Energia eolica. La sfida dell’innovazione tecnologica

Rendere gli impianti produttivi sempre più efficienti è un passaggio necessario perchè le energie rinnovabili possano continuare a crescere, fino a soppiantare del tutto le fossili.

Le strategie per ottenere questo risultato sono molte, e tutte hanno un unico comune denominatore: l’innovazione tecnologica. Se infatti settori come l’efficienza energetica o le reti hanno conosciuto passi in avanti importanti, alcune tecnologie “chiave” per il settore delle rinnovabili hanno ampi margini di miglioramento.

Nel caso dell’energia eolica, è interessante osservare come l’innovazione nel settore non riguardi più soltanto la progettazione delle turbine, ma stia ora investendo anche le attività di Operation and Maintenance (O&M) cioè le attività di gestione e manutenzione successive all’installazione.

Energia eolica. Gestire i campi eolici

Anche in conseguenza del progressivo aumento di dimensioni degli aerogeneratori, con conseguente aumento della loro complessità, le attività di O&M sono diventate sempre più importanti per assicurare agli impianti il mantenimento nel tempo dei livelli di profittabilità attesi. Negli ultimi anni si sono sviluppati sistemi di gestione e strumenti per il monitoraggio in grado di garantire l’affidabilità delle turbine e di prevenire costosi fermi macchine, permettendo la loro programmazione nei momenti di minore ventosità.

Ad esempio, il monitoraggio online da remoto con l’analisi delle vibrazioni e delle temperature, le ispezioni periodiche dei componenti soggetti a maggiore usura, le termografie sui quadri elettrici sono tutti strumenti in grado di aiutare a gestire al meglio gli asset installati, aumentando le ore disponibili per la produzione e riducendo il costo totale di manutenzione.Anche l’utilizzo di droni può giocare un ruolo importante nel futuro dell’O&M.

Secondo Renewable Market Watch l’industria eolica sarà, da qui al 2025, uno dei maggiori committenti per il settore dei droni, con una spesa prevista di circa 7 miliardi di dollari. Attraverso l’impiego dei droni è ora possibile ispezionare più velocemente, più economicamente e con meno rischi per la sicurezza le pale eoliche. Le tecniche d’ispezione includono video con risoluzione ad alta definizione per l’esame dell’integrità delle pale, individuando i fenomeni di erosione causati dal contatto della pala con pioggia, grandine, salsedine ed altri detriti, con conseguente corrosione, staratura e delaminazione del bordo della pala. Questa erosione non solo compromette l’integrità della lama , ma ha anche impatti sua efficienza aerodinamica, causando una perdita significativa di produzione. Gli studi effettuati finora hanno costantemente dimostrato che l’erosione può portare a una perdita di produzione di energia anche fino al 20 per cento all’anno. A volte , nei casi più gravi di erosione , può essere necessario sostituire la pala.

Energia Eolica. Combattere l’erosione delle pale

3M™ Wind Energy, grazie all’innovazione dell’azienda 3M, è leader nel settore e pioniere nella comprensione di cause ed effetti provocati dall’erosione delle pale eoliche.
L’ampia gamma di prodotti e soluzioni nate dalla piattaforma tecnologica 3M™ e dalla ricerca, offrono nastri e rivestimenti protettivi realizzati in elastomeri poliuretaninci particolarmente resistenti all’abrasione applicati sulle pale per aiutare a prevenire l’erosione (i rivestimenti protettivi 3M™ sono un prodotto utilizzato sul mercato da tempo per proteggere le pale degli elicotteri e per i radomi).

Le soluzioni protettive 3M™ possono essere applicate sia in fabbrica sia in sito, utilizzando delle imbracature di sicurezza oppure delle piattaforme aeree. Possono anche essere applicate con rivestimenti protettivi o riempitivi 3M™in resina epossidica. Tutti questi prodotti sono stati progettati ed ottimizzati per combattere l’erosione delle pale e per resistere alle forze di flessione, alle condizioni meteorologiche più estreme, etc. I nastri protettivi 3M™ hanno la più ampia finestra di applicabilità nel mercato, ed insieme con i riempitivi di resina epossidica 3M™ rappresentano una delle soluzioni più versatili per i servizi di O&M.

In questo quadro i Vortex Generators 3M™ sono una delle soluzioni più avanzate disponibili sul mercato per ottimizare l’areodinamicità delle pale eoliche ed in grado di ridurre i fenomeni di stallo della pala, aumentando così la produzione della turbina.

Anche se i Vortex Generators sono disponibili da molto tempo, recenti innovazioni hanno contribuito ad esprimere tutto il loro vero potenziale. I Vortex Generators sono di solito realizzati in metallo o plastica, e sono apposti sulle pale eoliche per aiutare il flusso d’aria a rimanere aderente alla pala per un tempo più lungo, contribuendo ad aumentare l’efficienza della turbina. Con un Vortex Generator progettato su misura sulla base di studi aerodinamici sulle pale, le turbine sono in grado di realizzare aumenti di produzione fino al 5 per cento. E se vengono fissati con nastro in schiuma acrilica, i Vortex Generators continuano ad aumentare la produzione per tutta la vita utile della turbina.

Gli strumenti sopra descritti sono in grado di resistere alle condizioni più difficili garantendo la massima produttività e tempi di inattività minimi. Sono un ottimo punto di partenza progettato per estrarre quanta più energia possibile, rendendo la turbina più efficiente e quindi contribuendo a migliorarne il ritorno economico.

Aumentare la produzione

Altro esempio chiarificatore di come e quanto la gestione dei parchi eolici può evolversi e migliorare riguarda un problema che gli operatori di settore conoscono bene, il “disallineamento d’ imbardata”, ed uno strumento che dal 1926 ad oggi non è cambiato poi molto: l’anemometro.

E’ noto che, per produrre la massima potenza, le turbine eoliche devono sempre essere perfettamente allineate rispetto alla direzione del vento. Nella realtà, però, osserviamo che esiste sempre un disallineamento, talvolta anche rilevante, denominato appunto “disallineamento d’imbardata”, che non consente alle turbine eoliche di sprigionare il loro pieno potenziale.

Per posizionarsi correttamente rispetto al vento tutte le turbine eoliche utilizzano un anemometro posizionato sulla navicella. L’anemometro, inventato nel 1450 dal poliedrico umanista Leon Battista Alberti, dalla sua versione più recente (introdotta nel 1926 da John Patterson) ad oggi è cambiato poco. Ma a renderne inefficace l’utilizzo sulle turbine eoliche è più che altro il suo posizionamento : Infatti le turbine eoliche utilizzano anemometri posizionati sulla navicella, che è probabilmente il punto più semplice dove posizionare un anemometro, ma non il più efficace, dal momento che sulla navicella la misurazione è gravemente disturbata dalla rotazione delle pale e da molti altri fattori.

L’inaccuratezza della misurazione sulla navicella comporta un errore nel posizionamento della turbina rispetto al vento, noto come disallineamento d’imbardata, che provoca una perdita di produzione di energia.
ROMO Wind propone una soluzione definitiva a questo problema, per rendere gli impianti eolici sempre più efficenti.

ROMO Wind è un fornitore indipendente di servizi tecnologici che commercializza iSpin, un prodotto innovativo che ha ha definito nuovi standard per la misurazione eolica . iSpin è un anemometro ultrasonico composto da tre sensori che vengono installati permanentemente sullo spinner delle turbine eoliche, invece che sulla navicella.

Il posizionamento di iSpin sullo spinner delle turbine, quindi esattamente dove il vento le colpisce, senza interferenze, consente di misurare il vento molto accuratamente allineando sempre perfettamente la turbina con la direzione del vento, risolvendo per sempre il problema del disallineamento di imbardata, quindi aumentando la performance degli impianti eolici.

Il problema è molto diffuso: Considerando le installazioni effettuate finora da ROMO Wind, è stato riscontrato che tutte le turbine soffrono del problema del disallineamento d’imbardata, che più della metà ne soffre in modo rilevante (più di 4 gradi) e che addirittura il 23% ha registrato più di 8 gradi di disallineamento . In media, considerando tutte le installazioni effettuate finora da ROMO WInd, iSpin è stato in grado di aumentare la produzione di energia del 2%. Si tratta di un risultato rilevante, che può essere ottenuto con un investimento molto contenuto.

Inoltre, una volta installato, iSpin permentte di trasformare ogni turbina in un anemometro, misurando il vento dove conta – direttamente sulla turbina – e rendendo anche disponibile la stima di molti altri fattori (velocità del vento, turbolenza, flow inclnation, effetti scia) in modo molto più accurato e più economico di ogni altra tecnologie attualmente disponibile. Con queste informazioni è anche possibile calcolare curve di potenza per ogni turbina eolica con un bassissimo livello di incertezza, proprio grazie alla disponibilità di dati di vento così accurati, consentendo così di comprendere appieno e di monitorare tutti i fattori che influenzano la performance degli impianti eolici.

Non va poi dimenticato che il corretto posizionamento della turbina rispetto al vento consente anche di ridurre i carichi di lavoro delle macchine, aumentando la vita utile dei componenti e riducendo i costi di manutenzione, migliorando la gestione del parco eolico e aumentandone il ritorno economico.