Inginerii chinezi au creat un dirijabil static cu rol de turbină eoliană mai ieftină, suspendată în aer la altitudini troposferice, cu cele stratosferice ţintite

China e una din regiunile cu cea mai galopantă dezvoltare în energia eoliană şi noi modele de turbine eoliene, alături de Europa. Dar de câţiva ani, o echipă de ingineri chinezi, parte din compania Linyi Yunchuan, munceşte la o soluţie care ar fi semnificativ mai ieftină decât turbinele eoliene clasice. De curând, inginerii chinezi au creat un dirijabil static cu rol de turbină eoliană mai ieftină, suspendată în aer la altitudini troposferice, cu cele stratosferice ţintite pentru viitor.

Foto: Noul dirijabil cu rol de turbină eoliană

Ideea de bază de la care pornesc inginerii e una genial de simplă — la altitudini mai mari vântul e mult mai prolific pentru generarea de energie eoliană, asigurând un factor de capacitate mai mare pentru aceleaşi pale, aceeaşi elice şi acelaşi generator. De la această idee au pornit de curând şi alţi ingineri germani, care au creat un turn special pentru turbinele eoliene convenţionale, prin care au ridicat turbina la o altitudine de peste 300 metri, dublându-i astfel randamentul.

Foto: Turbina eoliană de peste 300 metri înălţime din Germania

Ideea chinezilor, însă, merge mai departe de atât şi se bazează pe tehnologii imaginate şi elaborate teoretic în anul 1957, de către omul de ştiinţă chinez Qian Xuesen, considerat fondatorul tehnologiilor aerospaţiale chinezeşti. El a conceput pentru prima dată ideea unei turbine eoliană de forma unui dirijabil, care să producă electricitate la înălţime, însă pe atunci această idee avea iz de science-fiction.

Foto: Qian Xuesen, autorul ideii din 1957

Qian Xuesen îşi imagina un dirijabil care să aibă o turbină integrată în interiorul corpului său, care ar fi poziţionat la altitudine mare. Altitudinea mare i-ar permite captarea vânturilor de o viteză mai mare şi de o disponibilitate aproape permanentă în raport cu cele de la altitudine mică, iar Xuesen era convins că forma de dirijabil i-ar permite acestei structuri să obţină stabilitatea aerodinamică necesară pentru a putea susţine generatoarele electrice grele. Conform viziunii din 1957, dirijabilul trebuia să fie conectat cu un cablu cu solul, pentru a-şi transmite electricitatea la sol. Iar omul de ştiinţă chinez îşi imagina atunci că fuzelajul dirijabilului ar putea fi acoperit cu panouri fotovoltaice pentru a-şi spori producţia de electricitate, deşi atunci panourile erau şi ele o tehnologie imaginată şi considerată posibilă, dar absolut nepractică şi neperfecţionată pentru uz viabil.

Inginerii despre care vorbim azi au reanimat această idee, considerând că tehnologiile actuale au evoluat enorm şi pot permite construirea unor asemenea turbine viabile, cu randament mare şi cost mic. În primul rând, generatoarele electrice actuale, cu magneţi permanenţi de mare densitate, pot produce mult mai multă putere raportată la propria greutate decât cele de acum 70 de ani. În al doilea rând, ştiinţa materialelor s-a dezvoltat enorm pentru a alege compoziţia corectă pentru fuzelaj, cabluri şi structură.

Această echipă de ingineri, în cooperare cu oameni de ştiinţă de la Universitatea Tsinghua, Institutul de Cercetări Aerospaţiale şi Academia de Ştiinţe din China, au drept scop final să creeze un dispozitiv care ar fi poziţionat la o altitudine stratosferică, între 10 şi 12 km. Până a ajunge acolo, însă, inginerii au dezvoltat pas cu pas etapele intermediare. În octombrie 2024 aceştia au dezvăluit prima creaţie rudimentară, numită S500, care se putea ridica la 500 metri avea o putere de 50 kW. Peste doar câteva luni, ei lansaseră deja următoarea versiune, S1000, pentru altitudini de 1.000 metri şi o putere de 100 kW. Apoi, în toamna anului trecut a avut loc mare salt tehnologic prin care a fost creat un dispozitiv mai apropiat de forma unui dirijabil, numit S1500, care atingea o altitudine de 1.500 metri şi avea o putere de 1 MW net, formată din 12 generatoare mici a câte 100 kW.

Apoi, următoarea etapă, S2000, a fost lansată în ianuarie 2026, pentru 2.000 metri altitudine şi o putere cumulată de 3,6 MW a generatoarelor sale, doar că în poziţionarea lor ele nu pot produce împreună puterea maximă, astfel încât puterea întregii turbine era anunţată la 3 MW. Şi iată că de curând a fost anunţat şi testat şi noul dirijabil, despre care vorbim azi, numit S4000, care e prevăzut pentru 4.000 metri altitudine. Are 67 metri lungime şi 40 metri lăţime. Puterea nominală nu e anunţată, dar judecând suma puterilor individual de 4,8 MW şi o amplasare similară, pute intui aproximativ 4 MW putere.

De ce e nevoie de forma unui dirijabil? Pentru a-i asigura în mod natural poziţionarea aerodinamică corectă în direcţia vântului şi a-i asigura portanţa întregii structuri. Dirijabilul e umplut cu heliu, iar la volumul său imens, calităţile heliului îi asigură portanţa necesară. Materialul e unul dezvoltat tot de ingineri, fiind unul multistrat, laminat, pentru a nu lăsa heliul să evadeze.

De structura dirijabilului sunt ataşaţi doi cilindri cu turbine în interior. Pentru a nu consuma spaţiul util din centrul acestor, generatoarele sunt inelare, integrate în corpurile acestor turbine, iar interior există câteva straturi de turbine, fiecare mişcând un generator inelar propriu.

Electricitatea generată e transformată la o putere de până la 35 kV, rămânând în formă de curent alternativ, şi trebuie transmisă la rol, printr-un cablu. Iar cablul are aici un rol enorm, întrucât are şi rolul de a susţine şi menţine toată structura în aer într-o poziţie relativ statică, ca o ancoră fixată de pământ, dar şi rol de transport de electricitate. Pe lângă asta, trebuie să reziste la expuneri de raze ultraviolete, îngheţuri, ploi, mai rămânând şi vizibil pentru avioane, pentru a nu fi agăţat de acestea.

În versiunea actuală ductul turbinelor ea devenit reglabil, pentru a putea capta şi gestiona mai eficient fluxul de aer. Generatoarele folosite aici sunt şi mai evoluate, fiind produse de compania chinezească Jiangsu HST. Sunt generatoare cu flux axial, cu o eficienţă de 96% şi o densitate de putere de 4 ori mai mare faţă de cele convenţionale iar aici e suficient să ne amintim de motoarele Yasa cu flux axial, care au 1.000 CP pot fi ţinute în mâini, pentru a înţelege densitatea.

Foto: Electromotor cu flux axial Yasa de peste 1.000 CP, ţinut în mână

Noul dirijabil e proiectat să reziste la temperaturi de la -50°C până la 65°C şi chiar dacă acum vorbim de un prototip, acesta a fost proiectat cu o rezistenţă de 20 de ani în minte. Testele cu acesta au fost făcute de curând la o bază din nord-vestul Chinei.

Inginerii chinezi spun că ţintirea spre altitudini stratosferice le dă acces la vântui de 5-10 kW de putere per m2 de suprafaţă captată, faţă de sub 1 kW/m2 la altitudinile obişnuite ale turbinelor eoliene. Deci, la acelaşi diametru, o asemenea turbină ar ajunge să producă de peste 5-10 ori mai multă putere. Iar marea diferenţă ar veni nu la atât la putere, cât la factorul de capacitate. Dacă o turbină eoliană terestre poată avea un factor de capacitate între 25% şi 45% de obicei, iar una maritimă între 40% şi 60%, atunci noul dirijabil ar putea depăşi cu mult valoarea de 70%, apropiindu-se chiar e 77-80%. E un factor de capacitate excelent, pe care l-a invidia multe alte surse de energie regenerabilă.

Şi pentru că o asemenea turbină e fabricată din multe materiale elastice şi nu are turnuri imense de oţel, fundaţii şi nacele uriaşe, costul final cu toată complexitatea ar fi de doar 30% din costul turbinelor eoliene clasice terestre. Iar aici vine şi avantajul uriaş al acestei tehnologii — efectiv prin această soluţie se oferă o alternativă turbinelor eoliene clasice, costă de 3 ori mai puţin şi care are un factor de capacitate de 2 ori mai mare.