Si celebra oggi la annuale giornata mondiale dell’energia eolica, una forma di energia che continua a crescere a ritmi impressionanti e che promette di coprire quote sempre più significative del consumo mondiale di elettricità. L’industria dei generatori eolici si è consolidata e inevitabilmente, nell’ultima decina d’anni, si è verificata una certa standardizzazione dei tipi e dei modelli, così che ad una osservazione superficiale i generatori eolici appaiono ormai molto simili fra di loro. In realtà, da quando furono costruite le prime turbine eoliche “moderne” (in Danimarca, verso il 1956) la tecnologia eolica non ha smesso di progredire non solo grazie a quelle metodiche industriali (standardizzazione, selezione dei materiali, controlli di qualità, monitoraggio, tecniche di manutenzione, eccetera) che hanno permesso di trasformare i prototipi in macchine di estrema efficienze ed affidabilità, ma anche grazie alla fantasia creativa degli inventori e dei progettisti, che non si sono mai stancati di immaginare nuove soluzioni, e che tuttora lavorano alacremente nella ricerca di configurazioni alternative per sfruttare al meglio il potenziale energetico dei venti. Diamo quindi un’occhiata a quel che bolle in pentola e a ciò che potrà riservarci il futuro.
Uno dei filoni di ricerca più interessanti è quello sui generatori eolici ad asse verticale, che potrebbero consentire di superare alcuni degli inconvenienti dei generatori ad asse orizzontale. Quest’ultimi costituiscono attualmente più del 90% del parco macchine in servizio, ma presentano problemi di rumorosità, di impatto visivo, di utilizzo con venti forti e in regimi ventosi turbolenti (quali quelli presenti in ambienti urbani), e anche di dimensioni e potenze massime possibili (la più potenti macchine attualmente in servizio hanno potenze attorno a 5 MW e difficilmente si potrà andare oltre i 10 MW).
Il progetto Deep Wind, finanziato dalla UE e guidato dal laboratorio nazionale di ricerca danese, a cui fa capo un team di altri 11 partner, si propone per esempio di realizzare un generatore ad asse verticale di grande potenza, espressamente progettato fin dall’inizio per operare in ambienti off-shore, cioè in mare aperto. Il progetto dovrebbe passare da una fase di prototipo a piccola scala, nel quale verranno rielaborati i concetti fondamentali delle turbine eoliche ad asse verticale – inventati ormai 80 anni fa dall’ingegnere francese Georges Darrieus – a quella di un prototipo industriale da 5 MW, per arrivare infine a una macchina da ben 20 MW. A una variante del rotore Darrieus, denominata Vertiwind, anch’essa destinata ad installazione off-shore, sta invece lavorando l’azienda francese Technip. Il vantaggio di questa soluzione starebbe nella assenza di moltiplicatori di giri ad ingranaggi e di complessi meccanismi di regolazione del passo delle pale, con conseguenti minori costi di produzione e installazione.
Per certi versi analogo è il progetto inglese Aerogenerator, portato avanti dallo Energy Technologies Institute; anche in questo caso si tratta di una macchina di grande potenza (10 MW) destinata a installazioni off-shore, nelle quali la configurazione ad asse verticale presenta notevoli vantaggi, sia in termini di installazione che di manutenzione, in quanto il macchinario di generazione, e il relativo peso, vengono collocati vicino al livello del mare, e non alle grandi altezze a cui si è costretti a lavorare nelle macchine ad asse orizzontale.
Sui generatori ad asse verticale le attività di ricerca sono comunque vivaci non solo nel campo delle macchine di grandi dimensioni, ma anche su quelle più piccole, adatte in particolare agli ambienti urbani Un esempio sono i generatori maglev realizzati dalla università tecnologica cinese di Wuhan, che ha introdotto nelle sue macchine il concetto della sospensione magnetica dei rotori, eliminando anche gli attriti dovuti ai cuscinetti e ad altri componenti meccanici, permettendo di sfruttare anche le brezze più deboli. Un’altra idea è quella della società inglese Quieterevolution, che ha sviluppato una variante con pale a sviluppo elicoidale del rotore Darrieus, con lo scopo di realizzare macchine particolarmente silenziose e prive di vibrazioni, da installare in ambiente urbano. Analogo obiettivo è quello della californiana Helix, che peraltro utilizza un differente concetto per la realizzazione del rotore, riprendendo in forma moderna ed elaborata la vecchia idea dei rotori “Savonius”.
Abbiamo fin qui accennato a macchine destinate ad essere saldamente fissate al terreno o ancorate al fondo marino. La fantasia dei progettisti non ha però limiti e diverse aziende e centri di ricerca stanno sviluppando prototipi di generatori eolici “volanti”, in modo da sfruttare le correnti atmosferiche, ben più forti di quelle che scorrono a livello del terreno, che soffiano in quota, da qualche centinaio di metri in su. Particolarmente attiva in questa direzione è l’azienda italiana KiteGen di Chieri(TO), la quale sta sviluppando generatori eolici basati su kite, cioè aquiloni semirigidi, concettualmente simili a quelli utilizzati in alcune discipline sportive.
Gli aquiloni sono controllati da terra da un sistema automatico che li guida tramite una coppia di cavi in materiale composito. Nelle configurazione cosiddetta stem, che la prima in corso di sviluppo, l’aquilone è collegato ad un braccio orientabile ed in grado di ruotare di 360° assieme a tutta la struttura di controllo e generazione al suolo. Una volta sollevato da terra il kite viene guidato in un percorso circolare o a otto in modo da generare una trazione costante sul braccio, il cui movimento aziona a sua volta il generatore di corrente elettrica.
Due impianti prototipo del tipo stem sono attualmente in costruzione in provincia di Asti e di Cuneo, in due siti dalla ventosità di scarsa rilevanza per impianti eolici tradizionali, nei quali si possono invece efficacemente sfruttare i venti in quota. In una fase successiva la KiteGen prevede di sviluppare la configurazione di impianto denominata carousel (“a carosello”), nella quale una serie di aquiloni opportunamente distanziati fra di loro trascineranno il sistema di generazione posto a terra su una pista circolare. Secondo i progettisti della KiteGen, con questa configurazione si potranno costruire impianti di potenza superiore a 100 MW.
Sempre nel campo dei generatori eolici volanti altre aziende, quali le californiane Joby Energy e Sky Wind Power, stanno sviluppando il lavoro pionieristico svolto dal professore australiano Bryan Roberts. In questo caso non vengono utilizzati aquiloni semirigidi, ma due o quattro rotori vengono connessi fra di loro mediante un telaio rigido, quasi a formare un gigantesco elicottero multi rotore, ancorato a terra, in grado di innalzarsi da sé, nella fase iniziale, quando i suoi generatori elettrici vengono usati come motori per sollevarla . Una volta in quota l’inclinazione delle pale dei rotori viene opportunamente variata in modo da far ruotare le pale nel vento, generando nel contempo sia la portanza necessaria a mantenere la macchina in volo stazionario, sia la potenza elettrica utile.
Per concludere vogliamo accennare al fatto che anche per i più diffusi generatori eolici ad asse orizzontale non mancano gli sviluppi interessanti, a partire da macchine sostanzialmente di tipo convenzionale, ma che sono state adattate al funzionamento off-shore in acque profonde. In effetti dopo che un paio di anni fa la Siemens ha installato nel Mare del Nord la prima turbina eolica galleggiante da 2,3 MW, ancorandola su un fondale di 220 m, altre aziende e imprese si sono impegnate in imprese simili e il futuro vedrà l’entrata in servizio di numerosi impianti in mare aperto, in grado di sfruttare luoghi particolarmente ventosi anche in presenza di fondali profondi.
Ma non mancano neanche i tentativi di realizzare turbine di tipo meno convenzionale Per esempio l’università giapponese di Kyushu ha progettato un generatore denominato Wind Lens (lente a vento) basato su un grande rotore “intubato” a sei pale di 112 m di diametro. Nei rotori intubati le pale aerodinamiche ruotano all’interno di un anello esterno che fa da convogliatore del vento, aumentandone la velocità, in modo da ottenere più potenze ed energia. In una direzione simile si sta muovendo anche la società statunitense Flo Design Wind Turbine Corporation, che sta sviluppando una macchina che pre-direziona il vento mediante una serie di alette fisse, che ricordano quelle utilizzate nei compressori assiali dei motori a getto, creando un vortice in rapido movimento, il quale agisce a sua volta, con molto maggiore efficacia del vento naturale sul rotore della turbina.