80% in più di potenziale energetico eolico negli Stati Uniti in questo decennio grazie all’innovazione tecnologica

Sebbene gli Stati Uniti dispongano di eccellenti risorse eoliche su gran parte del paese, alcune località sono meno ventose e, di conseguenza, non hanno visto un grande sviluppo dell’energia eolica. Sfruttare l’energia eolica in modo economicamente vantaggioso è da tempo una sfida in queste aree. Ma le nuove tecnologie potrebbero consentire di catturare con profitto i venti che soffiano più in alto sopra il suolo in gran parte degli Stati Uniti.

L’altezza delle torri (o hub) delle turbine eoliche è aumentata (da 30 metri [m] a 90 m) e diametro del rotore (da 30 ma 125 m) dagli anni ’90 agli anni ’20, con una capacità di potenza in crescita da 0,2 megawatt (MW) a 3 MW. Innovazioni quasi commerciali possono produrre turbine con altezze della punta superiori alla cima del Monumento a Washington (169 m di altezza) quando un rotore con un diametro di 150 m è collegato a una torre di 160 m. Grafica di Josh Bauer, NREL.

In un recente studio del National Renewable Energy Laboratory (NREL), i ricercatori hanno scoperto che le innovazioni tecnologiche che si stanno facendo strada nei mercati commerciali oggi e nei prossimi anni potrebbero sbloccare l’80% in più di capacità di energia eolica economicamente sostenibile negli Stati Uniti contigui. Ciò potrebbe fare molto per aiutare la nazione a raggiungere i suoi obiettivi di energia pulita.

Una parte significativa di questa potenziale energia eolica si verifica in regioni degli Stati Uniti in cui l’implementazione di parchi eolici è scarsa o assente: il sud-est, la costa del Golfo e parti della costa orientale. Queste aree sono vicine ai centri di domanda elettrica, riducendo potenzialmente la necessità di nuove trasmissioni per distribuire l’energia eolica nella scala necessaria per raggiungere gli obiettivi di energia rinnovabile.

“Questi risultati mostrano un’opportunità inaspettata di utilizzare l’energia eolica in modo più estensivo nelle regioni in cui esistono già infrastrutture di trasmissione o dove la trasmissione incrementale potrebbe essere costruita in modo relativamente conveniente”, ha affermato Owen Roberts, analista del NREL e membro dello studio, finanziato dal Fondo. Ufficio per le tecnologie per l’energia eolica del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.

L’espansione dell’energia eolica in quelle regioni potrebbe offrire ulteriori vantaggi.

“L’implementazione dell’energia eolica in queste regioni ridurrebbe la necessità per i governi e i servizi pubblici di importare energia da aree lontane per soddisfare la domanda locale e consentirebbe posti di lavoro locali e crescita economica locale attraverso locazioni di terreni e entrate fiscali”, ha affermato Roberts.

Un recente studio NREL ha rivelato che le innovazioni tecnologiche potrebbero sbloccare un ulteriore 80% di capacità di energia eolica economicamente sostenibile già entro il 2025. Le innovazioni nella tecnologia eolica, come la produzione in loco, torri più alte, pale più lunghe e gestione della scia, potrebbero consentire al vento centrali elettriche (cerchi gialli sulle mappe) da installare in nuove aree degli Stati Uniti (regioni ombreggiate nella seconda mappa) rispetto alle aree praticabili con la tecnologia attuale (regioni ombreggiate nella prima mappa). Grafico di Travis Williams, NREL, utilizzando il database delle turbine eoliche statunitensi dell’US Geological Survey.

I progressi tecnologici lo rendono possibile

Le innovazioni tecnologiche per l’energia eolica studiate dal NREL possono ridurre il costo dell’energia in quasi tutte le località degli Stati Uniti contigui e consentire un crescente accesso all’energia eolica pulita.

Queste innovazioni includono:

• Lame più lunghe. Le pale significativamente più lunghe aumentano la cattura di energia per turbina. Le innovazioni apportate alle pale, come la loro segmentazione, possono semplificarne il trasporto, riducendo i costi di installazione delle turbine.
• Torri più alte. Venti più forti esistono ad altezze del mozzo più elevate, oltre la portata delle tipiche turbine odierne. Un aumento medio di altezza di 17 metri fornisce lo spazio aggiuntivo necessario affinché le pale più lunghe possano raggiungere i venti ad alta quota.
• Turbine eoliche a bassa potenza specifica. Queste turbine hanno una dimensione del rotore maggiore rispetto alla dimensione del generatore. Poiché i rotori più grandi catturano più vento, trasferiscono più energia al generatore e aumentano la disponibilità di energia eolica.
• Produzione avanzata di torri. Nuove tecniche di produzione, come la saldatura a spirale e la stampa 3D, consentono la creazione in loco di torri di turbine eoliche, riducendo i costi ed evitando vincoli di trasporto.
• Gru rampicanti. Con l’aumento dell’altezza delle turbine eoliche, le gru che consentono un’installazione più efficiente delle turbine e la sostituzione di componenti importanti (compresi riduttori, generatori e pale) potrebbero ridurre i costi rispetto alle gru convenzionali (come le gru cingolate o mobili). Ciò è dovuto ai costi più elevati di noleggio, nonché di smontaggio, rimontaggio e spostamento delle gru convenzionali tra i siti delle turbine.
• Sterzo con scia. Utilizzando i controlli che inclinano o girano la direzione rivolta a una turbina eolica e modificano la velocità del generatore, gli operatori dell’impianto possono reindirizzare (o guidare) le singole turbine per evitare impatti sulle turbine a valle. Ciò può consentire agli impianti esistenti di ottenere guadagni annuali nella produzione di energia dell’1%–2%.

“Piuttosto che continuare semplicemente a costruire turbine eoliche nelle regioni già sviluppate del paese, questo studio mostra che possiamo espandere l’energia eolica in aree del paese dove storicamente non l’abbiamo vista”, ha affermato il ricercatore NREL Travis Williams, che ha partecipato nello studio. “Le innovazioni, in particolare quelle a bassa potenza specifica e le torri più alte, combinate con modeste riduzioni dei costi, potrebbero aumentare notevolmente il potenziale dell’energia eolica negli Stati Uniti”.

È ancora necessario lavorare per catturare questo potenziale

I risultati dello studio, pubblicati in una relazione tecnica dal titolo Esplorare l’impatto delle innovazioni a breve termine sul potenziale tecnico dell’energia eolica terrestre, rivelano un’opportunità per gli Stati Uniti di utilizzare l’energia eolica in modo più estensivo nel raggiungere gli obiettivi di energia rinnovabile. Per realizzare il pieno potenziale di questi progressi tecnologici, resta ancora molto lavoro.

Ad esempio, i politici possono svolgere un ruolo fondamentale nel ridurre altri ostacoli, come aumentare la conoscenza o l’esperienza del pubblico sull’energia eolica, l’esperienza dei servizi pubblici con l’integrazione dell’energia eolica (che potrebbe non essere una fornitura costante), le capacità della forza lavoro e l’esperienza degli sviluppatori nelle regioni. con i nuovi mercati dell’energia eolica.

“Stiamo parlando di portare una nuova industria e una nuova tecnologia in parti degli Stati Uniti che difficilmente hanno visto l’energia eolica”, ha detto Roberts. “Più possiamo dimostrare che c’è del potenziale, più le persone capiranno l’opportunità di creare più percorsi per raggiungere i nostri obiettivi energetici nazionali”.

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Articolo per gentile concessione di NREL.