Le turbine eoliche da 10MW perdono peso grazie ai generatori superconduttori
La promessa del progetto SUPRAPOWER (SUPerconducting, Reliable, lightweight, And more POWERful offshore wind turbine) è allettante: un generatore superconduttore (SC) a trasmissione diretta che è abbastanza leggero, robusto e affidabile da sviluppare l’eolico offshore fino al suo pieno potenziale in Europa. Le risultanti turbine eoliche saranno più piccole e meno costose, i costi per il funzionamento e la manutenzione saranno ridotti, affidabilità ed efficienza aumenteranno e la conversione della potenza sarà massimizzata. “Diverse idee per generatori superconduttori sono state sviluppate o sono in fase di sviluppo, ma alcune delle idee proposte devono fare ancora i conti con delle sfide tecniche che complicano la loro fattibilità industriale per un settore molto impegnativo come quello dell’eolico offshore. Queste sfide includono, ad esempio, il costo elevato del materiale superconduttore o l’uso di fluidi criogenici,” spiega Iker Marino Bilbao, il coordinatore di SUPRAPOWER. “Il nostro generatore superconduttore MgB2 riesce a superare queste sfide.” Un impegnativo processo di sviluppo Lo sviluppo del generatore MgB2 non è stato certamente una passeggiata. “A causa dell’originalità di questa tecnologia, non esistevano molte conoscenze su aspetti chiave come ad esempio le bobine rotanti MgB2,” afferma Bilbao. “Abbiamo dovuto procedere per fasi: per prima cosa, due piccole bobine di prova per convalidare la progettazione e il processo di fabbricazione; poi, una doppia bobina piatta di grandi dimensioni per il collaudo; e infine le bobine di campo a grandezza naturale.” Il criostato ha richiesto un approccio simile, con prima un dispositivo di prova e, in base ai risultati sperimentali, i criostati finali che sono attualmente in fase di costruzione. “Un’altra sfida è rappresentata dal fatto che qualsiasi modifica in uno dei componenti influisce sugli altri, visto che le differenti parti (bobine, aste, criostati, ecc.) verranno assemblate assieme nella macchina in scala. Il coordinamento tecnico è fondamentale, proprio come lo è anche il trovare dei produttori qualificati per alcuni dei componenti che si sono dimostrati più impegnativi di quanto avevamo pensato all’inizio.” Peso ridotto Il progetto, che si dovrebbe concludere a maggio del 2017, è sulla buona strada per raggiungere i suoi ambiziosi obiettivi. Il progetto teorico del generatore superconduttore (SCG) è stato completato, e il team è stato in grado di confrontare le sue prestazioni in una turbina eolica con quelle di un generatore a magneti permanenti (permanent magnet generator, PMG). Essi hanno osservato una riduzione pari al 26 % del peso delle parti mobili della turbina eolica, una riduzione complessiva del 16 % se si considera la struttura di supporto, e una riduzione del 11 % del peso della torre. Questo renderà possibile in particolare un calo significativo dei costi di trasporto e installazione. “Una delle operazioni marine più impegnative sarà l’installazione delle pale, che sono esattamente le stesse in entrambi i casi,” sottolinea Bilbao. Per convalidare l’idea del generatore da 10MW è stata progettata anche una macchina magnetica rotativa in scala. Essa è formata da un rotore esterno con due bobine di campo superconduttrici che sono attualmente nella loro fase finale di fabbricazione. Le due bobine sono formate da una catasta di nove doppie bobine piatte e ovali di MgB2 connesse in serie tra due spesse lastre di rame. Entrambe le bobine di campo sono avvolte in un criostato modulare attorno a un’asta di ferro, e il calore viene estratto mediante conduzione attraverso un collettore termico che collega entrambe le bobine. I criostati sono ancora in fase di costruzione, ma delle versioni di prova sono state già prodotte e testate. Il giunto rotante è invece già stato progettato, fabbricato e del tutto testato. “Attualmente noi stiamo fabbricando tutti gli elementi della macchina in scala e prevediamo di completare la sua convalida sperimentale nel mese di maggio del 2017,” ha detto Bilbao. Allettante per il mercato Anche se il team del progetto deve ancora analizzare ulteriormente il potenziale commerciale della loro tecnologia, essi sono sicuri che l’installazione sarà leggermente più facile che con le turbine convenzionali. Il trasporto e l’installazione possono essere effettuati con le attrezzature attuali e senza rilevanti differenze rispetto alle turbine eoliche con potenza simile. Gli elementi superconduttori sono estremamente affidabili e la loro manutenzione è ridotta alle pompe a vuoto e ai crio-raffreddatori. Tuttavia, anche se questi sono componenti industriali ben noti, il fatto che essi non siano mai stati usati in una simile applicazione significa che i primi prototipi a grandezza naturale e le unità commerciali richiederanno inizialmente una cura e un monitoraggio speciali. “Se riusciremo a dimostrare la fattibilità e i vantaggi di questa nuova idea di generatore, il prossimo passo importante sarà quello di coinvolgere un costruttore di turbine eoliche o generatori eolici per sviluppare ulteriormente queste tecnologie e per dimostrarle su scala MW,” conclude Bilbao.
Parole chiave
Turbine eoliche, scalabilità potenza, SUPRAPOWER, superconduttore, leggero, raffreddamento senza liquido criogenico
