Turbinas eólicas já alcançam alturas de arranha-céus

Localizadas a cerca de 160 quilômetros da costa nordeste da Inglaterra, as maiores turbinas eólicas do mundo começarão a gerar eletricidade em 2023. Nesta primeira fase de desenvolvimento do parque eólico offshore de Dogger Bank, as turbinas usadas são a Haliade X, da General Electric, e medem mais de 250 metros de altura entre a superfície do mar e o ponto mais alto da turbina (na ponta da pá).

Se uma delas fosse colocada em Londres, seria a terceira estrutura mais alta da cidade. Cada uma de suas três lâminas seria mais longa do que a altura da torre do relógio do Big Ben. E o parque eólico Dogger Bank terá quase 300 dessas gigantes.

Apenas duas décadas se passaram desde que o primeiro parque eólico offshore do Reino Unido foi construído na costa norte do País de Gales. Cada uma de suas turbinas era capaz de produzir 2 megawatts (MW) de eletricidade em condições ideais – consideradas enormes na época. Em comparação, a Haliade X é capaz de produzir 13MW de eletricidade, energia menor do que os 15MW das turbinas que deverão chegar ao mercado dentro de um ou dois anos.

Então, por que as turbinas estão aumentando de tamanho a uma taxa tão rápida? Há um limite para a altura que elas podem atingir? Resumindo, a primeira resposta é para reduzir o custo da energia e a segunda é que deveria haver um limite – mas ninguém colocou um número ainda.

Grandes turbinas, eletricidade barata

Apenas cinco anos atrás, a indústria eólica offshore esperava reduzir seus preços de energia para menos de £ 100 (100 libras) por megawatt-hora (MWh) até 2020 a partir de novos projetos nas águas do Reino Unido. Mesmo nesse nível, os projetos ainda teriam contado com subsídios do governo para torná-los economicamente viáveis, em comparação com outros tipos de geração de eletricidade.

Mas, na verdade, os custos diminuíram rapidamente na medida em que os desenvolvedores de parques eólicos offshore logo se comprometeram a vender sua eletricidade a preços muito mais baixos.

Atualmente, os desenvolvedores estão construindo parques eólicos, como Dogger Bank, se comprometendo com preços abaixo de £ 50/Mh, tornando a energia eólica offshore competitiva com outras formas de geração de energia e eliminando efetivamente a necessidade de subsídio.

O principal fator na redução desses custos foi o tamanho da turbina, visto que elas chegaram ao mercado em tamanhos cada vez maiores e de forma mais rápida do que praticamente todos no setor esperavam.

As lâminas não podem girar muito rápido

Teoricamente, as turbinas podem continuar crescendo. Afinal, uma pá maior extrai energia do vento em uma área maior enquanto gira – o que gera mais eletricidade. No entanto, isso suscita algumas restrições de engenharia. Uma delas diz respeito à erosão das pás que é causada pelo choque das mesmas com gotas de chuva e maresia.

Os projetos atuais consideram que para evitar erosão a velocidade das pontas das pás deve ser limitada a 90 metros por segundo. Portanto, na medida em que as turbinas ficam maiores e as pás mais longas, seus rotores precisam girar mais lentamente.

Uma consequência da desaceleração do rotor é que as pás devem desviar o vento em maior extensão, para produzir a mesma quantidade de energia, resultando em forças muito aumentadas em toda a turbina. Podemos lidar com essas forças altas, mas apenas aumentando o peso e o custo da turbina. E isso significa que o ponto no qual a turbina não se torna lucrativa – ou seja, o ponto em que o custo extra não vale mais a pena pelo valor da eletricidade gerada – acontece muito mais cedo do que se as pontas das pás fossem mais rápidas.

Além disso, na medida em que as lâminas ficam mais longas, elas se tornam mais flexíveis. Isso torna mais difícil manter a aerodinâmica do fluxo de vento ao seu redor totalmente sob controle e mais difícil garantir que as pás não batam na torre da turbina sob condições extremas de vento.

Restrições logísticas

Desafios de engenharia como os mencionados acima talvez possam ser resolvidos em longo prazo. Ou seja, é mais provável que o tamanho das turbinas eólicas seja limitado por questões de fabricação, instalação e operação, do que por qualquer limite físico no projeto da turbina.

A aparentemente simples tarefa de transportar pás e torres da fábrica para o local, e montar a turbina quando você chega lá, apresenta grandes desafios. Cada uma dessas lâminas do tamanho [do prédio] do Big Ben [em Londres] deve ser enviada inteira. Isso requer portos enormes, embarcações gigantes e guindastes que possam operar com segurança e confiabilidade em alto mar. Este é o lugar onde o limite é mais provável acontecer.

Você pode ver esses limites na prática no Reino Unido, que é cercado por mares ventosos e rasos, perfeitos para gerar energia. Apesar disso, é provável que o Reino Unido não atinja a meta ambiciosa de mais do que triplicar sua capacidade eólica offshore até 2030.

Isso não é por causa da tecnologia ou falta de sites offshore, mas porque a indústria não será capaz de fabricar turbinas com a rapidez suficiente, além de ser improvável que a infraestrutura portuária e o número de embarcações de instalação, guindastes adequados e trabalhadores com as habilidades necessárias sejam suficientes.

Portanto, se o Reino Unido deseja maximizar o benefício para sua economia do que é até agora uma fantástica história de sucesso, o foco atualmente precisa mudar da pura redução de custos para o desenvolvimento das habilidades dos trabalhadores e da cadeia de suprimentos eólicos offshore.

Tenho certeza de que as turbinas vão ficar ainda maiores, mas suspeito que em um ritmo mais lento do que vimos nos últimos anos. E se as turbinas forem implantadas a 160 quilômetros da costa, alguém se importará? Afinal, o público não estará lá para vê-las.

Artigo original (em inglês) publicado por Simon Hogg na The Conversation.

Sobre o autor
Simon Hogg é o Professor Ørsted em Energia Renovável na Universidade de Durham. A Ørsted é uma desenvolvedora líder de parques eólicos offshore. O Professor Hogg tem recebido financiamentos de pesquisa para projetos de parceiros da indústria eólica offshore e do conselho de pesquisa do governo do Reino Unido. Ele também é Presidente do Energy Coast Innovation Group (https://energicoast.co.uk/).

.Nota: O autor não trabalha, não é consultor, nem possui ações ou recebe financiamento de qualquer empresa ou organização que se beneficie deste artigo, e não divulgou nenhuma afiliação relevante além da acadêmica.A Durham University fornece financiamento como membro do The Conversation UK.