Stato dell'arte, innovazioni e brevetti Sinersys

1. STATO DELL'ARTE

Gli attuali generatori eolici, anche quelli di tecnologia più avanzata, che di fatto monopolizzano il mercato di settore, utilizzano direttamente il campo eolico, raccogliendo l'energia della corrente rettilinea del vento mediante un rotore a pale: in altri termini sono basati sui due parametri fondamentali di quest'ultimo, cioè, con riferimento ad un aeriforme di densità ρ, la pressione dinamica unitaria, data dalla relazione ½ ρ V², e velocità del flusso V.

In questo caso la potenza teorica disponibile sulla superficie esposta A, è

• P = ½ ρ A V³

Da questa relazione si evince che, per incrementare la potenza raccolta, l'unico parametro su cui si agisce, nella tecnologia attuale, è l'area spazzata dal rotore dell'aerogeneratore, in quanto gli altri due parametri del "Campo Eolico naturale",  ρ e V rappresentano due grandezze sulle quali non è possibile operare.

Per aumentare la potenza degli attuali generatori si incrementa quindi la superficie A, ovvero il diametro del rotore, il quale raggiunge già ora dimensioni di 100 m, con la prospettiva, in un prossimo futuro nemmeno troppo lontano, di 150 - 200 m. Tutto ciò con i correlati problemi sia di tipo tecnologico, di sicurezza, di manutenzione e, conseguentemente, economico, sia di impatto ambientale, visivo ed acustico.

2. L'INNOVAZIONE A BASE DELLA PROPOSTA

Onde conseguire potenze specifiche più elevate è necessario poter operare non solo sulla superficie del rotore ma anche sulla Velocità della Corrente fluida che lo attraversa.

Per conseguire tale importante obiettivo, occorre coadiuvare il "Campo Eolico naturale", affiancando ad esso, sinergicamente, un "Campo Eolico Artificiale". Tale ultimo campo può essere generato all'interno di una idonea struttura multiconnessa, costituita da un insieme articolato di tubi di flusso, mediante la quale si utilizza il Campo Eolico naturale per eccitare una serie di effetti concatenati all'interno della struttura medesima, correlati a ben note leggi dell'aerodinamica (Biot-Savart, Bernoulli, Prandtl). In altre parole, il Campo Eolico naturale è utilizzato come parte essenziale per avere la "materia prima", cioè la massa di aria; infatti, all'interno della struttura viene generato, attraverso l'interposizione di un conveniente tubo di flusso convergente, un campo di velocità correlato alle leggi aerodinamiche di Biot-Savart ed utile per eccitare gli effetti del moto di "sorgente", con conseguente consistente incremento della massa d'aria disponibile al generatore.

Al contrario, la velocità del campo eolico esterno, che nelle soluzioni tecnologiche dell'attuale Stato dell'Arte assume la funzione prevalente in termini di prestazioni energetiche e che condiziona la scelta tecnica della struttura meccanica, la localizzazione del sito dove erigere l'impianto eolico ed, in definitiva, l'economia della realizzazione ed il risultato del bilancio costi-benefici, non ha più, con la soluzione qui proposta, la stessa vitale importanza.

Infatti, con la soluzione qui proposta, la velocità del Campo Esterno può assumere valori anche molto ridotti (3-4 m/s) e ciò amplia considerevolmente l'areale dei siti eolici.

Una possibile configurazione della struttura multiconnessa in grado di realizzare i fenomeni di cui sopra è quella rappresentata, schematicamente, nel disegno allegato, ove è possibile individuare tre tubi di flusso fondamentali.

1. Il condotto interno, interessato dal flusso d'aria del campo eolico naturale esterno
2. il condotto periferico costituito da un tubo di flusso convergente, anch'esso interessato dal flusso d'aria del campo eolico naturale esterno, all'interno del quale si genera un moto vorticoso
3. il condotto intermedio di sorgente che è interessato dal Campo Eolico artificiale generato per effetto dei fenomeni aerodinamici descritti in precedenza.

Come meglio descritto nel seguito, la presenza contemporanea dei tre tubi di flusso determina una forte energizzazione del campo eolico interno.

Detta energizzazione può anche essere ottenuta mediante altre forme strutturali, che può essere poi sfruttata anche ricorrendo dispositivi eolici di trasformazione dell'energia diversi dal classico rotore ad elica. Per esempio un dispositivo ruotante avente su di esso calettata una serie di profili alari verticali investiti dalla veloce corrente di "campo energizzato" che si è generata.

Inoltre, il nostro centro ricerca ha studiato, sperimentato e brevettato, un generatore eolico ad asse orizzontale nel quale, anziché il moto di sorgente, utilizza il moto di "pozzo" nel quale le correnti ventose convergono dall'atmosfera da successivi aperture anulari verso una corrente centrale proveniente da una presa dinamica affacciata al vento.

Questo apparecchio produce una corrente fortemente energetica, talché un generatore eolico di piccolissima taglia può divenire, in zone a bassa ventosità (4-5 m/s) un apparecchio (o un "elettrodomestico) di bassissimo costo, di dimensioni e peso molto ridotti, per rendere, al limite, autosufficiente una famiglia o un condominio, posizionando l'apparecchio sulla terrazza o sul coperto dello stabile.

In alternativa si potrebbe pure ricorrere alla cosiddetta generazione EFD (electrofluid dynamic generation), che è un sistema che converte direttamente l'energia fluidodinamica in energia elettrica, senza passare attraverso l'intermedia trasformazione in energia meccanica (che sfruttano le leggi di Prandtl e Kutta - Joukoski). Secondo questa innovativa, ma non ancora sperimentata soluzione, una corrente di aria ad alta velocità può efficientemente generare una corrente continua.