Em alguns países, as turbinas eólicas já substituíram as fontes de energia mais tradicionais. O que estamos esperando?
Turbinas eólicas na Rússia
Os moinhos de vento em todo o mundo agora geram mais eletricidade do que toda a indústria de energia na Rússia - e a um preço que sua geração já atingiu o nível das usinas termelétricas. E isso apesar do fato de que, dez anos atrás, engenheiros e funcionários russos de energia consideraram que as possibilidades de seu desenvolvimento haviam se esgotado e os próprios parques eólicos eram muito caros. Agora tudo virou de cabeça para baixo: a estatal russa está investindo dezenas de bilhões para alcançar o Ocidente no campo de turbinas eólicas. Por que as previsões anteriores de especialistas russos não se concretizaram, que não levamos em consideração? E há alguma perspectiva para as tentativas da Rosatom de desperdiçar dinheiro?
Vento da história
Quando as pessoas começaram a pensar em usar o vento, a questão é difícil. Há evidências indiretas de que o Homo erectus ou os neandertais poderiam ter navegado. As tentativas modernas de superar o estreito entre Creta e o continente - e 130 mil anos atrás, ferramentas de pedra surgiram repentinamente nesta ilha - mostraram que não é realista fazer isso a remos - a correnteza neste estreito é muito forte. As gravuras rupestres, que confirmam com precisão o uso de velas, têm vários milhares de anos.
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As primeiras máquinas mecânicas, movidas pela força do vento, foram inventadas por Heron de Alexandria, no século I aC (ele também criou a primeira amostra de uma turbina que gira durante a combustão do combustível). É verdade que seu moinho de vento não resolvia um problema prático, mas sim divertido. Era uma espécie de instrumento musical, agindo com a rotação da roda pelo vento que entrava.
Por volta de 400 DC, moinhos de vento com um eixo vertical de rotação - máquinas de oração - aparecem em templos budistas na Índia. É fácil notar sua diferença fundamental em relação ao esquema de Heron - a versão budista do moinho de vento é "deitada de lado".
Uma aplicação prática de máquinas de vento foi encontrada no século 9 no Irã (descrições de Abu Ishaq al-Istakhri). No entanto, eles não tiveram nada a ver com os que estamos acostumados. Eram torres, em cujo perímetro havia estruturas de malha cobertas com tecido. O vento os girava e um mecanismo especial convertia a rotação do eixo vertical no movimento de pedras de moer ou na operação de um dispositivo de levantamento de água.
Do Irã, a novidade chegou à Índia e à China, mas não à Europa, que então emprestou muito poucas inovações técnicas.
Em 1185, o primeiro moinho de vento foi mencionado em Yorkshire (Inglaterra), e este primeiro moinho de vento ocidental já era do tipo familiar - com um eixo de rotação horizontal, no qual as pás giratórias verticalmente são montadas. Como podemos ver, já a partir do século 12, as abordagens ocidental e oriental das turbinas eólicas eram opostas.
As vantagens do esquema oriental sobre o ocidental são óbvias. Um moinho de vento de eixo vertical funciona independentemente da direção do vento, então os chineses e iranianos poderiam deixá-lo sem supervisão e fazer coisas mais importantes. Além disso, na versão oriental, com igual potência, o vento da estrutura é muito maior, por isso começa a funcionar mesmo com vento fraco.
Por outro lado, a turbina eólica ocidental de eixo horizontal tem seus próprios pontos fortes. Sim, deve ser “segurado a favor do vento”, mas suas pás são sempre afetadas pelo vento apenas de um lado, o que aumenta sua produção de energia. O oriental, a cada revolução, passa por um momento em que as pás giram e o vento as "acerta" do outro lado. Há inércia suficiente para a estrutura girar mais, mas o mastro está balançando violentamente, e parte da energia de rotação vai compensar o "impacto". Por causa dessas cargas variáveis, o mastro ou a torre devem ser mais fortes e mais maciços. Os resultados são óbvios: a turbina eólica ocidental é mais difícil de operar, mas mais eficiente e mais barata.
Os moinhos de vento eram extremamente difundidos na Europa, chegando a motores a vapor e eletricidade. Quase não precisavam de pessoal, linhas de força (o que é importante nas áreas rurais) e eram menos barulhentos. Bem, a versão de um moinho de vento que levanta água de um poço ainda é extremamente popular no terceiro mundo, onde a eletrificação ainda não afetou mais de um bilhão de pessoas.
As tentativas de fazer amizade com o vento e a eletricidade foram feitas muito cedo. A primeira turbina eólica a produzir eletricidade foi construída na Dinamarca em 1890. No Ocidente, suas dimensões no início do século 20 atingiam 25 metros de altura e o vão da lâmina era de 23 metros. Infelizmente, tudo foi arruinado pelo problema do vento mutável. A eletricidade era necessária mesmo quando não estava soprando, e os geradores a diesel e as linhas de força eram muito baratos. Assim, os moinhos de vento foram empurrados para campos distantes, onde trabalhavam para irrigação. Mas só por um tempo!
O vento da mudança na URSS
Quando o mundo ocidental começou a se livrar das turbinas eólicas devido à eletrificação, nosso país tomou um caminho completamente diferente - "a favor do vento". Para compensar a escassez de termelétricas, o Instituto Central de Aerohidrodinâmica criou na década de 1920 uma série de pequenas turbinas eólicas com capacidade de até 30 quilowatts, abastecendo-as com um acumulador hidráulico. Com excesso de geração, o aerogerador elevava a água até a altura do mastro e, quando não havia vento, escoava a água de volta, girava o aerogerador, que dava corrente. Eles foram usados na Buriácia e em outros lugares sem linhas de transmissão. O esquema, aliás, é extremamente razoável - este ano uma usina inteira foi construída na Alemanha de acordo com o mesmo conceito, só que muito mais potente.
Na URSS, antes da descoberta dos campos de petróleo e gás da Sibéria, fontes alternativas de energia foram desenvolvidas ativamente por razões estratégicas. 90 por cento do petróleo soviético era produzido no Cáucaso e era óbvio que em qualquer guerra o inimigo tentaria atacar lá. Isso é o que a aviação francesa planejava fazer em 1940. Apenas a destruição da Terceira República por Hitler impediu que isso acontecesse. O próprio Hitler queria fazer isso, mas também não teve sucesso. Para se proteger, o governo soviético encorajou uma variedade de alternativas - de uma e meia em geradores de gás a lenha a … turbinas eólicas com armazenamento de volantes.
Sim, esse milagre foi lançado em Kursk em 1931. Com capacidade de apenas 35 quilowatts, era equipado com um "disco de armazenamento" (um terço de tonelada) girando em um recipiente de onde o ar era evacuado para reduzir o atrito. A usina eólica do inventor Ufimtsev iluminava sua casa e alimentava a oficina mesmo quando não havia vento. No entanto, ele morreu em 1936 e, desde então, a estação (ainda existe) nunca foi lançada.
No entanto, mesmo sem dispositivos de armazenamento, as turbinas eólicas soviéticas estavam entre os líderes. Em 1931, perto de Balaklava, foi construído o gerador eólico mais poderoso do mundo, com 100 quilowatts (extensão da lâmina - 30 metros). É interessante que os alemães, que hoje estão na vanguarda do desenvolvimento da energia eólica, tenham tratado os parques eólicos de forma bastante rude. Em 1941, o bombardeio colocou o maior moinho de vento do planeta fora de ação. Talvez fosse uma questão de inveja - suas próprias turbinas eólicas davam não mais do que 70 quilowatts e eram muito menos. Em 1950-1955, a URSS produziu 9.000 turbinas eólicas por ano - com capacidade de até centenas de quilowatts. Bem, de que outra forma as terras virgens e o norte poderiam ser abastecidos com energia antes dos geradores a diesel?
Vento de independência
A energia eólica soviética foi morta pelo boom do pós-guerra em combustíveis líquidos baratos, enquanto a ocidental foi revivida pela crise do petróleo dos anos 1970. Então, a ideia de independência energética dos nervosos e propensos a um conluio monopolista dos povos fornecedores do leste às custas da energia eólica amadureceu ali.
À primeira vista, somos confrontados com uma regressão clara. Por que mudar de fontes de energia estáveis para aquelas que literalmente dependem da brisa? Além disso, há alguns anos, as autoridades russas nos disseram que as turbinas eólicas na Europa produzem energia cara. Vamos tentar descobrir.
O moinho de vento de eixo horizontal de hoje, na verdade, não é tão dependente das menores flutuações na velocidade do vento. Vestas V164 tem 220 metros de altura (uma pirâmide e meia de Quéops) e pás com um balanço de 164 metros (prédio de mais de 50 andares). O peso total de suas lâminas de fibra de vidro é de 100 toneladas. Na verdade, tal projeto tem seu próprio disco de armazenamento, apenas sua massa é 300 vezes maior que a de Ufimtsev.
Ao mesmo tempo, espera-se um novo aumento da altura das turbinas eólicas e da envergadura de suas pás, o que significa que elas são ainda menos ameaçadas por pequenas paradas. Acredita-se que faz sentido aumentar as dimensões pelo menos para alturas de 300-400 metros e um vão da lâmina de até 300 metros.
Começando com o Enercon E-126 da Siemens, já existe um método para criar essas lâminas colossais - elas são compostas por duas seções que são inseridas uma na outra. Vários fabricantes estão planejando aumentar seu número para três.
A potência do mesmo Vestas V164 já ultrapassou os 9 megawatts, e uma duplicação da amplitude de suas pás trará um aumento na potência da turbina eólica para 40 megawatts. Mais importante, a cada cem metros de altitude, a velocidade média anual do vento aumenta acentuadamente. Com estruturas realmente grandes, faz sentido construir parques eólicos mesmo em áreas arborizadas onde a velocidade do vento é geralmente muito baixa perto do solo.
Devido ao crescimento contínuo do tamanho das turbinas eólicas, o custo de sua energia está caindo o tempo todo. Julgue por si mesmo: as pessoas sabem construir de maneira econômica até edifícios de 828 metros e, com o aumento de sua altura, os custos crescem linearmente. Mas a produção do moinho de vento a cada duplicação da altura já cresce ao quadrado. As economias de escala são muito perceptíveis na energia eólica.
Na verdade, até cinco anos atrás, em 2012, as turbinas eólicas no Ocidente produziam eletricidade mais de 10 centavos por quilowatt-hora. No entanto, hoje esse número, conforme observado pelo Departamento de Energia dos EUA, caiu para 4-5 centavos por quilowatt-hora. Mesmo os novos moinhos de vento offshore, que geralmente são mais caros do que os terrestres, fornecem energia por 6-7 centavos de dólar o quilowatt-hora, e esse preço está caindo ainda mais rápido do que em terra. A razão é que no mar você pode carregar pás de pelo menos 200 metros de comprimento, já que há muito espaço nas “estradas” do mar e não há aglomeração.
Ok, você diz. Mas e os períodos de calma, quando não há vento forte por semanas? Bem, é por isso que eles constroem turbinas eólicas offshore na Europa. Existem “passagens” sobre o mar, onde praticamente não há calmaria. Felizmente para os europeus, eles estão perto deles e muitas vezes em águas rasas. Por exemplo, todo o Mar do Norte é bastante raso, assim como, a propósito, a maior parte das águas da costa leste dos Estados Unidos. Além disso, a primeira usina eólica flutuante do mundo com dezenas de megawatts foi inaugurada este ano. Seus moinhos de vento estão ancorados e as profundidades de trabalho para eles são de até 800 metros. A área total dos mares de tal profundidade é tal que a partir deles é possível fornecer muitas vezes energia ao mundo inteiro. As perdas nas linhas de transmissão CC de alta tensão caíram agora para menos de 3% por mil quilômetros - ou seja, a energia eólica "marinha" chegará até mesmo ao interior.
Ao mesmo tempo, a sustentabilidade dos parques eólicos não deve ser idealizada. Sim, eles podem fornecer energia durante todo o ano e, no inverno, os mesmos moinhos de vento offshore fornecerão mais energia do que no verão - as tempestades de inverno ajudarão. No entanto, eles também não conseguem lidar com os picos de consumo matinais e noturnos - o vento sopra quase o mesmo às 19h00 e às 03h00. Portanto, no Ocidente, acredita-se que vários por cento da produção anual total continuará a ser fornecida por termelétricas a gás de “pico”. Ao mesmo tempo, consumirão muito menos combustível do que hoje, quando as matrizes de turbinas eólicas offshore ainda não foram construídas. Mas é bom lembrar que dificilmente isso terá que esperar muito.
Hoje, a energia eólica produz mais de um trilhão de quilowatts-hora por ano - mais do que todo o setor de energia na Rússia. E se a geração de eletricidade em nosso país não cresce desde 1990 (devido a aproximadamente o mesmo volume da produção industrial), então o mesmo não se pode dizer das turbinas eólicas. Há apenas 10 anos, eles não davam nem um décimo da produção atual. Podemos dizer com segurança que em dez anos os WECs do planeta darão muito mais do que agora. Além disso, a maioria das turbinas eólicas está sendo construída atualmente pela China, e lá eles sabem como implantar a produção em massa.
foi com o vento
A Rússia pode se orgulhar da pirueta mais inesperada no caminho da humanidade para a energia eólica. Quando os WPPs eram impopulares no Ocidente, eles estavam em ascensão em nosso país. Quando começaram a se desenvolver ativamente no mundo, multidões de especialistas do setor de energia apareceram no país, que destacaram: “O lugar das turbinas eólicas na Europa acabou”. É verdade que, desde que começamos a dizer isso, a capacidade das usinas eólicas entre os europeus aumentou dez vezes e continua crescendo. Aparentemente, a opinião de nossos especialistas não foi transmitida a eles.
Bem, em 2016, de repente mudamos de ideia novamente, por assim dizer, voltamos para a URSS Dorezhnev. A Rosatom foi a primeira a dizer sua palavra de peso em nível estadual. Seu vice-diretor geral, Vyacheslav Pershukov, observou honestamente: depois de cumprir os pedidos existentes para a construção de novas usinas nucleares no exterior, a Rosatom pode ficar sem projetos de construção estrangeiros, uma vez que este mercado está encolhendo rapidamente. A geração nuclear fora da Rússia está de fato em declínio e não há perspectivas de uma saída para ela.
A principal razão é simples: a energia nuclear construída no Ocidente é cara. A energia das usinas nucleares construídas na Rússia é mais barata, mas ainda não tanto quanto a das novas turbinas eólicas ocidentais. Sim, para compensar sua inconsistência, você precisa de algumas usinas termelétricas a gás, mas as usinas nucleares também precisam delas. Afinal, o reator sempre dá a mesma saída, e as pessoas consomem muito mais durante o dia do que à noite. Com preço igual e problemas iguais, o comprador ocidental, que está sempre sob pressão dos “verdes”, nunca escolherá a geração nuclear.
Aqui está Pershukov e afirma: as possibilidades de construção de novas grandes usinas nucleares no exterior estão praticamente esgotadas. “Não devemos ganhar dinheiro no mercado de tecnologia nuclear. Tudo. Não funciona de outra forma”, observa ele corretamente.
Obviamente, se você primeiro abandonar alguns negócios por uma década e, em seguida, assumi-los quando os concorrentes já possuem tecnologias que foram desenvolvidas por anos, você não deve contar com posições de liderança imediatamente. Portanto, a Rosatom seguiu o caminho já trilhado por Pedro I e começou a aprender com os holandeses um novo (ou melhor, um antigo, bem esquecido em nosso país). Por meio de uma subsidiária, ele formou uma parceria com a Lagerwey. Até 2020, a empresa estatal planeja construir 26 pequenos parques eólicos com 610 megawatts - começando na região de Ulyanovsk em 2018. Sim, isso é menos de um centésimo da contribuição global anual, mas a Rosatom aprende com essas migalhas. Além disso, em 2020, está planejado localizar a produção de turbinas eólicas na Rússia em 65 por cento.
Será mais difícil mais tarde, quando você tiver que ir em grande escala. É impossível produzir turbinas eólicas com capacidade total de apenas centenas de megawatts por ano com lucro. Este é um grande negócio, sem produção em massa, não haverá preço baixo. Portanto, é necessário expandir tanto a construção de aerogeradores em nosso país quanto entrar no mercado mundial. No entanto, será muito difícil competir aqui.
Gigantes como a Vestas passaram décadas aperfeiçoando suas tecnologias e construindo instalações completamente exclusivas. Por exemplo, uma planta para a produção de pás titânicas de dezenas de toneladas, localizada na ilha, especificamente para facilitar o transporte de uma carga tão difícil por estradas terrestres. Onde a Rosatom construirá isso e se será capaz de acompanhar o mercado de turbinas eólicas em constante evolução é uma questão, e não uma questão fácil.
Em um comentário ao KP, o representante da Rosatom Andrei Ivanov observou que a NovaWind, a divisão da Rosatom responsável por projetos na "nova energia", concordou em criar uma joint venture com a Lagerwey - Red Wind BV. Ela tratará de questões de localização da produção de turbinas eólicas na Rússia, e mais especificamente - em Volgodonsk, perto das instalações existentes da Rosatom. Turbinas eólicas com 2,5 e 4,5 megawatts serão construídas em nosso país. No total, a Red Wind fornecerá 388 dessas turbinas eólicas até 2022, das quais as primeiras 60 serão montadas apenas na Rússia - a partir de componentes de Lagerwey - e só então haverá turbinas eólicas "locais" de dimensões tão impressionantes.
Foi muito mais fácil para ele com a usina nuclear. Afinal, eles não foram criados apenas na URSS, mas não pararam de se construir e se aprimorar em nosso país. Ser o primeiro no que você é pioneiro é muito mais fácil do que aprender com os outros. Esperemos que a gigante estatal tenha sucesso, especialmente porque tem um bom pessoal de engenharia.
Vento do futuro
Sejamos realistas: é improvável que as turbinas eólicas se tornem a principal fonte de energia da humanidade nas próximas décadas. Sim, na Dinamarca já fornecem a maior parte da eletricidade e nos EUA fornecem mais do que usinas hidrelétricas. Mas em países onde ainda há muitos dias claros, a energia solar está se desenvolvendo muito mais rápido do que o vento. Os preços da eletricidade obtida com sua ajuda estão caindo ainda mais rápido do que os dos parques eólicos. Já no início de 2020, ele ultrapassará as turbinas eólicas em produção e se tornará a principal força motriz que destrói carvão e energia de hidrocarbonetos.
Mas para países com territórios ao norte, o vento pode desempenhar um papel diferente - o gerador principal. É improvável que isso aconteça na Rússia, e não apenas porque ao sul de Samara temos muito sol. Mais importante, não podemos deixar a energia nuclear ou a gás por causa da enorme infraestrutura que foi construída para eles. Mesmo assim, em 2030 as turbinas eólicas se tornarão elementos frequentes nas paisagens russas - como agora são na Alemanha ou na Grã-Bretanha.
