10 Inovações em Energia Eólica

Uma das tecnologias de energia alternativa mais promissoras tem, nos últimos anos, recebido mais ceticismo do que elogios. As turbinas eólicas de eixo horizontal (HAWT), aquelas torres maciças e com lâminas que transformam um dia de vento em energia limpa para a rede, também podem matar pássaros e morcegos, exigem manutenção regular cara, têm problemas de eficiência e geralmente incomodam os moradores locais com dificuldades repentinas vistas e níveis de ruído indesejáveis ​​(e possivelmente insalubres).

A instalação de parques eólicos nos EUA diminuiu, mas um influxo de financiamento do governo em 2012 pode oferecer uma nova esperança para a energia eólica [fonte: Hurdle (em inglês )]. A pesquisa vem rendendo algumas possibilidades surpreendentes em recursos e métodos de geração; muitas das máquinas na prancheta parecem e funcionam muito pouco como os " moinhos de vento " a que estamos acostumados.

O futuro do vento pode não estar nas pás, nas fazendas, ou mesmo fixado na Terra. Aqui estão 10 das abordagens mais exclusivas para melhorar a forma como transformamos o vento em eletricidade . Alguns são um pouco sonhadores, outros em vários estágios de design e protótipo, e alguns possuem datas provisórias para venda comercial.

Começaremos com um cujos inventores dizem que captura muito mais vento do que os projetos convencionais e pode estar no mercado em 2013.

1. Coletando primeiro
2. Enviando para cima
3. Começando com o motor Tesla
4. Começando com um motor a jato
5. Levitando!
6. Vagando nele
7. Começando com uma vela
8. Tornando-se flexível
9. Mudando o Peso
10. Flutuando

Omni-direcional foi feito, com lâminas de turbina ajustáveis ​​montadas na orientação vertical tradicional que pode se mover para acomodar a mudança direcional. O IMPLUX segue outro caminho com o método, canalizando o ar de várias direções para uma configuração de eixo vertical.

Os inventores da Katru, em seu modelo de trabalho de uma turbina eólica no telhado para produção de energia em pequena escala, criaram um dispositivo que captura mais vento coletando-o antes que ele atinja as pás da turbina [fonte: Yirka ]. Uma câmara redonda de ripas atua como uma estrutura de entrada de 360 ​​graus que leva o vento que viaja de todas as direções e o redireciona em apenas uma: para cima, para lâminas girando horizontalmente (uma orientação semelhante a um helicóptero).

Como a turbina é fechada e as lâminas do compartimento são espaçadas, ela não representa perigo para os pássaros e produz muito pouco ruído em comparação com as formas atuais de turbina [fonte: Katru Eco-Inventions ].

O IMPLUX seria montado no topo dos edifícios para capturar a energia relativamente inexplorada que flui sobre os centros urbanos. O modelo mais recente tem apenas 2,7 metros de altura e potência de 1,2 quilowatts; O plano da Katru é aumentar isso para um máximo de 6 quilowatts até o final de 2013, quando o IMPLUX está previsto para disponibilidade comercial [fonte: Katru Eco-Inventions ].

Em seguida, em um nível totalmente diferente ...

Muito acima do solo, há energia eólica suficiente para abastecer 50 globos, de acordo com o grupo da indústria Alternative Energy [fonte: Alternative Energy ]. Esses ventos de alta altitude, historicamente além do alcance de nossa tecnologia e ciência, podem estar prestes a alimentar nossas redes.

Várias empresas estão projetando turbinas aerotransportadas que flutuariam a milhares de pés no ar, convertendo ventos de alta altitude em eletricidade. Os projetos variam de estruturas do tipo pipa a dirigíveis , essencialmente turbinas voadoras que capturam o vento, convertem-no em energia elétrica e o enviam para a Terra por meio de uma corda.

As preocupações com a segurança são abundantes, outra razão pela qual as turbinas voadoras têm sido um sonho em segundo plano [fonte: Alternative Energy ]. A Administração Federal de Aviação aconselhou um limite de 2.000 pés (600 metros) para tais estruturas, para evitar interferência com o tráfego aéreo, e os projetistas precisam provar que podem pousar suas turbinas com segurança caso um cabo falhe ou condições climáticas extremas causem outros problemas de funcionamento.

Turbinas de alta altitude estão em vários estágios de desenvolvimento. Eles ainda não foram testados nas altas altitudes para as quais se destinam [fonte: Alternative Energy ].

Em seguida, Tesla entra em cena.

Inspirada por um projeto de motor patenteado pelo inventor Nikola Tesla em 1913 , uma empresa chamada Solar Aero projetou uma turbina eólica sem pás, com tamanho reduzido e, segundo os projetistas, custos de manutenção baixos o suficiente para reduzir o preço de sua eletricidade para taxas a carvão [fonte: Zyga ].

A turbina Fuller usa discos de metal finos para girar um gerador. Os discos estilo aerofólio são espaçados e inclinados de tal forma que, quando o vento flui através da unidade, eles giram, independentemente da direção ou força do vento. Como o número de discos pode ser aumentado ou diminuído para atingir diferentes potências e tamanhos, a turbina Fuller pode ser facilmente adaptada para acomodar uma ampla variedade de locais.

O fácil acesso à configuração do disco e do gerador, juntamente com os requisitos de altura reduzidos, uma vez que a folga da lâmina não é um fator, significam custos de manutenção mais baixos, de acordo com a Solar Aero. A remoção da folga das lâminas da equação também significa que as unidades podem ser colocadas mais próximas umas das outras, de modo que 20 turbinas Fuller exigiriam menos terra do que as máquinas com lâminas padrão [fonte: Zyga ].

Como muitas outras inovações nesta lista, a turbina Fuller leva em consideração as aves: todo o sistema de movimentação é blindado.

Em seguida, outro motor atua como musa.

Uma subsidiária do fabricante aeroespacial FloDesign levou o conceito de motor a jato para a energia eólica . A turbina eólica FloDesign é menor do que as estruturas de turbinas atuais, mas pode, de acordo com seus inventores, produzir até quatro vezes mais energia [fonte: LaMonica ].

Assim como um motor a jato, o FloDesign possui um conjunto de lâminas fixas que ficam na frente das lâminas da turbina em movimento. Eles são espaçados e angulados para aproveitar as variações na velocidade do vento para produzir um vórtice de mistura rápida – um vórtice que suga vento adicional (o que seria perdido por projetos típicos de turbinas) e o acelera [fonte: Bullis ]. É esse volume maior de ar em movimento mais rápido que atinge as pás móveis, girando o gerador.

Os projetistas da unidade dizem que o FloDesign pode produzir tanta energia quanto uma unidade HAWT com o dobro do seu tamanho [fonte: Bullis ]. Em 2011, a unidade foi instalada em uma ilha no porto de Boston e teve um bom desempenho [fonte: Watt Now ].

Em seguida, eliminando o atrito ...

Uma das razões pelas quais as turbinas eólicas são relativamente ineficientes é o atrito entre as partes móveis [fonte: Fecht ]. Esse atrito desperdiça energia, reduzindo a saída da turbina. Se você pudesse, digamos, levitar as lâminas de uma turbina em vez de prendê-las fisicamente à base, esse atrito seria eliminado.

Esta tecnologia está disponível. Várias empresas, em vários estágios de desenvolvimento, estão trabalhando em turbinas maglev . A levitação magnética , que impulsiona trens de energia limpa há anos, tem o potencial de aumentar a eficiência das turbinas eólicas em até 20%, de acordo com o Guangzhou Energy Research Institute, com sede na China [fonte: Fecht ]. Essas unidades sem atrito podem aproveitar o vento de movimento mais lento, transformar mais energia eólica que capturam em eletricidade e enfrentar menos desgaste do que os modelos tradicionais.

A Regenedyne e a NuEnergy, com sede nos EUA, estão desenvolvendo turbinas maglev para venda comercial. Os modelos são silenciosos, mais seguros para os pássaros e são significativamente mais baratos do que as unidades do tipo "moinho de vento" [fonte: NuEnergy ]. A vida útil teria muito a ver com isso: Regenedyne afirma uma vida útil da turbina maglev de 500 anos, em comparação com cerca de 25 anos para os modelos atuais cheios de atrito [fonte: Off Grid Technologies ].

Em seguida, a energia eólica se torna recreativa ...

Os planejadores da cidade em Abu Dhabi imaginaram uma comunidade futurista na qual a energia limpa seria mais do que energia; seria apreciado. Empresas de design apresentaram propostas, e uma empresa de Nova York ganhou o primeiro prêmio por seu conceito de um campo de turbinas semelhantes a juncos que se movem na brisa como talos de trigo.

Atelier DNA imaginou turbinas finas e graciosas chamadas Windstalks. Cada haste de 180 pés (55 metros) iluminada por LED balança ao vento, criando energia cinética para acionar um gerador de torque [fonte: Danigelis ]. Um design fino e sem lâminas permite espaçamento próximo, segurança para pássaros e morcegos e, mais exclusivamente, um lindo passeio noturno: os designers esperam que os moradores um dia passem por uma fazenda de Windstalks balançando, experimentando energia limpa como algo como arte.

A ideia transforma o parque eólico em uma instalação visualmente agradável, em vez de ser tolerada em nome de energia limpa e renovável. É uma maneira inovadora de remover uma das maiores objeções aos parques eólicos hoje, imaginando a possibilidade de que, no futuro, as pessoas possam realmente querer morar perto de acres e acres de turbinas.

Em seguida, invocando uma das formas mais antigas e eficientes de capturar a força do vento...

Uma das formas mais antigas de captação de energia eólica é a vela. Desde que os primeiros construtores navais ergueram um mastro, a simples vela aproveitou mais energia cinética do vento para uso humano do que qualquer outra estrutura [fonte: Zaghdoud ].

Vela como inspiração para uma turbina eólica de alta eficiência, então, faz todo o sentido, e a Saphon Energy espera implementá-la em uma turbina em forma de vela que chama de Saphonian. Em comparação com um projeto padrão de pás, a turbina mais aerodinâmica e de menor atrito pode usar até duas vezes a quantidade de energia em um determinado suprimento de vento, usando-a para criar pressão hidráulica para acionar um gerador [fonte: Zaghdoud ]. De acordo com Saphon, seu protótipo mais recente é duas vezes mais eficiente do que uma turbina típica do tipo moinho de vento [fonte: Zaghdoud ].

Como uma nota lateral interessante, Saphonian leva o nome de Baal-Saphon, uma divindade do vento na religião da antiga Cartago. Em particular, Baal-Saphon governava o vento que agitava os mares, e era adorado pelos marinheiros cartagineses em suas viagens [fonte: Saphon ].

Em seguida, na ponta da lâmina ...

O desgaste é um problema sério nas turbinas eólicas , porque a substituição repetida de peças caras aumenta o custo da energia que elas geram. O Laboratório Nacional de Energia Sustentável de Risø, na Dinamarca, está enfrentando um dos maiores culpados pelo desgaste: a carga extraordinária colocada nas estruturas das turbinas quando suas pás maciças giram [fonte: Alternative Energy ].

Para reduzir essa carga, os pesquisadores da Risø criaram um tipo diferente de lâmina – ou pelo menos um tipo diferente de borda para ela. Eles acreditam que uma borda de fuga que pode dobrar enquanto a lâmina gira, criando um fluxo de ar mais suave para fora da lâmina, reduzirá drasticamente a carga na estrutura de suporte [fonte: Alternative Energy ].

Os pesquisadores apontam os flaps nas asas do avião como um exemplo do conceito: esses flaps alteram a forma da asa para oferecer maior controle sobre as forças de sustentação durante a decolagem e o pouso. Um bordo de fuga de borracha, por meios semelhantes, poderia aumentar a estabilidade das pás de turbinas giratórias, reduzindo a quantidade de estresse nos componentes que as seguram [fonte: Alternative Energy ].

A borda flexível da Risø ainda está em fase de pesquisa e design.

Em seguida, uma nova maneira de fazê-lo offshore ...

Os parques eólicos offshore oferecem um enorme potencial em energia eólica , mas as desvantagens potenciais tornam seu futuro incerto. Uma das maiores preocupações é financeira, principalmente em relação ao custo de ancoragem de uma turbina eólica ao fundo do oceano. O preço dessa construção é tão alto que levanta dúvidas quanto à viabilidade da geração de energia offshore em larga escala.

Muitas empresas estão procurando maneiras de diminuir esse custo. Um deles, Technip, atacou de um ângulo do centro de gravidade, virando a estrutura tradicional da turbina de lado. O efeito é uma estrutura mais estável: o projeto Vertiwind move o gerador, o componente mais pesado, para mais perto da superfície do oceano - 65 pés (20 metros) acima do mar, em vez dos habituais 200 pés (60 metros); também torna o eixo de rotação vertical [fonte: Gatto ]. O resultado combinado é um centro de gravidade mais baixo que reduz a profundidade e a complexidade dos requisitos de ancoragem [fonte: Snieckus ]. Idealmente, as turbinas Vertiwind não precisarão ser fixadas no fundo do oceano.

Em janeiro de 2013, um protótipo Vertiwind de 35 quilowatts está pronto para ser testado na costa da França [fonte: Wind Power Intelligence ].

Essa não é, aparentemente, a única maneira de fazer isso, no entanto. Uma inovação final em energia eólica propõe outra solução para os altos custos offshore.

O WindPlus colaborativo de energia eólica também está trabalhando na questão da ancoragem. Neste caso, porém, a turbina mantém seu eixo horizontal, como você vê na maioria das estruturas terrestres; o grande desenvolvimento aqui é um sistema de suporte chamado WindFloat.

WindFloat é uma plataforma semi-submersível mantida no lugar por uma âncora de arrasto. Na incorporação de drag, não há construção no fundo do mar. Em vez disso, uma âncora é arrastada ao longo do piso até que ela se encaixe na profundidade desejada. A plataforma ancorada por arrasto suporta uma turbina offshore como as comumente em uso agora. O WindFloat pode potencialmente permitir a instalação acessível de turbinas maiores do que as que produzem energia offshore agora.

Este projeto de turbina flutuante permite não apenas custos de instalação mais baixos, mas também custos de montagem mais baixos, uma vez que toda a configuração, tanto a plataforma quanto a turbina, pode ser montada em terra. A tecnologia atual depende da montagem no mar, que envolve condições muito mais instáveis ​​e logisticamente complexas [fonte: Macguire ]. WindFloats já estão em uso na costa de Portugal e, em dezembro de 2012, os planos de instalação na costa de Oregon estão avançando [fonte: Recharge ].

Esse projeto de Oregon recebeu luz verde em parte por novas doações para desenvolvimento tanto da União Européia quanto dos Estados Unidos [fonte: Recharge ]. Novos financiamentos governamentais para energia eólica, particularmente a variedade offshore, emitidos no final de 2012 podem significar grandes saltos no desenvolvimento. As esperanças são de que, com o dinheiro para aperfeiçoar o projeto e implementar mais testes no mundo real, inovações como essas possam aumentar drasticamente a viabilidade do vento como uma fonte significativa de energia limpa e acessível.

Nota do autor: 10 inovações em energia eólica

Existem inúmeras mentes inovadoras trabalhando para melhorar o desempenho das turbinas eólicas, mas aqui, eu tive que escolher 10. Existem tantas por aí, algumas pesadas em ajustes para eficiência mecânica, outras se concentrando em eliminar problemas "desagradáveis" e danos ambientais, e muitos abordando ambos. Escolhi essas inovações em particular porque as achei especialmente únicas ou surpreendentes, ou suas afirmações ousadas foram realmente confirmadas em testes de campo.

Cada inovação listada, também, pode aparecer no trabalho de mais empresas do que consegui incluir aqui. É incrível quantos inventores atingiram a mesma marca.

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