Le pale flessibili in gomma mostrano promettenti potenzialità nell'ambito dell'energia mareomotrice. / Flexing rubber blades show tidal power promise

Le pale flessibili in gomma mostrano promettenti potenzialità nell'ambito dell'energia mareomotrice. / Flexing rubber blades show tidal power promise

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Gli ingegneri dell'Università di Edimburgo e della Michelin hanno dimostrato come le turbine mareomotrici con pale flessibili in gomma potrebbero portare ad un'energia mareomotrice più economica.

Le potenti forze delle correnti di marea hanno un enorme potenziale energetico, ma sottopongono le turbine utilizzate per sfruttarle a sollecitazioni ingenti. Per contrastare la forza delle correnti più intense, molti sistemi di energia mareomotrice utilizzano il controllo del passo delle pale, che le orienta in direzione opposta al flusso dell'acqua. Tuttavia, il controllo del passo si basa su sensori, motori e cuscinetti che aumentano significativamente i costi e la complessità dei sistemi di energia mareomotrice. 

Realizzate in  gomma flessibile con un'anima interna rigida in acciaio che corre dalla radice alla punta, le nuove pale eliminano la necessità di controllare il passo. All'aumentare della forza della corrente, il bordo d'uscita della pala si flette e si appiattisce, scaricando automaticamente il carico in eccesso senza bisogno di cerniere, cuscinetti od attuatori. Lo studio, pubblicato su Nature, ha rilevato che le pale flessibili riducono fino al 29% le rapide fluttuazioni di carico che causano danni da fatica.

"L'idea è semplice: lasciare che le pale si adattino al flusso, invece di affidarsi a complessi sistemi meccanici per resistere alle forti correnti oceaniche", ha affermato il dottor Zhehong Zhang, della Facoltà di Ingegneria di Edimburgo.

"La nostra ricerca dimostra che le pale flessibili possono ridurre i carichi dannosi senza compromettere la cattura di energia, rendendo possibile sfruttare le potenti e turbolente correnti di marea che attualmente sono troppo difficili da sfruttare."

I ricercatori hanno testato un modello di turbina da 1,26 m presso il FloWave Ocean Energy Research Facility di Edimburgo, una vasca circolare di 25 m che simula le forze di energia delle maree. Combinando le loro misurazioni con le simulazioni di un ciclo di marea completo, hanno scoperto che la turbina con pale in gomma produceva la stessa quantità di energia di una turbina convenzionale con controllo attivo del passo delle pale nelle stesse condizioni. 

Ulteriori simulazioni di una turbina da 20 metri suggeriscono che le pale potrebbero essere altrettanto efficaci su scala commerciale, con i primi calcoli che indicano che pale in gomma a grandezza naturale potrebbero potenzialmente superare la durata di servizio di 20 anni prevista per le turbine attuali. Se validato con successo su scala maggiore, il progetto potrebbe consentire la costruzione di pale e strutture di supporto più leggere, generatori più potenti ed una manutenzione più economica, il che ridurrebbe il costo dell'elettricità mareomotrice. 

"L'energia mareomotrice è una delle risorse rinnovabili più prevedibili che abbiamo, ma il mare è così implacabile che le turbine hanno bisogno di macchinari complessi solo per sopravvivere alle sue intemperie", ha affermato il professor Ignazio Maria Viola dell'Università di Edimburgo.

“Le nostre pale svolgono questo compito autonomamente. Semplicemente flettendosi, alleggeriscono il carico in eccesso e smorzano le fluttuazioni dannose, producendo al contempo la stessa quantità di energia. Eliminare le parti costose e soggette a guasti potrebbe contribuire a rendere l'energia mareomotrice un pilastro economicamente competitivo di un sistema energetico sicuro a zero emissioni nette.”

ENGLISH

Engineers from Edinburgh University and Michelin have shown how tidal turbines with flexible rubber blades could lead to cheaper tidal energy.

The powerful forces of tidal streams have huge energy potential, but place enormous stress on the turbine machinery used to harness it. To avoid the forces of the strongest currents, many tidal energy systems use pitch control to turn blades away from the flow of water. However, pitch control relies on sensors, motors and bearings that add significant cost and complexity to tidal energy systems. 

Made from flexible rubber with a stiff internal steel spar running from root to tip, the new blades negate the need for pitch control. As currents get stronger, the trailing edge of the blade bends and flattens, automatically shedding excess load without the need for hinges, bearings or actuators. Published in Nature, the study found that the flexible blades reduced the rapid load fluctuations that drive fatigue damage by as much as 29 per cent.

“The idea is simple: let the blades adapt to the flow, rather than relying on complex mechanical systems to withstand harsh ocean currents,” said Dr Zhehong Zhang, from Edinburgh’s School of Engineering.

“Our research shows that flexible blades can reduce damaging loads without compromising energy capture, making it possible to harness powerful, turbulent tidal currents that are currently too challenging to exploit.”

The researchers tested a 1.26m model turbine at Edinburgh’s FloWave Ocean Energy Research Facility, a 25m circular tank that simulates tidal energy forces. Combining their measurements with simulations of a full tidal cycle, they found that the rubber-bladed turbine produced the same amount of energy as a conventional turbine with active pitch control under the same conditions. 

Further simulations of a 20m turbine suggest that the blades could be similarly effective at commercial scale, with early calculations indicating that full-size rubber blades could potentially exceed the 20-year service life expected of current turbines. If successfully validated at larger scale, the design could enable the construction of lighter blades and support structures, more powerful generators and cheaper maintenance, all of which would reduce the cost of tidal electricity. 

“Tidal energy is one of the most predictable renewable resources we have, but the sea is so unforgiving that turbines have needed complex machinery just to survive it,” said Edinburgh’s Professor Ignazio Maria Viola.

“Our blades do that job on their own. By simply bending, they shed excess load and smooth out damaging fluctuations, while producing just as much energy. Removing parts that are expensive and prone to failure could help make tidal power a cost-competitive pillar of a secure, net zero energy system.”

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/flexing-rubber-blades-show-tidal-power-promise?rcip=giuseppecotellessa%40libero.it&utm_campaign=Daily%20Bulletin%20-121126%20-%20Thursday&utm_content=&utm_term=https%3A%2F%2Fwww.theengineer.co.uk%2Fcontent%2Fnews%2Fflexing-rubber-blades-show-tidal-power-promise&utm_medium=email&utm_source=The%20Engineer