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Nuove vette per l'energia eolica

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

07 febbraio 2020
8 min di lettura
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07 febbraio 2020
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L’energia eolica, il 6% del totale

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.

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.
Ed è proprio sulle “dimensioni” che si concentra naturalmente la competizione tra produttori. Vestas, azienda leader al mondo nel settore, ha progettato e realizzato una mega struttura alta più di due terzi della Torre Eiffel, e pesante come 10 aeroplani superjumbo Airbus 380 a pieno carico. Le sue pale rotanti di 80 metri invece “spazzano” un’area equivalente a tre campi da calcio
La grandezza è così rilevante poiché, a parità di altri fattori, una turbina a vento più grande produce più energia. La V164 può macinare fino a 192 megawatt di potenza, in grado di fornire energia a 7500 case, secondo la società che l’ha costruita, la MHI Vestas Offshore Wind.

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Qualche dubbio sul futuro

Sebbene questi nuovi sviluppi siano incoraggianti, alcuni esperti O&M (Operation and Maintenance) 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.
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.
“In una turbina eolica da 250 kW, per 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.

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Nuove soluzione per l’eolico a temperature glaciali

L’aria fredda è più densa di quella calda e quindi, in teoria, più adatta ad alimentare le turbine. Tuttavia, la maggior parte delle attuali turbine è progettata per lavorare al meglio a temperature fino a circa -20°C (-4°F). Ma quando si scende sotto questa soglia per lunghi intervalli di tempo, l’accumulo di ghiaccio sulle pale delle turbine può limitarne le performance, portando a perdite di potenza comprese fra il 3 e il 16% all’anno.
È qui che interviene il progresso tecnologico. Ad esempio Siemens ha avviato di recente la produzione di turbine eoliche che integrano elementi riscaldanti elettrici, mentre Enercon ha sviluppato una turbina che utilizza aria calda all’interno delle pale. Entrambe queste tecnologie possono diminuire o eliminare le perdite di produzione dovute alla formazione del ghiaccio.
Certo, l’utilizzo della tecnologia antighiaccio è ancora limitato in questo settore. Ma lo sviluppo dell’energia eolica nei climi freddi è comunque in crescita. Se nel 2013 circa 70 GW di capacità produttiva eolica, pari al 20% del totale annuo mondiale, risultava installata in regioni fredde (definite come “luoghi dove basse temperature e situazioni di formazione di ghiaccio sottopongono le turbine eoliche a stress superiori ai loro limiti di progetto”), gli esperti prevedono che entro fine 2017 ne verranno installate altre 50 GW , per una crescita di oltre il 70% in soli quattro anni.

Un vento di opportunità

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