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Progettazione delle turbine eoliche genera innovazione energetica

I cambiamenti climatici richiedono una generazione di elettricità più economica ed efficiente mediante l’utilizzo di risorse rinnovabili. I ricercatori hanno ideato innovative progettazioni di grandi turbine eoliche offshore tra 10 MW e 20 MW per soddisfare queste esigenze.
Progettazione delle turbine eoliche genera innovazione energetica
I cambiamenti climatici implicano che i paesi in tutto il mondo sono stimolati ad adottare una generazione dell’energia rinnovabile che sia efficiente e abbia un costo nettamente inferiore alle attuali opzioni per le generazione di elettricità. Il vento rappresenta una di queste fonti rinnovabili, ma l’efficienza delle turbine eoliche deve essere ancora migliorata con progettazioni che ridurranno anche i costi.

Spostarsi in acque più profonde con turbine più grandi rappresenta il prossimo grande passo da compiere per la generazione dell’energia eolica offshore. Condizioni ambientali più impegnative esigono un’alternativa alle progettazioni convenzionali per garantire affidabilità ed efficacia in termini di costi.

Prova del concetto per la progettazione della turbina

Il progetto INNWIND.EU, finanziato dall’UE, intendeva progettare turbine eoliche offshore superiori allo stato dell’arte da 10-20 MW e dimostrare le prestazioni dei componenti dell’innovazione.

L’obiettivo è stato raggiunto sviluppando innovativi rotori, componenti della trasmissione e strutture d’appoggio fisse e galleggianti che riducono i costi della produzione di elettricità. La squadra ha ridotto il costo livellato dell’energia (LCOE, levelised cost of energy) per le turbine eoliche offshore da 20 MW di oltre il 30 % in confronto alle turbine eoliche offshore da 5 MW all’inizio del progetto.

Utilizzando nuovi rotori e controlli avanzati per ridurre il costo LCOE, la squadra di INNWIND.EU è anche riuscita a ridurre il carico di fatica sulle turbine incrementando allo stesso tempo la produzione di elettricità.

Per dimostrare l’efficienza e l’innovazione nelle loro progettazioni, la squadra ha portato a termine test di prova del concetto per i singoli componenti della turbina. Per fare questo, i ricercatori hanno testato innovazioni chiave come pale intelligenti, generatori pseudo-magnetici con trasmissione diretta (PDD, pseudo-magnetic direct drive) e generatori superconduttori.

Hanno lavorato con partner industriali per dimostrare bobine superconduttrici fatte da Siemens Wind Power, mentre il generatore PDD è stato dimostrato da Magnomatics. La squadra ha fabbricato delle pale intelligenti su piccola scala e le ha testate su un banco di prova rotante. Ha simulato le prestazioni della pala intelligente su turbine eoliche commerciali in stretta cooperazione con Suzlon.

Il progetto ha dovuto però anche affrontare delle sfide, come sostiene il leader della squadra Peter Jensen. «Nel secondo anno del progetto (nel 2013), Suzlon ha dovuto ridurre in modo significativo la sua partecipazione al progetto, a causa delle crisi finanziaria che aveva colpito differenti mercati», egli spiega. La squadra ha dovuto trovare un altro partner che si occupasse del collaudo della pala intelligente, mentre Suzlon ha aiutato con la simulazione delle prestazioni della pala intelligente su turbine commerciali.

Le tre categorie della progettazione

INNWIND.EU ha sviluppato le sue innovative progettazioni delle turbine in modo da riflettere tre importanti categorie, che Jensen descrive come «evolutiva, radicalmente nuova e rivoluzionaria.» Approfondisce il concetto affermando: «Evolutiva si riferisce alla tecnologia a livello di sistema e a livello di componente dove il livello di maturità tecnologica è a un passo da quello commerciale».

La tecnologia radicalmente nuova è quella tecnologia che ha ancora bisogno di prove in laboratorio e la cui prova di concetto deve essere accettata dall’industria. I rotori a due pale controvento e sottovento con trasmissioni non convenzionali che la squadra ha sviluppato rientrano in questa categoria. Le turbine eoliche galleggianti ad asse verticale sviluppate dal progetto e le progettazioni con rotori multipli sono invece tecnologie rivoluzionarie.

Margine di miglioramento

Andando avanti, Jensen sostiene che la squadra intende progredire nel mercato dell’energia eolica offshore, procedendo verso la dimostrazione di turbine eoliche da 12-14 MW. Avendo sviluppato anche turbine eoliche galleggianti da 10 MW, la squadra di INNWIND.EU intende effettuare ulteriori ricerche sulle turbine eoliche galleggianti con potenze di 20 MW.

I risultati del progetto hanno incentivato lo sviluppo delle turbine eoliche offshore da 20 MW con la ricerca applicata mirata a progettazione e fabbricazione efficienti.

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