Sviluppo e disegni futuri
Insieme a questo sviluppo energetico, anno dopo anno le turbine eoliche hanno incrementato le loro dimensioni. Un maggiore diametro del rotore, e quindi componenti più grandi (generatore, gearbox, torre), significa una maggiore produzione energetica. Questo porta a un maggiore consumo dei materiali, ma si aspetta che con i nuovi modelli più tecnologici si possa ridurre il impiego di alcuni materiali.
È necessario ridurre la massa delle turbine, per così poter ridurre i costi di trasporto, costruzione e soprattutto avere una minore quantità di rifiuti dopo la vita utile. Ci sono diversi approcci:
- Sostituire il cemento per Ground Granulated Blad Slag in un 70% nella fondazione. Questo sub-prodotto proveniente dal processo di elaborazione del ferro ha buone proprietà meccaniche ed è più leggero.
- Utilizzare acciai di migliore qualità. Per esempio, con il utilizzo di un'acciaio S500 nella torre invece di un S355, un risparmio di peso del 30% può essere raggiunto. Anche se si utilizzano materiali di alta resistenza, un disegno strutturale della torre più leggero potrebbe essere implementato \cite{Li_2014}.
- Disegni più leggeri della torre sono ancora sotto studio, utilizzando lamiere trapezoidali. I risultati ottenuti da un studio hanno dimostrato che con una torre trapezoidale è possibile ottenere una riduzione di peso fino al 20% rispetto ad una torre tubolare in acciaio di 90 m \cite{goudarzi2014development}.
- Generatori che utilizzano materiali superconduttori ad alta temperatura (HTS) sono in sviluppo, soprattutto perché sono più efficienti, e anche più leggeri. Il progetto Ecoswing, finanziato dall'UE, ha progettato il primo generatore HTS del mondo. Il generatore HTS è stato progettato per avere un diametro esterno limitato a soli 4 m e un peso di 68,75 tonnellate, un 24% più leggero da un PM generatore delle stesse caratteristiche, con un potenziale di raggiungere il 40% nei progetti futuri \cite{Song_2019}.
- Utilizzare compositi ibridi (fibre di vetro e carbonio), rappresenta un'interessante alternativa ai rinforzi in fibra di carbonio pura \cite{Mishnaevsky_2017}. Uno studio ha dimostrato che utilizzando 100% fibre di carbonio invece di fibre di vetro per la produzione di pale eoliche si potrebbe raggiungere un risparmio di peso di circa l'80%, ma con un aumento dei costi del 141%. Però, un rinforzo ibrido di 70% GF e 30% CF potrebbe significare una riduzione di peso del 50% con solo un aumento di costo del 90% \cite{ong2000use}.
Conclusioni