Prețul în scădere al energiei solare primește mai multă presă, dar se întâmplă lucruri mari și în tehnologia eoliană. Și mă refer la lucruri mari.

Calculele privind turbinele eoliene sunt destul de simple: Mai mare este mai bine. Mai exact, există două moduri de a produce mai multă energie din vânt într-o anumită zonă.

Primul este cu rotoare și palete mai mari pentru a acoperi o zonă mai mare. Acest lucru mărește capacitatea turbinei, adică producția sa potențială totală.

Cel de-al doilea este de a aduce palele mai sus în atmosferă, unde vântul suflă mai constant. Acest lucru crește „factorul de capacitate” al turbinei, adică cantitatea de energie pe care o produce efectiv în raport cu potențialul său total (sau mai colocvial: cât de des funcționează).

Istoria dezvoltării energiei eoliene a fost istoria ingineriei unor turbine din ce în ce mai înalte, cu pale din ce în ce mai mari. Este o afacere înșelătoare și delicată. Lucrurile înalte și subțiri, plasate în vânturi mai puternice, tind să se îndoaie și să se flexeze. Atunci când paletele lungi ale turbinelor se îndoaie, acestea se pot prăbuși în turn sau în butuc, așa cum a făcut acest sistem danez în 2008, după ce „frâna” sa a cedat și a scăpat de sub control:

De aceea, cea de-a treia provocare inginerească este de a găsi modele și materiale care pot rezista la tensiunile care apar odată cu înălțimea și vânturile mai puternice. Aceste tensiuni devin destul de intense – urmăriți acest videoclip în care inginerii testează o lamă enormă de turbină trăgând-o încoace și încolo cu „greutatea a aproximativ 16 elefanți africani.”

În orice caz, a face turbinele din ce în ce mai mari este numele jocului. Când vine vorba de turbine amplasate pe uscat (onshore), acest proces începe să se lovească de diverse limitări non-tehnice – blocaje de transport și infrastructură, preocupări legate de utilizarea terenurilor, preocupări legate de priveliști, păsări mari, umbre etc.

Dar, în special în Europa, energia eoliană se mută din ce în ce mai mult în largul mării. Și în largul oceanului, cu pământul abia la vedere, singura limitare privind dimensiunea este ingineria. În consecință, turbinele offshore se înalță astăzi chiar mai repede decât au făcut-o turbinele onshore în ultimul deceniu.

Un exemplu viu al acestei tendințe a apărut în martie 2018 (când am publicat pentru prima dată acest articol). GE Renewable Energy a anunțat că va investi 400 de milioane de dolari pentru a dezvolta o nouă turbină monstru: Haliade-X, care va fi (cel puțin până la următorul anunț important) cea mai mare, cea mai înaltă și cea mai puternică din lume.

Este impresionant ca o realizare inginerească, dar semnificația creșterii dimensiunii turbinei merge mult mai departe. Turbinele mai mari recoltează mai multă energie, în mod mai constant; cu cât sunt mai mari, cu atât devin mai puțin variabile și mai fiabile și cu atât sunt mai ușor de integrat în rețea. Energia eoliană depășește deja alte surse pe piețele angro de energie. După alte câteva generații de creștere, nici măcar nu va mai fi o competiție.

Ce dimensiuni ajung să aibă turbinele eoliene

Pentru a înțelege cât de mare este această nouă turbină GE, să începem cu câteva comparații.

L-am sunat pe Ben Hoen, cercetător la Lawrence Berkeley National Laboratory, pentru a obține cele mai recente cifre privind dimensiunile turbinelor eoliene. (El subliniază că acestea sunt cifre preliminare – LBNL are un raport pe această temă care va fi publicat în câteva luni, dar nu se așteaptă ca aceste cifre să se schimbe prea mult, dacă nu cumva chiar deloc.)

Potrivit lui Hoen, înălțimea totală medie (de la bază până la vârf) a unei turbine onshore din SUA în 2017 a fost de 142 de metri (466 de picioare). Turbina mediană a fost mai aproape de 152 de metri (499 de picioare). De fapt, a spus Hoen, mediana se apropie de cea maximă. Cu alte cuvinte, în timp, turbinele onshore din SUA par să converge către aproximativ această înălțime. De ce? Pentru că, dacă construiești mai mult de 499 de picioare, Administrația Federală a Aviației necesită niște pași suplimentari în procesul de aprobare și, aparent, majoritatea dezvoltatorilor nu au considerat că merită deranjul.

Cele mai înalte turbine onshore din SUA se află la proiectul Hancock Wind din Hancock County, Maine. Acestea – Vestas V117-3.3s, dacă trebuie să știți – au o înălțime de aproximativ 574 de picioare.

Așa că asta e pe uscat. Cum rămâne cu offshore? Ei bine, deocamdată, SUA are o singură și unică instalație eoliană offshore în funcțiune, Block Island Wind Farm, în largul Rhode Island. Turbinele sale se ridică la aproximativ 590 de picioare.

Cum se compară Haliade-X cu toate acestea? Potrivit GE, va ajunge la o înălțime de 853 de picioare.

Aceasta ar fi, din câte știu eu, cea mai înaltă turbină eoliană din lume. Din câte îmi dau seama căutând pe Google (așa cum am spus, aceste lucruri se schimbă rapid), deținătorul precedent al recordului este o turbină terestră de 809 picioare din Germania.

Turbinele mai mari înseamnă mai multă energie, mai des

Înălțimea nu este tot ceea ce contează, totuși. Haliade-X se mândrește, de asemenea, cu alte câteva superlative.

Diametrul motorului este o măsurătoare a întregii baleiere a paletelor turbinei (diametrul cercului pe care acestea îl definesc). Toate celelalte fiind egale, un diametru mai mare al rotorului înseamnă că turbina poate recolta mai mult vânt.

În 2017, mi-a spus Hoen, turbinele eoliene din SUA aveau un diametru mediu al rotorului de 367 de picioare. Haliade-X va avea un diametru al rotorului de 722 de picioare, aproximativ dublu față de medie. Palele vor fi gargantuesce, cu o lungime de 351 de picioare fiecare, mai lungi decât un teren de fotbal și mai lungi, spune GE, decât orice altă pală offshore de până acum.

Diametrul masiv al rotorului, plus vântul constant din largul mării, plus turbina de 12 MW (media pe uscat este de aproximativ 3 MW; în largul mării de aproximativ 6 MW), înseamnă că Haliade-X va avea un factor de capacitate neobișnuit de ridicat.

Acest citat din Raportul de piață privind tehnologiile eoliene din 2016 al Departamentului Energiei arată cum au evoluat factorii de capacitate eoliană de-a lungul timpului: „Factorul mediu de capacitate din 2016 în rândul proiectelor construite în 2014 și 2015 a fost de 42,5 %, comparativ cu o medie de 32,1 % în rândul proiectelor construite în perioada 2004-2011 și de doar 25,4 % în rândul proiectelor construite între 1998 și 2001.”

Cu titlu de comparație, în 2016, flota nucleară din SUA a avut un factor mediu de capacitate de aproximativ 92 %. (Având în vedere piețele actuale, energia nucleară este economică doar atunci când funcționează continuu, ca sarcină de bază). Cărbunele și gazele naturale au fost de 55 și, respectiv, 56 la sută. (Gazele naturale au un nivel atât de scăzut deoarece cresc și scad frecvent pentru a urmări oscilațiile cererii. Cărbunele obișnuia să se apropie de 80, dar este din ce în ce mai puțin economic să faci să funcționeze centralele pe bază de cărbune.)

Atunci, energia eoliană modernă din SUA a ajuns la 42,5 %, iar gazele naturale la 56 %. Haliade-X, potrivit GE, va avea un factor de capacitate de 63%. Aceasta este o nebunie, deși nu ar fi cea mai mare din lume – turbinele offshore plutitoare din cadrul proiectului Hywind Scotland au atins recent 65 la sută.

Să adunăm toate acestea și, la un „amplasament tipic german din Marea Nordului”, spune GE, fiecare Haliade-X va produce aproximativ 67GWh anual, „suficientă energie curată pentru până la 16.000 de gospodării pe turbină și până la 1 milion de gospodării europene într-o configurație de parc eolian de 750 MW”. (Este suficient să spunem că numărul ar fi mai mic pentru gospodăriile americane cu probleme de energie). Aceasta înseamnă „cu 45 la sută mai multă energie decât orice altă turbină eoliană offshore disponibilă în prezent”, potrivit companiei.

Primul Haliade-X este în prezent în construcție în Rotterdam, Olanda. GE a declarat în aprilie că va începe să producă energie electrică mai târziu în acest an.

Turbinele mai mari care funcționează mai des vor zdrobi toți concurenții

Să luăm în considerare ce înseamnă acești factori de capacitate în creștere pentru energia eoliană.

Revin adesea la această postare din 2015 a analistului energetic Ramez Naam privind potențialul final al energiei eoliene. „Energia eoliană la un factor de capacitate de 60%”, scria el, „chiar și la același preț pe kwh de astăzi, ar fi enorm de valoroasă decât este acum, cu mai puține limite în ceea ce privește cantitatea pe care am putea să o folosim.

De ce este așa? Din mai multe motive.

• Cu cât o sursă este mai variabilă, cu atât este nevoie de mai multe rezerve pentru a o consolida și a o face fiabilă. (În prezent, rezerva este furnizată cel mai adesea de centrale pe bază de gaze naturale, deși bateriile sunt în creștere). Făcând ca energia eoliană să fie mai puțin variabilă și mai fiabilă, factorii de capacitate mai mari reduc costurile de rezervă.
• Energia regenerabilă variabilă (soare și vânt) tinde să „își mănânce propriul prânz”. Deoarece toate produc energie în același timp (atunci când soarele strălucește sau vântul bate), următoarea creștere de capacitate adăugată are ca efect scăderea prețului de compensare pentru toate celelalte creșteri. Cu cât mai multă energie intră în funcțiune deodată, cu atât mai mic este prețul. Prin repartizarea energiei sale pe o perioadă mai lungă de timp – aproximativ de două ori mai mult decât cele 32 de procente ale turbinelor din 2011 – o turbină cu un factor de capacitate de 60 la sută atenuează și încetinește acest efect de suprimare a prețurilor.
• Prin extinderea orelor de funcționare, o turbină cu factor de capacitate ridicat are mai multe șanse să producă în timpul vârfurilor de cerere, când energia este cea mai valoroasă.

Un factor de capacitate de peste 60 la sută nu este chiar „sarcină de bază”, dar cu siguranță pare mult mai puțin variabilă. Așadar, turbine precum Haliade-X ar fi mai valoroase chiar dacă prețul energiei eoliene ar rămâne același.

Dar, bineînțeles, nu va rămâne la fel; acesta a scăzut cu 65 % din 2009. Un raport recent al NREL a proiectat că inovațiile în tehnologia energiei eoliene (dintre care turbinele mai mari sunt una dintre multe altele) ar putea să-l facă să scadă cu încă 50 la sută până în 2030. (Cercetătorii de la Universitatea din Virginia lucrează la un proiect pentru o turbină offshore care se va ridica, nu-i așa, la 1.640 de picioare, mai sus decât Empire State Building.)

Să spunem că noile turbine eoliene din SUA vor ajunge la o înălțime medie a butucului de 460 de picioare până în 2025, aproximativ în conformitate cu proiecțiile actuale. Conform datelor NREL, astfel de turbine ar putea atinge factori de capacitate de peste 60+ la sută pe mai mult de 750.000 de mile pătrate de pe teritoriul SUA și de peste 50+ la sută pe 1,16 milioane de mile pătrate.

Atât de mult vânt, la acest factor de capacitate, cu progresele previzibile în tehnologia eoliană, va produce energie suficient de ieftină pentru a zdrobi absolut toți concurenții. Iar anul 2025 nu este atât de departe.