La pasta per fare i giganti eolici del futuro

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Si stanno progettando turbine eoliche sempre più grandi, capaci di catturare più energia, migliorarando il rapporto tra costi e resa. Una crescita progressiva frenata dalle caratteristiche fisiche dei materiali necessari a realizzare pale oltre certe dimensioni. Nuovi composti promettono però di consentire ulteriori crescite di taglia.

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Sempre più grandi: una delle direzioni di sviluppo dell’eolico è quello di andare verso la costruzione di turbine di taglia sempre maggiore. Su queste pagine ne abbiamo parlato varie volte. Se si dà un’occhiata dentro ai cantieri dei più grandi produttori di turbine si scoprono che molti stanno lavorando a macchine di prossima installazione da 6-7 MW, mentre nei prossimi anni, specialmente nell’offshore, dovrebbero diventare la norma turbine da 10 MW: ognuna abbastanza potente da dare elettricità a 5-10 mila case (Qualenergia.it, L’eolico in mare e le superturbine).

Il senso di questo gigantismo, ovviamente, è migliorare il rapporto costi-benefici: l’ampiezza del diametro delle pale è direttamente proporzionale alla quantità di vento che si riesce a sfruttare, una sola turbina ha così potenza maggiore e produce più energia. Si tratta di produrre più elettricità in rapporto ai costi, ossia nel grande si cerca una sorta di economia di scala, vantaggiosa soprattutto nell’eolico in mare, dove i costi di installazione per ogni turbina incidono molto. Ma fino a quali dimensioni potranno crescere le taglie di queste macchine?

Per rispondere a questa domanda bisogna vedere come procede la ricerca di materiali adatti per costruire le pale. In turbine come l’ultimo modello da 7 MW che sta realizzano Vestas (V164-7.0 MW) ogni pala è lunga 80 metri (come 9 autobus londinesi a due piani) e ruota a velocità che arrivano ai 360 chilometri orari. Chiaro che al crescere della taglia crescano le prestazioni che si richiedono ai materiali. La leggerezza innanzitutto: più pesanti sono le pale, più vento serve per farle girare e dunque meno energia viene catturata. Ovviamente poi serve resistenza, ma serve anche rigidità: più le pale si piegano al vento più perdono la forma ideale per catturare il movimento dell’aria. Caratteristiche difficili da conciliare tra loro.

A porre dei limiti alla grandezza delle turbine fino ad ora è stata l’impossibilità di avere – oltre certe dimensioni – pale nel contempo abbastanza rigide, resistenti e leggere. Ma gli scienziati dei materiali non sono fermi e stanno facendo progressi che potrebbero permettere di incrementare la misura delle pale.

Si è infatti sviluppato un materiale che sembra più promettente di quelli in uso: si tratta di una resina di poliuretano rinforzata con nanotubi di carbonio. La prima turbina al mondo realizzata così (un piccolo prototipo da 4 kW) esce dai laboratori della statunitense Case Western Reserve University.

I risultati dei test meccanici su questo materiale – spiegano i ricercatori – mostrano che ha performance superiori alle resine attualmente usate per costruire le pale. Confrontati con altri materiali rafforzanti come fibra di carbonio e allumini, i nanotubi di carbonio sono più leggeri e hanno 5 volte la resistenza alla tensione della fibra di carbonio e 60 volte quella dell’alluminio.

Anche per quel che riguarda la resistenza all’usura i risultati sono ottimi: il poliuretano rinforzato con nanotubi di carbonio dura circa 8 volte di più della resina epossidica (epoxy) rinforzata con fibra di vetro e ha dimostrato una resistenza 8 volte maggiore anche nei test di rottura per delaminazione. Performance ancora migliori se messe a confronto con un altro materiale usato per costruire le pale, il vinyl ester rinforzato con fibra di vetro. Anche il tasso di aumento delle fratture, infine, è inferiore a quello dei compositi a base di epoxy o vinile.

Sembra proprio che si stiano facendo interessanti progressi per permettere in futuro di realizzare turbine ancora più grandi dei giganti oggi in cantiere.

(Credit foto Puget Sound Energy via flickr)

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