Le turbine eoliche senza lama possono offrire più forma che funzione

L'energia eolica è diventata una legittima fonte di energia negli ultimi decenni poiché i progetti di turbine più grandi ed efficienti hanno prodotto quantità sempre maggiori di energia. Ma anche se l'industria ha registrato un investimento globale record di 99,5 miliardi di dollari nel 2014, la crescita delle turbine potrebbe raggiungere i suoi limiti.

Vortex afferma che le sue turbine senza lama genereranno elettricità per il 40% in meno rispetto al costo dell'energia delle turbine eoliche convenzionali.​

Il trasporto è sempre più impegnativo a causa delle dimensioni dei componenti: le singole pale e le sezioni delle torri spesso richiedono camion specializzati e strade diritte e larghe. Anche le turbine eoliche di oggi sono incredibilmente pesanti. Generatori e riduttori posti su torri di supporto a 100 metri da terra possono pesare più di 100 tonnellate. Con l'aumento del peso e dell'altezza delle turbine, i costi dei materiali di torri di supporto più larghe e più resistenti, nonché il costo della manutenzione dei componenti alloggiati così lontano dal suolo, stanno riducendo i vantaggi in termini di efficienza delle turbine più grandi.

L'industria dell'energia alternativa ha ripetutamente cercato di risolvere questi problemi senza alcun risultato. Ma l'ultima voce promette un tipo di turbina eolica radicalmente diverso: un cilindro senza lama che oscilla o vibra.

La startup spagnola Vortex Bladeless ha sviluppato turbine che sfruttano la vorticità, il movimento rotatorio dell'aria o di altri fluidi. Quando il vento supera una delle turbine cilindriche, taglia il lato sottovento del cilindro in un vortice o vortice rotante. Quel vortice quindi esercita una forza sul cilindro, facendolo vibrare. L'energia cinetica del cilindro oscillante viene convertita in elettricità attraverso un generatore lineare simile a quelli utilizzati per sfruttare l'energia delle onde.

David Yáñez, uno dei cofondatori dell'azienda, si è imbattuto per la prima volta nell'idea mentre studiava il crollo del Tacoma Narrows Bridge a Washington. Il ponte crollò nel 1940 a causa delle vibrazioni eccessive formate dal movimento rotatorio del vento mentre soffiava oltre il ponte ed è un fallimento ingegneristico da manuale. Yáñez, tuttavia, ha imparato una lezione diversa. Questo è un ottimo modo per trasmettere energia da un fluido a una struttura, dice.

Il design leggero del cilindro di Vortex non ha ingranaggi o cuscinetti. Yáñez afferma che genererà elettricità per il 40% in meno rispetto al costo dell'energia proveniente dalle turbine eoliche convenzionali. La società ha ricevuto 1 milione di dollari in capitale privato e finanziamenti governativi in ​​Spagna e sta cercando altri 5 milioni di dollari in finanziamenti di capitale di rischio. Yáñez afferma che la società prevede di rilasciare un sistema da quattro kilowatt nel 2016 e un dispositivo da un megawatt molto più grande intorno al 2018.

La turbina Vortex sembra promettente, ma come ogni nuovo progetto di energia alternativa radicale, le turbine senza lama hanno molti scettici.

Se hai una comune turbina eolica del tipo a elica, hai una vasta area spazzata dalle pale, afferma Martin Hansen, specialista di energia eolica presso l'Università tecnica della Danimarca. Qui hai solo un palo.

Oltre a catturare meno energia, i cilindri oscillanti non possono convertire tanta energia in elettricità, dice Hansen. Una turbina eolica convenzionale converte tipicamente dall'80 al 90 percento dell'energia cinetica del suo rotore rotante in elettricità. Yáñez afferma che il generatore lineare personalizzato della sua azienda avrà un'efficienza di conversione del 70%.

Yáñez ammette che il design della turbina oscillante spazzerà un'area più piccola e avrà un'efficienza di conversione inferiore, ma afferma che le riduzioni significative dei costi di produzione e manutenzione supereranno le perdite.

Poiché Vortex costruisce dispositivi più grandi che catturano i venti ad alta velocità più lontano dal suolo, incontrerà anche altre sfide inerenti alla fisica della meccanica dei fluidi. L'aria o altri fluidi che si muovono a basse velocità oltre i cilindri di piccolo diametro fluiscono con un movimento regolare e costante. Tuttavia, aumentando il diametro del cilindro e la velocità con cui l'aria scorre attraverso di esso, il flusso diventa turbolento, producendo vortici o vortici caotici. Il flusso turbolento fa variare la frequenza di oscillazione del cilindro, rendendo difficile l'ottimizzazione per la produzione di energia.

Con cilindri molto sottili e velocità molto basse si ottengono linee telefoniche cantate, una frequenza o un tono assolutamente puro, afferma Sheila Widnall, professoressa di aeronautica e astronautica al MIT. Ma quando il cilindro diventa molto grande e il vento diventa molto alto, ottieni una gamma di frequenze. Non sarai in grado di ottenere tutta l'energia che desideri perché l'oscillazione è fondamentalmente turbolenta.

Widnall mette in dubbio anche l'affermazione dell'azienda secondo cui le sue turbine saranno silenziose. Le frequenze oscillanti che scuotono il cilindro faranno rumore, dice. Sembrerà come un treno merci che arriva attraverso il tuo parco eolico.

I cilindri oscillanti sono solo una delle numerose tecnologie emergenti volte a raccogliere più vento con meno. Makani Power sta sviluppando un aquilone energetico legato (vedi Mulini a vento volanti). Vola in un grande cerchio simile alla punta di una pala di turbina convenzionale mentre sfrutta l'energia eolica tramite turbine di bordo più piccole. Astro Teller, capo di Google X, la struttura di ricerca semi-segreta di Google che ha acquisito Makani nel 2013, ha dichiarato a marzo che la società avrebbe presto iniziato i test di un aquilone da 600 kilowatt su vasta scala.

John Dabiri, professore di aeronautica e bioingegneria al Caltech, sta testando diverse configurazioni di turbine ad asse verticale, che sono essenzialmente mulini a vento che girano come una giostra piuttosto che su un asse orizzontale come una ruota di bicicletta. Tipicamente le turbine eoliche sono posizionate distanti tra loro per ottimizzare la produzione di energia. Basandosi sugli stessi principi che i pesci usano per conservare l'energia tramite l'istruzione, Dabiri ha scoperto che le turbine poste una vicino all'altra potrebbero produrre più energia di quelle che sono distanti.

Puoi coordinare il funzionamento di più turbine eoliche in modo tale che il tutto sia maggiore della somma delle sue parti, dice.

Dabiri afferma che tali effetti sinergici potrebbero applicarsi anche ai mulini a vento convenzionali ad asse orizzontale o persino alle turbine oscillanti. Questi ultimi rappresentano una sfida maggiore perché la scia di tali turbine è molto caotica, ma anche un potenziale vantaggio perché la scia accumula molta energia, dice.

Rimane ancora molto da vedere con la turbina oscillante di Vortex, dice Dabiri, ma aggiunge di essere entusiasta del concetto dell'azienda. Chi dice che la turbina a tre pale è il meglio che possiamo fare è privo di visione.

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