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La ricerca della pala della turbina eolica dei mostri
Blade Dynamics, una società di sei anni che è in parte di proprietà di American Superconductor, un progettista di turbine eoliche e fornitore di elettronica per parchi eolici, afferma di aver sviluppato una tecnologia che renderà possibili le più grandi pale eoliche del mondo. Ha dimostrato la tecnologia producendo lame da 49 metri, e ora l'Energy Technologies Institute, una partnership tra il governo del Regno Unito e grandi aziende come BP, Shell e Caterpillar, ha dato all'azienda quasi 25 milioni di dollari per costruire lame da 100 metri. Potrebbero consentire turbine eoliche alte 250 metri che troncherebbero sul monumento a Washington, che è alto solo 169 metri. Le pale eoliche più grandi ora sono lunghe 75 metri (vedi A Mighty Wind Turbine ).
Lama grande: Le forme per le pale delle turbine da 80 metri che Vestas sta sviluppando si estendono in lontananza.
Lo sforzo non è un semplice spettacolo da record. Trovare modi convenienti per realizzare le enormi pale delle turbine eoliche è una delle maggiori sfide per rendere l'eolico offshore competitivo con i combustibili fossili e le principali società di energia eolica, tra cui GE e Vestas, stanno sviluppando una tecnologia per risolvere il problema.
Alcuni dei migliori venti per la generazione di energia si trovano in mare aperto, dove il vento può essere più stabile, più veloce e meno turbolento che a terra. Le turbine eoliche rappresentano solo circa un terzo del costo dei parchi eolici offshore: i costi di installazione sono la spesa maggiore, poiché coinvolgono navi enormi e specializzate e sono soggetti a ritardi a causa del maltempo. L'utilizzo di turbine eoliche più grandi riduce il numero di turbine eoliche necessarie, diminuendo i costi di installazione e manutenzione (vedi Building Bigger, Better Wind Turbines e The Great German Energy Experiment).
Un problema con la costruzione di turbine eoliche molto grandi è che il costo per realizzare le pale è alle stelle. Man mano che le turbine eoliche diventano più grandi, i carichi sulle pale, e quindi il loro peso, aumentano in modo esponenziale. Il modo convenzionale per realizzare le lame prevede forme lunghe quanto le lame stesse. I moduli e le altre attrezzature necessarie per realizzarli stanno diventando così grandi e specializzati che ci sono pochi fornitori, il che aumenta i prezzi per le attrezzature di produzione. Anche assicurarsi che le lame siano formate con precisione diventa sempre più difficile man mano che le lame si allungano.
Alcuni importanti produttori di turbine eoliche si attengono alle forme grandi, ma stanno adottando lame in fibra di vetro rinforzate con carbonio e nuovi design delle pale per compensare parte dell'aumento dei costi di produzione. Stanno anche contando su risparmi nell'installazione e altri costi per rendere il business case per le turbine eoliche più grandi. Siemens, ad esempio, sta utilizzando forme grandi per le sue pale da 75 metri, così come Vestas, che sta sviluppando pale da 80 metri per una turbina eolica che sarà disponibile il prossimo anno.
Mentre produttori come Vestas utilizzano lame rinforzate in carbonio, Blade Dynamics realizza lame interamente in fibra di carbonio. L'azienda ha sviluppato metodi proprietari per realizzare sezioni da 12 a 20 metri di lame in fibra di carbonio e quindi unirle insieme senza soluzione di continuità, eliminando la necessità di forme grandi. Alcuni tentativi precedenti di lame modulari prevedevano l'avvitamento di sezioni di lama insieme, ma questo creava punti di stress all'interno delle lame che le rendevano troppo deboli.
La fibra di carbonio è più costosa della fibra di vetro, quindi per una data lunghezza le lame saranno più costose. Ma David Cripps, direttore tecnico senior di Blade Dynamics, afferma che l'uso della fibra di carbonio può migliorare l'economia complessiva delle turbine eoliche in diversi modi. Realizzando la pala in sezioni più piccole, è possibile realizzare strutture aerodinamiche più precise, migliorando le prestazioni, afferma. Inoltre, poiché le pale pesano molto meno di quelle in fibra di vetro, è possibile montare pale più lunghe sui progetti di turbine eoliche esistenti. Ad esempio, la pala da 49 metri dell'azienda non pesa più di una pala convenzionale da 45 metri specificata dal design originale di una turbina eolica. Pale più lunghe raccolgono più vento, consentendo alle turbine di generare più potenza a velocità del vento inferiori, aumentando le entrate.
Le pale più leggere consentono anche di progettare nuove turbine eoliche con componenti più leggeri e meno costosi, come l'albero motore, la torre e le fondamenta. Invece di un rotore da 24 tonnellate, potresti avere un rotore da 15 tonnellate. È un peso sostanziale da risparmiare sull'estremità di una lunga torre a sbalzo, afferma Cripps.
Lo sforzo di sviluppo fa parte della strategia di American Superconductor di portare sul mercato turbine eoliche da 10 megawatt (i parchi eolici offshore utilizzano tipicamente turbine da 3,6 megawatt o, più raramente, da sei megawatt). Sta riducendo il peso del generatore eolico con l'aiuto di materiali superconduttori e sta sviluppando turbine da 10 megawatt che si dice peseranno fino a cinque megawatt, per contenere i costi di installazione.