Energia eoliană este în plină ascensiune în SUA; capacitatea de energie regenerabilă a națiunii s-a triplat în ultimii nouă ani, iar energia eoliană și cea solară sunt în mare parte responsabile. Acum, întreprinderile doresc să valorifice și mai multă energie eoliană, la un preț mai mic – iar una dintre cele mai bune modalități de a reduce costurile este de a construi turbine mai mari. Acesta este motivul pentru care o alianță de șase instituții conduse de cercetători de la Universitatea din Virginia proiectează cea mai mare turbină eoliană din lume, cu o înălțime de 500 de metri – aproape o treime de milă și cu aproximativ 57 de metri mai înaltă decât Empire State Building.

Turbinele sunt deja vizibil mai mari decât erau în urmă cu 15 sau 20 de ani. Dimensiunile variază, dar turnurile tipice ale parcurilor eoliene de astăzi au o înălțime de aproximativ 70 de metri, cu pale de aproximativ 50 de metri lungime. Puterea lor depinde de mărime și de înălțime, dar, în general, variază între unu și cinci megawați – la capătul de sus, aceasta este suficientă pentru a alimenta aproximativ 1.100 de case. „Există această motivație de a trece la turbine eoliene mai mari, iar motivul este în mare parte de natură economică”, explică John Hall, profesor asistent de inginerie mecanică și aerospațială la Universitatea din Buffalo, S.U.N.Y. Unul dintre motivele pentru care turbinele gigantice sunt mai rentabile este că vântul suflă mai puternic și mai constant la altitudini mai mari. Astfel, „captezi mai multă energie” cu o structură mai înaltă, spune Eric Loth, șeful de proiect al proiectului de turbine masive, care este finanțat de Agenția de Proiecte de Cercetare Avansată pentru Energie a Departamentului de Energie al SUA (ARPA-E).

Un alt motiv pentru care experții în domeniul eolian spun că mai mare este mai bine: paletele mai lungi ale turbinelor captează, de asemenea, vântul mai eficient, iar turnurile mai înalte permit pale mai lungi. Puterea unei turbine este direct legată de „aria măturată” – suprafața circulară acoperită de rotația paletelor – explică Christopher Niezrecki, profesor de inginerie mecanică și director al Centrului pentru energie eoliană de la Universitatea din Massachusetts Lowell. Iar această relație nu este liniară – dacă lungimea paletelor se dublează, un sistem poate produce de patru ori mai multă energie, explică Niezrecki. El remarcă faptul că turbinele mai mari au, de asemenea, o viteză de „tăiere” mai mică, viteza vântului la care pot începe să genereze energie.

Echipa lui Loth vrea să proiecteze un sistem de 50 de megawați cu pale de 200 de metri lungime, mult mai mari decât turbinele eoliene actuale. Dacă cercetătorii vor reuși, ei cred că turbina ar fi de 10 ori mai puternică decât echipamentele existente. Dar oamenii de știință nu intenționează pur și simplu să supradimensioneze modelele convenționale; ei schimbă fundamental structura turbinei. Mașina ultralargă va avea două pale în loc de trei ca de obicei, ceea ce va scădea greutatea structurii și va reduce costurile. Loth spune că reducerea numărului de palete ar face, în mod normal, ca o turbină să fie mai puțin eficientă, dar echipa sa folosește un design aerodinamic avansat care, spune el, compensează în mare măsură aceste pierderi.

Echipa are în vedere, de asemenea, ca aceste structuri gigantice să se ridice la cel puțin 80 de kilometri în larg, unde vânturile tind să fie mai puternice și unde oamenii de pe uscat nu le pot vedea sau auzi, potrivit lui Loth. Dar furtuni puternice lovesc astfel de locuri – în afara coastei de est a SUA, în Oceanul Atlantic, de exemplu – astfel încât echipa lui Loth s-a confruntat cu dilema de a crea ceva masiv care să fie, de asemenea, relativ ușor și totuși rezistent în fața uraganelor. Pentru a rezolva această problemă, cercetătorii au apelat la una dintre soluțiile de proiectare proprii naturii: palmierii. „Palmierii sunt foarte înalți, dar foarte ușori din punct de vedere structural, iar dacă vântul suflă tare, trunchiul se poate îndoi”, spune Loth. „Încercăm să folosim același concept – să proiectăm turbinele noastre eoliene pentru a avea o anumită flexibilitate, să se îndoaie și să se adapteze la flux.”

În proiectul echipei, cele două pale sunt amplasate sub vânt față de turnul turbinei, mai degrabă decât împotriva vântului, așa cum sunt la turbinele tradiționale. De asemenea, palele își schimbă forma în funcție de direcția vântului, asemănător unui palmier. „Când lamele se îndoaie înapoi la un unghi în direcția vântului, nu este nevoie să le construiți la fel de grele sau puternice, astfel încât puteți folosi mai puțin material”, explică Loth. Acest design diminuează, de asemenea, posibilitatea ca vânturile puternice să îndoaie o lamă care se învârte spre turnul său, ceea ce ar putea doborî întreaga structură . „Lamele se vor adapta la viteze mari și vor începe să se plieze înăuntru, astfel încât există mai puține forțe dinamice asupra lor”, spune Loth. „Ne-am dori ca turbinele noastre să poată face față unor vânturi mai mari de 253 de kilometri pe oră” în condiții de nefuncționare. Peste o viteză a vântului de 80 până la 95 de kilometri pe oră, sistemul s-ar opri și palele s-ar plia în direcția opusă vântului, astfel încât să poată rezista la rafale violente, adaugă Loth.

Turbina de 500 de metri încă se confruntă cu provocări – există motive întemeiate pentru care nimeni nu a construit încă una apropiată de această dimensiune: „Cum se fac palete de 200 de metri? Cum le pui laolaltă? Cum ridici un turn atât de înalt? Macaralele ajung doar până la o anumită înălțime. Iar în cazul eolienelor offshore, există complicații suplimentare”, spune Niezrecki. Proiectul echipei include o pală segmentată, care ar putea fi asamblată pe bucăți la fața locului, dar Niezrecki remarcă faptul că industria eoliană nu și-a dat încă seama cum să segmenteze palele. „Există o mulțime de întrebări de cercetare care trebuie abordate”, spune el. „Este cu siguranță un risc ridicat, dar există, de asemenea, și un potențial de recompensă ridicată. Nu cred că aceste probleme sunt insurmontabile.” Hall se întreabă, de asemenea, dacă o turbină atât de masivă este dimensiunea optimă. „Ne dăm seama că mai mare este mai bine. Întrebarea este: cât de mare? Trebuie să găsim acel punct optim”, spune el. „Vom învăța multe din acest proiect.”

Loth și echipa sa nu au testat încă un prototip; în prezent, ei proiectează structura și sistemul de control al turbinei, iar în această vară construiesc un model mult mai mic decât cel real – aproximativ doi metri în diametru. Vara viitoare plănuiesc să construiască o versiune mai mare, cu două palete de 20 de metri lungime, care va produce mai puțin de un megawatt de energie și va fi testată în Colorado. Loth însuși nu este sută la sută sigur că turbina mamut a echipei sale va deveni realitate, dar este sigur că merită să încerce. „Acesta este un concept foarte nou, așa că, cu siguranță, nu există garanții că va funcționa”, spune el. „Dar dacă va funcționa, va revoluționa energia eoliană offshore.”

.