mercoledì 3 agosto 2011

Dalla California nuove turbine eoliche più piccole e più efficienti

In Europa la produzione di energia eolica dovrebbe triplicare da qui al 2020. Negli Stati Uniti, dove attualmente il vento copre il 3% della produzione di energia elettrica, sono in corso degli studi per massimizzare l'energia prodotta riducendo i costi economici ed ambientali con pale ad asse verticale anziché come adesso, ad asse orizzontale.

Fra le energie rinnovabili quella eolica è al momento la più promettente e, soprattutto, è il sistema attualmente con la maggiore potenza installata. Rispetto al solare, per esempio, ha il vantaggio di essere sicuramente meno discontinua e tutto sommato in molte aree del mondo è un'energia disponibile in maniera quasi continuativa.
Non a caso la lobby del nucleare - ritenendolo l'avversario più temibile - ha sempre avversato (anche a casa nostra) l'eolico. Fattorie del vento si stanno costruendo un po' dappertutto, persino in Antartide, come avevo evidenziato in questo post. Fra le aziende impegnate negli USA nel settore, c'è anche la consociata Usa della nostra ENEL, che ha costruito negli “States” un impianto molto interessante: 155 turbine per 250 MW a Smoky hills, nel Kansas. Enel Green power peraltro è impegnata nel settore in varie parti d'Europa.

Le turbine eoliche presentano comunque alcune criticità di cui bisogna tenere conto e che devono essere possibilmente mitigate.

- un primo aspetto è l'ampio uso del territorio: le turbine vanno separate fra loro non solo per evitare interferenze meccaniche, ma anche in modo che non si diano noia dal punto di vista aerodinamico. Oggi il problema nelle fattorie del vento è parzialmente attenuato impiantando le pale a una grande distanza fra loro. Questo fattore abbassa sensibilmente l'energia prodotta per unità di superficie. Aumentando le dimensioni delle pale aumentano pure queste distanze e i costi di costruzione ed installazione
- un secondo è quello paesaggistico: bisogna riconoscere che – insomma – le pale un po' disturbano il paesaggio. E la tendenza a costruire impianti sempre più alti implica ovviamente un maggiore impatto visivo
- un terzo è la questione “animali volanti”: uccelli e pipistrelli sono spesso vittime delle pale in movimento (me ne sono occupato qui)
- c'è poi, buona ultima,è la questione del Neoeodimio, un elemento appartenente alle Terre Rare cruciale per l'efficienza dei magneti che trasformano in energia elettrica l'energia meccanica delle pale. Al momento la maggior parte dei giacimenti conosciuti di Neodimio, come di altre Terre Rare, sono in Cina, nazione che ha minacciato di non esportare più tali risorse.

In questo momento la tendenza è quella di costruire pale sempre più alte e larghe, in “fattorie del vento” nelle quali la distanza fra le pale è quella minima per non avere interferenze meccaniche e aerodinamiche. Le pale hanno l'asse orizzontale, come quelle degli illustri antenati di questo sistema: i mulini a vento tipici dell'Olanda.
Ma ci può essere un'altra soluzione: turbine eoliche ad asse verticale.
Il Caltech (California Institute of Technology) sta studando un nuovo approccio all'energia eolica, ed ha costruito un impianto pilota, il FLOWE (The Caltech Field Laboratory for optimizing Wind Energy). Scopo di questo progetto è di aumentare l'efficienza delle turbine eoliche, al contempo riducendone il costo e l'impatto ambientale (in pratica due dei problemi sopra elencati).

Il professor John Debiri del Caltech dirige questi studi. Sostiene che le attuali fattorie del vento sono uno spreco di risorse, in tutti i sensi. Secondo lui a solo 10 metri di altezza (anziché 30) ci sarebbe vento a sufficienza.
Un primo trucco usato nella fattoria sperimentale è quello di accoppiare pale che girano in senso orario a pale che girano in senso antiorario. Sembra che in questo modo l'efficenza aumenti a causa delle spinte aerodinamiche che una turbina produce nei confronti di quella vicina a senso di rotazione opposto.
Inoltre le turbine di piccole dimensioni hanno consentito una agile sperimentazione perchè è stato semplice spostarle per ottenere varie configurazioni confrontandole fino a raggiungerne una ottimale (sembra infatti che la disposizione geometrica regolare delle pale di molte fattorie del vento non sia quella ideale). Nell'immagine a lato si vedono le coppie di turbine e come quindi il nucleo dell'impianto non sia una turbina singola, ma una coppia di elementi che girano in senso opposto l'uno dell'altro

Per quanto concerne la potenza installata, le turbine del FLOWE, sia pure molto più piccole di quelle tradizionali, riescono a produrre più energia per unità di superficie perchè, a causa dei disturbi aerodinamici minori e della ridotta superficie richiesta, possono essere concentrate in un'area molto minore: si parla di oltre 20 watt a metro quadro, quando la resa delle fattorie tradizionali è al massimo di 3 watt al metro quadro. 
Per chi lo volesse, questo è il link al video di presentazione.
Ovviamente se gli inizi sono promettenti manca ancora la dimostrazione pratica e l'obbiettivo primario del Caltech è quello di costruire con questa tecnologia una fattoria del vento offshore, davanti alla costa californiana.
Le premesse comunque ci sono. Magari fra qualche anno i tetti degli edifici brulicheranno di turbine eoliche verticali...

2 commenti:

BdA ha detto...

Dal video non riesco a vedere bene la sezione delle pale, ma mi sembra che si tratti di pale di tipo Darreius.
Rimane il problema, che lei cita, della scarsità di neodimio in caso di diffusine massiva dell'eolico, anche se il campo magnetico necessario nel generatore può essere dato da avvolgimenti elettrici, aumentando però la necessità di manutenzione e gli attriti.

Mario Rosato ha detto...

Non c'è dubbio che gli americani hanno più risorse di noi per la ricerca, ma in questo caso, con tutto il rispetto dei professoroni del Caltech, stanno sbagliando di brutto. Le turbine ad asse verticale difficilmente possono superare un Cp di 0,35 mentre che quelle ad asse orizzontale superano 0,45 di norma. 10% in più di efficienza è tanto. Anche con quelle ad asse orizzontale si potrebbe fare il trucco di farle girare alternatamente a destra o sinistra per ridurre l'effetto vortice. Purtroppo qua in Italia non ho trovato i finanziamenti per sviluppare una nuova generazione di "non turbine" che ovvierebbe tutti questi problemi, e in Spagna la lobby di Gamesa blocca ogni progetto nel minieolico. Il futuro passa per gli impianti ibridi solare-eolico e l'architettura passiva. Purtroppo i burocrati non ci mangiano con quello, e ai baroni della ricerca nessuno gli finanzierebbe i loro giocatoli.
Per quanto riguarda la moda degli alternatori al neodimio, un'altra leggenda urbana. È di gran lunga molto più efficiente un alternatore a rotore con avvolgimenti e cascata ipersincrona che la coppia alternatore a magnete e inverter.