L’energia eolica è diventata una fonte di energia di tutto rispetto negli ultimi decenni, con diversi design delle turbine che hanno aumentato costantemente le potenze in gioco. Ma benché l’industria appaia in crescita, lo sviluppo degli aerogeneratori potrebbe avvicinarsi ad uno stop.

Gli attuali problemi delle turbine

Il trasporto diventa sempre più difficoltoso a causa della taglia dei componenti: ogni pala ed il rotore richiedono di essere trasportati su camion specializzati e strade dritte e larghe.

Gli aerogeneratori odierni sono inoltre incredibilmente sbilanciati in termini di distribuzione della massa, che si trova concentrata verso la sommità.

La parte di generatore ed ingranaggi situata a 100 metri d’altezza in cima alle torri può arrivare a pesare più di 100 tonnellate. Mentre peso ed altezza delle turbine aumenta, il costo dei materiali, nonché quello relativo alla manutenzione di componenti così lontani dal suolo, stanno erodendo il vantaggio di efficienza degli aerogeneratori più grandi.

L’industria dell’energia alternativa ha cercato di risolvere questi problemi nel corso degli anni, senza successo. Ma l’ultimo tentativo promette una tipologia radicalmente diversa di turbina eolica: un cilindro senza pale che oscilla o vibra.

Cosa si è inventata la startup Vortex Bladeless

startup vortex bladeless

La startup spagnola Vortex Bladeless ha sviluppato degli aerogeneratori che recuperano la vorticità, il movimento rotatorio dell’aria o di altri fluidi. Quando il vento lambisce una delle turbine cilindriche di questa startup, si stacca dal lato sotto-vento del cilindro creando un vortice.

Questo vortice esercita una forza sul cilindro, provocandone la vibrazione. L’energia cinetica del cilindro oscillante viene convertita in elettricità attraverso un generatore lineare simile a quello usato per generare energia mediante il moto delle onde.

David Yáñez, uno dei cofondatori dell’azienda, venne in contatto con questo concetto da studente analizzando il crollo del Tacoma Narrows Bridge a Washington.

Il ponte crollò nel 1940 in seguito a vibrazioni eccessive causate dal movimento vorticoso del vento mentre lambiva il ponte ed è un fallimento ingegneristico da manuale. Yáñez, tuttavia, imparò una lezione differente. “Si tratta di un ottimo modo per trasmettere energia da un fluido ad una struttura” racconta oggi.

Come funziona

Il leggero cilindro di Vortex non ha ingranaggi o cuscinetti. Yáñez dichiara che genererà elettricità ad un costo inferiore del 40% rispetto a quello degli aerogeneratori convenzionali.

La compagnia ha ricevuto diversi milioni di dollari da fondi d’investimento privati e negli anni si è spostata dall’idea di costruire unità in grado di generare kW ad unità più piccole, per il mercato consumer, in grado di generare qualche centinaio di Watt.

L’aerogeneratore Vortex appare promettente, ma come ogni design radicalmente nuovo le “turbine senza pale” attirano molti commenti scettici. “Nel caso di un aerogeneratore tradizionale hai una grande area spazzata dalle pale” dichiara Martin Hansen, uno specialista di energia eolica presso la Technical University of Denmark. “In questo caso hai solo un palo”.

Oltre a “catturare” meno energia, i cilindri oscillanti non possono convertire gran parte di quell’energia in elettricità, dichiara Hansen. Una turbina eolica convenzionale converte tipicamente tra l’80 ed il 90% dell’energia cinetica del proprio rotore in elettricità. Yáñez dichiara che i generatori lineari costruiti dalla sua compagnia avranno un’efficienza di conversione del 70%.

Yáñez concorda sul fatto che il suo design spazzerà un’area inferiore ed avrà un più basso coefficiente di conversione, ma sostiene che la significativa riduzione nei costi di fabbricazione e manutenzione ripagherà ampiamente le perdite nella produzione di energia.

A mano a mano che Vortex cercherà di costruire dispositivi più grandi in grado di catturare venti a più alta velocità ad altitudini maggiori, si scontrerà con ulteriori limitazioni dovute alla fisica della fluidodinamica.

vortex bladeless

L’aria, come gli altri fluidi, muovendosi a basse velocità in maniera tangente a cilindri di piccolo diametro si muove con un moto fluido e costante. Tuttavia, aumentando il diametro del cilindro o la velocità con cui si muove l’aria attorno ad esso, il flusso diventa turbolento, originando vortici e mulinelli. Il flusso turbolento porta il cilindro ad oscillare a frequenze variabili, rendendo il tutto difficilmente ottimizzabile per la produzione di energia elettrica.

“Con cilindri molto sottili e velocità dell’aria basse ottieni una frequenza assolutamente pura”, commenta Sheila Widnall, una professoressa aerospaziale all’MIT. “Ma quando il cilindro cresce e i venti diventano più rapidi, si ottiene un range di frequenze. Non si riuscirà quindi ad ottenere altrettanta energia in uscita in quanto l’oscillazione diventa fondamentalmente turbolenta”.

Widnall si dimostra scettica inoltre riguardo alla convinzione della compagnia per quanto riguarda la silenziosità della turbina. “Le frequenze oscillatorie che muoveranno il cilindro faranno rumore – dichiara – sembrerà un treno merci che si muove attraverso la wind-farm”.

John Dabiri, un professore di aeronautica e bioingegneria presso Caltech, ha dichiarato: “Resta molto da capire riguardo la turbina oscillante Vortex – dichiara in un’intervista – ma chiunque dica che gli aerogeneratori con tre pale sono il meglio che possiamo fare manca di fantasia”.