p Pesquisadores de energia eólica do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) do Departamento de Energia dos EUA estão entre uma equipe de autores que convida a comunidade científica a enfrentar três desafios que irão impulsionar a inovação necessária para que o vento se torne uma das principais fontes mundiais de baixo custo geração da eletricidade. p A frase de chamariz apareceu em um novo artigo de jornal publicado em Ciência .

p "As pessoas pensam que porque as turbinas eólicas funcionam há décadas, não há espaço para melhorias. E ainda, há muito mais a ser feito, "disse NREL Research Fellow e co-autor do artigo Paul Veers." A energia eólica tem o potencial de ser uma fonte primária de energia de baixo custo para o mundo, mas não chegaremos lá em uma trajetória business-as-usual. Precisamos de cientistas e pesquisadores de todo o mundo para se juntar a nós para enfrentar os desafios de pesquisa do vento. "

p No outono de 2017, O NREL reuniu mais de 70 especialistas em energia eólica representando 15 países para discutir um futuro sistema elétrico onde o vento poderia atender à demanda global por energia limpa. Com base neste workshop, autores principais do artigo Veers, NREL Group Research Manager Eric Lantz, e Katherine Dykes, da Universidade Técnica da Dinamarca, identificaram três "grandes desafios" na pesquisa de energia eólica que exigem mais progresso da comunidade científica.

p Primeiro grande desafio:Melhor compreensão dos recursos e fluxos eólicos na região da atmosfera onde operam as usinas eólicas.

p À medida que as turbinas eólicas aumentam de altura para capturar maior recurso de energia e as usinas eólicas se espalham por distâncias maiores, precisamos entender a dinâmica do vento nessas elevações e escalas. O uso anterior de modelos físicos simplificados e tecnologia básica de observação permitiu a instalação de usinas eólicas e previsões de desempenho em uma variedade de tipos de terreno. Mas existem lacunas importantes em nosso conhecimento dos fluxos do vento em terrenos complexos ou sob condições variáveis ​​de estabilidade atmosférica. O desafio é modelar essas condições diferentes para que a usina eólica possa ser otimizada, custo-beneficio, e controlável - e instalado no local certo.

p Segundo grande desafio:abordar a dinâmica estrutural e de sistema das maiores máquinas rotativas do mundo.

p As turbinas eólicas são agora as maiores flexíveis, máquinas rotativas do mundo, com comprimento de lâmina superior a 80 metros e torres elevando-se bem acima de 100 metros. Para colocar isso em perspectiva, três das maiores aeronaves de passageiros - Airbus A380-800s - poderiam caber nariz a nariz na área varrida de um rotor de turbina eólica. À medida que as máquinas continuam crescendo, novos materiais e processos de fabricação são necessários para resolver as questões emergentes de escalabilidade, transporte, e reciclagem. Além disso, a interseção da dinâmica da turbina e atmosférica levanta várias questões de pesquisa importantes. Muitas suposições simplificadoras sobre as quais as gerações anteriores de turbinas eólicas foram projetadas não se aplicam mais. O desafio não reside apenas em compreender a atmosfera, mas também para decifrar quais fatores são críticos tanto na eficiência da geração de energia quanto na segurança estrutural.

p Terceiro grande desafio:Projetar e operar usinas eólicas para apoiar e promover a confiabilidade e resiliência da rede.

p As altas penetrações do vento e do sol mudarão drasticamente as redes de eletricidade do futuro. O vento pode fornecer serviços de rede essenciais, como controle de frequência, rampa, e regulação de tensão. Controles inovadores podem alavancar os atributos das turbinas eólicas para otimizar a produção de energia da planta enquanto fornecem esses serviços essenciais. Por exemplo, o uso de técnicas de big data em informações de sensores distribuídos em máquinas ao redor da planta pode melhorar a captura de energia, reduzir o custo, e otimizar as operações para atender aos requisitos da rede. O caminho para concretizar esse futuro exigirá pesquisas substanciais nas interseções da modelagem de fluxo atmosférico, dinâmica individual da turbina, e controle da usina eólica com a operação do sistema elétrico maior.

p Esses grandes desafios da pesquisa eólica se complementam. A caracterização da zona de operação da usina eólica na atmosfera será essencial para progredir no projeto da próxima geração de turbinas eólicas de baixo custo ainda maiores. Compreender o controle dinâmico das máquinas e prever a natureza do influxo atmosférico permitirá o controle da planta necessária para o suporte da rede.

p "Enfrentar esses desafios por meio de uma abordagem interdisciplinar de ciência e engenharia de energia eólica levará a soluções que avançam o estado da arte na produção de energia eólica, "disse NREL Associate Lab Director for Mechanical and Thermal Engineering Sciences e co-autor do artigo Johney Green." Esta abordagem também fornece as soluções integradas necessárias para o avanço de todo o sistema - da turbina à planta e à rede elétrica geral - para nos tornar pronto para o sistema de energia do futuro. "