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Nuove vette per l’energia eolica

 By Esteban Pages

La generazione di elettricità a partire dall’energia eolica registra sempre più slancio, con una costante ascesa in tutto il mondo…

La World Wind Energy Association segnala che a febbraio 2019 la capacità eolica installata a livello globale ha raggiunto i 597 GW, di cui 50,1 GW soltanto nel 2018.
Alla luce di questo nuovo traguardo, l’Associazione sostiene che l’energia eolica sia in grado di coprire quasi il 6% della domanda di energia globale. Per continuare a consolidare la sua radicata impronta nel mix energetico globale, la ricerca e l’innovazione si stanno concentrando su turbine di maggiore altezza e dimensioni, dotate di pale proporzionate.
Secondo lo studio condotto a novembre 2016 dall’Electricity Markets & Policy Group del Berkeley Lab, “Reducing Wind Energy Costs through Increased Turbine Size: Is the Sky the Limit? (Ridurre i costi dell’energia eolica aumentando le dimensioni delle turbine: l’unico limite è il cielo?)”, entro il 2030 le turbine eoliche onshore potranno raggiungere un’altezza media del mozzo di 115 m, un diametro del rotore di 135 m e una capacità installata di 3,25 MW. Si prevede inoltre che le turbine eoliche offshore raggiungeranno un’altezza del mozzo di 125 m, un diametro del rotore di 190 m e una capacità installata di 11 MW.
A marzo 2019, GE ha anticipato le previsioni del Berkeley Lab presentando una nuova turbina eolica onshore da 5,3 MW, composta da pale di 77 metri e un’altezza massima del mozzo di 160 m.

Berkeley Lab, Electricity Markets & Policy Group Summary Brief – November 2016

Le dimensioni contano?

GE sostiene che la sua nuova turbina eolica, Cypress Onshore, “garantisce notevoli miglioramenti in termini di produzione annuale di energia (AEP), semplifica la manutenzione, migliora la logistica e ottimizza il potenziale di collocazione”. La piattaforma può inoltre offrire un aumento dell’AEP del 50% nel corso della relativa durata utile e appare funzionare meglio con velocità del vento medio-basse. Considerando che l’erogazione di potenza aggiunta riduce il rapporto USD/MW, a prima vista è ragionevole presumere che dimensioni superiori rappresentino effettivamente un vantaggio se l’eolico ambisce a dominare il mercato dell’energia pulita.

La piattaforma eolica di turbine Cypress Onshore

Sebbene questi nuovi sviluppi siano incoraggianti, alcuni esperti O&M hanno sollevato dubbi su questo specifico trend. Nel corso della Wind O&M Canada Conference, a ottobre 2019, gli esperti nordamericani hanno messo in guardia il New Energy Update sul fatto che la continua spinta verso la riduzione dei costi CAPEX nel settore eolico potrebbe compromettere l’affidabilità a lungo termine, creando nuove sfide per i team operativi e di manutenzione”. Durante l’evento, gli esperti hanno sottolineato che “massimizzare la durata utile delle risorse per la generazione di energia è fondamentale per ridurre il costo livellato dell’energia (LCOE) e molti operatori stanno già prendendo decisioni fondamentali riguardo i componenti al fine di estendere la durata utile delle risorse operative. La maggiore dimensione di torri e rotori è destinata a influire sui componenti fondamentali”.

Eolico d’alta quota: possibile sostituto delle turbine o semplice complemento?

Lo sfruttamento del vento per la generazione di energia vanta maggiore versatilità rispetto alle sole turbine eoliche di terra. Nel 2015, la rivista Renewable and Sustainable Energy Reviews di ELSEVIER ha pubblicato uno studio relativo ad una serie di impianti eolici d’alta quota (Airborne Wind Energy Systems – AWES). Lo studio concludeva che l’energia eolica d’alta quota rappresentasse all’epoca una risorsa molto promettente per la produzione sostenibile di elettricità.
In base ai risultati, “la quantità di energia e l’ampia disponibilità di venti che soffiano a un’altitudine compresa tra 300 e 10.000 metri individuano negli AWES un’importante tecnologia emergente per il settore dell’energia rinnovabile”.
Il report sottolineava poi come nell’ultimo decennio numerose aziende siano entrate nel business degli AWES, brevettando idee e soluzioni tecniche per la loro implementazione. Oltre alla convenienza economica, queste alternative garantiscono all’energia eolica la scalabilità che manca alle turbine impiegate per scopi residenziali e commerciali — il tutto a vantaggio dei pannelli solari fotovoltaici.

ELSEVIER, “Airborne Wind Energy Systems: A review of the technologies” – November 2015

Una pionieristica e premiata start-up italiana che ha progettato un prototipo di AWES, KITEnrg, è riuscita a sviluppare un sistema di generazione dell’energia ad alta quota basato su un aquilone già nel 2010. L’obiettivo di KITEnrg era evitare i costi associati alle strutture eoliche: “Nelle torri eoliche, l’80% dell’energia generata è riconducibile al 30% della superficie delle pale, quella più esterna”.
I creatori di KITEnrg hanno intravisto un’opportunità per sviluppare un’ala leggera collegata a delle funi, in modo da ottenere un generatore eolico decisamente più leggero ed economico.

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Il sistema di generazione dell’energia ad alta quota di KITEnrg (KITEnrg)

“In una turbina eolica da 250 kW, ad esempio, il peso del rotore e della torre è di circa 50 t. Un generatore yo-yo di KITEnrg della stessa potenza nominale può essere ottenuto con un’ala da 250 m2 e funi lunghe 1000 m, con un peso totale di sole 10 t. Di conseguenza, si prevede che i costi per la costruzione di un generatore yo-yo KE siano inferiori a quelli di una torre eolica di potenza equivalente”.
Su questo fronte, degni di nota sono anche le soluzioni della californiana Makani, società dedicata allo sviluppo di aquiloni per la generazione di energia e controllata di Alphabet Inc., fondata nel 2006. Già nel 2008 aveva sviluppato degli aquiloni in tessuto e nel dicembre 2016 ha presentato il suo primo aquilone rigido prodotto su larga scala, il modello M600, progettato per produrre fino a 600 kW e con un’apertura alare di 26 m. Attualmente, l’azienda sta lavorando a una versione offshore del dispositivo.

Il primo aquilone per la generazione di energia della Makani realizzato su scala commerciale

Sebbene questi nuovi dispositivi siano soltanto allo stadio sperimentale e debbano ancora raggiungere il livello di scalabilità necessario per la commercializzazione su larga scala, crediamo che valga la pena tenere d’occhio queste innovazioni, pronte a portare l’energia eolica verso nuove vette.

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