O preço decrescente da energia solar fica mais pressionado, mas há grandes coisas acontecendo na tecnologia eólica também. E quero dizer grandes.

A matemática nas turbinas eólicas é muito simples: Maior é melhor. Especificamente, há duas maneiras de produzir mais energia a partir do vento em uma determinada área.

A primeira é com rotores e pás maiores para cobrir uma área maior. Isso aumenta a capacidade da turbina, ou seja, o seu potencial total de produção.

A segunda é colocar as pás mais altas na atmosfera, onde o vento sopra de forma mais constante. Isso aumenta o “fator de capacidade” da turbina, ou seja, a quantidade de potência que ela realmente produz em relação ao seu potencial total (ou mais coloquialmente: quantas vezes ela funciona).

A história do desenvolvimento da energia eólica tem sido a história da engenharia de turbinas cada vez mais altas e mais altas com pás cada vez maiores. É um negócio complicado e delicado. Coisas altas e magras, colocadas em ventos mais fortes, tendem a dobrar-se e a flexionar-se. Quando as pás longas das turbinas se dobram, podem chocar contra a torre, ou cubo, como este sistema dinamarquês fez em 2008, depois de seu “freio” ter falhado e ter girado fora de controle:

Então o terceiro desafio de engenharia é encontrar projetos e materiais que possam suportar as tensões que vêm junto com a altura e ventos mais altos. Essas tensões ficam bastante intensas – veja este vídeo de engenheiros testando uma enorme pá de turbina, puxando-a para dentro e para fora com “o peso de aproximadamente 16 elefantes africanos”

Anyway, fazer turbinas cada vez maiores é o nome do jogo. Quando se trata de turbinas terrestres (onshore), esse processo começa a ter várias limitações não técnicas – transporte e infra-estrutura chokepoints, preocupações com o uso da terra, preocupações com vistas, pássaros grandes, sombras, etc.

Mas especialmente na Europa, a energia eólica está cada vez mais se deslocando para o mar. E no mar, com a terra mal à vista, a única limitação de tamanho é a engenharia. Conseqüentemente, as turbinas offshore hoje em dia estão se movendo ainda mais rápido do que as turbinas onshore na última década.

Um exemplo vivo desta tendência surgiu em março de 2018 (quando publiquei esta história pela primeira vez). A GE Renewable Energy anunciou que investirá 400 milhões de dólares para desenvolver uma nova turbina monstruosa: a Haliade-X, que será (pelo menos até o próximo grande anúncio) a maior, mais alta e mais potente do mundo.

É impressionante como um feito de engenharia, mas o significado do crescimento do tamanho da turbina vai muito além disso. As turbinas maiores colhem mais energia, de forma mais constante; quanto maiores forem, menos variáveis e mais fiáveis ficam, e mais fácil é a sua integração na rede. O vento já está superando outras fontes nos mercados atacadistas de energia. Depois de mais algumas gerações de crescimento, não será mais um concurso.

Que turbinas eólicas estão chegando até

Para saber o tamanho desta nova turbina GE, vamos começar com algumas comparações.

Fui chamado de Ben Hoen, um cientista pesquisador do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, para obter os números mais recentes sobre o tamanho das turbinas eólicas. (Ele salienta que estes são números preliminares – LBNL tem um relatório sobre isso que sai em poucos meses, mas ele não espera que esses números mudem muito, se é que vai mudar.)

De acordo com Hoen, a altura média total (da base à ponta) de uma turbina onshore dos EUA em 2017 foi de 142 metros (466 pés). A turbina mediana estava mais próxima a 152 metros (499 pés). Na verdade, disse Hoen, a mediana está se aproximando do máximo. Em outras palavras, com o tempo, as turbinas onshore americanas parecem estar convergindo em torno dessa altura. Por quê? Porque se você construir acima de 499 pés, a Administração Federal de Aviação requer alguns passos extras em seu processo de aprovação, e aparentemente a maioria dos desenvolvedores não descobriram que vale a pena o incômodo.

As turbinas onshore mais altas dos EUA estão no projeto Hancock Wind, no condado de Hancock, Maine. Essas – Vestas V117-3.3s, se você precisa saber – têm cerca de 574 pés de altura.

Então isso é onshore. E em offshore? Bem, até agora, os EUA têm uma e apenas uma instalação eólica offshore em operação, o Parque Eólico Block Island ao largo de Rhode Island. Suas turbinas se elevam a cerca de 590 pés.

Como a Haliade-X se compara a tudo isso? De acordo com a GE, ele atingirá 853 pés de altura.

Essa seria, até onde eu sei, a turbina eólica mais alta do mundo. Como posso ver pelo googling (como eu disse, estas coisas estão mudando rapidamente), o recordista anterior é uma turbina onshore de 809 pés na Alemanha.

Turbinas maiores significam mais potência, mais frequentemente

Altura não é tudo o que importa, no entanto. A Haliade-X também possui alguns outros superlativos.

Diâmetro do motor é uma medida da varredura total das pás da turbina (o diâmetro do círculo que elas definem). Tudo mais sendo igual, maior diâmetro de rotor significa que a turbina pode colher mais vento.

Em 2017, Hoen me disse, as turbinas eólicas americanas tinham um diâmetro médio de rotor de 367 pés. A Haliade-X terá um diâmetro de rotor de 722 pés, aproximadamente o dobro da média. As pás serão gigantescas, com 351 pés de comprimento cada uma, mais longas que um campo de futebol e mais longas, diz a GE, que qualquer outra pá offshore até hoje.

O enorme diâmetro do rotor, mais o vento constante offshore, mais a turbina de 12MW (em terra firme em média em torno de 3MW; offshore em torno de 6MW), significa que a Haliade-X terá um fator de capacidade invulgarmente elevado.

Esta cotação do Relatório do Departamento de Energia do Mercado de Tecnologias Eólicas 2016 mostra como os fatores de capacidade eólica evoluíram ao longo do tempo: “O fator de capacidade médio de 2016 entre os projetos construídos em 2014 e 2015 foi de 42,5%, comparado a uma média de 32,1% entre os projetos construídos de 2004 a 2011 e apenas 25,4% entre os projetos construídos de 1998 a 2001”

A título de comparação, em 2016 a frota nuclear americana tinha um fator de capacidade médio de cerca de 92%. (Dados os mercados atuais, o nuclear só é econômico quando funciona continuamente, como carga de base). O carvão e o gás natural foram de 55 e 56 por cento, respectivamente. (O gás natural é tão baixo assim porque sobe e desce com freqüência para acompanhar as oscilações da demanda. O carvão costumava estar perto dos 80, mas é cada vez menos econômico operar usinas de carvão.)

Então o vento moderno dos EUA é de até 42,5% e o gás natural está em 56%. A Haliade-X, segundo a GE, terá um fator de capacidade de 63 por cento. Isso é wackadoodle, embora não seja o mais alto do mundo – as turbinas offshore flutuantes do projeto Hywind Scotland atingiram 65% recentemente.

Adicionar tudo isso para cima e, em um “local típico do Mar do Norte alemão”, diz a GE, cada Haliade-X produzirá cerca de 67GWh anualmente, “energia limpa suficiente para até 16.000 residências por turbina, e até 1 milhão de residências européias em uma configuração de parque eólico de 750 MW”. (Basta dizer que o número seria menor para as residências americanas com fluxo de energia). Isso é “45% mais energia do que qualquer outra turbina eólica offshore disponível hoje”, de acordo com a empresa.

A primeira Haliade-X está atualmente em construção em Rotterdam, na Holanda. A GE disse que em abril começará a produzir eletricidade no final deste ano.

Turbinas maiores que funcionam mais frequentemente vão esmagar todos os concorrentes

Vamos considerar o que esses fatores de capacidade crescente significam para o vento.

Volto frequentemente a este posto de 2015 pelo analista de energia Ramez Naam sobre o potencial final da energia eólica. “Vento com fator de capacidade de 60%”, escreveu ele, “mesmo ao mesmo preço por kwh de hoje, seria tremendamente mais valioso do que é agora, com menos limites para quanto dele poderíamos usar.

Por que isso? Várias razões.

• Quanto mais variável for uma fonte, mais backup é necessário para firmá-la e torná-la confiável. (Hoje em dia, as cópias de segurança são mais frequentemente fornecidas por instalações de gás natural, embora as baterias estejam a rastejar). Ao tornar o vento menos variável e mais confiável, fatores de capacidade mais elevados reduzem os custos de backup.
• As energias renováveis variáveis (sol e vento) tendem a “comer o seu próprio almoço”. Como tudo produz energia ao mesmo tempo (quando o sol brilha ou o vento sopra), o próximo incremento de capacidade adicionado tem o efeito de baixar o preço de compensação para todos os outros incrementos. Quanto mais energia estiver online ao mesmo tempo, mais baixo será o preço. Ao distribuir sua energia por um período mais longo – aproximadamente o dobro dos 32% das turbinas de 2011-vintage – uma turbina com fator de capacidade de 60% diminui e retarda este efeito de supressão de preço.
• Ao estender suas horas de operação, uma turbina com alto fator de capacidade tem maior probabilidade de produzir durante os picos de demanda, quando a energia é mais valiosa.

Um fator de capacidade de 60%+% não é bem “carga de base”, mas certamente parece muito menos variável. Portanto, turbinas como a Haliade-X seriam mais valiosas, mesmo que o preço da eletricidade eólica permanecesse o mesmo.

Mas é claro que não vai permanecer o mesmo; caiu 65% desde 2009. Um relatório recente do NREL projetou que inovações na tecnologia de energia eólica (das quais as maiores turbinas são uma entre muitas) poderiam fazer com que ela caísse mais 50% até 2030. (Pesquisadores da Universidade da Virgínia estão trabalhando em um projeto para uma turbina offshore que se elevará, sem mentira, 1.640 pés, mais alto que o edifício do estado do império)

Dizer que as novas turbinas eólicas americanas atingem uma altura média de 460 pés até 2025, aproximadamente em linha com as projeções atuais. De acordo com dados do NREL, tais turbinas poderiam atingir fatores de capacidade de 60+ por cento em mais de 750.000 milhas quadradas de território dos EUA, e 50+ por cento em 1,16 milhões de milhas quadradas.

Que muita vento, nesse fator de capacidade, com avanços previsíveis na tecnologia eólica, produzirá energia barata o suficiente para esmagar absolutamente todos os concorrentes. E 2025 não está assim tão longe.