Aerogerador suspenso no ar

Um aerogerador suspenso no ar do modelo Savonius

Um aerogerador suspenso no ar é uma arquitetura de aerogeradores sustentados no ar sem ter uma torre como base. Os aerogeradores suspensos no ar podem operar a altas ou baixas altitudes; e são parte de uma classe mais abrangente de sistemas energéticos de aerogeradores utilizados na energia eólica a grande altitude. Quando o gerador se encontrar ao nível do solo, então a aeronave rebocadora não precisaria de carregar a massa do gerador ou possuir um cabo condutor. Quando o gerador estiver suspenso no ar, um cabo condutor seria utilizado para transmitir a energia ao solo ou então suspenso ou sincronizado com receptores utilizando micro-ondas ou laser. Os aerogeradores suspensos no ar teriam a vantagem de explorar um vento quase constante, sem precisar de coletores ou mecanismos de orientação, e sem o gasto da construção de uma torre. As pipas e os helicópteros vêm ao solo quando não há vento o suficiente; o uso e aeroplanos cativos e dirigíveis resolveriam a questão. Além disso, más condições de tempo como relâmpagos e trovoadas poderiam interromper temporariamente o uso dessas máquinas, provavelmente fazendo com que elas tenham de ser trazidas ao solo ou cobertas. Alguns esquemas necessitam de um cabo de energia mais longo, e uma zona de exclusão aérea. Por enquanto, ainda não há nenhum aerogerador desse tipo em operação.

Modelo aerodinâmico

Um sistema de aerogerador suspenso no ar depende do vento para manter a sustentação.

Bryan Roberts, um professor de engenharia na Universidade de Tecnologia de Sydney, na Austrália, propôs uma aeronave semelhante a um helicóptero que se eleva a 4,600 metros e permanece a esta altitude, sustentada por asas que promovem a ascensão e mantida no lugar por um cabo ligado a uma âncora terrestre. De acordo com seus projetistas, apesar de haver alguma perda de energia durante sua elevação, os ventos constantes e potentes viabilizariam a produção energética ininterrupta. Como os ventos geralmente correm horizontalmente, as turbinas seriam posicionadas em um ângulo horizontal, capturando o vento ao mesmo tempo em que mantém a elevação. A "decolagem" seria executada através do fornecimento de energia às turbinas, o que as converteria em motores utilizados na elevação da estrutura aos céus.

O ex-astronauta e físico holandês Wubbo Ockels, em colaboração com a Universidade Técnica de Delft na Holanda, desenvolveu e demonstrou um aerogerador que ele denominou "Laddermill". Sua invenção consiste um loop infinito de pipas. As pipas elevam uma extremidade do loop sem fim (a "escada" ["ladder"]), e a energia liberada é utilizada para impulsionar um gerador elétrico.

Um estudo conduzido em setembro de 2009 pela Carbon Tracking Ltd., da Irlanda, demonstrou que o fator de capacidade de uma pipa cuja geração energética se baseia no solo é de 52.2%, levando vantagem sobre os parques eólicos terrestres, cujos índices rondam os 30%.

Uma equipe do Instituto Politécnico Worcester nos Estados Unidos desenvolveu um sistema energético de pipas cuja produção de eletricidade estimada é de aproximadamente 1 kW. Este sistema utiliza uma pipa planadora para induzir o movimento em uma viga pivotal.

O Kitegen utiliza um protótipo de turbina de eixo vertical. Trata-se de um plano inovador (ainda em construção, na Itália) que consiste em um parque eólico com um eixo vertical e emprega pipas para explorar os ventos de alta altitude. Afirma-se que o Kite Wind Generator (KWG) ou Kitegen elimina todos os problemas estáticos e dinâmicos que impedem o aumento da energia (em termos de dimensões) obtida pelos aerogeradores de eixo horizontal tradicionais. Os equipamentos de geração de energia permaneceriam no solo, e apenas os aerofólios seriam sustentados pelo vento. Uma usina eólica deste tipo seria capaz de produzir tanta energia quanto uma usina nuclear, utilizando uma área de poucos km² sem ocupar este espaço exclusivamente (a maior parte do terreno pode ser utilizada para a agricultura ou navegação, no caso de uma instalação marítima).

O pesquisador Dave Santos, do KiteLab em Ilwaco, Washington, Estados Unidos, tem desenvolvido aerogreadores de superfície única para gerar eletricidade com um gerador baseado no solo.

O Rotokite é uma tecnologia que vem sendo dsenvolvida baseando-se nas ideias de Gianni Vergnano. São utilizados modelos aerodinâmicos similares aos de pipas que foram giradas em torno do próprio eixo, simulando a performance de um propulsor. O uso do princípio da rotação simplifica o problema da checagem do voo das pipas e elimina as dificuldades decorrentes do comprimento dos cabos, permitindo a produção energética a baixo custo. O Heli Wind Power é um projeto de Vergnano que utiliza uma pipa sustentada por cabos.

Em agosto de 2011 a companhia alemã SkySails, produtora de pipas para a propulsão de navios, anunciou um sistema de energia eólica baseado em pipas para aplicações baseadas na terra ou no mar, o qual deve ser "30% mais barato que as instalações marítimas atuais."

Modelo com aeróstatos

Um sistema de energia eólica baseado em aeróstatos depende ao menos parcialmente do empuxo para sustentar os elementos coletores de vento. Os aeróstatos variam comforme o modelo ou na aerodinâmica de arraste e ascensão característica; o efeito-pipa dos modelos de aerostatos de arraste e ascensão podem efetivamente manter o aerogerador suspenso no ar; uma variação de tais balões foi celebrizada no kytoon de Domina C. Jalbert.

Balões podem ser adicionados ao sistema para manter a flutuação na ausência de vento, mas os balões deixam o ar escapar lentamente e devem ser reabastecido com gases leves. Grandes balões solares podem solucionar o problema do vazamento do hélio e do hidrogênio.

A companhia canadense Magenn está desenvolvendo uma turbina chamada Magenn Air Rotor System (MARS). O sistema MARS de 300 metros utiliza um rotor horizontal em um aparato de hélio suspenso que é então conectado a um transformador no solo. A Magenn afirma que sua tecnologia fornece um maior torque, baixas velocidades de inicialização e maior eficiência geral graças à capacidade de se elevar a maiores altitudes em comparação com os sistemas de motores baseados no solo. Os primeiros protótios foram construídos pela TCOM em abril de 2008. Nenhuma unidade de produção comercial foi até o momento concluída.

A companhia Altaeros Energies utiliza uma lona de balão cheia de hélio para levantar o aerogerador, transferindo a energia resultante para uma estação de base através dos mesmos cabos utilizados para controlar a lona.

Concepção de uma tecnologia Twind

O conceito da Twind Technology utiliza um par de balões cativos à altitude de 800 metros. Os cabos transmitem a energia cinética para uma plataforma rotatória no solo. Cada balão se concecta a uma vela. Os dois balões se movem alternativamente, o balão com a vela aberta se move para baixo e impulsiona o outro balão para cima, e então o movimento se inverte. O cabo pode ser utilizado para virar a chave de um gerador para produzir energia elétrica ou desempenhar outras funções (moagem, serragem ou bombeamento).

Custos estimados

A Sky Windpower estima que sua tecnologia será capaz de produzir eletricidade a $0.02 por KWh, um sistema que eleva uma pipa a alta altitude enquanto impulsiona a rotação do gerador no solo e então muda sua forma de modo a poder ser trazida de volta ao solo gastando menos energia que produziu durante sua subida, gera energia cujo custo estimado é de $0.01 por KWh - ambos os valores são menores que os preços atuais da eletricidade não subsidiada.

Ver também

• Aerogerador
• Energia eólica
• Pipa

Ligações externas

• Airborne Wind Energy Association
• Ampyx Power
• Joby Energy
• Xercesblue: a summing up of the projects and the problems concerning the upper level generation
• Wired Magazine
• Kite Generator home page
• WPI Kite Power Team
• Sky Windpower
• Makani Power
• SkyMill Energy with autogyro reel-in-out system
• TWIND Technology
• Wind Power: High hopes Artigo da revista Nature
• Electricity-Generating Kite Systems EGKS
• Included in Time´s 2008 Best Inventions
• Magenn Power Inc. - air rotor products
• High-altitude winds: The greatest source of concentrated energy on Earth (Stanford Report, junho de 2009)
• SEQUOIA IT s.r.l. Rotokite
• German Airborne Wind Turbine
• Airborne wind turbines