La generazione eolica è una forma di produzione di “energia pulita” che, nel prossimo futuro, rappresenta la forma di energia rinnovabile per cui si prevede un maggiore potenziale di sviluppo. Infatti la forza del vento, se adeguatamente sfruttata, può contribuire in modo massiccio, per quanto discontinuo nel tempo, alla copertura del fabbisogno elettrico globale. Lo sfruttamento dell’energia eolica avviene a molteplici livelli e sulle più svariate scale, partendo dai parchi eolici “off-shore” per finire con le piccole turbine eoliche installabili in contesti urbani e domestici. In tutte le applicazioni, si richiede l’impiego di generatori elettrici speciali da accoppiare alle turbine eoliche, generatori che devono essere attentamente progettati e dimensionati per soddisfare i requisiti dell’appicazione, che spesso implicano stringenti vincoli in termini di ingombro, di rumorosità, di vibrazioni, nonchè la possibilità di funzionare a velocità molto variabili nel tempo.

Il Dip. di Ingegneria ed Architettura - DIA dell'Università degli Studi di Trieste ha partecipato a vari progetti di ricerca mirati allo sviluppo di prototipi di generatori eolici innovativi, collaborando principalmente con l’azienda InterWind e con l’azienda Nidec-ASI.

La collaborazione con InterWind riguarda lo sviluppo di generatori micro-eolici del tipo “ MAIA” con potenze attorno ai 3 kW e velocità nominali attorno ai 400 giri/min adatti all’installazione in ambiente domestico. Si è fornito all’azienda un supporto nella verifica elettromagnetica e sui margini di ottimizzazione del generatore elettrico accoppiato alla turbina, con particolare riferimento al posizionamento ottimale dei magneti permanenti rotorici allo scopo di massimizzare le prestazioni della macchina.

Con l’azienda Nidec-ASI, il DIA ha collaborato per lo sviluppo di un generatore micro-eolico altamente innovativo, con potenza attorno a 20 kW a 1200 giri/min.

La principale sfida di progetto che si è affrontata nello svilippo del generatore è stata quella di renderlo adatto a funzionare anche con regimi di vento estremamente debole, quindi con basse coppie e basse velocità. Ciò ha richiesto l’abbattimento della cosiddetta “cogging torque”, cioè della coppia parassita che si genera per interazione tra magneti permanenti rotorici e cave di statore e che, nel funzionamento a bassa potenza, può dare origine a fenomeni di impuntamento (arresto del generatore).

La soluzione progettuale adottata, essendo necessario un progetto rotorico a magneti permanenti per rimanere nei vincoli dimensionali di specifica, è stata quella di passare da una struttura statorica convenzionale, caratterizzata dall’alternanza di denti e cave, ad una soluzione “slotless” (Fig. 3) in cui gli avvolgimenti elettrici sono direttamente “incollati” ad uno statore conformato come un cilindro ferromagnetico cavo liscio (Fig. 4).

Il progetto elettromagnetico della macchina slotless ha richiesto un approccio di ottimizzazione vincolata multi-obiettivo mediante algoritmi genetici per cui sono state individuate alcune variabili dimensionali, alcuni vincoli prestazionali e d’ingombro, nonchè alcune funzioni obiettivo (legate all’efficienza, alla riduzione della corrente e del peso dei magneti).

Dall’esplorazione dell’insieme delle soluzioni ottime (fronte di Pareto) è stato possibile individuare le grandezze di progetto più adatte al soddisfacimento delle specifiche con il minimo peso, costo e ingombro della macchina. Il prototipo è stato provato dall’azienda con risultati più che soddisfacenti.

Maggiori dettagli sul progetto possono essere reperiti nella pubblicazione seguente:

http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=6036339.

Per ulteriori informazioni, si può contattare il prof. Alberto Tessarolo.