Le pale eoliche “elastiche” ispirate alle ali degli insetti

L’energia eolica, come ben sappiamo, rientra nel settore delle energie pulite e sostenibili, dal momento che ha un impatto ambientale estremamente ridotto: per essere prodotta, infatti, non è necessaria la combustione di combustibili fossili, con conseguenti emissioni di gas inquinanti in atmosfera. L’energia eolica è, inoltre, una fonte energetica rinnovabile dato che il vento è una risorsa inesauribile.

Questi non sono gli unici vantaggi che si traggono dal settore eolico. Dal punto di vista economico, sfruttando questo tipo di energia, si riducono le importazioni dei combustibili fossili e si favorisce lo sviluppo economico e industriale di zone spesso abbandonate. Inoltre gli impianti eolici sono molto sicuri, in quanto generano un campo elettromagnetico decisamente trascurabile, e possono essere istallati tranquillamente sia in aree urbane sia in zone rurali, occupando solamente circa il 3% del territorio necessario per la costruzione.

Il meccanismo di funzionamento di una turbina eolica è molto semplice: la forza del vento mette in rotazione una serie di pale connesse a un rotore centrale. Il moto di rotazione delle pale viene trasmesso dal rotore al generatore elettrico, un organo elettromeccanico posto alla base dell’albero e che consente di produrre energia elettrica a partire dall’azione del vento.

Attualmente le caratteristiche delle turbine normalmente in uso
non consentono sempre di ottenere un’elevata efficienza globale dei parchi eolici. L’angolo delle pale viene opportunamente progettato al fine di mantenere costante il valore ottimale della velocità di rotazione. I generatori, quindi, funzionano bene solo in presenza di condizioni di ventosità coincidenti con quelle operative per cui gli impianti sono stati progettati.

Di conseguenza, se il vento soffia con velocità maggiore, minore o incostante rispetto a quella prevista in fase di progetto, si ha una notevole diminuzione della produzione di energia. In particolare in caso di velocità estremamente elevate, le turbine sono soggette a rottura e incidenti, dato che le pale si comportano come un muro, impedendo al vento di fluire, con conseguenti perdite di rendimento.

Alcuni ricercatori dell’Università Sorbona, a Parigi, nel loro studio sull’eolico bio-mimetico “Bioinspired turbine blades offer new perspectives for wind energy”, hanno brevettato pale eoliche flessibili capaci di adattarsi alla variabilità del vento e di autoriconfigurarsi senza dispendi energetici.

L’obiettivo del lavoro di ricerca è stato quello di progettare pale eoliche che imitassero il comportamento degli insetti in volo e i movimenti delle piante. Il direttore della ricerca, Vincent Coghet, ha spiegato, infatti, che le ali degli insetti, grazie alla loro flessibilità riescono a imprimere spinte e accelerazioni alle proprie traiettorie, sfruttando il vento in maniera naturale: in questo modo essi riescono ad aumentare la potenza senza eccessivi consumi energetici.  Le piante, invece, con le loro strutture elastiche riescono a piegarsi quando sono colpite dal vento, minimizzando la resistenza aerodinamica e il rischio di rotture.

A partire da queste osservazioni i ricercatori francesi hanno sviluppato tre tipi di aerogeneratori di piccole dimensioni aventi tre diverse tipologie di pale: completamente rigide, semi-flessibili e molto flessibili. Mentre le pale rigide sono state realizzate impiegando una resina sintetica, quelle flessibili sono state ottenute da un materiali detto polietilene tereftalato.

Dai risultati ottenuti dai test in galleria del vento, le pale molto flessibili si sono dimostrate poco resistenti rispetto a quelle rigide e hanno fornito minori quantità di energia.

Le pale semi-flessibili sono quelle che hanno permesso di ottenere il maggior rendimento: esse, infatti, si sono dimostrate efficienti anche in condizioni di ventosità instabili, con una produzione di energia maggiore del 35% rispetto a quella ottenuta impiegando pale rigide.

I test effettuati hanno, inoltre, dimostrato che gli angoli di transito delle pale più aperti sono più efficienti in caso di velocità del vento ridotte, mentre gli angoli più chiusi hanno un miglior rendimento in caso di velocità sostenute.

Alla luce di tali risultati, il prossimo passo sarà quello di replicare tali meccanismi su turbine di dimensioni standard, con la speranza che i modelli brevettati possano essere applicati concretamente.