Turbine Eoliche: inizia la corsa per costruire in mare aperto

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C’è un enorme potenziale di energia rinnovabile nell’oceano. Ma progettare turbine eoliche in grado di sopravvivere in acque agitate non è esattamente un gioco da ragazzi.

I creatori delle turbine eoliche

Hanno, ormai da molti decenni, lavorato per imbrigliare una delle forze più potenti della natura. Si sono spostati da siti onshore a siti offshore, costruendo rotori sempre più grandi con enormi pale, ciascuno ora più lungo di una fila di 10 autobus londinesi. E hanno accatastato quei rotori in cima a torri vertiginose, raggiungendo costantemente nuove, tempestose vette.

Nella loro continua ricerca per catturare i venti più energici in modo affidabile

Gli ingegneri si stanno ora spostando più lontano nell’oceano, in aree di acque più profonde dove è noto che soffiano venti particolarmente forti . Per le turbine eoliche offshore, le cui fondamenta a fondo fisso possono estendersi solo fino a 60 metri, tali aree sono state a lungo off-limits. Ma una nuova generazione di macchine galleggianti sembra destinata a cambiarlo.

La ricompensa potenziale è enorme

Secondo l’ente industriale Wind Europe, l’80% della risorsa eolica offshore nelle acque europee si trova in luoghi troppo profondi per fare delle odierne turbine a fondo fisso una scelta economicamente ragionevole. Le acque profonde hanno anche impedito l’installazione di grandi parchi eolici offshore al largo della costa occidentale degli Stati Uniti, ad esempio. Visti i molti miliardi di dollari attualmente investiti nell’industria eolica offshore galleggiante e la guerra in Ucraina che potrebbe accelerare l’ abbandono dei combustibili fossili. C’è anche una maggiore pressione perché, nonostante le installazioni eoliche offshore record nel 2021, il settore non è all’altezza di ciò che è necessario per limitare i cambiamenti climatici, secondo un nuovo rapporto del Global Wind Energy Council (GWEC).

Il consiglio afferma che il vento fluttuante è “uno dei principali punti di svolta” nel settore

Tuttavia, le sfide ingegneristiche speciali legate al posizionamento delle turbine eoliche su piattaforme galleggianti, dove devono fare i conti con le forze grezze di mari in tempesta e condizioni meteorologiche imprevedibili, hanno suggerito una sorprendente varietà di potenziali soluzioni. Prendi l’azienda norvegese Wind Catching Systems (WCS). Il personale ha trascorso cinque anni a lavorare al progetto di un gigantesco telaio a forma di cialda decorato con non meno di 126 turbine eoliche a quattro rotori, come un gigantesco set Connect 4 tempestato di pale rotanti. L’intera struttura, alta quanto la Torre Eiffel, sarebbe appollaiata su una piattaforma galleggiante, simile a quelle utilizzate dalle piattaforme petrolifere.

La Norvegia intende installare 30 GW di vento offshore entro il 2040

Ci vorrebbero tra le 1.500 e le 2.000 piattaforme galleggianti se ciascuna trasportasse una singola turbina in stile tradizionale. “Potremmo farlo con 400”, afferma Ole Heggheim, CEO di WCS. E sebbene le 126 turbine nel progetto di WCS abbiano solo una capacità di 1 MW ciascuna, sono posizionate così vicine tra loro che effettivamente si alimentano a vicenda. “È un ulteriore bonus di turbolenza che si ottiene mettendo insieme queste turbine; è come una sinergia”, afferma Heggheim. Nei sistemi multirotore ravvicinati, gli spazi tra le turbine consentono all’aria di fluire facilmente oltre le stesse, il che a sua volta aiuta ad aspirare più aria attraverso i rotori stessi.

Tra gli altri vantaggi delle turbine eoliche

Per questo progetto, aggiunge, c’è il fatto che sarebbe necessario meno cablaggio per collegare tra loro le piattaforme galleggianti multirotore. Le singole turbine galleggianti richiedono ciascuna un proprio cavo, nonché cime di ormeggio per mantenerle in posizione. Altre aziende stanno portando avanti turbine che sembrano più familiari, sebbene ci siano molti design diversi per le piattaforme galleggianti che le sosterranno in mare. Equinor, ad esempio, costruì il primo parco eolico galleggiante commerciale al mondo al largo delle coste scozzesi e vi installò le turbine, tutte e cinque, su cilindri zavorrati chiamati longheroni.

Ora la società sta progettando di costruire un parco eolico galleggiante

Molto più grande con una capacità di 1 GW al largo delle coste della Norvegia e intende utilizzare un diverso tipo di piattaforma chiamata Wind Semi. Sembra un po’ come un triangolo piatto che galleggia nell’acqua, con una turbina su un angolo. Questo è solo l’inizio. Un portavoce di Wind Europe spiega che l’attuale capacità dei primi parchi eolici galleggianti d’Europa (113 MW) dovrebbe triplicare in soli due anni. Entro il 2030, puoi aspettarti di vedere 10 GW installati in tutto il continente, quasi 100 volte la capacità attuale e sufficiente per alimentare circa 10 milioni di case.

Turbine Eoliche: Stati Uniti

Un’azienda ha proposto di costruire un parco eolico galleggiante con una capacità fino a 2 GW al largo della costa occidentale. “Stiamo arrivando a una nuova era”, afferma Seamus Garvey dell’Università di Nottingham, che ha progettato un altro tipo di turbina eolica galleggiante chiamata TetraFloat. Assomiglia un po’ a una piramide triangolare inclinata bruscamente su un lato, con un rotore all’apice. Ma al momento ci sono troppi progetti concorrenti, dice: “Una pletora di soluzioni non è necessariamente una buona strada per ridurre i costi”. I concetti che si basano su meno acciaio possibile, suggerisce, potrebbero avere le migliori possibilità di successo.

Con lo sviluppo di questa tecnologia

Potremmo assistere all’introduzione di turbine galleggianti “body yawing”. Si tratta di turbine in grado di ruotare sulla superficie del mare per orientarsi meglio e catturare tutta la forza del vento. Le turbine esistenti a terra e in mare aperto possono ruotare l’alloggiamento della macchina nella parte superiore delle loro torri, la gondola, per fare ciò. Ma se vuoi ridurre significativamente il costo di una turbina galleggiante, probabilmente dovrai abbandonare il concetto di torre alta a progetti alternativi che richiedono meno acciaio. Quindi puoi eliminare il meccanismo che fa ruotare la gondola e avere una turbina semplice ed economica da costruire in cui l’intera struttura ruota per affrontare invece il vento. “Non mi è chiaro quale sarà il vincitore”, afferma Alasdair McDonald dell’Università di Edimburgo, riferendosi ampiamente ai vari design galleggianti che stanno emergendo.

La durata sarà fondamentale

“Tuttavia, se le turbine galleggianti vogliono sopravvivere nelle acque burrascose attualmente destinate a loro. “Questi sono luoghi incredibilmente ostili”, dice McDonald. “Stai cercando di progettare contro le forze di Dio, quasi.” Grazie a ciò, probabilmente non sarà possibile accedere alle turbine galleggianti per i lavori di manutenzione così frequentemente e facilmente come con le macchine a fondo fisso. In alcuni casi, le aziende dovranno trainare le loro turbine in un porto per effettuare le riparazioni.

E poi c’è il cablaggio delle turbine eoliche

Sarà probabilmente più lungo, più grande e più profondo del cablaggio per i parchi eolici offshore esistenti. Le linee per impieghi gravosi dovranno anche essere sufficientemente robuste da richiedere una manutenzione minima nel corso della loro vita. Tutto questo è “davvero impegnativo”, afferma McDonald. Supponendo che tutti gli ostacoli ingegneristici possano essere superati, c’è ancora la questione di come queste gigantesche installazioni offshore influenzeranno la fauna selvatica e gli ecosistemi oceanici.

Uno studio, pubblicato ad aprile

Ha preso in considerazione vari possibili rischi per la vita marina causati dai parchi eolici galleggianti del prossimo futuro. Tra questi rischi c’era la possibilità che gli animali si impigliassero nei cavi o che gli uccelli muoiono quando entrano in collisione con rotori a rotazione rapida, già un problema noto per alcuni parchi eolici on e offshore. “Anche se penso che sì, dovremmo muoverci rapidamente, dobbiamo pensare attentamente a come farlo”, afferma l’autrice principale Sara Maxwell dell’Università di Washington.

Si stima che l’aggrovigliamento con i cavi non sarà un grosso problema

In gran parte a causa del diametro dei cavi che dovrebbero collegare queste strutture in mare aperto. Ma gli autori hanno valutato il rischio di collisioni con le navi che installano e gestiscono i parchi eolici come “alto” e il rischio che gli uccelli volino nelle turbine come “moderato”. D’altra parte, erigere turbine galleggianti dovrebbe essere molto più silenzioso rispetto all’installazione di macchine offshore a fondo fisso, e quindi forse meno fastidioso per i mammiferi marini, poiché non sarebbe più necessario il palificazione per le fondazioni.

In definitiva, la tecnologia delle turbine eoliche

E’ così nuova che nessuno può essere sicuro degli effetti che avrà sulla fauna selvatica, afferma Maxwell. Ma raccomanda un monitoraggio approfondito dei nuovi parchi eolici galleggianti per raccogliere dati sul loro impatto ecologico. Non c’è dubbio che migliaia di turbine galleggianti siano in arrivo. L’ economia migliore del previsto delle energie rinnovabili lo ha più o meno assicurato. Ma ci sono ancora molte “domande aperte” su come funzioneranno esattamente i parchi eolici galleggianti e su come li gestiremo, afferma McDonald. La corsa è aperta per rispondere a queste domande e in fretta.