di  -  lunedì 21 dicembre 2009

Dopo avere parlato lo scorso lunedì delle turbine eoliche ad asse orizzontale, quest’oggi parleremo dell’altra principale soluzione, ovvero delle turbine eoliche ad asse verticale.

Tale soluzione risulta parecchio dibattuta per via di alcune caratteristiche peculiari rispetto alle turbine ad asse orizzontale, e spesso vengono indicate come soluzioni ad una produzione massiva di energia mediante installazioni e soluzioni piuttosto “esotiche” ed insolite.

Prima di introdurre l’argomento voglio invitare tutti i lettori a leggere anche i post precedenti sull’eolico per meglio comprendere le caratteristiche di questa risorsa energetica ed i metodi per sfruttarla convertendola in energia elettrica.

LE TURBINE AD ASSE VERTICALE

Le turbine ad asse verticale, indicate anche con VAWT (Vertical Axis Wind Turbines) rappresentano una tipologia di turbine della quale ultimamente si discute molto spesso tra i media e tra gli addetti ai lavori, in quanto si ritiene possano rappresentare una soluzione valida per la microgenerazione eolica, anche se non si escludono soluzioni “più impegnative” caratterizzate da grandi impianti.

Esistono tantissime varianti di queste turbine per dimensioni e conformazione delle superficie, anche se due tipologie molto famose sono costituite dalla Savonius e dalla Darrieus.

La turbina Savonius rappresenta un tipico esempio di turbina a vela (operante quindi a spinta e non a portanza come le turbine HAWT), e per quanto detto nel post linkato, il coefficiente di potenza risulta notevolmente inferiore rispetto alle turbine a profilo alare come quelle ad asse orizzontale, in grado cioè di sfruttare la portanza:

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La turbina Darrieus presenta differenti soluzioni implementative che tra loro differiscono esteticamente in maniera marcata, ma il principio è sostanzialmente lo stesso, ovvero si hanno delle pale collocate su un rotore ad asse verticale, e tali pale sono in grado di sfruttare la portanza, anche se non in maniera efficiente come le turbine ad asse orizzontale a profilo orientabile, in quanto nella Darrieus la calettatura delle pale è fissa.

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Un diagramma utile che mostra l’andamento del coefficiente di potenza in funzione del rapporto tra la velocità indisturbata del vento e la velocità a valle della turbina (indicato nel diagramma come tsr) per vari tipi di turbina è il seguente:

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Una turbina HAWT si avvicina al limite di Betz pur presentando il solito andamento a parabola rovesciata (analogo al Saavonius, solo con valore massimo più vicino al limite di Betz).

Dal precendente diagramma si comprende immediatamente come soluzioni con profili alari, capaci di operare quindi sfruttando la portanza, permettano un più efficiente sfruttamento dell’energia contenuta nel vento.

E’ importante sottolineare come le turbine ad asse verticale non necessitino di variare l’orientamento in funzione della direzione del vento come accade per le turbine ad asse orizzontale in quanto la particolare conformazione del rotore (ed il moto relativo con il fluido che ne deriva) è in grado di sfruttare il vento a prescindere dalla sua direzione, mentre le turbine ad asse orizzontale ruotano in modo da essere costantemente allineate con la direzione del vento, richiedendo una disposizione del parco eolico adatta ad evitare quanto più possibile fenomeni di “mascheramento reciproco” tra turbine, inoltre presentano velocità di cut in molto ridotte (in genere nell’ordine dei 2 m/s) e riescono solitamente ad operare anche per velocità del vento elevate senza necessità di venire fermate.

Una valutazione sull’impiego delle turbine VAWT rispetto alle HAVT è complessa perchè riguarda vari aspetti difficile da soppesare reciprocamente, ma in linea di massima è possibile dire che le turbine ad asse verticale presentano caratteristiche favorevoli alla produzione di energia su una scala maggiore rispetto alla soluzione ad asse orizzontale in virtù di una maggiore efficienza globale, mentre per applicazioni di microgenerazione soluzioni come la Darrieus rappresentano una valida scelta in virtù della semplicità costruttiva e della maggione economicità di queste rispetto alle precedenti, fatto salvo che la turbina sia in grado di produrre l’energia richiesta dall’utenza.

In termini di potenze esistono una molteplicità di soluzioni, ma tipicamente le turbine di questo tipo sono piccole e con potenze massime generalmente non superiori al kW, anche se ovviamente la potenza scala con la dimensione della turbina.

Una prova comparativa su piccole turbine eoliche di vario genere è stata presentata in un post precedente, al quale rimando per arricchire la discussione.

Ci vediamo lunedì prossimo, sempre per parlare di energia eolica, sempre sulla rubrica Energia e Futuro.

11 Commenti »

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  • # 1
    antonino
     scrive: 

    ciao
    voglio creare un eolico verticale , ho un motore 3 fasi da 6 kw con giri 1400 voglio sapere se lo posso usare direttamente o devo fare delle modifiche all’interno del motore , grazie

  • # 2
    Simone (Autore del post)
     scrive: 

    @ antonino

    Non saprei aiutarti, non mi sono mai occupato di progettazione del generatore…

  • # 3
    gino
     scrive: 

    Attenzione!
    Ne3l diagramma le curve “american multiblade” e “savonius” sono invertite.
    Comunque le curve cambiano coi m/s.
    Ad es.: Il Savonius rende sì il 30% a 3 m/s, ma rende solo il 15% a 10 m/s.

  • # 4
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ gino

    Si tratta di un diagramma qualitativo sul quale posso verificare molto poco se non la forma delle curve (e per le due in esame è analoga… in effetti le Savoinius si attestano su valori massimi di 0.3, quindi è possibile che siano invertite, mentre per quello che riguarda la velocità nel diagramma già tenuta in considerazione nel fattore tsr

  • # 5
    gino
     scrive: 

    Per Simone.
    L’inversione è dovuta al fatto che nel grafico orinario c’erano due frecce che collegavano le descrizioni con le curve; poi a un certo punto le frecce sono sparite. Per una conferma vedi Fig.8 Cap.1 di Wind Energy System di Gary. L. Johnson.
    Nella tabella non è indicata nessuna velocità del vento, sidice solo il rapporto fra questa velocità e quella delle pale (TSR)

  • # 6
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ gino

    Ti ringrazio per la segnalazione… sul discorso della velocità dovrei controllare il testo che indichi, ma di fatto il diagramma resta piuttosto qualitativo

  • # 7
    gino
     scrive: 

    Hai ragione sono dati “qualitativi” nel senso “poco precisi” (anche trascurando la probabile inversione multiblade-savonius)
    Purtroppo anche i fabbricanti non danno quasi mai dati “veritieri” e queste furbate non possono che nuocere al mercato.
    Pensa che persino certe università raccontano balle.
    Invece di darsi da fare per ridurre costi e migliorare i rendimenti, molti vanno a caccia di sovvenzioni.

  • # 8
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ gino

    Questo che esponi è uno dei grossi problemi legati a queste tecnologie… è diventato un boom dove ci si sono buttati davvero in troppi e spesso poco qualificati ad inseguire l’Eldorado delle sovvenzioni

  • # 9
    max
     scrive: 

    conosco un modello Savonius che sfrutta la portanza, sempre ad asse verticale; formato completamente da un cilindro-armatura, con tre pale a resistenza fatte ad ala di aereo
    …. puoi darmi info?
    grz

  • # 10
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ max

    Riguardo un modello specifico non saprei essere d’aiuto più di quanto non si possa trovare liberamente sul web… i principi fluidodinamici sono quelli validi per qualunque cosa utilizzi la portanza

  • # 11
    luigi m
     scrive: 

    Vorrei comprare una pala eolica verticale puoi darmi qualche consiglio tra le più affidabili che girano con poco vento.grazie

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