Sviluppo di una innovativa turbina eolica urbana

Il mercato energetico negli ultimi anni è stato caratterizzato dallo sviluppo di diverse tecnologie definite “rinnovabili” che permettono di ottenere energia in modo pulito e inesauribile sfruttando le diverse risorse presenti sulla terra: eolica, solare, idroelettrica e geotermica. Parallelamente allo sviluppo di grandi centrali si sono sviluppate tecnologie per la realizzazione di piccoli impianti domestici in grado di rendere energeticamente autonome le abitazioni; tra queste tecnologie quella sicuramente più diffusa sono i pannelli fotovoltaici grazie anche ai forti incentivi che questi hanno ricevuto negli ultimi anni. Tuttavia questa tecnologia non è la più efficiente se non c’è abbastanza insolazione come nel nord dell’Europa o se non c’è uno spazio sufficiente e ben orientato per istallarli. Se ci si trova in queste condizioni e, allo stesso tempo, la zona d’istallazione è abbastanza ventosa (vento medio pari almeno a 5 m/s) la soluzione migliore è istallare una mini turbina eolica. Le mini turbine eoliche presenti in commercio si dividono in turbine ad asse verticale e ad asse orizzontale; le prime si dividono poi in turbine a resistenza o Savonius e turbine a portanza o Darrieus. Le turbine ad asse orizzontale sebbene siano la tipologia più comprovata non lavorano bene in zone caratterizzate da elevata turbolenza e frequenti cambi di direzione come avviene di solito vicino alle case o comunque ad altezze dal suolo minori di 25 m. Le turbine di tipo Savonius sono indipendenti dalla direzione del vento, poco sensibili alle turbolenze e riescono a lavorare anche con basse velocità del vento ma sono poco efficienti per la produzione di energia elettrica. Anche turbine di tipo Darrieus sono indipendenti dalla direzione del vento e poco sensibili alle turbolenze ma anche se sono caratterizzate 6 da elevati rendimenti, non riescono ad avviarsi se la velocità del vento è bassa. Il lavoro svolto in questi anni e raccolto in questa tesi è stato volto quindi alla ricerca di soluzioni innovative che potessero superare le problematiche delle turbine sopradescritte col fine di creare una nuova macchina in grado di lavorare bene nelle condizioni tipiche delle zone urbane e suburbane così da diventare un’alternativa sempre più valida ai panelli fotovoltaici. La prima parte del lavoro è stata quella di generazione concettuale: in questa fase sono state sviluppate diverse configurazioni fino a quando non è stata sviluppata la turbina a geometria variabile con i flap di avviamento, ritenuta un'ottima soluzione al problema. Terminato lo sviluppo concettuale, si è passati all’ottimizzazione fluidodinamica attraverso analisi CFD 2D e 3D transienti che hanno permesso la scelta di un profilo più performante rispetto a quello usato in una turbina commerciale. A partire dai dati delle analisi CFD è stata fatta la verifica strutturale dei vari componenti attraverso simulazioni FEM verificate poi con calcoli strutturali classici. Infine si è realizzato il prototipo della turbina che è tuttora in fase di test presso una galleria del vento realizzata in partnership con un’azienda di Termini Imerese.