Energia eolica ad alta quota. La Transizione Energetica appesa ad un filo (d’aquilone)?

Un drone generatore di energia elettrica si innalza al di sopra di un parco eolico Image: REUTERS/Phil Noble

Nella scena finale di Mary Poppins, dopo che la “supertata” ha risolto i problemi della famiglia Banks, ormai ravvedutosi, l’integerrimo padre e banchiere propone ai figlioletti di andare assieme a far volare un aquilone, dando così il via a quella che è probabilmente la più intima e suggestiva sequenza del celebre film di Stevenson. L’espressione cantata “andiamo a far volare un aquilone” (in inglese “let’s go fly a kite”) dal significato metaforico di “togliersi di mezzo”, allude a come, dopo aver riappacificato la famiglia Banks, il compito della magica governante si sia ormai esaurito.

Inventato probabilmente nell’antica Cina sotto la dinastia Han nel II-I secolo A.C. con svariati compiti tra i quali la misurazione delle distanze, la comunicazione tra reparti militari e la segnalazione di un eventuale pericolo, l’aquilone raggiunse l’Europa soltanto nel XIII secolo attraverso le pagine de Il Milione di Marco Polo per poi venire effettivamente importato dai marinai di ritorno dalle grandi navigazioni intercontinentali del XVI sec. Mentre inizialmente l’aquilone rappresentò semplicemente uno dei numerosi oggetti alla base della fascinazione e curiosità occidentali per la cultura asiatica, a partire dal XVIII secolo questo venne ad assumere un’applicazione pratica nell’ambito della ricerca scientifica. Nel 1752 durante un discusso esperimento, Benjamin Franklin utilizzò proprio un aquilone per provare la natura elettrica dei fulmini mentre nel 1899 i fratelli Wright ne realizzarono un prototipo biplano che sarebbe stato alla base dell’invenzione dell’aeroplano. A partire dal Novecento l’aquilone andò progressivamente ad assumere un carattere ricreativo fino a divenire oggetto vintage e dal tocco nostalgico. Questa percezione potrebbe però cambiare presto. 

Gli aquiloni appartengono ai cosiddetti sistemi d’energia eolica d’alta quota ( Airborne Wind Energy System o AWES), ovvero macchine che catturano energia eolica ad almeno 500 metri d’altezza. Il vento catturato a quest’altezza è decisamente più forte e gli AWES sono così in grado di raggiungere un’efficienza ben superiore a quella delle convenzionali turbine. Inoltre sono più economici, hanno un impatto visivo ridotto e sono utilizzabili anche in quei luoghi remoti e pertanto difficilmente raggiungibili.

Tra i principali attori del settore, la compagnia tedesca SkySails ha sviluppato un aquilone dall’intelaiatura rettangolare simile a quella di un paracadute attaccata ad un filo di 800 metri. Questo filo è avvolto a spirale attorno ad un cilindro orizzontale montato su un assale che è ancorato a ciascuna delle estremità del container che ospita l’intero generatore del sistema. L’aquilone di SkySails viene lanciato nellaria da terra come un normale aquilone. Poi, allorché viene sollevato dal vento, laquilone viene manovrato in modo tale da formare una serie di figure a forma di “8” che gli permette d’ottenere una velocità costante e ottimale, mentre nel frattempo il filo cui è connesso si svolge facendo ruotare il cilindro che così alimenta il generatore. Una volta che il filo è completamente svolto, l’angolatura dell’aquilone è dapprima orientata in modo da assumere una configurazione che riduca l’attrito con il vento, poi parzialmente mossa all’indietro, e da ultimo di nuovo riposizionata nella configurazione iniziale. Per quanto il processo possa apparire macchinoso, secondo Stephan Wrage, proprietario di SkySails, il fatto che riorientare l’angolatura dell’aquilone consumi soltanto il 4% dell’ energia generata rende questo processo efficiente e rende l’intero sistema competitivo sul mercato e dall’impatto rivoluzionario.

Il sistema di alimentazione SkySails (SkySails Power system) sarà in vendita a partire dal 2020. Una singola unità produrrà 200 kilowatt: quanto basta per alimentare circa 100 abitazioni e, secondo Wrage costerà circa €300.000. Questo equivarrà ad un costo di $1.700/kilowatt, che è circa la metà del costo di una normale turbina eolica di capacità equivalente, ed è comparabile al costo per kilowatt delle turbine eoliche di scala industriale la cui energia erogata viene misurata in Megawatt.

SkySails non è però la sola compagnia ad aver concepito un sistema basato su un semplice aquilone lanciato in aria. Kitepower, startup rivale olandese, ha concepito un modello di aquilone dal meccanismo simile, sebbene di minori dimensioni, che sarà anch’esso in vendita a partire dal 2020.

Un gruppo di ricercatori alla TU Delft (Università tecnica di Delft) ha infatti sviluppato un sistema a 100kw che possa sostituire i generatori diesel in aree isolate. Il modello di aquilone di Kitepower è silenzioso, facilmente installabile in un’ora e semplice da utilizzare dopo una formazione di sola mezza giornata. Questo modello utilizza il 90% in meno di materiale di una turbina eolica di capacità equivalente vantando però unefficienza doppia rispetto alla stessa e viene attivato con semplice tocco da tablet ed è dotato di un sistema di controllo a distanza. La visione di Kitepower è quella di un mondo dove chiunque possa permettersi ed avere accesso all’elettricità rinnovabile.

Altre aziende invece, traendo spunto dal funzionamento dei droni,  stanno lavorando ad aquiloni che, piuttosto di affidarsi alle correnti ventose a bassa quota per il loro lancio iniziale, siano in grado elevarsi autonomamente dal suolo in modo da ovviare all’eventuale carenza di vento.

Tra queste figura la compagnia svizzera TwingTec. Il suo prototipo di aquilone s’innalza in cielo come un drone, sollevato da propulsori elettrici posti alle estremità delle proprie ali la cui lunghezza complessiva raggiunge i 3 metri. L’aquilone rimane poi in aria fintanto che i suoi sensori non percepiscono che il vento si è affievolito, e in tal caso atterra allora automaticamente sulla piattaforma posta sopra ad un container. TwingTec sta attualmente sviluppando una versione di maggiori dimensioni, con un’apertura alare di 5.5 metri, che proprio questo mese ha cominciato a produrre e fornire energia per btw Energie, una società svizzera che fornisce servizi elettrici. La missione di TwingTec è quella di portare energia eolica nelle aree remote, spesso non allacciate alla rete elettrica, e di ridurre il consumo di diesel e più generalmente l’impatto ambientale.

Un ulteriore sistema a decollo automatico è quello progettato da Ampyx Power, un’altra azienda che viene dall’Olanda, un paese evidentemente ben avvezzo a sfruttare il vento come risorsa energetica. I suoi prototipi, anch’essi dall’apertura alare di 5.5 metri, sono sospinti nell’aria tramite un sistema a catapulta, sebbene anch’essi come i modelli di TwingTec, siano anche dotati di propulsori che permettono una discesa ed un atterraggio controllati, una volta che il periodo di servizio nel cielo sia terminato.

Le attuali versioni rappresentano però soltanto un primo passo. Infatti proprio in questi mesi Ampyx Power sta testando un modello a doppia fusoliera dall’apertura alare di ben 12 metri con l’obiettivo dichiarato di rendere operativo entro il 2024 il modello AP4 (dall’apertura alare di ben 36 metri) che avrà un’energia erogata di 2.36 Megawatt al costo di €2.4mln, cifra equivalente a quella di una pala di un parco eolico. Ampyx Power si propone di aiutare a soddisfare il fabbisogno energetico del futuro sviluppando le potenzialità dell’energia eolica così da accelerare la transizione energetica.

Generare elettricità al suolo non è però affatto l’unica opzione per gli AWES. Ad esempio Makani, azienda californiana con sede ad Alameda, fondata nel 2006 e dal febbraio scorso assorbita da Alphabet, la holding che controlla Google, e con la multinazionale petrolifera Royal Dutch Shell tra i suoi i investitori di minoranza, propone un approccio alternativo. I generatori di Makani vengono direttamente sollevati nel cielo tramite un velivolo senza pilota dall’apertura alare di 26 metri. Questo velivolo dispone di 8 rotori che agiscono da propulsori durante le fasi di decollo ed atterraggio. Tuttavia una volta raggiunta l’altitudine di operatività questi rotori si trasformano in mini-turbine. L’elettricità che generano (600kw a pieno regime) è inviata al suolo tramite una linea di alimentazione rivestita da un cavo lunga all’incirca mezzo chilometro. Il prototipo di Makani è stato già testato nelle Hawaii e il primo di una serie di test è stato effettuato con successo lo scorso agosto da una piattaforma petrolifera 10km a largo della costa norvegese.

Resta ancora da capire, come riporta il The Economist se i sistemi di generazione energetica che operano ad altitudini  elevate riusciranno ad essere competitivi con le attuali turbine. Il loro potenziale è tuttavia innegabile. Airborne Wind Europe, gruppo industriale con sede a Bruxelles, stima che a 500 metri di altezza il vento soffia ad un’intensità sufficiente a rendere questa forma di produzione di energia elettrica implementabile quasi ovunque in Europa. Al contrario a bassa quota, i venti più forti soffiano solitamente presso le zone costiere densamente popolate dove pertanto costruire dei parchi eolici risulta costoso e problematico mentre costruirne a largo delle coste ha fino ad oggi implicato un’eccessiva complicazione del processo di costruzione e manutenzione.

Ci sono però anche dei lati negativi. Infatti  il meccanismo funzionale di un aquilone che volteggia nel cielo è ben più complicato ed esposto a sollecitazioni di quello di una turbina eolica fissa a terra che gira regolarmente e fluidamente. Disegnare nel cielo figure di “8” tirando un filo nel bel mezzo di raffiche e tempeste richiede necessariamente una robustezza della struttura e una precisione nel controllo che vanno ben oltre a quelli richiesti nell’aeronautica convenzionale. E qualora, nonostante tutte le precauzioni, il filo si spezzasse, sarebbe imperativo disporre di misure d’emergenza per riportare a terra in sicurezza e il filo e l’aquilone al quale questo era connesso.

Inoltre, così come nel caso dei taxi volanti, le autorità preposte al controllo del traffico aereo avrebbero senz’alcun dubbio qualcosa da obiettare circa uno spazio aereo  improvvisamente gremito di flotte di giganteschi aquiloni.

Indipendentemente da tutte queste complicazioni, tuttavia generare energia a partire dal vento che soffia ad alta quota rimane un’idea intrigante. In un mondo sempre più sensibile alla causa ambientalista e con interi settori industriali organicamente mobilizzati alla ricerca di alternative concrete ai combustibili fossili, rimane quantomeno un’opzione promettente.

I prossimi anni ci diranno se questa promessa sarà realizzata o meno. Ad ogni modo, qualunque dovesse essere l’esito dell’ambizioso tentativo di generare energia eolica ad alta quota, sarà bene non aver lasciato spazio ad alcun rimorso nel malaugurato caso in cui saremo costretti sì a far volare un aquilone, ma nel senso inglese del termine.

Vota i nostri posts

1 Comment

Comments are closed.