La startup spagnola Vortex Bladeless ha sviluppato turbine che sfruttano la vorticità, il movimento rotatorio dell’aria o di altri fluidi. Quando il vento passa una delle turbine cilindriche, taglia il lato sottovento del cilindro in un vortice che gira. Quel vortice esercita poi una forza sul cilindro, facendolo vibrare. L’energia cinetica del cilindro oscillante è convertita in elettricità attraverso un generatore lineare simile a quelli usati per sfruttare l’energia delle onde.
David Yáñez, uno dei cofondatori dell’azienda, si è imbattuto per la prima volta nel concetto quando studiava il crollo del Tacoma Narrows Bridge a Washington. Il ponte è crollato nel 1940 a causa di vibrazioni eccessive formate dal movimento rotatorio del vento mentre soffiava oltre il ponte ed è un fallimento ingegneristico da manuale. Yáñez, tuttavia, ha imparato una lezione diversa. “Questo è un ottimo modo per trasmettere energia da un fluido a una struttura”, dice.
Il design del cilindro leggero di Vortex non ha ingranaggi o cuscinetti. Yáñez dice che genererà elettricità per il 40% in meno rispetto al costo dell’energia delle turbine eoliche convenzionali. L’azienda ha ricevuto 1 milione di dollari in capitale privato e finanziamenti governativi in Spagna e sta cercando altri 5 milioni di dollari in finanziamenti di capitale di rischio. Yáñez dice che la società prevede di rilasciare un sistema da quattro chilowatt nel 2016 e un dispositivo molto più grande da un megawatt intorno al 2018.
La turbina Vortex sembra promettente, ma come ogni nuovo design radicale di energia alternativa, le turbine senza pale hanno molti scettici.
“Se si ha una comune turbina eolica ad elica, si ha una grande area spazzata dalle pale”, dice Martin Hansen, uno specialista di energia eolica presso l’Università Tecnica della Danimarca. “Oltre a catturare meno energia, i cilindri oscillanti non possono convertire tanta di quell’energia in elettricità, dice Hansen. Una turbina eolica convenzionale converte tipicamente l’80-90% dell’energia cinetica del suo rotore in elettricità. Yáñez dice che il generatore lineare su misura della sua azienda avrà un’efficienza di conversione del 70 per cento.
Yáñez ammette che il design della turbina oscillante spazzerà un’area più piccola e avrà un’efficienza di conversione inferiore, ma dice che le riduzioni significative nei costi di produzione e manutenzione supereranno le perdite.
Come Vortex costruisce dispositivi più grandi che catturano venti ad alta velocità più lontano dalla terra, si imbatterà anche in altre sfide inerenti alla fisica della meccanica dei fluidi. L’aria o altri fluidi che si muovono a basse velocità su cilindri di piccolo diametro scorrono con un movimento regolare e costante. Aumentando il diametro del cilindro e la velocità a cui l’aria lo attraversa, però, il flusso diventa turbolento, producendo vortici caotici. Il flusso turbolento fa variare la frequenza di oscillazione del cilindro, rendendolo difficile da ottimizzare per la produzione di energia.
“Con cilindri molto sottili e velocità molto lente si ottengono linee telefoniche canore, una frequenza o un tono assolutamente puro”, dice Sheila Widnall, un professore di aeronautica e astronautica al MIT. “Ma quando il cilindro diventa molto grande e il vento diventa molto alto, si ottiene una gamma di frequenze. Non sarete in grado di ottenere tutta l’energia che volete, perché l’oscillazione è fondamentalmente turbolenta.”
Widnall mette anche in dubbio l’affermazione della società che le sue turbine saranno silenziose. “Le frequenze oscillanti che scuotono il cilindro faranno rumore”, dice. “
I cilindri oscillanti sono solo una delle diverse tecnologie emergenti che mirano a raccogliere più vento per meno. Makani Power sta sviluppando un “aquilone energetico” legato (vedi “Mulini a vento volanti”). Vola in un grande cerchio simile alla punta di una pala di una turbina convenzionale mentre sfrutta l’energia eolica attraverso piccole turbine a bordo. Astro Teller, capo di Google X, la struttura di ricerca semi-segreta di Google che ha acquisito Makani nel 2013, ha detto a marzo che la società avrebbe presto iniziato i test di un aquilone in scala reale, da 600 kilowatt.
John Dabiri, un professore di aeronautica e bioingegneria al Caltech, sta testando diverse configurazioni di turbine ad asse verticale, che sono essenzialmente mulini a vento che girano come una giostra piuttosto che su un asse orizzontale come una ruota di bicicletta. Di solito le turbine eoliche sono collocate molto lontano l’una dall’altra per ottimizzare la produzione di energia. Attingendo agli stessi principi che i pesci usano per conservare l’energia attraverso la scolarizzazione, Dabiri ha scoperto che le turbine poste vicine l’una all’altra potrebbero produrre più energia di quelle che sono lontane tra loro.
“Si può coӧrdinare il funzionamento di più turbine eoliche in modo che il tutto sia maggiore della somma delle sue parti”, dice.
Dabiri dice che tali effetti sinergici potrebbero applicarsi anche ai tradizionali mulini a vento ad asse orizzontale o anche alle turbine oscillanti. Queste ultime pongono una sfida maggiore perché la scia di tali turbine è molto caotica, ma anche un potenziale beneficio perché la scia impacchetta molta energia, dice.
Molto resta da vedere con la turbina oscillante di Vortex, dice Dabiri, ma aggiunge che è eccitato dal concetto dell’azienda. “Chiunque dica che la turbina a tre pale è il meglio che possiamo fare è privo di visione”.
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