L’era delle super-turbine eoliche è iniziata

Una delle forme di generazione elettrica più in rapida crescita negli USA è l'eolico, il cui incremento nella potenza installata è stato superiore, negli ultimi 4 anni, a quello registrato per carbone e nucleare messi insieme. Per sostenere tale crescita l'industria dovrà però nei prossimi 10 anni incrementare soprattutto le installazioni off-shore, con turbine di maggior diametro, con ridotte esigenze di manutenzione, più potenti, fino a 10 MW, e più leggere.

Le prospettive indicate dal “Global Wind Energy Outlook 2010”, pubblicato dal Global Wind Energy Council (GWEC), prevedono a breve-medio termine (2015) più che un raddoppio della potenza installata a livello mondiale, con il raggiungimento, a seconda degli scenari, dai 1800 ai 2300 GW entro il 2030, rispetto ai circa 200 GW del 2010, con una riduzione complessiva della CO2 immessa in atmosfera nel periodo 2003-2030 valutata tra i 28 ed i 34 miliardi di tonnellate. Altrettanto promettenti sono le previsioni della European Wind Energy Association (EWEA), che indicano in Europa un traguardo di 300 GW di potenza installata al 2030, di cui 120 GW con installazioni off-shore.

La tecnologia off-shore presenta rilevanti vantaggi, come grandi aree disponibili per la realizzazione dell’impianto, velocità del vento più elevate rispetto alle installazioni on-land, bassi livelli di turbolenza dei bassi strati atmosferici e possibilità di installare macchine di maggiori dimensioni. A fronte di questi vantaggi le installazioni off-shore hanno un costo di investimento superiore di circa il 50÷70% e costi di manutenzione maggiorati del 50% rispetto ad equivalenti installazioni “on-land”. Il costo dell’energia prodotta dalle installazioni offshore oscilla tra i 75 ed i 90 €/MWh, contro i 50÷90 €/MWh degli impianti on-land (stima IEA).Le attuali installazioni off-shore sono realizzate con macchine di potenza intorno ai 2-2,5 MW. La taglia media delle turbine eoliche delle centrali in costruzione è tra i 3 e i 3,6 MW, con taglia massima di 5 MW. Ma, la tendenza all’incremento della potenza delle turbine proseguirà anche nel futuro e probabilmente la nuova taglia media sarà attorno ai 10 MW. Per ridurre i maggiori costi di questi impianti, è necessario migliorarne l’efficienza e le caratteristiche di funzionamento, adottando un sistema ad accoppiamento diretto tra l’albero del rotore e il generatore elettrico. Si elimina, così, il moltiplicatore di giri che nelle turbine convenzionali è interposto tra i due componenti.

Giacomo Arsuffi, l’esperto di turbine eoliche dell’ENEA, ci spiega che, così facendo, il guadagno di prestazioni che si ottiene con l’accoppiamento diretto, qualora si utilizzassero le attuali tecnologie anche per le taglie da 10 MW, sarebbe però vanificato dalle perdite dovute all’eccessivo peso del generatore elettrico. Ecco perché la ricerca scientifica ha puntato su generatori elettrici più leggeri e compatti che impiegano elettromagneti con avvolgimenti in materiale superconduttore ad alta temperatura (HTS). Oltre a ridurre il peso del generatore (circa 2/3) e le perdite di energia (circa 1/2), questa tecnologia elimina, tra l’altro, la necessità di ricorrere alle terre rare, materia prima indispensabile per la realizzazione dei magneti permanenti convenzionali, il cui approvvigionamento è diventato problematico.

Le prospettive della tecnologia dei superconduttori HTS sono promettenti al punto da indurre il Dipartimento dell'Energia USA a finanziare progetti di sviluppo di turbine eoliche ad accoppiamento diretto con elettromagnete superconduttore. Anche nell’ambito del VII Programma Quadro di Ricerca dell’Unione Europea sono previsto finanziamenti di progetti di ricerca per l’applicazione dei superconduttori HTS alle turbine eoliche off-shore (FP7-ENERGY-2011-2.3.1).

Come ha osservato Giacomo Arsuffi, le notevoli potenzialità dei superconduttori ad alta temperatura applicati alle turbine eoliche trovano, per ora, l’ostacolo maggiore nei costi di realizzazione di questo tipo di superconduttori, costi che, comunque, sono destinati a ridursi con lo sviluppo di questa nuova tecnologia.

 

(Antonino Dattola)