Twind, energia eolica in alta quota: il progetto italiano sfrutta la cinetica ed i palloni aerostatici

Si tratta di un’ idea sperimentale, ma ha già riscosso notevole attenzione: liberare palloni aerostatici ad un’ altezza dove il vento sia forte e continuo per la produzione di energia. Insomma, una rivoluzione del concetto di energia eolica, alla quale si associa da sempre l’ immagine dei “mulini”. Il progetto appartiene ad uno studio italiano, Zanettistudios, e rappresenta un’ evoluzione rispetto al progetto KiteGen di Sequoia Automation e del Politecnico di Milano. KiteGen è una centrale eolica ad asse di rotazione verticale che sfrutta i venti di alta quota. Twind sfrutta invece una coppia di palloni aereostatici di 12 metri di diametro frenati a quota 800 metri da cavi in Kevlar, resistenti al traino di 40 tonnellate, che fungono anche da elemento di trasmissione del moto. La tecnologia permetterebbe rendimenti quattro volte superiori a un impianto eolico tradizionale, con un quinto degli investimenti.


L’ ENERGIA CINETICA
L’ energia cinetica è una forma di energia posseduta da un corpo in virtù del suo movimento e questa varia in proporzione al quadrato della velocità. L’ energia cinetica di un corpo può essere espressa matematicamente dal semiprodotto della sua massa per il quadrato della sua velocità.
Per la legge dell’energia cinetica, la velocità del vento rappresenta un fattore cruciale nel rendimento dei generatori eolici e la velocità del vento cresce con la distanza dal suolo. Tuttavia la progettazione di generatori eolici ad asse di rotazione orizzontale pone seri limiti di natura strutturale sia nel diametro delle pale che nell’ altezza delle torri.
La crescita in altezza della struttura e la messa in opera di rotori di grande diametro sono infatti causa di complicazioni statiche che mettono a rischio la struttura in caso di improvvise raffiche di vento troppo forte.
Normalmente un generatore eolico tradizionale viene progettato per funzionare ad una altezza massima di circa 80 metri, dove la velocità del vento ha un valore medio di 4,6 metri al secondo.

I VANTAGGI DI TWIND
Twind consente di sfruttare l’ energia cinetica che i venti ad alta quota sono in grado di generare grazie alle loro alte velocità e alla loro costanza nel tempo.
Oltre gli 800 metri di altezza il vento ha una velocità media di 7,6 m/s per 6.000 ore all’ anno, contro una media di 4,6 m/s per 3.000 ore all’ anno rilevabili all’altezza di 80 metri su cui vengono collocati i tradizionali generatori eolici.
Per la legge dell’ energia cinetica, l’ energia che si può ottenere dal vento aumenta con il quadrato della sua velocità: per questo motivo a 800 metri di quota l’ energia disponibile è sino a quattro volte maggiore di quella presente ad una altezza di 80 metri.
Rispetto agli impianti eolici tradizionali, e a parità di potenza prodotta, la tecnologia Twind occupa a terra uno spazio più contenuto e presenta un impatto visivo sul paesaggio molto inferiore.

COME FUNZIONA
Il metodo si basa sull’ utilizzo di una coppia di palloni aereostatici frenati a quota 800 metri, collegati ad una piattaforma girevole in grado di seguire la direzione del vento mediante cavi che fungono anche da elemento di trasmissione del moto.
Quando un pallone apre la vela a questo collegata, mentre esso viene trascinato dalla forza dei venti che spingono sulla superficie della vela, l’altro pallone, a vela chiusa, viene riportato sulla verticale della piattaforma trainato dallo stesso cavo collegato al primo pallone.
Al termine dello srotolamento del cavo, giunto a fine corsa, un meccanismo automatico opera la chiusura delle ali a vela del primo pallone e opera l’apertura delle ali a vela del secondo. In questo modo le funzioni dei due palloni si invertono replicando la stessa dinamica.
Questo metodo permette di ottenere energia mediante il continuo movimento alternativo del cavo agganciato ai due palloni aereostatici.

QUANTO PRODUCE
A 800 metri di quota l’aria ha una velocità media di 7,6 metri al secondo con una densità pari a 1,14 kg al metro cubo; una vela in quota esprime una potenza di 210 watt per metro quadro di superficie.
La superficie del pallone si aggiunge alla superficie della vela e contribuisce ad aumentare la potenza della spinta, ma questa non entra nel calcolo poiché viene utilizzata per il trascinamento controvento dell’ altro pallone di uguali dimensioni.

La vela del pallone ha una superficie pari a 200 metri quadri (simile a quella utilizzata dalle navi cargo a tecnologia Ms Beluga Skysails) ed è quindi in grado di generare una potenza di 50 Kw la quale, su base annua, rappresenta un valore di 438 Mw/h.

Considerando un rendimento del generatore elettrico a terra del 92%, la potenza su base annua raggiunge un valore di 400 Mw/h che equivalgono a 100 tonnellate di petrolio utilizzate in una tradizionale centrale termoelettrica tradizionale e che immettono in atmosfera 280 tonnellate di CO2.

Una vela di 200 metri quadrati ha un peso complessivo di 320 Kg, mentre 800 metri lineari di cavo Kevlar (del diametro 30 mm), in grado di sostenere una trazione di 40 tonnellate, ha un peso complessivo di 640 Kg. Aggiungendo 40 Kg per i servomeccanismi di apertura e chiusura delle vele, si arriva ad un peso totale di 1.000 Kg.
Per sostenere una tonnellata di peso a 800 metri di quota, sono sufficienti palloni aereostatici di 12 metri di diametro.

Insomma, rispetto ad un tradizionale impianto eolico, la tecnologia Twind offre un rendimento di quattro volte superiore e richiede un costo d’ impianto cinque volte inferiore.
“Il primo prototipo da 10 metri di altezza è pronto – ha annunciato Zanetti, titolare dello studio -. Tra un anno saremo pronti a produrre in serie“. L’ investimento iniziale è di circa 700mila euro.