KiteGen Stem
A
dicembre 2010 è stato realizzato lo Stem a Sommariva Perno (CN), il
primo prototipo statico del kitegen. La potenza prevista per
quest'impianto è di 3Mw.
Per produrre
energia lo Stem avrà un funzionamento elementare a yo-yo: le funi
saranno srotolate con il kite in portanza e metteranno in funzione il
generatore di elettricità. Raggiunta la distanza massima del kite
dall'impianto, questo verrà messo in posizione di stallo e il kite
verrà ritirato, quindi il ciclo si ripeterà.

Lo
Stem, letteralmente “Stelo” è il componente più appariscente del
Kitegen in configurazione yo-yo, tanto che l’intera macchina
viene denominata Stem.
E’un
braccio robotico sensorizzato realizzato in materiali leggeri
(alluminio o fibra di carbonio) montato su una torretta rotante
vincolata alla struttura portante (igloo o cupola) mediante una ralla.
Sebbene molte soluzioni adottate nei vari progetti di eolico d'alta quota (compreso il prototipo MobiliGen)
non prevedevano un braccio robotico di tali dimensioni (circa 20 m). Lo
stem non è certamente un elemento decorativo ma implementa ben 7
funzionalità della macchina:
- La grande maggioranza dei fallimenti nei decolii (kite-crash)
o nelle manovrare di volo avviene a bassa quota. Lo stem consente di
operare sempre con la vela posta ad una quota opportunamente lontana
dal suolo; inoltre il vento presente a 15-20 m di altezza sul terreno è
sempre più inteso che al suolo, quindi la vela a quell'altezza ha
maggiore probabilità di trovare il vento con la difficoltà sufficiente
per il decollo.
- Il movimento ed
i gradi di libertà del braccio robotico stem consentono di effettusre
delle rapide manovre che generano un vento apparente sufficiente per
far alzare la vela in volo anche in caso di venti molto deboli.
- Lo stem consente
ai cavi in uscita dagli alternomotori e dagli argani di rimanere
allineati per molti metri riducendo la fatica e le vibrazioni su questi
componenti.
- Lungo lo stelo
sono posti i sensori capaci di inviare alla centrale di controllo le
informazioni sulle deformazioni meccaniche in atto e la posizione del
braccio. In particolare sono presenti 9 nanogauge (sensori di
deformazione) e gli encoder che misurano gli angoli di rotazione del
braccio rispetto al piano orizzontale e verticale.
- Quando la vela è
investita da raffiche lo stem è il primo componente cui viene trasmessa
la forza impressa dalla raffica mediante i cavi. I sensori di
deformazione inviano le informazioni alla centrale di controllo che,
qualora si rilevano raffiche troppo intense, è in grado di rispondere
adeguatamente con manovre atte ad allontanare la vela dalla finestra
di potenza riducendo la sollecitazione meccanica. Durante il tempo di
elaborazione e reazione della centrale di controllo, che per quanto
breve è non nullo, lo stem consente di assorbire la sollecitazione
meccanica mediante una opportuna deformazione elastica, salvaguardando
i componenti meccanici più delicati.
- Lo stelo consente
di supportare il compasso, che è una mano robotica montata sulla
sommità, che aggiunge gradi di libertà alle manovre sui cavi e la vela.
In particolare le due "dita" (o baffi) del compasso divaricandosi
mantengono separati i cavi durante le manovre e ne evitano gli intrecci
(twisting)
- Secondo
l'orografia dei siti i venti possono variare la direzione prevalente
più o meno rapidamente nel corso delle stagioni, o anche nel corso di
una stessa giornata. Lo stelo, ruotando in accordo con le direzioni dei
venti, consente sempre di posizionare la vela secondo la finestra di
massima potenza.
Nella
configurazione “Stem” le ali esercitano trazione sui cavi che, a loro
volta, fanno funzionare gli alternatori posizionati a terra che
generano elettricità. Quando i cavi sono interamente srotolati le ali
vengono guidate in una posizione che offre una minima resistenza al
vento ed i cavi vengono riavvolti. Il consumo di energia di questa fase
è pari a una frazione minima dell’energia prodotta nella fase di
srotolamento. E’compito del sistema di controllo automatico garantire
che tali operazioni vengano fatte in modo da ottimizzare la produzione
di energia.
Il cervello del
progetto è infatti il software che, elaborando i dati raccolti dai
sensori avionici montati a bordo delle ali, ottimizza in tempo reale le
traiettorie di volo delle stesse al fine di massimizzare la produzione
di energia.
Nel 2006 è stato
costruito un primo prototipo nome in codice KSU1, della potenza
nominale di 40 kW, che è stato testato fino a un altezza di 800 m.
Oltre a
confermare i dati teorici, il prototipo ha già prodotto energia grazie
a un ciclo intermittente di trazione e recupero: 5 kW di media e 30 kW
di picco con un vento a terra di 4,5 m/s.
Il generatore
KiteGen® Stem costituisce il modulo base di soluzioni in grado di
assicurare una elevata scalabilità dell’impianto. La configurazione
“Wind Farm” consiste di una serie di generatori raggruppati in uno
spazio delimitato, in modo da moltiplicare la produzione di energia per
singolo luogo di produzione.
La
configurazione Stem è in corso di realizzazione ed i primi due impianti
sono attualmente in costruzione in Provincia di Asti (Comune di Berzano
di S. Pietro) ed in provincia di Cuneo (Comune di Sommariva Perno),
siti caratterizzati da bassa ventosità e del tutto inadeguati alla
realizzazione di impianti eolici tradizionali. La messa in funzione,
inizialmente prevista per la fine del 2009, è stata posticipata,
principalmente a causa di problemi di ordine burocratico.