- scritto da Luca Leonardo Preziosa
- categoria Energie rinnovabili
Generatore eolico senza pale: come funziona ed efficienza
Un generatore eolico senza pale serve a generare energia dal vento senza usufruire delle classiche pale eoliche. In questo articolo vediamo come funziona, la sua efficienza rispetto alle classiche turbine eoliche e quali sono i modelli e le tecnologie più avanzate.
In copertina: i designer, della turbina O-Wind, Nicolas Orellana e Yaseen Noorani.
Energia dal vento senza pale
Poiché i sistemi convenzionali sono in grado di sfruttare i venti provenienti da un'unica direzione ( le moderne pale eoliche si dividono infatti in pale ad asse orizzontale e verticale) hanno bisogno per funzionare di 2 o 3 eliche, collegate ad un rotore. Il rotore è connesso all'albero principale, che a suo volta fa ruotare un generatore per creare elettricità. Il sistema necessita di essere posizionato ad una certa altezza dal terreno, richiedendo l’utilizzo di pali dal diametro considerevole. A causa della mono-direzionalità, il sistema non è particolarmente efficiente, motivo per cui è necessario installare numerose pale eoliche per ottenere un quantitativo di energia rilevante. In conclusione i cosiddetti “giganti bianchi”, pur producendo energia pulita, hanno un grosso impatto fisico sull’ambiente, senza contare il pericolo che costituiscono per numerose specie di uccelli e i costi di manutenzione sopra menzionati.
Per questi motivi i generatori eolici senza pale rappresentano un incredibile passo in avanti nel campo dell’energia sostenibile.
Una turbina in grado di catturare energia dal vento che viaggia in ogni direzione, e senza l’utilizzo di pale eoliche, ha vinto con i suoi due designer il prestigioso premio per il design e l’innovazione tecnologica James Dyson 2018.
Nicolas Orellana, 36 anni, e Yaseen Noorani, 24 anni, entrambi studenti della Lancaster University, hanno creato la turbina O-Wind, un generatore eolico senza pale che, per la prima volta nella storia, grazie ad un design semplice e all’impiego di un unico asse di rotazione, sfrutta al tempo stesso i venti orizzontali e verticali senza il bisogno di sterzata, richiedendo dunque meno manutenzione rispetto ai sistemi tradizionali.
Il professore Harry Hoster, direttore del dipartimento sull’energia presso la Lancaster University, ha dichiarato: "Quando i due studenti ci hanno contattato per la prima volta per richiederci strutture di prova per testare il loro nuovo progetto di turbina eolica, abbiamo pensato che sarebbe stata soltanto l’ennesima variante di un sistema tradizionale. Quando ci hanno mostrato umilmente il loro video ed il prototipo, tuttavia, siamo rimasti estasiati… Semplicemente tenendolo tra le mani e giocandoci, (il prototipo) ti dà la possibilità di capire cosa è effettivamente in grado di fare, e la sua capacità di catturare qualsiasi brezza casuale porterà la produzione urbana di energia dal vento ad un altro livello."
Generatore eolico senza pale come funziona
La turbina O-Wind è in pratica una sfera cava attraversata da un unico asse di rotazione. Il generatore eolico senza pale sfrutta il principio di Bernoulli per il suo movimento meccanico. La struttura è fiancheggiata da prese d'aria, di dimensione maggiore per l’ingresso del flusso d’aria, e minore per l’uscita. In presenza di vento, tra i due terminali si viene a creare una differenza di pressione che fa muovere la turbina. Le prese d'aria sono posizionate su tutta la sfera, rendendola appunto ricettiva al vento proveniente da qualsiasi direzione, sia da piani verticali che orizzontali. Il generatore eolico, dunque, ruoterà nello stesso senso su un asse fisso indipendentemente dalla direzione del vento. Questa rotazione della turbina viene poi utilizzata (similmente agli altri generatori eolici) per alimentare un generatore in grado di produrre elettricità, che a sua volta può essere immessa nella rete nazionale, fornendo quindi incentivi finanziari agli utenti e incrementando la produzione di energia sostenibile. La forma e le dimensioni contenute la rendono particolarmente adatta per l’uso domestico diffuso.
Nel video (in inglese) il designer Yaseen Noorani mostra la turbina in azione e spiega come funziona.
È importante sottolineare che il generatore eolico senza pale O-Wind è ancora in fase di prototipazione e sarà lanciato sul mercato entro 5 anni. La tecnologia iniziale è stata sviluppata dallo studio degli aquiloni alveolari. I singoli aquiloni quadrati, realizzati in tessuto, hanno permesso l'analisi delle forze di spinta quando esposti al vento. Questi aquiloni sono stati in seguito ri-sagomati, trasformati in facce di diversi poligoni e testati in varie configurazioni.
Il successo dei test dimostra la capacità della turbina di continuare a ruotare nella stessa direzione anche in caso di venti che cambiano rapidamente. Ulteriori prototipi verranno stampati in 3d per il test delle prestazioni, nelle gallerie del vento dell'Università di Lancaster.
Turbine eoliche innovative
Diversi designer si sono cimentati nel progetto di una turbina eolica innovativa, senza pale e dal design accattivante. Alcuni hanno avuto successo nell'impresa, altri meno. Questi alcuni dei progetti più innovativi:
1. Vortex Bladeless
Vortex Bladeless è un generatore eolico senza pale dal design minimal e senza bulloni o ingranaggi che genera energia vibrando. I materiali di cui è costituito, fibra di vetro e fibra di carbonio rendono Vortex un sistema molto leggero, che vibra facilmente sotto la minima spinta del vento e, a differenza delle pale eoliche tradizionali, non ha bisogno di fondamenta importanti perchè è semplicemente conficcata nel suolo.
2. Bat-buoyant
Bat-buoyant è invece una turbina eolica che, gonfiata con elio, ha sorvolato per 18 mesi i cieli dell'Alaska per generare energia. Il suo punto di forza è la possibilità di volare. A 300 metri di altezza i venti sono più forti rispetto a quelli che soffiano vicino al suolo, inoltre volando, la turbina eolica riesce a raggiungere zone in cui l'installazione di turbine tradizionali non è possibile, diventando un mezzo potentissimo per produrre energia in zone remote, impervie o afflitte da emergenze. Un cavo collega infine la turbina al suolo, impedendole di "volare via" e fungendo anche da conduttore del flusso elettrico generato.
3. Catching wind power
Raymond Green, un un veterano di 89 anni, ha ideato una turbina dalla forma conica in cui l'aria entra e viene compressa fino a quattro volte per generare energia. Il design del generatore eolico è innovativo perchè permette di catturare l'energia del vento senza essere un pericolo per uccelli e pipistrelli.
4. O-wind
La omni-direzionalità della turbina senza pale O-Wind, che a prima vista può non sembrare una scoperta così significativa, ha il potenziale di rivoluzionare il modo in cui i consumatori producono energia e pertanto diventare l’eolico del futuro.
La mono-direzionalità delle turbine eoliche convenzionali le rende particolarmente inefficienti nelle città, dove il vento intrappolato tra gli edifici diventa pericolosamente imprevedibile. Nel 2015 il controverso grattacielo "Walkie Talkie" a Londra è stato ritenuto responsabile della creazione di una galleria di vento che ha abbattuto i cartelli dei negozi e addirittura fatto cadere i pedoni.
La multi-direzionalità di O-Wind è progettata per risolvere queste criticità e la rende ideale per l’uso domestico: il generatore eolico senza pale può essere montato sui balconi o ai lati degli edifici, dove le velocità del vento sono elevate.
"Noi speriamo che O-Wind Turbine possa migliorare l'impiego e la convenienza delle turbine per le persone in tutto il mondo", ha affermato Orellana. "Le città sono luoghi ventosi, ma al momento non stiamo sfruttando questa risorsa. La nostra convinzione è che se rendiamo più facile generare energia verde, le persone saranno incoraggiate a svolgere un ruolo più importante nella conservazione del nostro pianeta."
Una rivoluzione tutta urbana insomma, che darà ai singoli individui un’alternativa semplice ed efficiente ad altre fonti rinnovabili come il solare ed il geotermico.
In un epoca in cui il 55% della popolazione mondiale vive in città (le proiezioni indicano che la percentuale salirà al 68% nel 2050) e appena il 7% di energia è prodotta da fonti rinnovabili, O-Wind offre ad “homo urbanus” una potente arma per combattere il disastro ambientale e sentirsi parte della soluzione… semplicemente appendendo una sfera al proprio balcone!
L’ispirazione per la turbina O-Wind
Da dove nasce un’idea cosi poco convenzionale?
Orellana, uno dei due inventori del generatore eolico senza pale, ha iniziato ad interessarsi per la prima volta alla sfida del vento multi-direzionale dopo aver studiato il rover NASA “Mars Tumbleweed”. Con un diametro di sei piedi, questa palla gonfiabile è stata progettata per rimbalzare e rotolare autonomamente sulla superficie di Marte, con lo scopo di misurare le condizioni atmosferiche e alcuni parametri geografici. Ma come le turbine eoliche tradizionali, all’epoca in cui è stato progettato (2005) sfruttare la multi-direzionalità del vento era una sfida troppo grande per essere presa in considerazione. Per questo motivo “Mars Tumbleweed”. era alimentato da venti mono-direzionali che hanno compromesso gravemente la mobilità del rover quando si trovava di fronte ad ostacoli, spesso gettandolo fuori rotta ed, in conclusione, risultando nel fallimento del progetto. Esplorando i limiti del Tumbleweed, Orellana e Noorani sono stati in grado di sviluppare la tecnologia tridimensionale di questi generatori eolici del futuro.
