Turbine “sensibili” capaci di ottenere più energia dal vento. Arriva da una ricerca dell’americana Syracuse University, in partnership con il Department of Energy (Doe) statunitense, una innovazione interessante nel campo dell’eolico, presentata all’ultima conferenza della American Physical Society Division of Fluid Dynamics. Uno dei problemi principali del vento come fonte di energia è la sua variabilità: le performance di una turbina eolica sono migliori con un flusso d’aria costante e l’efficienza delle pale diminuisce in condizioni con vento rafficato, flusso turbolento o wind shear (l’attrito di due masse d’aria che si spostano in direzioni diverse). Ora però i progressi fatti alla Syracuse University promettono di migliorare l’efficienza dei grandi aerogeneratori nelle condizioni di vento più diverse .
Con il supporto del DoE, infatti, un gruppo di ricercatori (Guannan Wang, Basman El Hadidi, Jakub Walczak, Mark Glauser e Hiroshi Higuchi) sta testando un metodo di controllo attivo del flusso d’aria basato sui sistemi intelligenti, da applicare alle turbine eoliche. Il nuovo apparato riesce a riconoscere le condizioni del flusso d’aria sulle pale con delle misure rilevate sulla superficie, invia le informazioni ad un sistema di controllo intelligente che risponde modificando in tempo reale l’assetto delle pale. Una soluzione che, oltre a migliorare l’efficienza, riduce anche il rumore e le vibrazioni (qui la presentazione).
Stando alle simulazioni fatte finora sembrerebbe che questo dispositivo di controllo possa riuscire ad estendere fino all’80% il range di condizioni aerologiche in cui le turbine riescono a lavorare mantenendo lo stesso output e che, a parità di vento, dia rese maggiori fino al 20%. Per completare il lavoro, il team di ricercatori americani ora sta studiano il profilo alare delle pale più adatto ad essere abbinato al sistema di controllo per essere usato in flussi d’aria particolarmente discontinui o problematici: si sta lavorando in una galleria del vento per valutare prestazioni e rumorosità dei vari profili da abbinare al sistema di controllo.
Ad un simile progetto si sta lavorando da tempo anche in Danimarca, al Risø DTU, il centro tecnologico per le rinnovabili dell’Università di Danimarca. In questo caso (vedi presentazione in pdf) alla turbina si applica un dispositivo laser (chiamato LIDAR) capace di “leggere” il vento prima che questo colpisca la macchina, permettendo al sistema di controllo di aggiustare secondo direzione e intensità le pale, per migliorare efficienza e durata degli impianti. Secondo alcuni calcoli in questo modo si aumenterebbe il rendimento del 5%, in primo luogo perchè sarebbe possibile usare pale più grandi: per una turbina da 4 MW un risparmio di 200mila corone danesi (circa 27mila euro) all’anno.
Altro aspetto che si intende migliorare è quello dell’attrito, ossia della resistenza che queste incontrano quando colpiscono l’aria. Alla University of Minnesota, ad esempio, si sta studiando di ridurlo praticando dei solchi microscopici sulle pale. Si tratta di solchi dalla sezione triangolare dai 40 ai 225 micron invisibili ad occhio nudo, ma che diminuiscono molto la resistenza dell’aria sulla superficie. Si tratta di una soluzione mutuata dal mondo della nautica e delle regate e già usata anche in aviazione: sugli Airbus solchi simili riducono l’attrito di circa il 6%. Ora si stanno testando con simulazioni al computer e nella galleria del vento diverse geometrie di solchi e angoli d’attacco (l’angolo con cui le pale colpiscono l’aria girando) per turbine da 2,5 megawatt. Secondo i ricercatori che stanno lavorando al progetto (Roger Arndt, Leonardo P. Chamorro e Fotis Sotiropoulos, vedi presentazione) si riuscirà a ridurre la resistenza di circa il 3%.
