As turbinas eólicas geradoras de energia percorreram um longo caminho desde que o primeiro exemplo conhecido foi construído no final da década de 1880. O que começou como uma construção de 10 metros de altura em um quintal na Escócia evoluiu quase além do reconhecimento, para estruturas imponentes espalhadas pela terra e paisagens marítimas em todo o mundo.

Nos últimos 20 anos, eles cresceram de uma altura padrão de 100 metros (328 pés) para mais de 245 metros. Alguns modelos agora são capazes de gerar até 18 megawatts de eletricidade em Projetos offshore Onde o vento é abundante, em comparação com apenas 2 megawatts em 2000.

Há uma simples razão para esse surto de crescimento: eficiência aprimorada. As velocidades do vento são mais fortes e mais consistentes em altitudes mais altas, o que é igual a maior produção de eletricidade.

As torres mais altas também permitem lâminas de rotor mais longas, que podem capturar mais vento com sua área de lâmina maior. Dobrar o raio da lâmina, por exemplo, pode produzir até quatro vezes mais eletricidade, de acordo com um cálculo. E lâminas maiores, por sua vez, são mais facilmente acionadas por ventos de baixa velocidade, fazendo tais turbinas de potencial interesse econômico para os fabricantes.

Essas turbinas de vento baixo custam cerca de 35% -45% a mais para configurar do que os modelos convencionais, devido a materiais extras e peças especialmente produzidas. Mas pesquisadores da Universidade Técnica da Dinamarca, incluindo clima e energia A professora de políticas Marie Münster calculou que esses modelos poderiam expandir significativamente o alcance geográfico de energia eólicatornando -o útil em regiões que até agora não eram consideradas adequadas.

Münster disse que esses novos projetos também podem aumentar a capacidade, permitindo que os produtores de energia explodam no Fonte de energia limpa em condições climáticas anteriormente desfavoráveis.

“Quando há muita produção, ou energia eólicaentão os preços da eletricidade caem, o que significa que sua renda como proprietário de uma turbina eólica diminui “, disse ela ao DW. Mas usando turbinas eólicas que podem ser executadas em velocidades de vento mais baixas, quando os preços da eletricidade são potencialmente mais altos, os produtores podem aumentar sua produção – e receita.

Mas esses projetos maiores de lâmina ainda estão na fase de desenvolvimento, e nenhum dos principais fabricantes de turbinas eólicas estava disposto a comentar se eles seriam introduzidos em breve.

Grandes turbinas eólicas criam desafios de design

A altura é apenas um fator que limita o crescimento da energia eólica. Os pesquisadores também estão analisando o desafio técnico de ampliar outros componentes da turbina, como caixas de câmbio.

Alojado na nacele central, que fica no meio das lâminas giratórias, essas unidades maciças podem pesar até 40 toneladas. Eles canalizam a força rotacional criada pelo vento para o gerador, que converte a energia cinética em eletricidade.

As turbinas mais altas requerem caixas de câmbio mais poderosas, mas o espaço na nacele é limitado. Por esse motivo, os designers desenvolvem modelos mais poderosos e de economia de espaço que podem ajudar a manter as pegadas de turbinas menores, pois não precisam suportar mais peso.

Thorsten Fingerle, chefe de gerenciamento de produtos técnicos na Winenery do fabricante de caixas de câmbio alemão, disse que eles conseguiram dobrar a potência de suas caixas de câmbio sem aumentar o tamanho, substituindo os rolamentos de esferas, o que reduz o atrito rotacional, com uma camada ultrafina de lubrificante.

Fingerle projetou que as turbinas offshore atingirão um tamanho de até 30 megawatts nos próximos anos – é quase o dobro das turbinas médias de hoje -, mas disse que essas dimensões implicam outros fatores limitantes.

O transporte desses enormes componentes da turbina é complicado, já que pontes e ruas são tão amplas. As pás do rotor, por exemplo, podem ter mais de 100 metros de comprimento – desde que um campo de futebol. Uma solução potencial para o dilema do transporte está na segmentação de lâminas em peças menores e conectáveis, embora não seja o ideal.

“As lâminas segmentadas facilitam o transporte e permitem reparos, mas vêm com desafios de design”, disse Enno Petersen, especialista em lâminas de rotor do Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energia Eólica no norte da Alemanha.

Petersen explicou que, quando os segmentos da lâmina são aparafusados, cria uma massa irregular, o que pode criar um risco de flexão e também afetar o rendimento da energia. Outra opção é a cola, embora a obtenção de um vínculo forte em um canteiro de obras seja difícil quando comparada ao ambiente de fábrica altamente controlado.

“No campo, você precisaria de um bom workshop para fazer isso”, disse Petersen.

Ele acrescentou que os custos adicionais de montagem para essas lâminas segmentadas provavelmente negariam qualquer economia – um aumento de 20% no custo de construção versus uma redução de 5% nos custos de transporte, de acordo com um cálculo.

Devido a custos extras e incertezas técnicas, fabricantes de lâminas como a LM Wind Power na Dinamarca disseram à DW que ainda não estavam apostando em lâminas segmentadas.

O vento lidera energia renovável na Alemanha

Enquanto o setor eólico está enfrentando desafios de design, também está lutando com custos crescentes e cadeias de suprimentos incertas, em parte trazida pelo Pandemia do covid. Somente um aumento de 50% nos preços do aço desde 2020 aumentou os custos de turbinas em 20 a 40%, de acordo com a empresa de consultoria de energia Wood Mackenzie.

“Não foram apenas os preços do aço que aumentaram, mas também todas as outras mercadorias: logística, mão -de -obra, preços de energia, taxas de juros também”, disse Endri Lico, analista de tecnologia eólica da Wood Mackenzie.

“Os principais ocidentais (fabricantes) perderam mais de US $ 12 bilhões (em lucros) de 2020 para o primeiro semestre de 2024”, disse ele, acrescentando que espera que os preços permaneçam altos para projetos onshore até 2026.

Outros fatores também dificultaram o crescimento do vento, incluindo o processo de permissão, a fabricação e a construção, que podem levar anos. Mas, nesse último ponto, as coisas podem estar começando a procurar o setor eólico – pelo menos na Alemanha.

Em 2024, os reguladores aprovaram mais de 2.400 novas turbinas eólicas em terra, com uma produção total de cerca de 14 gigawatts, um recorde, disse um relatório do setor em janeiro. Robert Habeck, ministro de Assuntos Econômicos do Clima e Econômico da Alemanha, creditou que o impulso aos esforços do governo de sua coalizão para “simplificar e acelerar” o processo de aprovação.

O vento continua sendo uma das fontes de energia mais importantes da Alemanha. Cerca de 59% do suprimento de eletricidade de 2024 do país veio de fontes renováveiscom pouco mais da metade disso do vento, de acordo com o regulador federal de energia.

E, apesar dos desafios, insiders do setor como Fingerle of Winergy acreditam que a inovação poderia desbloquear um novo potencial de energia eólica.

“Nos próximos 10 a 15 anos, estou bastante otimista de que a corrida para classificações de potência ainda mais altas continuarão – especialmente (diante da) pressão da inovação da China”, disse ele.

Editado por: Tamsin Walker