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Energia eolica in quota



      

Xerces Blue
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Si stima che nel vento esista un potenziale energetico pari a centinaia di volte l’intero fabbisogno energetico umano.

L’utilizzo dei mulini a vento ci ha permesso sin ora di sfruttare solo una piccolissima parte di questa energia, quella che è presente nella fascia compresa fra i 20 e i 150 metri di altezza. 

Lo sviluppo dell’eolico in quota, dove si colloca la gran parte dell’energia eolica, appare in grave ritardo tanto che ad oggi non vi sono ancora sistemi operativi. 

L’importanza di questa risorsa, che può diventare in  breve una delle fonti principali di energia, appare ignorata dalla Comunità Europea che ne nega aprioristicamente la possibile esistenza ignorandola nei bandi di ricerca per le energie rinnovabili. 

Per una migliore e più approfondita conoscenza del settore elenchiamo: i riferimenti storici, le ultime innovazioni, i principali progetti e le problematiche per lo sviluppo dell’eolico in quota.

 

 

 

Le ultime innovazioni

 
 

L’ ala rotante

Nel 1930 sono stati effettuate le  prime prove di volo di un sistema ad ali rotanti della Telefunken appositamente studiato per produrre energia elettrica sfruttando il vento in quota.

Raggiunti i 700 metri di altezza il tentativo fallì per l’accumulo di cariche elettrostatiche sul cavo elettrico di interconnessione.

Un’innovativa quanto semplice modalità di trasmissione meccanica dell’energia generata in quota con l’utilizzo delle nuove tipologie di cavi in fibra come illustrato qui di seguito nel progetto Heli wind power permette di superare gli ostacoli allora incontrati.

 
 

I profili leggeri

Pilotare un kite in veloci evoluzioni permette di catturare l’energia del vento da un’area ben più ampia della dimensione del kite stesso. Questa tecnica è usata dai surfisti e con sistemi automatici dalle grandi navi del progetto Sky sails e in molti progetti di ricerca per la generazione eolica.

Per semplificare i sistemi di controllo del volo ed evitare la movimentazione di lunghi cavi il progetto rotokite si basa sull’autorotazione di profili aerodinamici leggeri sul proprio asse.

Un sistema così semplice per cui si possono immaginare in paesi del terzo mondo piccoli generatori anche autocostruiti con pezzi di recupero automobilistico e kites rotanti venduti per poche decine di euro.


                                                 I più importanti progetti


SkySails
SKYSAILS

Il progetto SAIL POWER, che rende possibile la trazione di navi grazie ad una vela in quota, rappresenta il più alto grado di industrializzazione raggiunta negli studi che riguardano le applicazioni del KITE come possibile mezzo per produrre energia.

Sul sito  http://www.skysails.info è presente un'ampia documentazione del progetto e sono visibili i filmati delle applicazioni realizzate che dimostrano al di là di ogni dubbio il grande interesse che può avere approfondire la ricerca sulla possibilità di sfruttare i venti in quota. 

L’estrema manovrabilità dei kites e il loro profilo, con caratteristiche sempre più simili a quelli di un'ala di aereo permettono una veloce movimentazione ed una conseguente captazione di energia non legata alla dimensione dell’aquilone ma all’area in cui compie le sue evoluzioni.

Kite Wind Generator
                                                                                             
KITEWIND

Utilizzando lo stesso principio di movimentazione dei kites sono stati sviluppati diversi progetti che generano energia per trazione come quello della Delft University, oppure come il progetto della Kite Gen per grandissime potenze illustrato nell’immagine a fianco.
Numerosi Kites alternano fasi di trazione sui bracci di un grande rotore a fasi di recupero che permettono di recuperare la posizione di inizio ciclo allo stesso modo in cui una barca a vela può risalire il vento:
 

                                                                                              







RotoKite


Il Rotokite è un  progetto innovativo sviluppato da un gruppo di ingegneri torinesi promotori di questo sito.rotokite

Il rotokite utilizza  profili aerodinamici simili a quelli dei kites ma anziché pilotarli questi sono posti in rotazione sul proprio asse per emulare le prestazioni di una grande elica che opera in quota.

Il ricorso al principio di rotazione semplifica radicalmente la difficile problematica del controllo volo dei kites ed elimina le difficoltà tecniche legate alla lunghezza dei cavi, permettendo la produzione di energia eolica a bassissimo costo.

 

Video del funzionamento del RotoKite con audio in inglese

Nel Pdf una  descrizione del funzionamento del RotoKite





Il progetto Magenn


magenn

Mentre i progetti  sin qui  presentati usano una parte dell’energia del vento per il sostentamento, la società Magenn specializzata nella costruzione di palloni aerostatici ha realizzato un prototipo che per il sostentamento utilizza gas leggeri. Il progetto è visibile al sito: 

 http://www.magenn.com 

La rotazione del corpo centrale genera portanza e aziona generatori elettrici installati ai lati, l’energia prodotta viene inviata a terra con cavo elettrico. La previsione è quella di realizzare sistemi di generazione con potenze variabili da 10 a 1000 kw  nel periodo 2009/16.








Laddermill

ALA FISSA

Un progetto del prof.Okels e degli studenti dell’Università di Delft ipotizza la produzione di energia mediante ali rigide anziché con aquiloni.

I profili aerodinamici simili ad alianti senza pilota  alternano fasi ascendenti creando una trazione su di un cavo con fasi recupero in cui i profili aerodinamici vengono fatti scendere rapidamente come un aereo in picchiata una modificato il loro assetto.

Maggiori dettagli sulla pagina di Wikipedia:

http://en.wikipedia.org/wiki/Laddermill

Flying Electric Generator


ala rotante

Il professore australiano Bryan Roberts ha realizzato un prototipo di generatore eolico che ha denominato Flying Electric Generator(FEG). Viene ripreso in questo progetto il principio di generazione già citato della Telefunken

Il progetto del Prof. Roberts Bryan è stato premiato dal Time  come TIME's Best Inventions of 2008 

Il progetto e tutta la problematica della generazione in quota sono stati documentati molto bene sul sito  http://www.skywindpower.com/ww/index.htm

Il peso della struttura di captazione e la produzione di energia elettrica in quota presuppone un utilizzo in zone di forte vento o in alta quota.

Su Youtube è visibile il volo del primo prototipo all’indirizzo  

http://it.youtube.com/watch?v=gExAQq2VzgQ

L'Heli Wind Power

helikite
Un progetto da un gruppo di ingegneri torinesi promotori di questo sito, che riprende il concetto del Flying Eletric Generator e del prototipo della Telefuken, introducendo due varianti destinate ad alleggerire il sistema per renderlo adatto a produrre energia anche con venti di minore intensità.

Il progetto contempla da una parte l’alleggerimento dei rotori con uso di tiranti e dall'altra la trasmissione meccanica a terra dell’energia generata in quota.

Le  recenti innovazioni riguardanti il campo delle fibre hanno permesso di pensare ad un cavo ad anello di grande leggerezza che, operando con un innovativo sistema di pulegge interconnesse permette di realizzare una leggerissima trasmissione di potenza su lunghe distanze ( l’anello mancante della generazione eolica !).

 

Una sintesi del progetto è visibile aprendo il file sottostante:

Heli_wind_power.pdf  





LE PROBLEMATICHE PER LO SVILUPPO DELL’EOLICO IN QUOTA

 

- Un problema: i brevetti

Può sembrare strano ma i brevetti sono, a nostro parere, la principale ragione per la quale l'eolico in quota non si è ancora sviluppato.

L’idea di generare energia con utilizzo degli aquiloni o di altre tecniche di derivazione aeronautica  ha dato luogo alla registrazione di  centinaia di brevetti, a volte molto generici,  ma comunque sufficienti a permettere un'azione contro chi spenderà risorse per verificarne le effettive possibilità di  sviluppo.

Si è determinato così nel settore un ambiente del tutto sfavorevole alla ricerca e alla sperimentazione poiché su ogni tentativo di sviluppo può incombere un’azione legale.

La conseguente mancanza di importanti iniziative di ricerca ha dato origine ad un generico scetticismo sulle possibilità effettive della generazione eolica in quota a prescindere da quelli che sono i dati tecnici e gli studi che invece ne dimostrano le reali possibilità applicative.

 

- Una carenza: l'attenzione ed i finanziamenti alla ricerca sull’eolico in quota

E' chiaro che oggi l'Europa ha una grandissima necessità  di sviluppare nuove tecnologie che siano adatte a fronteggiare il grande problema dei cambiamenti climatici e della  produzione di energia. Purtroppo le iniziative prese sino ad oggi non sono apparse coerenti con l’importanza del problema.

La Commissione Europea, pur paladina nello sviluppo di fonti rinnovabili, per quanto riguarda la ricerca  eolica  finanzia solo l’evoluzione di quanto  è stato inventato 4500 anni fa  e vi è da temere che senza un qualche stimolo esterno occorrerà ancora molto tempo perchè possa prendere in considerazione quanto autorevolmente pensato nel 1930 e in tempi più recenti.

Questo sito vuole essere un invito per la Comunità Europea ad un rapido ripensamento delle scelte fatte sino ad oggi nei finanziamenti alla ricerca.

 

 

 

- Un falso problema: Le zone di volo

L’obiezione più frequente che viene fatta all’esposizione di un progetto di generazione in quota è quella che questi sistemi possano costituire un pericolo per il volo aereo.

Oggi tutti gli aerei sono dotati di sistemi di posizionamento satellitare per cui la delimitazione di parchi eolici o anche di singole strutture, purchè opportunamente segnalate, non costituisce il minimo impedimento alla navigazione aerea.

Già oggi esistono numerosissime aree interdette al volo e, come esemplificato nel progetto Sky wind power, la presenza di palloni aerostatici sul confine Stati Uniti - Messico ai fini di evitare il trasporti aerei illegali non ha mai determinato incidenti.

 

- Un semplice calcolo : l'efficienza dei sistemi  

Il vento in quota spira con maggiore intensità e continuità rispetto al vento al suolo e anche la semplice osservazione del movimento delle nuvole ne è la riprova.

Salendo in quota già a 400 / 800 mt è facile incontrare venti che sono di intensità doppia rispetto a quelli intercettabili con un generatore eolico tradizionale che opera ad un’altezza media di 70 metri. Al raddoppio della velocità del vento, la sua energia aumenta con il cubo, ovvero di otto volte.

Inoltre in quota aumenta il  tempo durante il quale spirano venti utili alla generazione, per cui è realistico prevedere almeno un raddoppio delle ore di lavoro.

Indicativamente possiamo dire che a quote intermedie è disponibile un’energia pari a 16 volte quella che si può avere in un sito già di per sé adatto alla generazione eolica.

Appare evidente che anche una possibile minor efficienza dei sistemi di  generazione in quota sarà irrilevante considerato il grandissimo incremento di energia disponibile.

 

- Una grande semplificazione : le strutture di sostegno

La captazione del vento in quota non necessita della realizzazione di strutture di sostegno, poiché tutte le ipotesi immaginate fino ad oggi prevedono esclusivamente una trazione fra il punto di vincolo a terra o su nave e l’elemento aerodinamico in quota.

I mulini a vento necessitano invece di torri di quasi 100 metri di altezza con rilevanti problemi per le fondazioni e le strutture fortemente sollecitate.

Quanto sopra non determina solo una grande riduzione di costi, ma soprattutto permette di posizionare con grande facilità i generatori che operano in quota su piccole piattaforme galleggianti anche  in acque profonde dove è molto difficile intervenire con altre tecnologie.

 

- L'impatto ambientale

Lo spazio occupato a terra da sistemi di generazione in quota è estremamente ridotto e non presenta i problemi di inquinamento visivo o acustico che impediscono l’installazione dei mulini a vento in zone densamente popolate.

Inoltre la possibilità di posizionare a quote relativamente alte i sistemi di generazione ne può ridurre al massimo anche l’impatto visivo.

Anche se per il momento non sono possibili valutazioni certe sull'impatto climatico che sarà prodotto dall'eolico in quota, questo appare meno problematico di quanto prodotto dai mulini a vento che generano un rimescolamento della stratificazione atmosferica in prossimità del suolo.

 

- Guardando il cielo: l’ubiquità

Osservando la mappa dei venti che spirano in Europa a 80 metri di quota si nota come l’energia eolica a terra possa essere sfruttata solo in una piccola parte del territorio.

http://www.windpower.org/en/tour/wres/euromap.htm

Se invece ci alziamo in quota la situazione cambia completamente e, aggiungendo la possibilità di operare in mare, la maggioranza della superfice terrestre appare adatta allo sfruttamento dell'energia dei venti.

http://farm3.static.flickr.com/2356/1601661229_60b6c9ce4b.jpg

 

- Costi

La generazione eolica a terra  nei siti ventosi del Mare del Nord ha un costo stimato in circa 0,06centesimi di euro a Kw,  sicuramente il più basso costo, escluso l’idroelettrico, per quanto riguarda le energie rinnovabili. I sistemi in quota sono molto più semplici nella struttura e nel funzionamento pertanto si stima che l’energia prodotta  abbia costi inferiori ad 0,01 euro a Kw.

In un periodo di rapida evoluzione tecnologica il basso costo di impianto ed il conseguente  rapido ammortamento dei sistemi di generazione eolica in quota permettono  di immaginare la  loro sostituzione  con nuove tecnologie senza danno economico. 

La bassa intensità di capitale per le nuove installazioni rende questa fonte energetica  fondamentale per evitare che i paesi in via di sviluppo facciano ricorso a sistemi di generazione  fortemente  inquinanti. 

 

- Idee per lo sviluppo

Sono moltissimi i sistemi di produzione di energia che possono essere sviluppati ma la generazione in quota, nonostante le eccezionali potenzialità, appare incomprensibilmente come il sistema dotato di minori risorse per la ricerca.

Gli ostacoli più importanti ci appaiono come già detto la privatizzazione della ricerca, l’immotivato scetticismo sul settore e le preoccupazioni per l’occupazione dello spazio aereo.

Realizzare un valido progetto dimostrativo di generazione eolica in quota potrebbe aprire una strada dalle prospettive oggi inimmaginabili.

Una grande competizione tecnologica, che ricordi le grandi sfide tecniche del secolo scorso cui partecipino centinaia di ricercatori e di Università, forse sarebbe meno spettacolare della Coppa America ma certamente molto meno costosa e infinitamente più utile.

I progetti Rotokite ed Heli Wind Power sono open source in tutti i paesi in via di sviluppo, in altri paesi vengono ricercate collaborazioni i cui ritorni saranno utilizzati per la diffusione  delle energie rinnovabili e la ricerca.




- Contatti

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