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Una turbina eolica più durevole
Una startup canadese ha sviluppato un piccolo prototipo di turbina eolica che utilizza l'attrito invece di un cambio per convertire l'energia eolica in elettricità. CWind , con sede a Owen Sound, Ontario, ha recentemente iniziato a lavorare su un prototipo più grande da due megawatt. L'azienda afferma che il suo sistema di trasmissione a frizione è più efficiente e affidabile, e meno costoso da mantenere, rispetto alle turbine eoliche convenzionali, che sono soggette a costosi guasti del cambio.
Ruote che girano: Le pale della turbina eolica di CWind muovono un volano interno e diversi alberi che si attaccano a piccoli generatori all'interno della navicella. Nell'immagine in basso, una ruota di gomma rotola sulla parete interna di un volano all'interno di un prototipo di turbina da 65 kilowatt.
Le pale della maggior parte delle turbine sfruttano il vento per far girare un albero motore collegato a un riduttore. Il riduttore gestisce la rotazione di un secondo albero che si collega ad un grande generatore elettrico. Il cambio è l'attrezzatura più pesante nella navicella di una turbina eolica (la sezione nella parte superiore della torre della turbina). È anche un pezzo tra i più vulnerabili al fallimento. Le raffiche di vento improvvise sottopongono il cambio a un tremendo stress meccanico. Nel tempo questo può usurarsi o rompere i denti dei suoi ingranaggi metallici.
Il design di CWind elimina completamente il cambio. Invece, l'albero motore è collegato direttamente a un grande volano metallico. Abbracciando l'esterno del volano ci sono otto alberi secondari più piccoli, ciascuno collegato a un generatore da 250 kilowatt e ciascuno rivestito con diversi pneumatici appositamente progettati che aderiscono alla superficie del volano. Mentre il volano gira, impegna i generatori ruotando questi alberi rivestiti di pneumatici. Stiamo usando l'attrito. Non è meccanicamente accoppiato, afferma Na'al Nayef, un ingegnere di CWind e co-inventore del sistema.
Nayef afferma che il sistema utilizza un software per controllare gli otto alberi secondari. I pneumatici sono inoltre progettati per slittare temporaneamente se una raffica di vento fa accelerare improvvisamente il volano. Questa caratteristica facilita l'impatto sui generatori. Ogni albero secondario può anche essere disimpegnato dal volano se il vento rallenta, riducendo di fatto gli attriti e consentendo agli alberi ancora collegati di mantenere in funzione i propri generatori ad alta capacità. Allo stesso modo, collegando più alberi, aggiungendo così più attrito all'aumentare del vento, si attiveranno i generatori inattivi. Siamo in grado di far funzionare i generatori sempre alla velocità ottimale, afferma Nayef, aggiungendo che i test sul prototipo più piccolo da 65 kilowatt mostrano guadagni di efficienza rispetto alle turbine eoliche standard fino al 5%.
Il fondatore di CWind, Paul Merswolke, ha seguito per la prima volta il design sette anni fa dopo aver visto un documentario sul occhio di Londra , una ruota panoramica alta 135 metri sulla riva del Tamigi. Vide che semplici pneumatici per autocarri venivano usati come rulli di frizione per girare la ruota panoramica e concluse che lo stesso approccio poteva essere adattato per le turbine eoliche. Nayef è stato chiamato a bordo per elaborare un progetto preliminare e nel 2004 CWind ha contattato una società di ingegneria energetica Associati MPR a Washington, DC, per un aiuto nella costruzione di un prototipo.
Abbiamo detto: 'No, non siamo convinti che abbia senso', afferma Larry Cundy, direttore dello sviluppo di MPR. Ma CWind convinse MPR a fare un'analisi di base del progetto e alla fine la società di ingegneria accettò di costruire il prototipo. È un'applicazione molto nuova, francamente, dice Cundy. È davvero un colpo di genio.
Cundy afferma che il più grande vantaggio del design di CWind è che è più facile e meno costoso da mantenere per tutta la durata dell'attrezzatura. Quando un cambio su una turbina convenzionale si guasta, la turbina viene messa completamente fuori servizio. Ottenere un cambio sostitutivo richiede molto tempo e rimuovere l'enorme dispositivo dalla navicella della turbina eolica richiede una grande gru e molti giorni di lavoro. Ogni giorno la turbina non genera elettricità per la rete equivale a una perdita di entrate per l'operatore.
Su un sistema di trasmissione a frizione con più pneumatici, se perdi uno pneumatico, gli altri sono ancora lì, dice Cundy, aggiungendo che la sostituzione degli pneumatici è rapida, all'incirca una giornata di lavoro, e che i progetti futuri consentiranno la manutenzione mentre la turbina è ancora in funzione . La stessa ridondanza si applica ai generatori: se uno si guasta, gli altri possono ancora funzionare. Cundy afferma che i piccoli generatori standard utilizzati nel design di CWind possono essere ottenuti rapidamente e sono installati abbastanza facilmente con l'aiuto di una piccola gru incorporata nella navicella.
Nayef afferma che i pneumatici utilizzati sono progettati per durare tre anni e che la sostituzione di tutti i pneumatici utilizzati su una turbina eolica da due megawatt dovrebbe costare $ 30.000, o quasi $ 200.000 in 20 anni. Al contrario, i riduttori hanno una vita media di sei anni e costano circa $ 600.000 per la sostituzione, o quasi $ 2 milioni in 20 anni. Avremo un prezzo competitivo con le tradizionali turbine eoliche con cambio, ma abbiamo i vantaggi di alta disponibilità, alta efficienza e tutti i vantaggi che derivano dalla facilità di manutenzione.
Il mese scorso CWind ha firmato un accordo di produzione con un produttore globale di componenti per auto Linamar , che ha impegnato il suo team di ingegneri McLaren Performance (di fama nelle corse di Formula 1) a produrre il prototipo da due megawatt. Come parte del contratto di 10 anni, Linamar produrrà anche turbine pronte per il mercato, probabilmente a partire dal 2011. Nayef afferma che il lavoro è già in corso su progetti da cinque megawatt e 7,5 megawatt destinati al mercato eolico offshore e onshore remoto. siti in cui la facile manutenzione diventa una caratteristica fondamentale per la vendita.