Eolico troposferico: energia dagli aquiloni in alta quota

Quando parliamo di eolico, pensiamo subito alla più comune turbina ad asse orizzontale (o verticale). L’energia del vento, però, è sfruttata anche attraverso la tecnologia dell’eolico troposferico. Esso consiste nelle tecnologie che sfruttano l’energia del vento mediante apparecchiature volanti (droni o aquiloni) generalmente collegate a terra da cavi. Gli aspetti vantaggiosi di questa tecnologia risiedono nel fatto che:

• i venti d’alta quota sono più forti e costanti di quelli in prossimità del suolo e sono ad oggi ancora inutilizzati per la produzione elettrica.
• i sistemi per lo sfruttamento dei venti d’alta quota dovrebbero richiedere meno materiali e minor investimenti per unità di potenza producibile, rispetto alla maggior parte delle tecnologie rinnovabili. Ciò rende tali sistemi a basso costo.

Eolico troposferico: alcuni progetti

Il primo progetto è Kitepower, una start-up leader nell’energia eolica nell’aria, che sviluppa tecnologie alternative alle turbine eoliche utilizzando gli aquiloni per generare elettricità. Nasce nel 2016 in collaborazione con l’Università TU Delft. La sua attuale tecnologia da 100 kW sarà uno dei primi sistemi eolici aerodispersi disponibili sul mercato.

Il secondo progetto è quello di KiteGen Venture, che nel 2019 ha siglato un accordo con Saipem. La finalità è quella di promuovere commercialmente la tecnologia alternativa all’eolico tradizionale.

L’eolico troposferico di Kitepower

Il sistema Kitepower comprende diversi componenti (come mostrato in figura):

• l’aquilone, la parte mobile del sistema, del tipo Leading Edge Inflatable (LEI). La superficie è dell’ordine delle decine di metri quadrati.
• Kite Control Unit (KCU): per sostenere una robusta operazione di volo in un ambiente eolico variabile e variabile nel tempo, l’hardware del sistema e il sistema di controllo in rete devono soddisfare requisiti esigenti. L’hardware aereo include un’unità di controllo dell’aquilone (KCU). Esso comprende motori di alta precisione che tirano le briglie per controllare il comportamento dell’aquilone durante il volo e utilizza una turbina eolica incorporata in grado di alimentare l’elettronica di bordo.
• Traction Tether: è un sistema di cavi che collega la KCU alla Ground Station.
• Ground Station: sul terreno avviene la conversione energia meccanica- energia elettrica. Il generatore è un generatore a tamburo. Nella stazione è presente anche l’elettronica di potenza necessaria per l’immissione in rete di energia prodotta.

La generazione di elettricità funziona in due fasi: trazione e ritrazione. L’aquilone viene fatto volare in una figura a venti incrociati per ottenere un’elevata forza di trazione al fine di avvolgere il cavo dall’argano nella stazione di terra. Quando viene raggiunta la massima lunghezza della linea, il profilo dell’aquilone viene regolato per avvolgere il cavo a bassa forza usando una piccola frazione di energia generata nella fase precedente. Ripetuta a cicli continui, questa procedura produce una produzione netta positiva di energia. In un po’ di numeri, il sistema Kitepower ha una potenza nominale di 100 kW, una potenza di picco di 180 kW, una potenza annuale di 450 MWh/anno, con un range di altitudine 70-450 m.

L’eolico troposferico di KiteGen Venture

Sul sito di KiteGen Venture è riportata qualche informazione circa questa tecnologia alternativa. Ciascuna unità è costituita, come si nota in figura, da una base a forma di igloo con diametro di 13 metri, e alta 6 metri. Essa è sovrastata da un’asta rigida lunga 21 metri. All’estremità di essa si trova l’ala in volo di area 100 metri quadrati. L’altezza di volo dell’ala varia in un intervallo da un minimo di 500 metri, fino a 2000 metri. Ciascuna unità è progettata per una potenza nominale di 3 MW. Considerando un funzionamento annuo di 5000 ore, la potenza annua è di circa 15 GWh/anno.

Una tecnologia vantaggiosa?

Entrambe le tecnologie si propongono come valide alternative al classico impianto eolico. I motivi risiedono nei costi inferiori, dato l’uso di meno materiale e di trasporto più semplificato. Il raggiungimento di altitudini più elevate, lo rende anche un sistema a minor impatto ambientale. Questa tecnologia è facilmente aggiornabile: uno dei maggiori potenziali per il miglioramento delle prestazioni del sistema risiede nel design delle ali.