La stragrande maggioranza delle turbine eoliche attualmente in fase di installazione hanno tre pale. Perché non quattro? O due? O molto di più per catturare più vento possibile?
La risposta rapida è che una turbina eolica a due pale è già grande per una grande efficienza. Con due lame è necessario molto meno materiale, costruzione e costi di manutenzione. Una terza o quarta pala del rotore rende la turbina eolica marginalmente più efficiente, mentre i costi di costruzione e materiale aumentano considerevolmente. Le quattro pale dei nostri mulini a vento storici erano più di una scelta pratica.
Le quattro pale dei nostri storici mulini a vento erano più di una scelta pratica.
Legge di Betz
Albert Betz formulò la legge nel 1919 secondo cui un rotore ideale può estrarre al massimo il 59% dell’energia dal vento. Se si ottiene più energia dal vento, il vento rallenta ulteriormente, che riduce la fornitura di vento alla turbina. Un rotore ideale ha pale di turbina infinitamente strette, ma secondo un documento che Siemens ha redatto nel 2007 in cui affrontano la nostra domanda, si afferma che le moderne turbine eoliche a tre pale arrivano all ‘ 80% del limite Betz grazie a un design intelligente delle pale e una velocità di rotazione ben scelta; una turbina a due pale raggiungerebbe il 5% in meno di efficienza, ma avrà un maggiore ritorno sull’investimento a causa dei costi inferiori.
Le turbine eoliche a due pale offrono una serie di vantaggi distinti rispetto alle turbine eoliche a tre pale.
Il principale vantaggio di avere un numero ridotto di pale (e azionamenti a passo) è il peso del rotore (e quindi il materiale) circa il 30% in meno rispetto a un rotore a tre pale comparabile (Aerodyne engineering GmbH, 2014). Inoltre, poiché i rotori a due pale funzionano ad una velocità di rotazione più elevata, la coppia sull’albero è inferiore e più di conseguenza il rotore e la navicella (che ospita ad esempio il generatore e la trasmissione) sono più leggeri. Un’altra comodità di un rotore con meno di tre lame è che possono essere girati orizzontalmente durante le tempeste in modo che siano meno probabilità di essere colpiti da un fulmine.
I rotori a due pale sono circa il 30% meno pesanti di un rotore a tre pale comparabile
Un altro vantaggio può essere trovato durante il trasporto e la costruzione: un rotore a due pale può essere trasportato completamente preassemblato e pretestato sul ponte di una nave al sito del parco eolico (De Vries, 2011). Infine, i carichi estremi possono essere notevolmente ridotti utilizzando il parcheggio orizzontale del rotore (Aerodyne engineering GmbH, 2014). A causa della riduzione dei carichi estremi, la torre e la fondazione possono essere progettati più leggeri.
Questione di gusti
Roberto Delgado, principal engineer di 2-B Energy: “è una questione di gusti scegliere tra due o tre pale eoliche”. Alcuni preferiscono solo modelli a tre pale perché dicono che sono più estetici. Delgado vuole dare nuova vita alle turbine eoliche a due pale. Una turbina eolica a due pale da 6 MW 2-B Energy è stata installata a Eemshaven per sei anni. Attraverso il controllo del passo individuale (IPC), controllando in modo indipendente il passo di ciascuna lama della turbina, questa turbina eolica può portare via gran parte del carico dinamico. Scopri come funziona la nostra tecnica di pitchinghttps://windenergysolutions.nl/technology/
Resilienza alle tempeste
Uno svantaggio importante nelle aree con il vento buono più costante è che possono trasformarsi periodicamente in forti tempeste e uragani. La maggior parte delle turbine eoliche non può sopportare le alte velocità del vento che queste condizioni meteorologiche comportano. le turbine eoliche a 2 pale possono essere facilmente abbattute rapidamente con una gru invece delle due gru, la maggior parte delle turbine a pale richiede.
La nostra gru di sollevamento a bordo può ridurre notevolmente i costi di manutenzione delle installazioni di energia eolica a due pale.
Tutta la nostra gamma di turbine eoliche può essere equipaggiata con una gru di sollevamento a bordo che può essere facilmente azionata per garantire l’intera installazione tecnica della turbina, senza gru esterna in poche ore. In questo modo, non devono essere sostenuti costi elevati per la fornitura e l’utilizzo di qualsiasi installazione di gru mobili.
Un secondo vantaggio di questa costruzione dell’elevatore incorporato è che le ispezioni sul rotore e la manutenzione importante possono anche essere effettuate senza attrezzatura da fonti esterne. Oltre ai vantaggi dell’installazione rispetto alle turbine eoliche a tre pale, ciò riduce notevolmente i costi di manutenzione degli impianti eolici a due pale.
Scopri la nostra animazione della in-board-sollevamento-gru in azione.
Previsioni
Delgado prevede turbine di 10, 12 o più megawatt stanno tornando al design a due pale. Il carico dinamico può sempre essere controllato meglio con una buona sterzata. Secondo Delgado, un design a due pale per una turbina eolica nell’anno 2019 ha un’efficienza inferiore del 3% rispetto alla sua controparte a tre foglie con lo stesso diametro. È quindi possibile ottenere elettricità extra dalle pale delle turbine più lunghe, mentre è ancora possibile continuare a beneficiare di costi di costruzione, materiali e manutenzione inferiori.
Un certo numero di aziende ha iniziato a sviluppare e costruire grandi turbine eoliche a due pale (Schorbach e Dalhoff, 2012; Clover e Snieckus, 2014). Questo rinnovato interesse per le turbine eoliche a due pale è principalmente motivato dalla maggiore attenzione all’energia eolica offshore. Il costo della riduzione energetica del 10-12% è indicato e in Clover e Snieckus (2014) una riduzione del 20%, sulla carta, è menzionata per le turbine eoliche a due pale. Il costo potenziale di riduzione dell’energia fa sì che le turbine a due pale siano un’opportunità interessante che i produttori stanno attivamente esplorando.