Il prototipo di turbina intelligente onshore a due pale del colosso cinese ha completato con successo i test operativi, superando i 500 giorni di funzionamento stabile.
Verso una generazione efficiente di turbine eolica a due pale
Arriva da uno dei principali OEM eolici al mondo una delle notizie forse più inaspettate. La cinese Envision Energy – oggi al secondo posto nella classifica dei produttori di aerogeneratori – ha presentato la sua nuova turbina eolica a due pale. E lo ha fatto annunciando pubblicamente il completamento di alcuni test in condizioni operative reali. Il prototipo ha, infatti, registrato oltre 500 giorni di funzionamento stabile, superando sfide tecniche fondamentali.
Un traguardo celebrato con entusiasmo dall’azienda dopo oltre un decennio di ricerche e sperimentazioni nel campo delle turbine bipala. E che potrebbe, secondo Envision, offrire concretamente una nuova alternativa ai modelli convenzionali a tre pale.
Ma per comprendere la portata della notizia è utile fare qualche passo indietro.
Perché le turbine eoliche hanno tre pale?
Le tradizionali turbine eoliche ad asse orizzontale montano generalmente tre pale. Esiste ovviamente una ragione scientifica dietro il numero. Questa configurazione rappresenta in realtà una sorta di compromesso tra una serie di fattori essenziali, quali l’aerodinamicità, la silenziosità e stabilità.
Aumentare il numero di pale incrementa la resistenza aerodinamica e se tale resistenza dovesse divenire troppo elevata, la resa energetica diminuirebbe. Al contrario una resistenza minore potrebbe aumentare la resa ma al tempo stesso si rischierebbe di incrementare il rumore a causa della maggiore velocità di rotazione.
Inoltre, le turbine eoliche a due pale sono maggiormente soggette a quello che in fisica viene chiamato effetto giroscopico. Il fenomeno si verifica a causa delle differenze nella velocità e direzione del vento che colpiscono le pale. Quando una pala si trova nella posizione più alta, è esposta a un vento più forte e stabile rispetto a quando si trova nella posizione più bassa. Questa differenza crea una variazione del momento angolare, che a sua volta può innescare un movimento oscillatorio.
La conseguenza? L’intera struttura della turbina risulterebbe instabile, e componenti critici come l’albero di trasmissione, il mozzo, i cuscinetti verrebbero sottoposti a stress aggiuntivo. Sulla base di tutte queste evidenze, la turbina a tre pale è storicamente stata la soluzione più adatta.
Tutti questi problemi sembrerebbero però risolti nel nuovo prototipo di Envision.
La turbina eolica a due pale di Envision
L’aerogeneratore a due pale dell’azienda cinese si basa sulla piattaforma onshore Model X di Envision, caratterizzata da un design modulare e dalla tecnologia DFIG (Doubly-Fed Induction Generator) che fornisce alla macchina maggiore stabilità. Il circuito del rotore è controllato da un drive e il generatore ad induzione è in grado sia di importare che di esportare potenza reattiva, rendendo di conseguenza più stabile il sistema elettrico.
L’aerogeneratore è stato sottoposto a mesi di rigorosi test e quasi due anni di operatività sul campo presso il centro di verifica Envision, supportato da un sistema di validazione multilivello. In particolare, utilizzando uno dei primi banchi di prova di carico completi a più gradi di libertà del settore, l’azienda ha definito decine di condizioni operative uniche per la turbina a due pale, concentrandosi su parametri prestazionali critici.
Il risultato? La macchina oltre ad aver raggiunto oltre 500 giorni di funzionamento stabile, ha mostrato un fattore di disponibilità (percentuale di tempo in cui la turbina è operativa e in grado di produrre elettricità) del 99,3%, un tempo medio tra guasti (MTBT) di 2.444 ore e ha funzionato per l’equivalente di 3.048 ore all’anno a pieno carico.
“Superando sfide tecniche fondamentali – ha affermato Lou Yimin, vicepresidente senior e responsabile dei prodotti di Envision Energy – come le vibrazioni eccessive del sistema e lo squilibrio del carico (barriere che hanno a lungo frenato i progetti bipala), abbiamo ridefinito ancora una volta l’innovazione nell’energia eolica. Siamo i primi nel settore a dimostrare la verifica operativa a lungo termine di una turbina a due pale di nuova generazione”.
