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Una strategia per ottimizzare la sostenibilità e l’efficienza dei parchi eolici
Come migliorare il rapporto costi efficacia dell’eolico? Per un gruppo di ricercatori dell’Università di Adelaide, in Australia, la risposta è: riducendo la velocità degli aerogeneratori. Gli ingegneri Paul Bayron, Richard Kelso e Rey Chin sono tornati su una delle questioni più antiche legate alle “wind farm”, ossia l’interferenza che alcune turbine eoliche esercitano su altre all’interno dello stesso impianto. Come gli sviluppatori sanno bene, infatti, ogni centrale eolica deve affrontare una precisa sfida tecnica. È quella che in gergo viene “wake effect” o “effetto scia“.
Effetto scia, perché è un problema per i parchi eolici?
L’effetto scia si verifica quando la scia generata da una turbina eolica a monte interferisce con il flusso in entrata verso una turbina sottovento, riducendo la velocità del vento e diminuendo pertanto le prestazioni di quest’ultima. Il fenomeno può portare a sostanziali perdite di potenza. Gli studi di settore stimano fino al 20% in meno nell’eolico offshore e dal 5% al 10% negli eolici terrestri. Lo stesso effetto può determinare turbolenze che aumentano i carichi di fatica delle macchine fino al 15%.
Ovviamente si tratta di un problema ben noto, che ha stimolato il comparto a mettere in campo una serie di soluzioni. C’è, ad esempio, chi ha sviluppato algoritmi ad hoc per posizionare le singole turbine in maniera da minimizzare l’effetto scia. O chi ha lavorato sulla regolazione dell’angolo del rotore e della navicella.
Alcuni studi hanno addirittura sfruttato strategicamente l’effetto scia per migliorare le prestazioni delle turbine sottovento. Come? Grazie a turbine eoliche controrotanti, in cui l’aerogeneratore sottovento ruota in senso opposto a quello sopravento. È esattamente a questo livello che si inserisce lo studio australiano.
Lo studio australiano
Gli ingegneri hanno analizzato la scia e le prestazioni di turbine eoliche che utilizzano configurazioni di rotori co-rotanti e controrotanti, analizzando fattori come lo spazio tra le singole unità e il “Tip Speed Ratio“, ossia il rapporto tra la velocità periferica delle pale e velocità del vento libero.
E’ emerso che le configurazioni controrotanti presentano un’energia cinetica turbolenta inferiore e scie più simmetriche rispetto alle configurazioni corotanti, suggerendo potenziali vantaggi nelle prestazioni a valle in condizioni specifiche. Inoltre le prime mostrano un incremento di potenza fino al 20% a distanze ravvicinate (con diametri della turbina pari a 1,25), anche se i vantaggi diminuiscono con una maggiore separazione.
Ridurre il rumore e migliorare il rapporto costi efficacia dell’eolico
I risultati non finiscono qui. “Abbiamo scoperto che l’efficienza delle turbine eoliche disposte in parchi eolici […] può essere migliorata riducendo la velocità di rotazione degli aerogeneratori nella parte anteriore del gruppo”, ha affermato il dottor Chin, docente presso la Facoltà di Ingegneria elettrica e meccanica dell’Università di Adelaide.
“Riducendo la velocità di rotazione delle turbine anteriori, è possibile aumentare la velocità di quelle posteriori, in modo che tutte le turbine di un gruppo girino alla stessa velocità. Ciò potrebbe avere un impatto minimo sull’energia totale generata dai parchi eolici, ma è controbilanciato da importanti benefici, alcuni dei quali sono nascosti, mentre altri, come la riduzione dell’inquinamento acustico, sono più evidenti”.
Per gli scienziati rallentando la velocità di rotazione è inoltre possibile ridurre in modo significativo l’usura, aumentandone la longevità e migliorandone il rapporto costi-efficacia dell’eolico. Lo studio è pubblicato sulla rivista Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics.
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