La prima vedere, turnul de turbină eoliană care se înalță din peisajul verde al municipalității suedeze Skara arată ca oricare altul. Are o înălțime de 105 metri, iar în vârf sunt montate cele trei pale rotative deja familiare.
Spre deosebire însă de majoritatea turnurilor de turbine eoliene, acesta este din lemn. Reprezintă prima instalație comercială a societății suedeze de inginerie Modvion și ar putea indica viitorul energiei eoliene.
Un turn din lemn semeț
Când vine vorba de energia din surse regenerabile, lemnul poate face energia eoliană și mai verde atunci când este folosit ca material pentru turnurile eoliene.
În plus, lemnul poate face ca turbinele eoliene să devină mai ieftine și mai puternice, oferind și un stimulent economic, pe lângă cel ecologic, potrivit directorului general al Modvion, Otto Lundman.
„Turnurile de turbine construite din lemn sunt mai ușoare și pot ajunge la înălțimi mai mari decât turnurile din oțel”, spune Lundman.
Modvion a beneficiat de finanțare din partea UE pentru a duce la îndeplinire obiectivul construirii unor turbine eoliene de mare înălțime, cu turnuri din lemn. Proiectul a debutat în octombrie 2020 și s-a încheiat în septembrie 2023.
Turnul de turbină din Skara este rezultatul acestui proiect și este construit din lemn furniruit provenit de la fabrica Modvion din Göteborg, situată la circa 130 kilometri sud-vest.
Construcția acestuia a durat aproximativ un an, iar în februarie 2024 a fost pus în funcțiune pentru compania suedeză de energie Varberg Energi. Societatea Vestas din Danemarca a furnizat turbina.
„Construirea și proiectarea unor astfel de turnuri necesită investiții serioase”, spune Lundman. „Finanțarea primită din partea UE a fost esențială pentru ca noi să putem dezvolta această tehnologie”.
Urmărirea creșterii
Energia eoliană a crescut rapid în Europa în ultimii ani, în 2022 ajungând să acopere 16% din nevoile de energie electrică ale UE. De asemenea, energia eoliană a asigurat 37% din energia electrică generată din surse regenerabile în UE în 2021.
În Europa, a fost construită în 2023 o capacitate de producție record de 17 GW de energie eoliană, potrivit asociației din industrie WindEurope.
Cu toate acestea, energia eoliană trebuie să se extindă în continuare pentru ca UE să își poată îndeplini obiectivele de reducere cu 55% a emisiilor de gaze cu efect de seră până în 2030, comparativ cu nivelurile din 1990, și de creștere a cotei de piață a energiei din surse regenerabile la 42,5% până la sfârșitul deceniului, de la circa 23% în prezent.
Pentru a putea atinge aceste ținte, este nevoie să se construiască turbine eoliene însumând 30 GW în fiecare an, de acum până în 2030.
În unele cercuri din industrie, se vorbește despre necesitatea unor noi concepte menite să sporească profitabilitatea, impulsionând totodată eforturile științifice.
„Sectorul energiei eoliene a reușit cu mare succes să reducă treptat costul energiei în ultimele decenii”, spune dr. James Carroll, conferențiar la Universitatea Strathclyde din Regatul Unit. „Însă îmbunătățirile în materie de costuri în cazul turbinelor tradiționale au început să încetinească. De aceea, trebuie să căutăm îmbunătățiri mai radicale”.
Contabilizarea câștigurilor
Turnul de turbină eoliană construit din lemn al societății Modvion este promițător din trei motive economice însemnate.
Primul are de-a face cu rezistența. Potrivit companiei, lemnul furniruit utilizat de Modvion are o rezistență per greutate cu 55% mai mare decât oțelul utilizat de obicei la construcția turnurilor de turbine eoliene.
Modvion numește acest lemn atent fabricat „fibra de carbon a naturii”.
Un alt motiv de optimism este greutatea. Un turn din lemn este cu o treime mai ușor decât unul comparabil din oțel, astfel că este mai ușor de transportat.
În sfârșit, înălțimea. Date fiind avantajele lemnului în ceea ce privește rezistența și transportul, Modvion își propune să construiască turnuri mai înalte.
ASTĂZI PE SPOT:
„Cu cât te înalți mai sus, cu atât poți capta mai mult vânt”, spune Lundman.
Baze mai late
Pentru a înțelege provocările tehnice legate de turnuri, trebuie să avem în vedere că sunt construite ca un con întors: mai late în partea de jos și mai înguste în partea de sus. Cu cât turnul este mai înalt, cu atât mai lată trebuie să fie baza.
În mod tradițional, pentru aceasta, se stivuiesc unul peste altul cilindri de oțel. Peste o anumită înălțime, însă, devine practic imposibil să se transporte pe drum cilindrii care formează baza din cauza mărimii și greutății lor.
În schimb, o construcție din lemn folosește panouri în formă de C, care sunt încleiate pentru a forma un cilindru. Astfel, construcția devine mai modulară, iar transportul diverselor părți se poate realiza mult mai ușor – asemănător cu IKEA, însă aici avem turnuri de turbine eoliene.
Potrivit lui Lundman, utilizarea unor structuri modulare similare din oțel ar fi ineficientă, întrucât acestea ar trebui să fie bulonate, crescând semnificativ costurile.
Protejarea climei
Pe lângă avantajele economice ale lemnului, există și avantaje pentru mediu.
Lemnul este mai bun pentru climă decât oțelul. Producția de oțel este energofagă și implică arderea de combustibili fosili care emit gaze cu efect de seră.
„Trecând de la un turn de oțel la unul din lemn, putem reduce emisiile generate de producția turnului cu 90 %”, spune Lundman.
Întrucât pădurile stochează o cantitate însemnată de carbon, Modvion se aprovizionează cu lemn din păduri gestionate sustenabil din Scandinavia. Turnurile construite de companie pot fi reciclate după ce sunt scoase din uz, aducând astfel un alt beneficiu ecologic.
După finanțarea primită din partea UE, prioritatea Modvion este să își extindă la scară producția.
„Nu s-a mai încercat până acum să se producă astfel de turnuri din lemn la scară industrială”, spune Lundman. „Noi, de exemplu, am fost nevoiți să facem noi înșine utilajele de laminare. Pur și simplu, nu existau astfel de utilaje pentru scopurile noastre și la aceste dimensiuni”.
Modvion își propune să aibă în funcțiune o fabrică de volume mai mari până în 2027. Obiectivul este să ajungă să aprovizioneze 10% din piața mondială a energiei eoliene în decurs de un deceniu.
Testul turbinelor
Munca la următoarea generație de echipamente pentru energia eoliană vizează nu doar turnurile, ci și turbinele.
Un alt proiect finanțat de UE a reimaginat cum ar putea arăta și funcționa o turbină.
Denumit XROTOR, proiectul a examinat fezabilitatea unei turbine cu ax vertical în combinație cu rotoare secundare pe un ax orizontal în locul axului orizontal convențional. O turbină cu ax vertical se rotește în jurul turnului.
„Ideea datează de peste zece ani”, spune William Leithead, profesor de sisteme și control la Universitatea Strathclyde. „Am văzut că turbinele eoliene cu ax vertical fără rotoare secundare, pur și simplu, nu puteau funcționa într-un mod economic eficient și am început să mă gândesc la o soluție”.
Leithead și Carroll coordonează proiectul XROTOR, care ar urma să se încheie în aprilie 2024, după trei ani și patru luni.
Deși turbinele cu ax vertical pot fi amplasate mai aproape unele de altele, acestea au un mare dezavantaj: palele lor se rotesc mai încet. Acest lucru crește efortul turbinei, dimensiunea trenului și costurile în raport cu energia generată, slăbind argumentele economice în favoarea unui astfel de design.
„În esență, sunt prea costisitoare pentru energia pe care o produc”, spune Leithead.
Rotor în formă de X
Ca răspuns, cercetătorii XROTOR au adaptat conceptul. Aceștia au conceput o turbină cu ax vertical cu un rotor primar în formă de X, prevăzut cu turbine mai mici cu ax orizontal la capete.
Rotoarele secundare se rotesc foarte repede și generează energia turbinei. Acest design ar putea îmbina avantajele turbinelor cu ax vertical cu cele ale turbinelor cu ax orizontal.
„Aceste turbine pot fi amplasate mai aproape unele de altele în larg”, spune Leithead. „Turbinele convenționale produc un siaj eolian, ceea ce înseamnă că nu pot fi amplasate prea aproape unele de altele, altfel le va fi afectată performanța”.
În prezent, parcurile eoliene sunt împinse tot mai mult în larg pentru a găsi perimetre neocupate. Acest lucru crește costurile, deoarece turbinele trebuie să fie mai rezistente la vremea extremă și trebuie trase mai multe cabluri.
Dacă turbinele ar putea fi amplasate mai aproape unele de altele, s-ar putea genera mai multă energie electrică mai aproape de țărm.
„Impactul ar putea fi unul major”, spune Leithead. „Vorbim despre economii de costuri de 20%, comparativ cu turbinele cu ax orizontal de dimensiuni similare”.
Deși a fost supus mai multor simulări, noul concept va trebui să fie construit și testat în condiții reale, pentru a putea dovedi beneficiile potențiale.
Leithead și colegii săi se pregătesc să împărtășească rezultatele XROTOR și să caute finanțare suplimentară din partea investitorilor publici și privați.
„Ne va lua cel puțin patru ani, poate mai mult, până să vedem acest concept transpus în realitate”, spune Leithead. „Este o idee nouă radicală, dar tocmai acest lucru face ca cercetarea să fie atât de interesantă”.
Articol scris de Tom Cassauwers
Cercetările menționate în acest articol au fost finanțate prin programul Orizont al UE, inclusiv, în cazul Modvion, prin Consiliul European pentru Inovare (CEI). Opiniile persoanelor intervievate nu reflectă neapărat opiniile Comisiei Europene.
Mai multe informații
Acest articol a fost publicat inițial în Horizon, revista de cercetare și inovare a UE.