Kite Wind Generator: la nuova frontiera dell'eolico

Ciascuno di noi se chiude gli occhi e pensa al vento, lo associa a immagini, situazioni o sentimenti differenti legati alle proprie personali esperienze di vita. Il vento è quindi tante cose: è una piacevole sensazione suscitata da una brezzolina in una calda sera d'estate, sono gli aquiloni che volano alti nel cielo, è preludio di una tempesta o di un urgano, è aiuto durante un giro in barca a vela, sappiamo che porta il gelo se di tramontana oppure più semplicemente e poeticamente << il vento è aria che spira >>, come diceva Seneca. 

(Immagine del vento)

Tra tutte le cose che incarna, non dobbiamo dimenticare la sua vera e propria natura, ovvero che il vento è energia. Infatti la scienza ci dice che è il calore del sole trasformato in energia meccanica dall'atmosfera terrestre che funge da collettore solare, il più grande che esista. Questo significa che l'energia del vento:

• è immediatamente disponibile
• non ha bisogno di manutenzione
• è pulita
• è un giacimento non sfruttato di energia meccanica pulita
• è presente in modo omogeneo su tutta la superficie terrestre.

È, però, doveroso precisare che l'energia del vento non è distribuita, in termini di altezza, in maniera uniforme, ma è prevalentemente concentrata negli strati alti della troposfera, alle latitudini centrali dei due emisferi. Si tratta di quella zona dell'atmosfera dove avvengono la maggior parte dei fenomeni di carattere meteorologico, causati dalla circolazione delle masse d'aria e che danno vita non solo ai venti, ma anche alle nuvole e alle precipitazioni atmosferiche.

(Localizzazione della troposfera)

La quota più favorevole per potenza specifica del vento risulta, però, difficilmente sfruttabile, perché si trova a circa 10 000 metri di altezza, dove le velocità medie del vento possono superare 45 metri/secondo, il che equivale a 162 kilometri/ora. A partire da quella quota, la velocità e l'energia del vento diminuiscono via via che ci si avvicina al suolo. Ad esempio, a 80 metri dal suolo, quota standard delle torri eoliche di ultima generazione, la media mondiale della velocità del vento è stimata in 4,6 m/s, non sufficiente per lo sfruttamento industriale. 

Questi dati ci fanno capire che l'attuale tecnologia non è in grado di sfruttare completamente l'enorme e inesauribile giacimento d'energia alternativa rappresentato dal vento di alta quota, ma riesce solo ad utilizzarne una piccola parte.

La situazione, però, è in fase di cambiamento grazie ad un'azienda italiana KiteGen® Research Srl di Chieri (TO), che da qualche anno sta lavorando ad un progetto per mettere a punto un nuovo strumento in grado di sfruttare l'energia eolica dei venti ad alta quota o venti troposferici, dai 600 m di altezza fino a 2-3 km: si tratta di grandi aquiloni, pilotati attraverso sofisticati sensori, che viaggiano ad alta quota catturando venti dall'intensità molto superiore a quella raccolta dalle turbine eoliche tradizionali. Sicuramente KiteGen® apre la via di una nuova e originale visione dell'eolico che tende a sostituire macchine pesanti e statiche, come le torri eoliche con strutture leggere, dinamiche e intelligenti.

(Gli aquiloni KiteGen®)

ECCO COME PUÒ UN AQUILONE IN VOLO LIBERO CREARE ENERGIA

Cerchiamo di essere più chiari e vediamo, in pratica, come fa un aquilone ad arrivare fin lassù nella troposfera e poi trasferire l'energia del vento a terra, in modo che possa essere trasformata in energia elettrica. La soluzione è venuta partendo dall'ovvia considerazione che non era possibile aumentare l'altezza delle torri eoliche, ma è stata proprio l'analisi del loro funzionamento a far nascere l'idea. Infatti in queste strutture la parte effettivamente utile per lo sfruttamento del vento è una porzione delle pale, per la precisione la parte terminale. 

Negli impianti di Kitenergy, questo dato è stato traslato in modo da ampliare la superficie in grado di sfruttare il vento, e questo obiettivo si raggiunge con l'utilizzo di:

• profili alari di potenza, molto simili a quelli utilizzati per il surf o la vela
• grandi ali semi-rigide ad alta efficienza aerodinamica (sagomate in modo da ottimizzare l'aerodinamica).

Questi due elementi sono legati a terra da due cavi, che gli permettono di raggiungere altitudini di circa 600-1000 m dal suolo dove i venti sono più forti e più costanti rispetto a quelli intercettati dalle torri eoliche attuali. I cavi sono, generalmente, realizzati in materiale composito ed hanno il compito di trasmettere la trazione e contemporaneamente di controllare la direzione e l'angolo rispetto al vento. Il volo di entrambi viene costantemente monitorato utilizzando strumentazione wireless installata a bordo ed è opportunamente pilotato da una centralina di controllo automatico, in grado di tirare in modo differenziato le linee in modo da poter influenzare il movimento delle ali semirigide secondo delle traiettorie ben definite. Infine il controllo del profilo alare avviene srotolando e riavvolgendo, in modo differente, i due cavi su due verricelli che sono azionati da motori.

Le ali, invece, esercitano trazione sui cavi che, a loro volta fanno funzionare gli alternatori posizionati a terra e che generano elettricità. I cavi sono avvolti su un tamburo ruotante che è a sua volta collegato ad alternatori o motori elettrici. La trazione esercitata sui cavi permette al tamburo di ruotare e questo movimento aziona la produzione di energia elettrica da parte degli alternatori. Quando, terminata questa fase, il cavo è completamente svolto e l'ala, o aquilone, è portato in una posizione tale da non opporre resistenza al vento. Il cavo è, dunque, rapidamente riavvolto con un minimo consumo di energia. Dopodiché ricomincia la fase attiva di produzione di energia e la vela va su e giù come fosse uno yo-yo. 

(Schema funzionamento dei generatori KiteGen®)

È compito del sistema di controllo automatico garantire che tali operazioni siano effettuate in modo da ottimizzare la produzione di energia. Tamburo, alternatori, e tutta la centrale automatizzata di controllo e gestione sono all'interno di una tenso-struttura chiamata igloo di 6,7 metri di altezza e diametro pari a 16 m che ospita anche tutti gli apparati elettrici necessari (inverter, batterie di super-condensatori …) per immettere in rete energia elettrica. L'aspetto sorprendente di questa tecnologia è che tutto funziona tramite un software, non si ha alcun intervento umano operativo sul campo. Questo applicativo, sulla base della rielaborazione dei dati ricevuti dal generatore e da sensori avionici presenti sui profili alari, interviene in tempo reale sui cavi: in questa maniera le traiettorie di volo possono essere controllate, sincronizzate fra di loro e quindi impostate per ottenere la massima produzione di energia.

DAL SINGOLO MODULO ALLA WIND FARM

Il generatore KiteGen® è il modulo base di soluzioni in grado di assicurare una elevata scalabilità dell'impianto. Cosa significa?

Significa che una serie generatori di questo tipo raggruppati in uno spazio delimitato (al contrario delle torri eoliche che richiedono una separazione tra loro di circa 9 volte il diametro del rotore, al fine di non ridurne l'efficienza a causa delle turbolenze generate), danno vita a centrali chiamate "Wind Farm", che possono essere installate sia sulla terra che sul mare, con significativi risparmi sia di tipo organizzativo che gestionale. In questo modo si riesce a moltiplicare la produzione di energia per singolo luogo di produzione. Il KiteGen® sfrutta, infatti, una terza dimensione (l'altezza) e, anche grazie al sistema integrato di controllo elettronico, può separare lo spazio di volo dei singoli aquiloni, in modo da farli lavorare sempre su un fronte di vento indisturbato in uno spazio molto più ridotto. I generatori possono essere posizionati ad una distanza di circa 100 metri gli uni agli altri, installando, nello stesso spazio richiesto dai generatori tradizionali, una potenza nominale 4 volte superiore. 

ALTRE INFORMAZIONI

Bisogna sapere che una centrale KiteGen®:

• deve ottenere dalle autorità competenti (di solito, l'autorità nazionale preposta all'aviazione civile) le necessarie restrizioni sullo spazio aereo soprastante, nel quale aerei e qualsiasi altro tipo di velivolo non devono poter entrare
• la prima è stata realizzata in Arabia Saudita
• può assumere diverse configurazioni, in relazione alla soluzione tecnologica adottata (generatore Kitgen onshore, offshore, navale, carousel onshore e offshore)
• ha un ciclo di vita di 20 anni
• è più competitiva del fotovoltaico e dell'eolico tradizionale in termini di produzione di energia elettrica e del suo costo 
• ha un impatto visivo e ambientale assolutamente trascurabile
• raccoglie l'energia eolica d'alta quota con il minimo sforzo in termini di struttura del generatore, dei costi e di occupazione del suolo.

RIFLESSIONI

La semplicità che è alla base di questa tecnologia è davvero sorprendente, anche se il KiteGen® rappresenta l'ultima frontiera del concetto di energia eolica. Si tratta di un progetto assolutamente innovativo in grado di porsi sul mercato delle fonti rinnovabili come la più concreta e competitiva soluzione per far fronte alla sempre più allarmante crisi energetica mondiale. Soprattutto al nostro paese darebbe la possibilità di ridurre drasticamente le importazioni di gas e petrolio, di ridurre il costo attuale dell'energia industriale e parallelamente si espanderebbero tutte le attività connesse con la produzione dei componenti delle macchine KiteGen®, dato che tutti i brevetti, estesi ai maggior paesi del mondo, sono di proprietà dell'azienda italiana. Speriamo quindi che le istituzioni del nostro paese non rimangano ancora una volta alla finestra, ma anzi si attivino perché i risultati del genio italiano non vengano utilizzati solo in all'estero.