Inclinazione e velocità, così le turbine eoliche potrebbero produrre energia al meglio

Serve più energia pulita, prodotta da fonti rinnovabili. Come il vento. Ma è necessario migliorare la tecnologia per ottenere maggiore capacità di energia eolica. Uno studio americano, realizzato da diversi atenei, tra cui il MIT, ha effettuato una serie di test in condizione controllata per capire come ottenere il massimo dalle turbine eoliche, quelle che trasformano il vento in energia. Fondamentale tassello per accelerare il raggiungimento degli obiettivi climatici, consentendo la massima generazione di energia, ma al minor costo. Il problema è che per migliorare la produzione di eolica servono dati che rappresentino ciò che accade realmente sul campo; parliamo di informazioni che misurano l’impatto delle turbine con il vento che - strano a dirsi - sono carenti, motivo per cui gli ingegneri faticano a migliorare i sistemi attuali. Ma veniamo alla ricerca americana condotta da un pool di scienziati afferenti a diversi atenei - MIT, Princeton, Queen’s University, Pennsylvania State University - e pubblicata sulla rivista scientifica Pnas Nexus che ha simulato la produzione di energia eolica mettendo un modellino in scala iper-ridotta di una turbina, appena 15 centimetri, in una galleria del vento con la pressione dell'aria fino a 220 atmosfere (una pressione grandissima). L’aria compressa a questo livello ha permesso al modellino della turbina di comportarsi come se fosse una turbina di 35 metri, avvicinandosi alle dimensioni reali di quelle in commercio, solitamente tra i 50 e 100 metri; in questo modo è stato possibile eseguire centinaia di test rapidi, precisi, senza che il meteo variabile all’esterno potesse rovinare le misurazioni, quindi i dati.

Cosa hanno scoperto? Quando il rotore non si allinea in modo ottimale con il vento, le pale modificano la loro velocità e perdono energia. Tradotto. Il vento cambia direzione continuamente, ma se la turbina ruota senza riuscire ad allinearsi allora la produzione di energia eolica non rende quanto potrebbe e dovrebbe. A determinare quanta energia si produce è la velocità con cui girano le pale rispetto al vento; ma ad oggi le turbine vengono programmate ipotizzando che questa velocità ideale della pala sia fissa e calcolata solo per un vento che colpisce la turbina perfettamente di fronte. Lo studio dimostra che, quando la turbina è inclinata rispetto al vento, la velocità delle pale deve essere regolata di conseguenza; adattandola all'angolo di inclinazione si continua ad estrarre il massimo dell’energia. I ricercatori hanno condotto questa serie di esperimenti nella galleria del vento dell’Università di Princeton per diverse settimane, testando le prestazioni della turbina con differenti orientamenti del vento e con diverse strategie di controllo, per isolare come ciascun fattore influisse sulle prestazioni finali.

Sulla base dei test, i ricercatori hanno sviluppato un modello matematico ad hoc, chiamato Unified Wind Turbine, che consente di prevedere con grande precisione la quantità di energia che produrrà una turbina al variare dell'angolazione e della velocità. "L'impatto immediato di questo studio è che abbiamo sia migliorato che convalidato i modelli che vengono utilizzati nei protocolli di controllo delle turbine eoliche per i parchi eolici esistenti", le parole di Michael Howland, docente del MIT, convinto che "l'impatto più ampio, a medio termine, con un potenziale di crescita molto maggiore, è questo nuovo paradigma sperimentale che consente di creare prototipi rapidamente, convalidare modelli di simulazione, testare ipotesi su progetti e strategie di controllo migliori in tempi molto più brevi rispetto a quanto fosse possibile prima”. Insomma, secondo le stime dei ricercatori potendo incidere su una serie di fattori - l’allineamento della turbina rispetto al vento, angoli di inclinazione delle pale e velocità periferica - si potrebbero aumentare le entrate derivate dalla produzione di energia eolica per decine di migliaia di dollari per ogni singola turbina in attività. Se moltiplicato per l’intero parco eolico, l’impatto economico ed energetico complessivo sarebbe enorme