Wind energy is soaring in the U.S.; the national renewable energy capacity has more than tripled in the past nine years, and wind and solar power are largely responsible. Agora as empresas querem aproveitar ainda mais a energia eólica, a um preço mais barato – e uma das melhores maneiras de reduzir os custos é construir turbinas maiores. É por isso que uma aliança de seis instituições liderada por pesquisadores da Universidade da Virgínia está projetando a maior turbina eólica do mundo a 500 metros de altura – quase um terço de uma milha de altura, e cerca de 57 metros mais alta do que o Empire State Building.

Turbinas já são notavelmente maiores do que eram há 15 ou 20 anos. O tamanho varia, mas as torres dos parques eólicos típicos de hoje têm cerca de 70 metros de altura, com lâminas de cerca de 50 metros de comprimento. Sua potência depende do tamanho e altura, mas geralmente varia entre um e cinco megawatts na extremidade superior, o que é suficiente para alimentar cerca de 1.100 casas. “Há essa motivação para ir a turbinas eólicas maiores, e a razão é praticamente a economia”, explica John Hall, professor assistente de engenharia mecânica e aeroespacial da Universidade de Buffalo, S.U.N.Y. Uma das razões pelas quais as turbinas gigantes são mais econômicas é que o vento sopra mais forte e com maior estabilidade em altitudes maiores. Assim, “você capta mais energia” com uma estrutura mais alta, diz Eric Loth, líder do projeto de turbinas gigantes, que é financiado pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada (ARPA-E) do Departamento de Energia dos EUA.

Outra razão pela qual os especialistas em vento dizem que maior é melhor: pás de turbina mais longas também captam o vento com mais eficiência, e torres mais altas permitem pás mais longas. A potência de uma turbina está diretamente relacionada à sua “área varrida” – a área circular coberta pela rotação das pás – explica Christopher Niezrecki, professor de engenharia mecânica e diretor do Centro de Energia Eólica da Universidade de Massachusetts Lowell. E essa relação não é linear – se o comprimento das lâminas dobrar, um sistema pode produzir quatro vezes mais energia, explica Niezrecki. Ele observa que turbinas maiores também têm uma velocidade “cut-in” menor, a velocidade do vento na qual podem começar a gerar energia.

A equipe de Lowell quer projetar um sistema de 50 megawatts com lâminas de 200 metros de comprimento, muito maior do que as atuais turbinas eólicas. Se os pesquisadores tiverem sucesso, eles acreditam que a turbina seria 10 vezes mais potente do que o equipamento existente. Mas os cientistas não pretendem simplesmente superdimensionar os projetos convencionais; eles estão mudando fundamentalmente a estrutura da turbina. A máquina ultralarga terá duas lâminas em vez das usuais três, diminuindo o peso da estrutura e cortando custos. Loth diz que a redução do número de lâminas normalmente tornaria uma turbina menos eficiente, mas sua equipe está usando um projeto aerodinâmico avançado que ele diz compensar amplamente essas perdas.

A equipe também prevê estas gigantescas estruturas em pé pelo menos 80 quilômetros offshore, onde os ventos tendem a ser mais fortes e onde as pessoas em terra não podem vê-los ou ouvi-los, de acordo com Loth. Mas tempestades poderosas atingem esses lugares da costa leste dos EUA no Oceano Atlântico, por exemplo – então a equipe de Loth enfrentou o dilema de criar algo maciço que também é relativamente leve e ainda resiliente diante dos furacões. Para enfrentar o problema, os pesquisadores procuraram uma das soluções de design da própria natureza: as palmeiras. “As palmeiras são realmente altas, mas muito leves estruturalmente, e se o vento soprar forte, o tronco pode se dobrar”, diz Loth. “Estamos tentando usar o mesmo conceito – projetar nossas turbinas eólicas para ter alguma flexibilidade, para dobrar e se adaptar ao fluxo”

No projeto da equipe, as duas pás estão localizadas para baixo do vento da torre da turbina, em vez de para cima do vento como estão nas turbinas tradicionais. As pás também mudam de forma com a direção do vento, semelhante a uma palmeira. “Quando as pás se curvam para trás em um ângulo descendente do vento, você não precisa construí-las como pesadas ou fortes, para que você possa usar menos material”, explica Loth. Este projeto também diminui a possibilidade de ventos fortes dobrarem uma lâmina girando em direção à sua torre, potencialmente derrubando toda a estrutura. “As lâminas se adaptarão a altas velocidades e começarão a dobrar, de modo que há menos forças dinâmicas sobre elas”, diz Loth. “Gostaríamos que nossas turbinas fossem capazes de lidar com ventos superiores a 253 quilômetros por hora” em condições inoperantes. Acima de uma velocidade do vento de 80 a 95 quilômetros por hora, o sistema se desligaria e as pás se dobrariam para longe do vento, para que pudessem suportar rajadas violentas, acrescenta Loth.

A turbina de 500 metros ainda enfrenta desafios – há boas razões para que ninguém ainda tenha construído uma próxima a este tamanho: “Como é que se fazem lâminas de 200 metros? Como você as monta? Como se monta uma torre tão alta? Os guindastes só vão tão alto. E com ventos offshore, complicações adicionais”, diz Niezrecki. O projeto da equipe inclui uma lâmina segmentada que poderia ser montada a partir de peças no local, mas Niezrecki observa que a indústria eólica ainda não descobriu como segmentar as lâminas. “Há muitas questões de pesquisa a serem abordadas”, diz ele. “É definitivamente alto risco, mas também há potencial para alta recompensa”. Eu não acho que esses problemas sejam insuperáveis”. Hall também questiona se uma turbina tão maciça é do tamanho ideal. “Estamos a descobrir que maior é melhor. A questão é, quanto maior? Precisamos de encontrar esse ponto doce”, diz ele. “Vamos aprender muito com este projeto”

Loth e sua equipe ainda precisam testar um protótipo; eles estão atualmente projetando a estrutura e o sistema de controle da turbina, e neste verão estão construindo um modelo muito menor do que a coisa real – cerca de dois metros de diâmetro. No próximo verão eles planejam construir uma versão maior com duas lâminas de 20 metros de comprimento, que produzirão menos de um megawatt de potência e serão testadas no Colorado. O próprio Loth não tem 100% de certeza que a turbina mamute da sua equipa se tornará uma realidade, mas ele tem a certeza de que vale a pena tentar. “Este é um conceito muito novo, por isso definitivamente não há garantias de que funcione”, diz ele. “Mas se funcionar, vai revolucionar a energia eólica offshore.”