I Sandia National Laboratories, in collaborazione con Wetzel Wind Energy Services e Stratasys Direct Inc., hanno sviluppato una punta di pala per turbine eoliche che promette di migliorare notevolmente l’efficienza della produzione di energia eolica. Questo innovativo design fa parte del progetto Additively Manufactured System Integrated Tip (AMSIT), che punta a integrare tecnologie avanzate nei componenti delle turbine eoliche, con l’obiettivo di ridurre i costi dell’elettricità prodotta.
Innovazione nella progettazione delle pale delle turbine
Il progetto AMSIT, finanziato dall’Advanced Materials and Manufacturing Technologies Office del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, affronta varie sfide legate alla produzione delle pale delle turbine, tra cui i processi manuali con materiali compositi, i problemi di controllo qualità, i danni da erosione e i costi elevati legati al trasporto di pale di grandi dimensioni.
La chiave dell’innovazione in questo progetto risiede nell’uso della stampa 3D per creare una punta di pala modulare. Brent Houchens, ricercatore principale del progetto, ha spiegato che “la stampa 3D offre un modo per affrontare questi problemi integrando tecnologie avanzate.” Il design include un’aletta per aumentare la portanza, una superficie testurizzata per ridurre la separazione del flusso e caratteristiche per migliorare la protezione dall’erosione e dai fulmini.
Questa punta di pala, progettata per una turbina da 200 kilowatt con pale da 13 metri, sostituisce circa il 15% della punta tradizionale. Il nuovo design migliora le prestazioni aerodinamiche grazie all’aletta controvento e alla superficie testurizzata, incorporando anche una protezione integrata contro l’erosione e i fulmini. Il design modulare permette una facile sostituzione delle punte danneggiate, riducendo potenzialmente i tempi di fermo e i costi di manutenzione.
Riduzione dei costi dell’energia eolica
Uno degli obiettivi principali del progetto AMSIT è ridurre il costo livellato dell’elettricità (LCOE) delle turbine eoliche. I primi modelli indicano che il nuovo design della punta potrebbe ridurre il LCOE del 3%-4% in media, senza compromettere la potenza nominale delle turbine. Questo risultato rende possibile testare le pale AMSIT su turbine esistenti.
L’integrazione della stampa 3D nella produzione delle pale apre nuove possibilità per esplorare geometrie complesse che sarebbero difficili da realizzare con metodi tradizionali. Con l’avanzare della tecnologia di stampa 3D, si prevede che il LCOE continui a diminuire per progetti come l’AMSIT.
Test e applicazioni pratiche
Per garantire la durabilità dei materiali stampati in 3D, i ricercatori hanno condotto test di laboratorio per simulare i fulmini sulle punte delle pale. Questi test, insieme all’uso della scansione laser per allineare con precisione le nuove punte con le pale esistenti, hanno preparato il terreno per ulteriori test sul campo presso la Sandia Scaled Wind Farm Technology a Lubbock, Texas.
Secondo Brent Houchens, il progetto AMSIT dimostra come la stampa 3D possa migliorare le prestazioni e ridurre i costi nell’energia eolica. Dopo il completamento del progetto, la radice e il moncone della pala modificati saranno disponibili per testare altri nuovi design di punta, aprendo la strada a future innovazioni nella tecnologia delle turbine eoliche.
