O companie deţinută de BIll Gates construieşte un nou tip de turbină eoliană cu pale care circulă pe un perimetru oval, ce promite un randament superior turbinelor clasice

Turbinele eoliene moderne au evoluat foarte mult în ultimii ani, dar principala lor cale de evoluţie a fost în creşterea dimensiunilor — pale mai lungi, diametru mai mare al elicelor, pentru a cuprinde arii mai mare de curenţi de aer, şi generatoare mai puternice pentru produce mai multă electricitate din acea forţă sporită captată dintr-o arie mai mare. Aşa am ajuns să vedem turbine eoliene tot mai puternice, maritime şi de uscat, iar diametrul acestor a ajuns să depăşească adeseori 200 metri pentru cele de uscat şi chiar 230-270 metri pentru cele maritime, cu exemple anunţate în China care au trecut şi de limitele de 300 metri. Asta a făcut ca transportarea componentelor pentru aceste turbine să fie tot mai dificilă, fiind nevoie de camioane cu platforme tot mai mari în cazul celor de uscat, de macarale tot mai mari pentru instalarea lor, de nave tot mai mari şi mai complexe pentru transportul şi instalarea lor în mări. Aceste turbine tot mai mari au dus şi la crearea unui avion cargo specializat, cel mai mare din lume, numit Radia WindRunner, care va putea transporta pale de turbine eoliene de până la 105 metri lungime. Deci, operaţiunile de transportare şi instalare a turbinelor eoliene devin inevitabil tot mai complexe, ceea ce le menţine preţul investiţiei la cote mari şi le limitează şi locurile unde asemenea turbine pot fi amplasate. Însă o companie deţinută parţial de Bill Gates, numită Airloom Energy, a demarat acum construcţia unei turbine eoliene complet diferite, despre care spune că rezolvă toate aceste probleme complexe ale turbinelor actuale.

Compania a conceput un nou tip de turbină, pe care l-a dezvăluit ca idee acum mai mulţi ani, când s-a învrednicit şi de investiţiile din partea companiei lui, Gates, Breakthrough Energy, iar între timp a avut şi construcţii pilot pentru a demonstra viabilitatea conceptului său. Acum, însă, cei de la Airloom Energy au demarat construcţia primei asemenea turbine eoliene la scară mare, de 1:1, care să fie deplin funcţională şi să demonstreze în viaţa reală toţi parametrii pe care inginerii îi pretind în teorie. Să vedem cum funcţionează noua turbină eoliană, deci.

Cei de la Airloom Energy spun că principalele avantaje ale turbinei lor e construcţia din componente mult mai mici, care pot fi fabricate prin procese de producţie în masă, la scară industrială, reducând astfel costurile investiţiilor şi costul amortizat al electricităţii produse. Turbinele eoliene actuale sunt produse în fabrici imense, din materiale compozite, şi au procese care sunt asistate mecanizat, dar din cauza scării lor imense implică oricum multă supraveghere şi intervenţie manuală.

Producţia de turbine eoliene la Vestas

În cazul noii turbine Airloom Energy, toate componentele sunt suficient de mici încât să poată fi produse pe linii automatizate de asamblare şi să poată fi apoi transportate în containere standardizate şi remorci obişnuite de camioane, fără nevoia unor operaţiuni de transport agabaritic.

Foto: Transportul unei pale de turbine eoliene obiţnuite

Odată livrate la locul instalării, nu e nevoie de macarale imense, ci sunt suficiente macarale din cele mai simple şi utilaje la fel de accesibile. Mai mult ca atât, aceste turbine pot fi instalate oriunde, inclusiv în zone cu restricţii de înălţime, precum aeroporturile, întrucât nu se ridică la 100-200 metri în aer, cum o fac turbinele clasice, ci sunt amplasate la doar circa 25-30 metri de pământ.

Foto: Montarea unei turbine eoliene cu o macara imensă în Turcia

Tot principiul de funcţionare a noii turbine e amplasarea a mai multor pale de circa 10 metri înălţime de-a lungul unui perimetru, de obicei pătrat sau oval. Toate aceste pale sunt fixate de mecanisme, care sunt prinse la rândul lor de un soi de cablu gros, care circulă de-a lungul perimetrului. Palele captează forţa vântului şi-şi determină propria mişcare de-a lungul perimetrului, trăgând totodată şi cablul de care sunt fixate de-a lungul perimetrului.

Nu există un generator mare, ca la turbinele eoliene clasice. Toată construcţia perimetrică e amplasată pe mai mulţi piloni, de circa 25 metri înălţime, iar aceşti piloni au şi cât un mic generator electric instalat, care generează electricitate, transformând forţa cinetică a cablului în mişcare în energie electrică. Practic, acel cablu pune în mişcare roţi circulare, care fac parte din construcţia generatorului, amplasat la fiecare pilon. Generatoarele sunt mult mai puţin puternice la această turbină de tip nou, având în concept puteri de la 10-45 kW până spre 150-185 kW maxim, în comparaţie cu 4-6 MW putere la generatorul central al unei turbine eoliene de uscat moderne. Dar, desigur, avantajul la aceste turbine eoliene Airloom e că generatoarele sunt mai mult la număr pe un perimetru, de la minim vreo 8, până la câteva zeci de generatoare la un perimetru mai mare.

Marea întrebarea e dacă aceste pale verticale sunt gestionate cumva activ în direcţionarea lor. Pentru că altfel, dacă palele de pe o parte pot avea energie benefică de la vânt, când ajung pe cealaltă parte a perimetrului, se pot pomeni în situaţia că generează forţă în direcţie inversă şi astfel forţele palelor de pe o parte a perimetrului se anulează reciproc cu forţele de pe cealaltă parte. Inginerii ştiu de problema asta, aşa că palele sunt direcţionate activ, fiind întoarse în direcţia captării energiei doar când se află în poziţia benefică pe perimetru, iar în rest luând o poziţie neutră de rezistenţă minimă. E ceva similar cu principiul vâslelor, care sunt active în faza de forţă, după care vâslaşul le ridică deasupra aerului sau le întoarce paralelul cu planul apei şi le poartă mai la suprafaţa apei.

Ei bine, cei de la Airloom pretind că turbina lor ar da un factor de capacitate mai mare decât turbinele eoliene clasice, dar ei îşi compară acest factor cu o medie a ultimului deceniu mai degrabă, nu cu cele mai performante turbine eoliene actuale. Aceştia spun că pe uscat turbinele lor pot atinge un factor de capacitate de 30-40%. Turbinele eoliene clasice de uscat pot atinge în prezent şi 35-40% capacitate pe uscat sau chiar mai mult, deşi e la fel de adevărat că există turbine acare mai indică 27-35% factor de capacitate. La 30-40% promişi, înseamnă că noile turbine eoliene ar produce, spre exemplu, 300-400 kW putere medie pe termen lung dintr-o putere instalată de 1.000 kW. La o turbină de 6 MW, asta ar însemna o putere medie de 1,8-2,4 MW, cea ce înseamnă 43,2-57,6 MWh produşi în mediu în 24 ore şi 15.768-21.024 MWh produşi în mediu pe an, sau 15,8-21,0 GWh produşi anual, dacă e să simplificăm unităţile.

Am luat drept reper cifra de 6 MW pentru că aici au ajuns turbinele eoliene de uscat care sunt cel mai frecvent instalate în ultimi ani, inclusiv în parcuri eoliene din România, precum cel din Ruginoasa. Doar că, pentru a asigura 6 MW de putere, o turbină Airloom Energy ar avea nevoie de un perimetru de vreo 1,9 km, care să conţină vreo 415 pale verticale, dacă e să extrapolăm cifrele din turbinele pilot de până acum la o asemenea putere. E o suprafaţă foarte mare, care nu e neapărat fezabilă. Deci, noua turbină va opera mai degrabă celular, pe mai multe construcţii cu perimetre dreptunghiulare mai mici, care să producă împreună puterea dorită.

Pare contraintuitiv că soluţia pentru a ieftini un produs e să se meargă în direcţia scării mai mici, dar cei de la Airloom spun că preţul amortizat pe termen lung al electricităţii produse de turbina lor, care include şi recuperarea investiţiilor, ar fi de circa 0,013 dolari/kWh, deci cam 1,3 cenţi per kWh produs în timp. Turbinele eoliene clasice au costuri de 0,04-0,075 dolari/kWh, deci noua turbină ar oferi până la urmă un cost al electricităţii de 3-5 ori mai mic decât turbinele eoliene clasice actuale, spun autorii acesteia.