Vortex, l'eolico senza pale ...grazie alle vibrazioni!

Fonte: Corriere Scienze

(articolo di Roberto Rizzo)

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Una startup spagnola rilancia una vecchia idea: l’eolico senza pale che funziona tramite le vibrazioni. Finora non ha funzionato, ma con le nuove tecnologie le prove di laboratorio e i primi test sul campo hanno dato segnali positivi.
Una turbina eolica a basso costo, che richiede poca manutenzione ed è facile da installare. E senza le pale. È la sfida della startup spagnola Vortex, che sta testando sul campo la sua nuova turbina senza pale che sfrutta l’energia del vento per produrre energia elettrica. La turbina è a forma di cono allungato (la cima è più grande, la base è più piccola) e inizia a oscillare violentemente sotto le opportune condizioni di vento, e a produrre di conseguenza energia elettrica.
La forma è stata sviluppata a computer al fine di garantire la formazione di vortici di vento lungo tutto l’albero. Quando la frequenza di rotazione dei vortici coincide con la frequenza di oscillazione della struttura, si raggiunge un picco nell’assorbimento dell’energia del vento da parte della struttura stessa. La macchina basa quindi il proprio funzionamento sul fenomeno aerodinamico della vorticità, uno dei nemici di architetti e ingegneri che progettano i loro manufatti, come ciminiere e ponti, proprio per evitare la formazione dei vortici di vento.
Il motivo è semplice: se il vento è sufficientemente forte e i vortici hanno la frequenza giusta, la vorticità può portare a un moto oscillatorio nelle strutture, anche quelle rigide, fino a provocarne l’eventuale collasso per risonanza. Nei prototipi di Vortex attualmente in fase di test, è stato usato un composito di fibra di vetro e fibra di carbonio, che permette all’albero di vibrare il più possibile (un aumento della massa riduce la frequenza naturale di oscillazione). Alla base del cono si trovano due anelli di magneti repellenti, che agiscono come una sorta di motore non elettrico. Quando il cono oscilla in una direzione, i magneti lo tirano nella direzione opposta, per aumentarne il movimento indipendentemente dalla velocità del vento. L’energia cinetica dell’albero viene convertita in energia elettrica attraverso un alternatore.
La macchina non richiede ingranaggi, bulloni o parti meccaniche in movimento e tutto questo fa sì che la turbina abbia costi di produzione pari a circa la metà rispetto agli aerogeneratori tradizionali e l’80% in meno di costi di manutenzione. Non essendoci contatti fra parti in movimento, non è necessario neanche l’utilizzo di lubrificanti. Altri vantaggi sono la sicurezza per gli uccelli, visto che non sono installate pale in movimento, e l’estrema silenziosità della macchina.
In base ai dati forniti dall’azienda, Vortex Mini (altezza di circa 12 metri) è in grado di catturare fino al 40% della potenza del vento in condizioni ideali, cioè a una velocità del vento di circa 11,6 metri al secondo (circa 42 km all’ora). Si stima per Vortex Mini una produzione di circa un terzo inferiore rispetto alle turbine eoliche tradizionali della stessa potenza, ma tale differenza può essere compensata dal numero maggiore di macchine che si possono installare (circa il doppio) nella stessa superficie. Sempre secondo le informazioni fornite dal costruttore, il costo al megawattora (MWh) prodotto risulta del 40% inferiore rispetto all’eolico convenzionale.
L’azienda ha già raccolto un milione di dollari fra capitali privati e finanziamenti statali in Spagna e lancerà dal 1° giugno una campagna di crowfunding. Il primo prodotto, una turbina da 100 Watt di potenza e 3 metri di altezza, dovrebbe essere installata nei Paesi in sviluppo entro la fine dell’anno. La turbina Vortex Mini da 4 kW di potenza dovrebbe essere pronta nel corso del 2016 e si rivolgerà alle piccole aziende e al settore domestico. Un modello più grande (Vortex Gran da 1 MW di potenza) dovrebbe entrare in commercio nel 2018.
«Si tratta di metodi di generazione noti da diversi decenni», spiega Lorenzo Battisti, docente dell’Università di Trento. «In passato ci sono stati diversi tentativi di sviluppo di turbine eoliche senza pale, che però purtroppo non hanno dato risultati particolarmente positivi. Erano basati o su sistemi in oscillazione oppure su dispositivi in cui il vento stesso effettuava un trasporto di cariche elettriche attraverso la machina. Una prima difficoltà che vedo in questa tecnologia senza pale riguarda la turbolenza del vento», prosegue l’esperto. «Un conto è fare gli esperimenti in laboratorio nel tunnel del vento, un conto è farli in campo aperto, perché la banda di velocità del vento in cui la macchina produce energia è assai ristretta ed è molto complesso controllare la variabilità del vento. È vero che si sono fatti enormi passi avanti nelle generazione elettrica e con le nuove tipologie di generatori elettrici si può pensare a forme di conversione quasi statica. Ma permane il problema della bassa densità di potenza dell’energia eolica e quindi la necessità di macchine di grosse dimensioni». Secondo Battisti, infatti, «aumentando la dimensione delle macchine, si perde però il vantaggio della scarsa intrusività e della occupazione limitata di territorio. Credo quindi che sia fondamentale aspettare le sperimentazioni e vedere i risultati concreti che si otterranno. La storia commerciale ci fa vedere quali sono le tecnologie che hanno il miglior compromesso costi-benefici: se si è affermata una certa tipologie di macchine è perché al momento è quella che garantisce le prestazioni migliori».