegieni. Diametrul turbinei nu e anunţat cu exactitate, dar din imaginile grafice şi proporţiile afişare, am dedus că acesta are aproximativ 30-32 metri. Toate turbinele au câte un generator electric ataşat de ele, cu magnet permanent, propulsat direct de elice, fără o cutie de viteze pentru fiecare din ele.

Fiecare perete este scalabil de la câteva zeci de turbine până la o construcţie maximă în care vor există 126 turbine, în 14 coloane a câte 9 turbine. Două coloane alăturate au centrele turbinelor deplasate spre verticale ca un mozaic, astfel încât pe lăţime coloanele să fie amplasate mai compact.

Un asemenea perete are, deci, 126 MW putere, ceea ce e de 8,4 ori mai mult decât cea mai puternică turbină eoliană maritimă europeană actuală, Vestas V236-15.0MW, de 15 MW. Însă asta nu înseamnă că şi randamentul total al acestei instalaţii e direct proporţional, de 8,4 ori mai mare decât acea turbină eoliană singulară de 15 MW.

Inginerii norvegieni spun că noul lor sistem de turbine eoliene poate capta de 2,5 ori mai multă energie a vântului de pe fiecare metru pătrat de suprafaţă acoperită de un asemenea sistem, în comparaţie cu o turbină singulară, tocmai datorită densităţii mai mare a palelor de elice dintr-un asemenea sistem. De asemenea, noul sistem permite utilizarea suprafeţelor maritime alocate parcurilor cu un randament final mai mare. Mai exact, dacă un parc eolian maritim cu turbine singulare ocupă o anumită suprafaţă pentru a avea o producţie anuală de 200 GWh, în aceeaşi suprafaţă maritimă noul sistem ar putea include pereţi cu turbine ce totalizează o producţie de 1.000 GWh, deci de minim 5 ori mai mult, cu toate spaţiile dintre instalaţii luate în calcul. Cu alte cuvinte, suprafaţa maritimă necesară per MWh produs e de circa 5 ori mai mică la noile turbine.

Foto: Comparaţia între suprafeţele necesare cu pereţii eolieni şi turbinele clasice

Însă pentru a produce de 5 ori mai multă electricitate în aceeaşi suprafaţă nu e suficient să se instaleze pereţi cu turbine cu o putere instalată de 5 ori mai mult, ci e nevoie de ceva mai mult, pentru că factorul de capacitate la noul sistem e mai mic. Mai exact, un perete de 126 MW putere instalată cu noile turbine va produce electricitate echivalentă cu 5 turbine de 15 MW, deci echivalentă cu 75 MW de putere instalată a turbinelor clasice. Asta înseamnă cam 60% din factorul de capacitate al turbinelor eoliene clasice.

Ca să înţelegem mai exact ce înseamnă asta, o turbină eoliană Vestas de 15 MW e estimată să producă anual 80 GWh de electricitate în mediu. Asta înseamnă 80.000 MWh pe an, distribuiţi la 365 zile, ce rezultă într-o medie de 219,2 MWh produşi la fiecare 24 ore, iar distribuit la nivelul unei ore, asta înseamnă 9,13 MW putere medie. Dacă raportăm 9,13 MW putere medie la 15 MW putere instalată, obţinem un factor de capacitate excelent de 60,9%, calculat pentru această turbină eoliană maritimă modernă Vestas.

În cazul peretelui de turbină, 60% din 60,9% înseamnă un factor de capacitate final de circa 36,5%. Asta înseamnă că puterea medie calculată anual a unui perete de 126 MW va fi de 46 MW. Iar asta e într-adevăr echivalentul a 5 puteri medii de 9,13 MW, cât calculasem pentru o turbină Vestas. Anual, la 46 MW putere medie, o asemenea turbină va produce 46 MW x 24 ore x 365 zile, ceea ce echivalează cu 402.960 MWh, sau 402,96 GWh.

Iar această cifră e deja cât se poate de impresionantă, or, doar 6 asemenea 10-11 asemenea pereţi ar produce întreaga cantitate necesară consumului anual al Republicii Moldova, care constituie 4,2 TWh. În cazul României, ar fi nevoie de doar 130 de asemenea pereţi eolieni pentru a acoperi consumul anual de circa 52 TWh al întregii ţări!

Inginerii norvegieni n-au făcut un design nou doar de dragul de a fi diferiţi, ci şi de a ajunge la final la un cost mult mai mic de instalare şi mentenanţă, care se va traduce într-un cost amortizat de 40-60 euro/MWh produs, adică 0,04-0,06 euro/kWh produs în costuri efectiv de producţie, ce includ şi costurile de amortizare a turbinelor în timp şi mentenanţa lor. La turbinele eoliene singulare acest cost e de 50-60 euro/MWh, deci e o diferenţă semnificativă.

Şi mentenanţa acestui perete de turbine e mult mai simplă, putând fi făcută fără nave mare cu macarale. Există un soi de ascensor pe scripeţi, care oferă acces uşor la orice turbină, iar componentele fiind mai mici, nu au nevoie de macarale mare şi complexe, care costă foarte mult să ajungă la locaţia parcului eolian. Ca şi parcurile eoliene standard, însă, şi aceşti pereţi au nevoie să fie conectaţi la un sistem electric cu o substaţie şi eventual la un cablu de curent continuu HVDC de transmisie a electricităţii spre ţărm.

Inginerii norvegieni au obţinut pentru prima dată în 2022 un grant de 2,1 milioane de dolari de la ENOVA, o agenţie deţinută de ministerul climei din Norvegia, iar în 2023 au mai primit 0,9 milioane. Ei au construit o instalaţie la scară mică, pe care au testat-o şi i-au confirmat conceptul, iar acum, odată cu aprobarea viabilităţii ideii, compania a aplicat şi la permisul de a instala o primă asemenea construcţie cu turbine în apropiere de coasta de lângă Oygarden, sud-vestul Norvegiei. După ce acel prim perete va demonstra cifrele în viaţa reală, comenzile pentru ei abia aşteaptă să curgă gârlă, pe o piaţă în care marii producători de turbine eoliene au rânduri de câte 60 miliarde de dolari de comenzi în aşteptarea fabricării.