Em 2010 O pesquisador da Caltech John Dabiri olhou para a educação de peixes e viu uma solução para a energia renovável o maior problema espacial. Os parques eólicos tradicionais requerem distâncias maciças entre hélices gigantes para evitar turbulências aéreas perturbadoras. Este espaçamento amplo limita severamente a quantidade de eletricidade que um solo lote de terra pode gerar. Ao colocar turbinas compactas e de eixo vertical próximas em pares contra- rotativos, o Dabiri refletiu a dinâmica fluídica de peixes nadando em formação. Em vez de combater turbulências de velório, turbinas adjacentes absorveram as correntes de ar giratórias criadas pelos seus vizinhos para gerar energia adicional. Os testes de campo confirmaram que este layout biológico produziu dez vezes mais energia por metro quadrado do que os parques eólicos convencionais. O estudo demonstrou como o emprestado de padrões estruturais da natureza pode aumentar drasticamente a capacidade energética das redes de energia limpa.Por que as turbinas eólicas convencionais precisam de tanto espaço?A turbina familiar usa um design semelhante a hélice. Suas lâminas giram em torno de um eixo horizontal, e a máquina funciona melhor quando o vento entrante é relativamente limpo e não perturbado. Uma vez que o vento passa pela turbina, o ar atrás dela se torna mais lento e turbulento. Outra turbina colocada diretamente nesse caminho pode perder o desempenho. É por isso que os parques eólicos não podem simplesmente embalar centenas de turbinas em um grupo apertado. Os designers têm que deixar espaço suficiente para que o fluxo de ar se recupere antes que ele alcance outra máquina. O resultado é uma troca estranha.
As turbinas maiores podem capturar mais energia, mas as turbinas grandes também precisam de espaçamento considerável. Um parque eólico precisa, portanto, considerar não apenas quanta eletricidade uma turbina gera, mas quanta energia toda a instalação produz em toda a sua área terrestre.O que uma escola de peixes tem a ver com a energia eólica?A conexão surpreendente vem da forma como os corpos em movimento interagem com os fluidos. Os peixes nadando juntos criam despertares e correntes girando um ao redor do outro. Em vez de se comportarem como nadadores completamente separados, eles se movem dentro de um fluxo compartilhado. Os pesquisadores exploraram se as turbinas eólicas poderiam adotar uma abordagem semelhante. O conceito usa turbinas eólicas de eixo vertical, que parecem muito diferentes das máquinas de hélice gigantes encontradas na maioria dos parques eólicos. As suas lâminas giram em torno de um eixo vertical, permitindo- lhes interagir com o vento que chega de diferentes direções. Estas turbinas não são necessariamente melhores quando julgadas individualmente. De fato, eles podem ser menos eficientes que as turbinas convencionais. A parte interessante vem quando várias máquinas são consideradas como um sistema. Seu arranjo próximo pode permitir que o fluxo de ar perturbado por uma turbina influencie outra de maneira útil.A turbulência poderia produzir mais energia?Essa é a questão central por trás da pesquisa. A engenharia convencional de fazendas eólicas geralmente trata a turbulência como um inimigo porque pode reduzir a saída e aumentar as tensões nas turbinas.O array de testes da Califórnia teve uma visão diferente. Os pesquisadores estudaram pequenas turbinas de eixo vertical no deserto e examinaram como suas posições afetavam-se uns aos outros.
O objetivo não era simplesmente fazer uma turbina funcionar melhor. Era para entender se um grupo de turbinas poderia produzir mais energia quando projetado para interagir.O estudo, publicado no Journal of Renewable and Sustainable Energy, sugeriu que este tipo de arranjo poderia potencialmente gerar energia muito maior a partir da mesma quantidade de terra. Os pesquisadores estimaram que os parques eólicos redesenhados poderiam eventualmente atingir densidades de energia em torno de dez vezes maiores do que as instalações convencionais. Esse número é impressionante, mas precisa de algum contexto. Não significa que os parques eólicos existentes possam produzir imediatamente dez vezes a sua eletricidade atual. A pesquisa explorou uma tecnologia e arranjo de turbinas diferentes, tanto que seria necessário muito mais trabalho antes que tais projetos pudessem se generalizar.Por que as turbinas do eixo vertical poderiam mudar os layouts dos parques eólicos?A maior vantagem deles é a flexibilidade. Uma turbina convencional tem uma frente clara porque suas lâminas são projetadas em torno da direção do vento entrante. As turbinas do eixo vertical podem operar com vento chegando de várias direções. Essa diferença abre novas possibilidades para como as turbinas estão posicionadas. Em vez de colocar máquinas em longas linhas com grandes lacunas entre eles, os engenheiros poderiam experimentar com grupos muito mais apertados. Os pesquisadores estavam basicamente mudando a pergunta. Em vez de perguntar como proteger cada turbina do avião de outra, eles perguntaram se essas interações poderiam ser controladas. Se for bem sucedido, isso pode transformar um problema que sempre limitou parques eólicos em algo útil.Poderia este assunto para parques eólicos americanos?A terra é uma parte importante do desenvolvimento de energia renovável nos Estados Unidos.
Projetos eólicos precisam de espaço, e esse espaço também pode ser valioso para a agricultura, conservação e outras atividades.Um projeto que produz mais eletricidade a partir de uma pegada menor poderia, portanto, ter uma vantagem importante. Mais energia por acre pode significar que os projetos futuros nem sempre precisariam expandir- se em áreas cada vez mais grandes para aumentar a produção de eletricidade.A pesquisa não prova que turbinas de eixo vertical substituirão as máquinas gigantes que dominam parques eólicos modernos. As turbinas convencionais se beneficiaram de décadas de melhorias de engenharia e continuam a ser geradores de energia altamente capazes.O que o trabalho da Califórnia fornece é uma forma diferente de pensar sobre o problema. Talvez a próxima melhoria na energia eólica não venha apenas de fazer turbinas mais altas, maiores ou mais poderosas. Pode vir de mudar o comportamento das máquinas quando colocadas juntas.China lidera como os EUA. Segui a China tem uma liderança decisiva na transição global de energia limpa, impulsionada por um investimento de capital esmagador e pelo domínio da cadeia de suprimentos. Em números anuais recentes, a China canalizou quase $ 1 trilhões em setores de energia limpa e cadeia de suprimentos — cerca de três vezes o valor de $ 260 bilhões gastos pelos Estados Unidos. Sua capacidade solar nacional ultrapassou recentemente 1.28 Terawatts, e o país agora representa mais da metade do total de capacidade eólica e solar instalada no mundo. 80% de cadeias de suprimento de componentes solares globais e aproximadamente 70% de produção de bateria de ioni de lítio, tornando a infraestrutura de energia limpa um motor principal do seu crescimento do PIB nacional.Os Estados Unidos contam principalmente através da produção de energia legada e inovação tecnológica. Os EUA continuam sendo o maior produtor mundial de petróleo bruto e gás natural, mantendo uma posição dominante nas exportações globais de gás natural liquefeito (GNL) e mantendo a maior frota de reators nucleares. No entanto, em termos de velocidade de implantação da grade, a América fica atrasada.Renovables atualmente contam para aproximadamente 26% da geração de eletricidade nos EUA, com novos projetos verdes nacionais enfrentando persistentes garras regulatórias e uma grande dependência em cadeias de suprimentos no exterior. Em última análise, a China lidera a corrida global em escala, fabricação e capacidade tecnológica limpa, enquanto os EUA mantêm a sua liderança na produção de petróleo e gás.