Materiali e processi di produzione avanzati significano che le pale possono tenere il passo in modo efficiente e conveniente con l’installazione di torri più alte e turbine eoliche più grandi. (Foto: Composites One)

L’industria eolica ha stabilito dei record di installazione negli ultimi due anni. Questa tendenza può continuare con la capacità eolica globale prevista per raddoppiare nei prossimi cinque anni, secondo il Global Wind Energy Council. Questa tendenza alla crescita è dovuta, in parte, a un mercato eolico offshore in via di sviluppo e a turbine eoliche più grandi con pale più lunghe.

“L’industria eolica ha aumentato la lunghezza delle pale di circa 6,5 piedi all’anno negli ultimi 10 anni”, ha detto Mark Kirk, CCT, responsabile delle vendite di energia eolica presso Composites One. “Questo aumento di lunghezza ha permesso all’industria di aumentare la produzione utilizzando turbine più grandi e, quindi, abbassare il costo dell’energia.”

Tuttavia, più lunga è la lama, più affidabilità e stabilità vengono messe in discussione. Kirk attribuisce ai materiali e alla produzione il merito di aver permesso alle pale delle turbine di tenere il passo con le torri in continua crescita. “Grazie ai materiali compositi, le pale possono girare più velocemente e catturare i venti a velocità inferiore. I compositi offrono ai produttori di energia eolica forza e flessibilità nella lavorazione con l’ulteriore vantaggio di un materiale leggero”, dice.

I compositi sono fatti di due o più materiali con diverse proprietà fisiche o chimiche che, quando vengono combinati, non si fondono completamente ma insieme diventano più forti e più durevoli. I materiali per il mercato delle pale eoliche includono resine di poliestere rinforzate con fibra di vetro, epossidiche rinforzate con fibra di vetro ed epossidiche rinforzate con fibra di carbonio.

“Combinando le fibre di vetro con una matrice di resina si ottengono compositi che sono forti, leggeri, resistenti alla corrosione e dimensionalmente stabili. Essi forniscono anche una buona flessibilità di progettazione e un’alta resistenza dielettrica, e in genere richiedono costi di produzione più bassi”, dice Kirk, che sottolinea che i materiali compositi ad alta resistenza, come la fibra di carbonio e le resine epossidiche, vengono ora utilizzati anche per le pale ad alte prestazioni.

“Le pale e i componenti delle turbine di oggi devono soddisfare severe proprietà meccaniche, come l’alta rigidità e la resistenza alla torsione e alla fatica. Oltre a queste proprietà meccaniche, il prodotto finito deve offrire un’eccellente resistenza alla corrosione e una tolleranza alle alte temperature. I materiali compositi possono offrire una maggiore rigidità in molti casi, e un peso ridotto sui pezzi finiti”, aggiunge.

Ma non è tutto. Grazie alla loro flessibilità, i materiali compositi rendono le riparazioni più facili per i tecnici del vento e forniscono una vita più lunga alle pale. I materiali possono anche essere utilizzati per altri componenti della turbina. “Il passaggio alle coperture composite delle navicelle, agli spinner compositi e, in alcuni casi, allo stampaggio ravvicinato più avanzato di questi componenti compositi, ha anche ridotto il peso complessivo delle unità rispetto all’acciaio e all’alluminio tradizionali, quindi i costi delle turbine stanno scendendo.”

I materiali costituiscono più del 90% dei costi di produzione di una pala, quindi se le turbine devono crescere con successo in termini di dimensioni, la riduzione dei costi è fondamentale. “La sfida per l’industria eolica di oggi è chiara”, dice Alexis Crama, vicepresidente dello sviluppo offshore di LM Wind Power. “L’industria deve aumentare la produzione annuale di energia e ridurre i costi attraverso l’innovazione nell’uso dei materiali e nelle tecnologie di produzione, il tutto considerando l’affidabilità e l’efficiente manutenzione delle turbine durante il funzionamento.”

Dice che man mano che le pale delle turbine diventano più lunghe e si sviluppano più progetti offshore, la richiesta di maggiore affidabilità e costi inferiori non potrà che aumentare da parte degli sviluppatori di parchi eolici. “Costruire pale più grandi presenta nuove sfide di progettazione, che per molti versi implicano un ripensamento dei materiali, della struttura e di altre caratteristiche. Le pale del rotore sono senza dubbio uno dei pezzi più influenti in termini di costo dell’energia.”

Oltre a costruire la pala più lunga del mondo fino ad oggi (88,4 metri – la pala è attualmente in fase di test per la convalida del prodotto in Danimarca), LM Wind Power ha recentemente presentato la ricerca su un concetto di stampaggio modulare delle pale per aumentare la flessibilità della produzione nella realizzazione di pale più grandi e più lunghe. Il nuovo processo estende il diametro del rotore attaccando lunghezze di punta variabili, senza la spesa aggiuntiva di costruire un nuovo stampo per le pale.

Questo processo permette la produzione separata della pala e della punta, seguita da una tecnica di giunzione tradizionale che assembla permanentemente una pala, spiega Crama. “Attraverso una combinazione di costi di produzione ridotti, aumento delle dimensioni del rotore e produzione ottimizzata dei parchi eolici, questi prodotti modulari dovrebbero ridurre il costo dell’energia per le applicazioni di pale offshore di circa il 6-8%.”

E aggiunge: “In definitiva, i vincitori dell’industria eolica di domani saranno quelli che sapranno adattarsi, innovare ed espandersi al costo più basso.”

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