I ricercatori dell’Oak Ridge National Laboratory (ORNL) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti hanno sviluppato una punta in fibra di carbonio che offre protezione dai fulmini per le pale delle turbine eoliche.

La punta della lama, sviluppata nel centro tecnologico in fibra di carbonio dell’ORNL, incorpora due strati di fibra di vetro standard e una fibra di carbonio a basso costo sviluppata in laboratorio; questa fibra di carbonio conduttiva personalizzata è fondamentale per disperdere l’energia elettrica sulla superficie della lama.

I ricercatori dichiarano inoltre di utilizzare attrezzature e metodi standard del settore per dimostrare che la tecnologia può essere facilmente integrata nei processi di produzione consolidati.

“Non abbiamo dati sufficienti per conoscere la vera portata della sfida [dei danni causati dai fulmini], ma sappiamo che è una preoccupazione per l’industria e i servizi di pubblica utilità“, ha affermato il ricercatore dell’ORNL Vipin Kumar. “Sappiamo che l’energia eolica è una fonte affidabile di elettricità che supporta la sicurezza energetica, ma credo che tutto ciò che possiamo fare per renderla più resiliente e affidabile sia importante“.

È noto che i fulmini che colpiscono le pale delle turbine eoliche sono frequenti, ma raramente hanno effetti catastrofici. Tuttavia, si ritiene che possano indebolire le lame con danni interni che possono tradursi in maggiori costi di riparazione nel tempo e rappresentano la seconda causa principale di tempi di fermo macchina correlati alle lame.

Il progetto

Nel progetto è stata costruita un’intera punta di pala di turbina da 2 metri utilizzando i nuovi materiali. Questa è stata poi testata contro le forze di un fulmine simulato in un laboratorio specializzato presso la Mississippi State University, dove la punta della pala è emersa incontaminata dopo test che hanno isolato gli effetti dell’alta tensione. Test separati nello stesso laboratorio hanno dimostrato che l’alta corrente isolata continuava a essere distruttiva.

Il costo della fibra di carbonio ne ha generalmente limitato l’uso alla struttura portante delle pale eoliche, ma gli sforzi dell’ORNL per abbassare il costo della fibra di carbonio potrebbero rendere conveniente la sostituzione delle fibre di vetro nella punta della pala, dove i fulmini colpiscono più spesso.

La dimostrazione ha evidenziato le possibilità di un nuovo approccio alla protezione delle lame mediante l’impiego di materiali o rivestimenti conduttivi; si stanno studiando ulteriori innovazioni. Poiché la punta della lama è costituita per la maggior parte da resina, è stato utilizzato anche un tipo di resina più conduttiva.

Un altro notevole vantaggio della punta della pala in composito ibrido di fibra di carbonio è il suo peso, circa il 41% più leggero di una punta della pala in pura fibra di vetro, il che apre la strada a pale più grandi dello stesso peso, con il potenziale di generare più elettricità.

Si ritiene, inoltre, che questo approccio possa potenzialmente prevenire i danni causati dai fulmini ai materiali compositi utilizzati negli aerei.

Fonte: Power Engineering International

Foto: Carlos Jones/ORNL, US Dept. of Energy