Le turbine eoliche non sono tutte uguali. Noi siamo abituati a quelle che assomigliano a un mulino a vento, ma in questo caso si parla di turbine ad asse orizzontale. In origine le turbine erano ad asse verticale, e per molti anni si è evitato di sviluppare ulteriormente questa tecnologia.
Almeno fino ad oggi. I ricercatori dell’UNFOLD hanno voluto ridare lustro a questa particolare tipologia di turbina, e addirittura potenziarla per le nuove esigenze energetiche del ventunesimo secolo.
Vediamo infatti come funzionano, e perché si sta puntando molto su di loro.
Come funzionano le turbine eoliche ad asse verticale
Come riporta Techxplore, le prime turbine ad asse verticale vennero sviluppate in Medio Oriente intorno all’VIII secolo per macinare il grano. Chiamate VAWT (Vertical-axis wind turbines), ruotavano perpendicolarmente al vento, anziché parallele come quelle “standard”.
Di norma, le VAWT sono meno rumorose e raggiungono una maggiore densità di energia eolica rispetto alla controparte, il che significa che necessitano di meno spazio per la stessa produzione sia onshore che offshore. Inoltre le lame sono anche più rispettose della fauna selvatica: poiché ruotano lateralmente, anziché tagliare dall’alto, sono più facili da evitare per gli uccelli.
Ma hanno un inconveniente: funzionano bene solo con un flusso d’aria moderato e continuo. L’asse di rotazione verticale fa sì che le pale cambino costantemente orientamento rispetto al vento. Basta una forte raffica che aumenta l’angolo tra il flusso d’aria e la pala, formando così un vortice e di conseguenza uno stallo dinamico, pericoloso per le pale eoliche.
Pertanto, la sfortuna di questa tecnologia è tutta esterna: se si potesse controllare il flusso d’aria, le turbine eoliche ad asse verticale sarebbero davvero il futuro. Ma oggi si potrebbe fare qualcosa in merito.
L’UNFOLD punta tutto sulle turbine
In un articolo pubblicato su Nature Communications, i ricercatori dell’UNFOLD (School of Engineering Unsteady Flow Diagnostics Lab), Le Fouest e Karen Mulleners, hanno voluto analizzare delle implementazioni odierne per le pale delle VAWT.
Il risultato è un aumento del 200% dell’efficienza della turbina e una riduzione del 77% delle vibrazioni pericolose per la struttura.
E questo perché hanno voluto mettere in pratica una combinazione di tecnologia dei sensori e le ultime tecnologie relative all’apprendimento automatico, così da superare definitivamente i limiti storici delle turbine.
Proprio con i sensori, montati sull’albero della pala di azionamento, si è riusciti a far fronte a questa mancanza di resistenza alle raffiche. Ora si potranno misurare le forze aeree che agiscono su di essa.
Con i sensori hanno inoltre generato una serie di “profili di inclinazione”, a sua volta analizzati grazie all’apprendimento automatico di un algoritmo genetico, che ha eseguito oltre 3.500 iterazioni sperimentali. Come un processo evolutivo, l’algoritmo ha selezionato i profili di tonalità più efficienti e robusti e ha ricombinato i loro tratti per generare una “progenie” nuova e migliorata.
Come riporta Techxplore, questo approccio ha consentito ai ricercatori non solo di identificare i profili che contribuiscono a migliorare significativamente l’efficienza e la robustezza della turbina, ma anche di trasformare la più grande debolezza delle VAWT in un punto di forza.
Se volete saperne di più su questo argomento, vi suggeriamo la lettura dell’articolo pubblicato su Nature Communications.
Sébastien Le Fouest et al, Controllo ottimale del passo delle pale per migliorare le prestazioni delle turbine eoliche ad asse verticale, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-46988-0
