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agosto 16, 2010

Kite Wind Generator impianto eolico d'alta quota.

Nell'immagine a fianco si vede la grandezza del carosello rispetto agli alberi sottostanti.

Dalle estremità delle braccia partono delle funi molto resistenti (ad alto modulo) che collegano il carosello con dei kite, ovvero degli aquiloni manovrabili che permettono di andare sia nella direzione del vento che contro vento come fanno le barche a vela.

Il kite wind generator o kitegen è un impianto eolico d'alta quota, oltre i 500 metri di altezza. Si tratta di un aerogeneratore ad asse verticale che usa dei kite ovvero dei profili alari rigidi cioè degli aquiloni per fare muovere una giostra molto grande, si pensa di realizzarla col raggio di 500 metri.


Ogni kite di potenza cioè ogni profilo alare rigido è manovrato da una coppia di funi tramite un programma che risiede su un computer. Nella foto a fianco si vedono tre kite con due funi che ne controllano il movimento.

Nella foto marina si vede un kitesurfer che sta andando di bolina o al traverso cioè sta andando "controvento". Il kitegen sfrutta le stesse capacità delle barche o dei kitesurfisti di andare in tutte le direzioni tramite il vento.

Il software comanda i profili alari a compiere un movimento circolare che in tal modo fanno girare il carosello tramite la forza del vento. Il carosello, tramite un generatore di elettricità, produce molti megawatt di potenza paragonabile a quella prodotta da una media centrale nucleare o anche superiore.

kitesurf © www.kite.com.br A 500 metri di altitudine viaggiano venti molto costanti e molto più forti che a livello del suolo che permettono di generare potenze elettriche impensabili per i normali aerogeneratori eolici.

Il KiteGen può essere installato ovunque anche se la meteorologia e la scelta del sito sono senza dubbio parametri da tenere in massima considerazione e un sito ventoso è naturalmente più congeniale. In particolare, il cielo italiano è attraversato da uno stream geostrofico (nastro di vento) di alta quota che fa dell’Italia una regione particolarmente adatta all’istallazione del KiteGen.

Uno dei vantaggi di questo generatore risiede nell'andare a sfruttare il vento a quote alle quali soffia teso e costante. Per fare un esempio, ad un vento che soffi a terra alla velocità media europea, pari a 3 m/s, corrisponde una velocità del vento di 9 m/s a mille metri di altezza, teso, costante e immune da turbolenze significative.

Le potenze in gioco sono della seguente rilevanza in base al diametro del carosello:

Diametro 100 m equivale ad un generatore da 0.5 MW
Diametro 200 m equivale ad un generatore da 5 MW
Diametro 300 m equivale ad un generatore da 18 MW
Diametro 1'000 m equivale ad un generatore da 500 MW
Diametro 1'260 m equivale ad un generatore da 1000 MW
Si noti la dipendenza cubica tra il diametro del carosello e la potenza generata. Tra 100 metri e 1000 metri di diametro della giostra vi è un rapporto pari a dieci mentre tra 0.5 megawat e 500 megawatt c'è un rapporto pari a mille: appunto, è una relazione cubica.

Le ore di vento all'anno sono molto alte e si stimano in 7000-8000 contro le 1700 degli impianti eolici italiani. Si tratta quindi di una fonte energetica non intermittente bensì costante. Così si può paragonare direttamente il kitegen con una media centrale nucleare arrivando a dire che è sufficiente un carosello da 1260 metri di diametro per avere la stessa energia.

Massimo Ippolito della Sequoia automation di Chieri (TO) porta avanti il progetto ed è in piena fase di sperimentazione pratica del kitegen. Ha ricevuto 15 milioni di euro dallo Stato, con varie tipologie di finanziamento, per sperimentare il progetto e attualmente ci sono 10 persone che lavorano a tempo pieno per risolvere i problemi tecnologici che si pongono.

Con fondi propri e sponsorizzazioni ha iniziato la sperimentazione di un kite controllato da un software e montato su un camion. Il suo nome è Mobilegen e avrà una potenza di 20-50 Kw. Con tale dispositivo è sufficiente correre con il camion perché sul kite impatti il vento alla velocità desiderata.

Mibile genNel mese di settembre 2006 è stata presentato il prototipo mibilegen che ha una potenza di punta di 40 Kw, si tratta di un generatore eolico mobile adatto a località ventose e che oltre a generare energia la accumula mediante batterie.

A fianco si vede il camion in cui è installata l'attrezzatura per convertire l'energia del vento in elettricità e che comanda tramite due funi il kite di potenza che si vede nello sfondo della foto. Le funi servono sia per trasmettere il moto del profilo alare che per controllarne il movimento.

Un pdf spiega il funzionamento del mobilegen che si basa semplicemente nello sfruttare la forza trainante del vento e nella capacità dei kite di portarsi in posizione di stallo. Il documento chiarisce con disegni ogni dubbio e nel dettaglio il funzionamento di questa macchina eolica mobile.

L'ing Massimo Ippolito afferma: « Questo primo prototipo ha lo scopo di affrontare e superare le problematiche di controllo automatico del volo di un profilo alare di potenza e di determinare il profilo aerodinamico più vantaggioso per l’impiego previsto. In questo ambito sono stati selezionati e prescelti i sensori che equipaggeranno il profilo alare e sono state sperimentate e selezionate le tecniche di trasmissione real-time bordo/terra. Sono stati inoltre progettati, realizzati e simulati gli algoritmi di controllo, destinati, sulla base dei dati ricevuti dai sensori di bordo, a comandare gli argani che controllano la tensione dei cavi di comando e la loro lunghezza.».

Un filmato di ampie dimensioni (9.6 MByte) di tipo QuickTime, mostra la sperimentazione del MobileGen.

Con i primi 4 milioni di euro partirà la sperimentazione di un kitegen da 1 megawatt, di seguito partirà la progettazione di un kitegen di potenza usando i restanti 11 milioni di euro del contributo pubblico. Il kitegen di potenza sarà probabilmente da 20 Mw e si pensa di cotruirlo sulle ceneri dei reattori di Trino Vercellese, area ideale perché già protetta da una "no fly zone".

Se tutte le fasi avranno successo rimane il problema di trovare i fondi e le autorizzazioni per costruire e sperimentare un kitegen di potenza.

Fonti: le FAQ che rispondono alle domande più frequenti relative al KiteGen, Blog del kitegen, introduzione al progetto, sito ufficiale.

Aggiornamento 4 set 2006: In una intervista a radio radicale Massimo Ippolito parla delle prime sperimentazioni e dichiara che il kitegen ha volato. Adesso stanno effettuando le prime misurazioni e rilievi tecnici.

Aggiornamento 16 set 2006: Mi è venuta una idea che credo sia migliore di quella della giostra. Mi riferisco al basamento che permette ai kite di generare elettricità.

L'idea è semplice anzi ferroviaria, si tratta di costruire un anello ferroviario al posto della giostra. Il convoglio è ad anello e i vagoni contengono i motori per controllare le funi dei kite.

Come il convoglio ad anello gira per la trazione dei kite a terra vi è l'insieme dei generatori elettrici che sfruttano il moto circolare del convoglio.

Il convoglio è in pratica un secondo anello mobile su cui sono montati i motori che controllano i kite e altre parti facilmente trasportabili, quindi questo anello si muove con delle ruote sulla prima rotaia saldamente ancorata al suolo.

Il moto dell'anello mobile ovvero del convoglio subisce la trazione verso l'alto da parte dei kite quindi avrà le ruote sotto la rotaia fissa.

L'anello mobile trasmette il moto a dei generatori elettrici ancorati al suolo.

Per una equa distribuzione delle forze si possono usare più generatori elettrici a distanze regolari che sfruttano il moto dell'anello dotato di cremagliera.

I vantaggi di questo metodo rispetto all'uso della giostra sono molti. Prima di tutto non vi sono parti a sbalzo e si può fare l'anello ferroviario grande quanto si vuole.

Questo è importantissimo perché fare una giostra da 2 kilometri di raggio è difficile come dice il prof Milanesi mentre fare una anello ferroviario grande quanto si vuole è molto più semplice.

Poi è facile fare fondamenta ad anello abbastanza resistenti per la rotaia. Inoltre non c'è un asse che deve sopportare sforzi enormi, poi si occupa una circonferenza mentre la giostra occupa un'area.

Inoltre la struttura ad anello è di modeste dimensioni contro la ciclopica struttura della giostra nel caso di ampi diametri.

L'ing Massimo Ippolito mi faceva notare come le braccia della giostra che servono per portare in quota i kite non hanno il corrispettivo nella mia idea. È vero, però un palo telescopico montato al suolo può fare la stessa funzione col vantaggio di una migliore e più facile costruzione. Quando l'anello viene fermato con il cavo del kite in corrispondenza del palo telescopico, viene agganciato il cavo alla sommità del palo che viene allungato in modo da portare il kite in quota.

In questo modo è anche possibile avere un unico palo telescopico che porta in quota tutti i kite.

Aggiornamento 8 lug 2009: L'ingegnere Massimo Ippolito mi ha gentilmente comunicato che è in costruzione a Berzano di San Pietro il prototipo dello STEM, hanno diverse autorizzazioni ma ne mancano alcune per via della solita burocrazia italiana che allunga i tempi senza valido motivo.

Ippolito mi scrive che la macchina è in costruzione in officina. Speravano di far partire il kitegen in queste settimane ma probabilmente le autorizzazioni arriveranno in autunno.

L'immagine che segue è quella di una simulazione grafica dello STEM il prototipo di kitegen che dovrebbe fornire una potenza di alcuni megawatt.

STEM  prototipo del Kitegen

Segnalo una lunghissima intervista all'ing Massimo che illustra lo STEM con molti dettagli tecnici. Si parla del kitegen sia come funzionamento che con dettagli tecnici, si parla di EROEI, si parla di problemi burocratici e della crisi che sta colpendo alcune società che contribuiscono al progetto.

Aggiornamento 2 ago 2010: La costruzione del prototipo sperimentale del Kitegen chiamato STEM a Berzano San Pietro ha trovato notevoli difficoltà di tipo burocratico. Diversi sono gli stop al progetto decretati dalle autorità soprattutto dalla Guardia Forestale che richiedono sempre nuovi permessi e nuove autorizzazioni. A questo punto Massimo Ippolito e la sua Sequoia automation hanno deciso di gettare la spugna per cui i lavori di costruzione dello STEM si fermano a Berzano.

In un altro comune del Piemonte sembra che le autorità siano meno inclini a mettere il bastone tra le ruote al progetto, a Sommariva Perno in provincia di Cuneo è già partita da tempo la nuova costruzione. Intanto, in questi giorni, anche Piero Angela nel suo Quark sulla RAI ha ampiamente illustrato il progetto con un dettagliato reportage. Su YouTube si può rivedere la trasmissione.



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