Alcune tecniche ibride migliorano le innovazioni nel campo dell’energia eolica
Lo sfruttamento del potenziale dell’energia eolica, un’importante fonte di energia rinnovabile, è cruciale se l’Europa desidera abbandonare con successo la sua dipendenza dai combustibili fossili. L’energia eolica apre inoltre le porte a nuove possibilità economiche, dando lavoro a circa 280 400 persone nel settore solo in Europa. Il mantenimento del vantaggio concorrenziale dell’Europa in questo campo e l’introduzione di innovazioni che rendano l’energia eolica più efficiente rappresenta tuttavia una sfida costante. Ad esempio, il settore necessiterà di un significativo aumento delle dimensioni medie delle turbine utilizzate nel prossimo futuro per soddisfare la domanda, garantendo inoltre al contempo l’affidabilità e una produzione economica. «Se non vengono modificate le attuali metodologie di collaudo, sarà necessario condurre test fisici su componenti più grandi» osserva Mireia Olave, coordinatrice del progetto INNTERESTING, dell’azienda spagnola IKERLAN. «Tali test possono essere molto costosi e lunghi.» In molti casi, la flessibilità dei banchi di prova (le infrastrutture create per convalidare la tecnologia) impiegati può essere limitata dall’ambiente circostante; inoltre, queste attrezzature devono spesso essere successivamente smontate.
Nuovi approcci al collaudo della tecnologia eolica
Il progetto INNTERESTING, finanziato dall’UE, ha cercato di affrontare questa sfida eliminando in primo luogo la necessità di questi grandi banchi di prova. L’idea consisteva piuttosto nello sviluppo di una nuova metodologia ibrida, combinando prototipi su scala più piccola alla modellizzazione computerizzata. Ciò consentirebbe agli sviluppatori di valutare l’affidabilità di componenti più grandi delle turbine eoliche, senza la necessità di testarli fisicamente. Il team del progetto ha identificato tre fasi chiave in questa metodologia. Innanzitutto, la necessità di condurre un test fisico semplificato e personalizzato. «Abbiamo riconosciuto la possibilità di condurre test semplificati mediante prototipi più piccoli, che sarebbero più economici e veloci», spiega Olave. In seguito, è stato sviluppato un test virtuale avanzato, in grado di valutare il ciclo vitale e la durata della tecnologia. Il test è stato pensato per tenere conto di una serie di incertezze e variabilità, quali il materiale impiegato e le incertezze relative al carico. Infine, sono state elaborate tecniche di ampliamento virtuale, in grado di considerare il comportamento in termini di affidabilità e ciclo vitale dei componenti su scala reale.
Applicare la metodologia a casi di studio reali
Questa metodologia è stata successivamente dimostrata attraverso tre casi di studio. Il primo ha concentrato l’attenzione su componenti per turbine offshore da 20 megawatt (MW), con un diametro di sette metri e un ciclo vitale richiesto di 40 anni. Il secondo si è concentrato su una scatola di trasmissione per una turbina a terra da 10 MW, tenendo conto di questioni critiche quali i livelli di densità di coppia e le esigenze in termini di lubrificante. «Il terzo caso di studio ha coinvolto una turbina eolica da 3,4 MW», afferma Olave. «All’interno del progetto, volevamo identificare modi per rallentare la propagazione di crepe e aumentare il ciclo vitale complessivo dei componenti.»
Conseguire un’efficienza nella fase di sviluppo
Mediante questo caso di studio, il team del progetto INNTERESTING è stato in grado di dimostrare con successo la capacità della metodologia di collaudare componenti per turbina su larga scala in modo decisamente più efficiente. «Questo approccio può essere impiegato non solo per collaudare e convalidare i componenti», aggiunge Olave. «Ma può anche essere impiegato per fornire conoscenze più approfondite sui materiali, i processi di produzione e le modalità di guasto che altrimenti sarebbero molto costose da ottenere.» È emerso dunque che test di ricalibrazione più economici e veloci, combinati a tecniche di ampliamento ad alta tecnologia, sono in grado di ottenere risultati affidabili in termini di prestazioni. Un altro aspetto importante è la capacità di determinare la probabilità di un guasto ai componenti. «Siamo fiduciosi del fatto che questa metodologia rivoluzionaria verrà impiegata per collaudare in futuro componenti più grandi di turbine eoliche, riducendo la necessità di costruire grandi banchi di prova», conclude Olave. «Ciò aiuterà il settore eolico europeo a risparmiare tempo e denaro durante il cruciale processo di sviluppo dei prodotti.»
Parole chiave
INNTERESTING, eolico, energia, turbina, rinnovabile, combustibile fossile, offshore
