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Migliori turbine eoliche
Tecnologie ExRo , una startup con sede a Vancouver, BC, ha sviluppato un nuovo tipo di generatore che si adatta bene alla raccolta di energia dal vento. Potrebbe ridurre il costo delle turbine eoliche aumentando la loro potenza del 50 percento.
Alloggiamento di alimentazione: Il cablaggio in rame si estende da un prototipo di un nuovo tipo di generatore, progettato tenendo presente la variabilità della velocità del vento.
Il nuovo generatore funziona in modo efficiente in una gamma di condizioni più ampia rispetto ai generatori convenzionali. Quando l'albero che attraversa un normale generatore gira alla velocità ottimale, più del 90% della sua energia può essere convertita in elettricità. Ma se accelera o rallenta, l'efficienza del generatore diminuisce drasticamente. Questo non è un problema nelle centrali elettriche convenzionali, dove le turbine girano a una velocità costante, alimentate da una fornitura costante di energia dal carbone o da qualche altro combustibile. Ma la velocità del vento può variare notevolmente. Le pale della turbina che cambiano passo per catturare più o meno vento possono aiutare, così come le trasmissioni che mediano tra le pale rotanti e l'albero del generatore. Ma le trasmissioni aggiungono costi di produzione e manutenzione e c'è un limite a quanto la modifica dell'angolo della pala può compensare il cambiamento del vento.
Il nuovo design di ExRo sostituisce una trasmissione meccanica con una trasmissione elettronica. Ciò aumenta la gamma di velocità del vento a cui può operare in modo efficiente e lo rende più reattivo alle raffiche e alle pause improvvise. Mentre alle massime velocità del vento le pale dovranno ancora essere inclinate per disperdere il vento, il generatore consentirà alla turbina di catturare più energia nei venti e nelle raffiche ad alta velocità. Di conseguenza, la turbina potrebbe produrre in media il 50% in più di potenza nel corso di un anno, afferma Jonathan Ritchey , Chief Technology Officer di ExRo. Infatti, in alcune località, la potenza potrebbe raddoppiare, afferma Ed Nowicki , professore di ingegneria elettrica presso l'Università di Calgary, che ha consultato ExRo.
Il generatore funziona secondo gli stessi principi di molti generatori ordinari: i magneti attaccati a un albero rotante creano una corrente mentre passano bobine di rame fisse disposte attorno all'albero. Nei normali generatori, tutte le bobine sono cablate insieme. Nel generatore di ExRo, invece, le singole bobine possono essere accese e spente con interruttori elettronici. A basse velocità del vento, solo alcune delle bobine si accendono, quanto basta per raccogliere in modo efficiente la piccola quantità di energia nel vento a bassa velocità. (Se più bobine fossero attive, fornirebbero più resistenza ai magneti rotanti.) A velocità del vento più elevate, si accenderanno più bobine per convertire più energia in elettricità. Gli interruttori possono essere attivati rapidamente per adattarsi alle velocità del vento in rapida evoluzione.
Sguardo interno: Due anelli di magneti (blu-grigio), uno all'interno e l'altro all'esterno di una serie di bobine di rame (rosso e verde), ruotano per generare elettricità.
Un'altra parte del design rende il generatore più reattivo alle variazioni della velocità del vento. La raccolta di grandi quantità di energia richiede molte bobine. Questi potrebbero essere disposti all'interno di un generatore di diametro molto grande, ma poi anche il rotore su cui sono stati montati i magneti dovrebbe essere più grande. Ciò renderebbe più difficile far muovere il rotore o modificarne la velocità di rotazione. (La maggiore distanza tra il centro del generatore e le bobine aumenta il cosiddetto momento di inerzia.) Il generatore ExRo distribuisce invece le bobine tra diversi generatori di piccolo diametro, che i ricercatori chiamano pile, lungo la lunghezza dell'albero. Diametri più piccoli facilitano la modifica delle velocità di rotazione. Il design a più stack facilita anche la personalizzazione del generatore per un particolare sito eolico. Per un sito con venti a bassa velocità, sarebbero necessarie poche pile. Per un sito con venti ad alta velocità, se ne potrebbe aggiungere di più, consentendo al generatore di convertire più energia in elettricità.
Altre aziende hanno sviluppato progetti che incorporano più generatori, che possono essere attivati separatamente, a seconda della velocità del vento. Ma questi devono essere attivati e disattivati meccanicamente, aggiungendo peso e complessità al generatore e aumentando i costi. Ridurre la manutenzione e il peso eliminando la necessità di ingranaggi e frizioni meccanici potrebbe consentire a ExRo di contenere i costi. E questo, dice Paul Sclavounos , professore di ingegneria meccanica al MIT, è la considerazione chiave nel determinare se provare a catturare più energia del vento. ExRo può avere un vantaggio, dice, perché la chiave della sua tecnologia è il controllo elettronico, che è poco costoso. In effetti, la società afferma che un operatore di turbine eoliche potrebbe guadagnare il 57 percento in più da una turbina nel corso di un anno utilizzando il nuovo generatore.
ExRo ha sviluppato e testato un prototipo su scala di laboratorio. Le sue stime sull'aumento della produzione di energia provengono da modelli che utilizzano dati provenienti da siti di turbine eoliche esistenti. Entro la fine di quest'anno o all'inizio del prossimo anno, l'azienda inizierà a testare sul campo una piccola turbina eolica da cinque kilowatt. Ritchey afferma che la società non avrà dati certi per la produzione di energia fino al completamento di tali test. Il prossimo passo sarà l'installazione di generatori più grandi, su scala megawatt, nelle turbine eoliche esistenti.