I ricercatori del National Renewable Energy Laboratory (NREL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) e dei Sandia National Laboratories stanno cercando modi per massimizzare i vantaggi dei rotori su larga scala e il loro potenziale per una maggiore generazione di energia. Il loro lavoro nell'ambito del progetto Big Adaptive Rotor (BAR) del DOE mira a creare la prossima generazione di turbine eoliche terrestri con rotori da 206 metri, che aumenterà i fattori di capacità del 10 percento o più rispetto a una tipica turbina terrestre.

Per mettere questo in prospettiva, un rotore di quella grandezza misurerebbe più di 225 iarde, o circa la lunghezza di due campi da calcio. Ma perché è importante il sovradimensionamento dei rotori delle turbine?

Gli ultimi decenni hanno visto riduzioni sostanziali del costo dell'energia eolica in gran parte a causa dell'aumento delle dimensioni del rotore. L'aumento delle dimensioni del rotore sulla stessa potenza della macchina porta a turbine a bassa potenza specifica che possono ridurre il costo dell'energia eolica creando un'area spazzata più ampia che aiuta gli impianti eolici a catturare l'energia eolica in modo più coerente, così come accedere a velocità del vento più elevate ad altezze elevate. Ma la lunghezza e il peso di queste lame creano la scienza, ingegneria, logistico, e le sfide di produzione che attualmente impediscono di ridimensionare le turbine fino a dimensioni che si avverano secondo l'adagio, più grande è meglio.

"L'obiettivo generale di BAR è quello di consentire su larga scala, turbine a bassa potenza specifica per applicazioni terrestri, "ha detto Nick Johnson, un ingegnere di ricerca NREL e ricercatore principale del progetto BAR. "Per far sì che ciò accada, dobbiamo superare la manifattura, trasporto, e sfide logistiche con nuove soluzioni. Un'area in cui possiamo aiutare ad abilitare questa tecnologia è risolvere le difficoltà scientifiche e ingegneristiche relative alla progettazione e al funzionamento di grandi lame snelle e flessibili sfide legate alla dinamica delle lame, modellazione, materiali, Caricamento in corso, e controlli».

Questi ostacoli scientifici e ingegneristici sono al centro di un recente studio NREL e Sandia. I ricercatori BAR forniscono valutazioni di analisi qualitativa dei concetti di rotore in base a metriche di prestazione e alle sfide scientifiche e ingegneristiche relative a ciascun concetto.

Per esempio, strategie di riduzione del peso possono ridurre sia la fatica che il carico estremo sulle pale delle turbine che si traducono in maggiori carichi delle pale e costi di manutenzione. Concetti come i controlli aerodinamici distribuiti consentono la riduzione del peso riducendo i carichi massimi e di fatica su più a lungo, lame più flessibili, ma introdurre controlli, produzione, e problemi di affidabilità. L'analisi dettagliata dei vantaggi e degli svantaggi aiuta i ricercatori a comprendere questi compromessi e a identificare dove esistono punti di pareggio per le diverse tecnologie.

Per aiutare a chiarire e articolare meglio gli ostacoli scientifici e ingegneristici che devono affrontare potenziali concetti di turbina, i ricercatori stanno utilizzando i modelli di progettazione delle turbine di NREL OpenFAST e il modello WISDEM (Wind-Plant-Integrated System Design and Engineering) per modellare le prestazioni delle turbine e le interazioni a livello di sistema delle turbine.

Poiché i proprietari-operatori degli impianti eolici cercano maggiori entrate da una migliore riduzione della potenza, le macchine a bassa potenza specifica continueranno a crescere in popolarità grazie alla loro capacità di produrre più elettricità in più ore e saranno disponibili quando l'energia è più necessaria. Attraverso l'illuminazione delle sfide scientifiche e ingegneristiche sottostanti per i rotori delle turbine più grandi, I ricercatori BAR contribuiscono a rendere possibili oggi le gigantesche turbine eoliche terrestri di domani.