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Le turbine eoliche hanno perso i loro ingranaggi
I produttori di turbine eoliche si stanno allontanando dai riduttori e dai generatori standard del settore nel tentativo di aumentare l'affidabilità e ridurre il costo dell'energia eolica.
Anello di potenza: Questa turbina eolica da tre megawatt utilizza magneti permanenti e un design che la rende notevolmente più leggera di una turbina a ingranaggi convenzionale.
Siemens ha iniziato a vendere una turbina da tre megawatt utilizzando un cosiddetto sistema a trasmissione diretta che sostituisce il generatore convenzionale ad alta velocità con un generatore a bassa velocità che elimina la necessità di un cambio. E il mese scorso, General Electric ha annunciato un investimento di 340 milioni di euro in impianti di produzione per costruire le proprie turbine a trazione diretta da quattro megawatt per parchi eolici offshore.
La maggior parte degli osservatori afferma che il passaggio del settore alla trasmissione diretta è una risposta a guasti del cambio molto pubblicizzati. Ma Henrik Stiesdal, chief technology officer dell'unità eolica di Siemens, afferma che i problemi del cambio sono esagerati. Dice che Siemens sta adottando la trasmissione diretta come mezzo per generare più energia a costi inferiori. Le turbine possono essere rese più competitive attraverso la trasmissione diretta, afferma Stiesdal.
I piani di Siemens si basano su un nuovo design che riduce il peso del generatore del sistema. Nelle turbine eoliche convenzionali, il cambio aumenta la velocità del rotore azionato dal vento di diverse centinaia di volte, il che riduce radicalmente le dimensioni del generatore richiesto. I generatori a trasmissione diretta funzionano alla stessa velocità delle pale della turbina e devono quindi essere molto più grandi, oltre quattro metri di diametro per la turbina da tre megawatt di Siemens. Eppure Siemens afferma che l'intera navicella della turbina pesa solo 73 tonnellate-12 tonnellate in meno rispetto a quella delle sue turbine da 2,3 megawatt a ingranaggi, meno potenti.
Gran parte della riduzione del peso deriva dall'uso di magneti permanenti nel rotore dei generatori, un trucco utilizzato anche da GE. I generatori a turbina convenzionali utilizzano elettromagneti: bobine di rame alimentate con elettricità dal generatore stesso. Henk Polinder, un esperto di generatori a magneti permanenti presso Holland's Università di tecnologia di Delft , afferma che un segmento di magneti permanenti dello spessore di 15 millimetri può generare lo stesso campo magnetico di una sezione di bobine di rame di 10-15 centimetri.
Stiesdal afferma che Siemens ha ulteriormente ridotto il peso invertendo il design del suo generatore. Piuttosto che un rotore in acciaio ricoperto di magneti permanenti che ruotano all'interno di uno statore stazionario a forma di ciambella (il design che GE sta utilizzando nella sua turbina a trazione diretta da quattro megawatt) il rotore di Siemens è un cilindro in acciaio con magneti permanenti all'interno, e questo rotore gira intorno a uno statore a colonna.
Siemens ha eretto un prototipo della sua macchina a Brande, in Danimarca, a dicembre e prevede di installarne altri 10 quest'anno, principalmente in Danimarca, prima di iniziare la produzione di massa nel 2011. La tecnologia di GE, che ha acquisito con l'acquisto del produttore norvegese di turbine ScanWind lo scorso anno , viene dimostrato in un sito di prova in Norvegia; la commercializzazione della sua macchina da quattro megawatt è prevista per il 2012.
Più concorrenza è in arrivo. La società di venture capital New Enterprise Associates sostiene una startup con sede a Boulder, in CO chiamata Energia eolica Boulder , che sta sviluppando una turbina a presa diretta da 1,5 megawatt. L'azienda è stata fondata a dicembre da Sandy Butterfield, ingegnere capo per il centro di tecnologia eolica del National Renewable Energy Laboratory (NREL) degli Stati Uniti, dove ha condotto un importante studio sul processo di progettazione del cambio.
Se i guasti del cambio siano un problema a livello di settore rimane una questione controversa. NREL ha avviato il suo studio nel 2007, quando si sono verificati diversi fallimenti: una società con sede negli Stati Uniti, Energia eolica Clipper , ha riscontrato seri problemi al cambio entro pochi mesi dall'installazione della prima delle sue turbine da 2,5 megawatt in un parco eolico a Lackawanna, NY, mentre i riduttori nelle 30 turbine Vestas Wind Systems che formano il parco eolico offshore Kentish Flats del Regno Unito hanno dovuto essere sostituiti dopo solo due anni di attività. NREL ha concluso che la maggior parte dei riduttori delle turbine eoliche si sarebbe guastata ben prima della loro vita di progettazione di 20 anni.
Stiesdal afferma che gli studi di Siemens mostrano che i riduttori sono abbastanza affidabili, nel complesso. Un'analisi del 2008 delle macchine Siemens installate dal 1983 al 1989 negli Stati Uniti ha rilevato che la stragrande maggioranza funzionava ancora con i loro riduttori originali. Ma si aspetta una maggiore affidabilità dal sistema a trasmissione diretta, che ha circa la metà delle parti di una turbina convenzionale.
Tuttavia, i sistemi a trasmissione diretta introducono un potenziale problema. Ci sono preoccupazioni in corso per quanto riguarda la futura fornitura dei metalli delle terre rare utilizzati per realizzare magneti permanenti. Questo è un problema serio, afferma Stiesdal.