Il prezzo in calo dell’energia solare ottiene più stampa, ma ci sono grandi cose che accadono anche nella tecnologia eolica. E intendo grandi.

La matematica sulle turbine eoliche è piuttosto semplice: Più grande è meglio. In particolare, ci sono due modi per produrre più energia dal vento in una data area.

Il primo è con rotori e pale più grandi per coprire un’area più ampia. Questo aumenta la capacità della turbina, cioè la sua produzione potenziale totale.

Il secondo è quello di portare le pale più in alto nell’atmosfera, dove il vento soffia più costantemente. Questo aumenta il “fattore di capacità” della turbina, cioè la quantità di energia che effettivamente produce rispetto al suo potenziale totale (o più colloquialmente: quanto spesso funziona).

La storia dello sviluppo dell’energia eolica è stata la storia della progettazione di turbine sempre più alte con pale sempre più grandi. È un affare difficile e delicato. Cose alte e magre, collocate in venti più forti, tendono a piegarsi e a flettersi. Quando le lunghe pale delle turbine si piegano, possono schiantarsi contro la torre, o il mozzo, come ha fatto questo sistema danese nel 2008 dopo che il suo “freno” si è guastato ed è andato fuori controllo:

Quindi la terza sfida ingegneristica è trovare progetti e materiali che possano resistere alle sollecitazioni che arrivano con l’altezza e i venti più forti. Queste sollecitazioni diventano piuttosto intense – guardate questo video di ingegneri che testano un’enorme pala di turbina tirandola avanti e indietro con “il peso di circa 16 elefanti africani.”

In ogni caso, fare turbine sempre più grandi è il nome del gioco. Quando si tratta di turbine terrestri (onshore), questo processo comincia a scontrarsi con varie limitazioni non tecniche – strozzature di trasporti e infrastrutture, preoccupazioni per l’uso del territorio, preoccupazioni per la vista, per i grandi uccelli, per le ombre, ecc.

Ma soprattutto in Europa, l’energia eolica si sta spostando sempre più verso il mare. E nell’oceano, con la terraferma a malapena in vista, l’unico limite alle dimensioni è l’ingegneria. Di conseguenza, le turbine offshore oggi stanno volando ancora più velocemente di quelle onshore nell’ultimo decennio.

Un vivido esempio di questa tendenza è spuntato nel marzo 2018 (quando ho pubblicato per la prima volta questa storia). GE Renewable Energy ha annunciato che investirà 400 milioni di dollari per sviluppare una nuova turbina mostro: la Haliade-X, che sarà (almeno fino al prossimo grande annuncio) la più grande, più alta e più potente del mondo.

È impressionante come impresa ingegneristica, ma il significato della crescita delle dimensioni della turbina va ben oltre. Le turbine più grandi raccolgono più energia, in modo più stabile; più grandi diventano, meno variabili e più affidabili, e più facili da integrare nella rete. Il vento sta già superando le altre fonti sui mercati dell’energia all’ingrosso. Dopo qualche altra generazione di crescita, non sarà nemmeno più una gara.

Che cosa raggiungono le turbine eoliche

Per capire quanto è grande questa nuova turbina GE, cominciamo con alcuni confronti.

Ho chiamato Ben Hoen, un ricercatore del Lawrence Berkeley National Laboratory per avere gli ultimi numeri sulle dimensioni delle turbine eoliche. (Sottolinea che queste sono cifre preliminari – LBNL ha un rapporto su questo che uscirà tra pochi mesi, ma non si aspetta che queste cifre cambino molto, se non del tutto.)

Secondo Hoen, l’altezza totale media (dalla base alla punta) di una turbina onshore negli Stati Uniti nel 2017 era di 142 metri (466 piedi). La turbina mediana era più vicina a 152 metri (499 piedi). Infatti, ha detto Hoen, la mediana si sta avvicinando al massimo. In altre parole, nel corso del tempo, le turbine onshore statunitensi sembrano convergere su circa quell’altezza. Perché? Perché se si costruisce più in alto di 499 piedi, la Federal Aviation Administration richiede alcuni passi in più nel loro processo di approvazione, e apparentemente la maggior parte degli sviluppatori non hanno trovato che valga la pena.

Le turbine onshore USA più alte sono al progetto Hancock Wind nella contea di Hancock, nel Maine. Quelle – Vestas V117-3.3s, se volete saperlo – sono alte circa 574 piedi.

Quindi questo è onshore. E in mare aperto? Beh, per ora, gli Stati Uniti hanno una e una sola installazione eolica offshore operativa, la Block Island Wind Farm al largo del Rhode Island. Le sue turbine salgono a circa 590 piedi.

Come fa l’Haliade-X a confrontarsi con tutto questo? Secondo GE, raggiungerà gli 853 piedi di altezza.

Questo sarebbe, per quanto ne so, la turbina eolica più alta del mondo. Per quanto posso dire da Google (come ho detto, queste cose cambiano rapidamente), il precedente detentore del record è una turbina onshore di 809 piedi in Germania.

Turbine più grandi significano più potenza, più spesso

L’altezza non è tutto ciò che conta, però. L’Haliade-X vanta anche alcuni altri superlativi.

Il diametro del rotore è una misura dell’ampiezza completa delle pale della turbina (il diametro del cerchio che definiscono). A parità di condizioni, un maggiore diametro del rotore significa che la turbina può raccogliere più vento.

Nel 2017, mi ha detto Hoen, le turbine eoliche statunitensi avevano un diametro medio del rotore di 367 piedi. La Haliade-X avrà un diametro del rotore di 722 piedi, circa il doppio della media. Le pale saranno gigantesche, lunghe 351 piedi ciascuna, più lunghe di un campo di calcio e più lunghe, dice GE, di qualsiasi altra pala offshore fino ad oggi.

Il massiccio diametro del rotore, più il vento costante in mare aperto, più la turbina da 12MW (le medie onshore sono di circa 3MW; offshore di circa 6MW), significa che l’Haliade-X avrà un fattore di capacità insolitamente alto.

Questa citazione dal Department of Energy’s 2016 Wind Technologies Market Report mostra come i fattori di capacità del vento si sono evoluti nel tempo: “Il fattore di capacità medio 2016 tra i progetti costruiti nel 2014 e 2015 è stato del 42,5%, rispetto a una media del 32,1% tra i progetti costruiti dal 2004-2011 e solo il 25,4% tra i progetti costruiti dal 1998 al 2001.”

A titolo di confronto, nel 2016 la flotta nucleare statunitense aveva un fattore di capacità medio di circa il 92%. (Dati i mercati attuali, il nucleare è economico solo quando funziona continuamente, come carico di base). Il carbone e il gas naturale avevano rispettivamente il 55 e il 56%. (Il gas naturale è così basso perché spesso va su e giù per seguire le oscillazioni della domanda. Il carbone era vicino all’80, ma è sempre meno economico far funzionare le centrali a carbone).

Così il vento moderno degli Stati Uniti è al 42,5% e il gas naturale è al 56%. L’Haliade-X, secondo la GE, avrà un fattore di capacità del 63%. Questo è pazzesco, anche se non sarebbe il più alto al mondo – le turbine galleggianti offshore nel progetto Hywind Scozia hanno raggiunto recentemente il 65 per cento.

Somma tutto questo e, in un “tipico sito tedesco del Mare del Nord”, GE dice, ogni Haliade-X produrrà circa 67GWh all’anno, “abbastanza energia pulita per un massimo di 16.000 famiglie per turbina, e fino a 1 milione di famiglie europee in una configurazione di parco eolico da 750 MW”. (Basti dire che il numero sarebbe più piccolo per le famiglie americane con problemi di energia). Questo è “il 45 per cento di energia in più rispetto a qualsiasi altra turbina eolica offshore disponibile oggi”, secondo la società.

La prima Haliade-X è attualmente in costruzione a Rotterdam, nei Paesi Bassi. GE ha detto in aprile che inizierà a produrre elettricità più tardi quest’anno.

Turbine più grandi che funzionano più spesso stanno per schiacciare tutti i concorrenti

Consideriamo cosa significano questi crescenti fattori di capacità per il vento.

Torno spesso a questo post del 2015 dell’analista energetico Ramez Naam sul potenziale finale dell’energia eolica. “Il vento al 60% di fattore di capacità”, ha scritto, “anche allo stesso prezzo per kwh di oggi, sarebbe tremendamente più prezioso di quanto non sia ora, con meno limiti a quanto potremmo usarne.

Perché? Diverse ragioni.

• Più una fonte è variabile, più è necessario un backup per consolidarla e renderla affidabile. (Oggi, il backup è più spesso fornito da impianti a gas naturale, anche se le batterie si stanno diffondendo). Rendendo il vento meno variabile e più affidabile, fattori di capacità più alti riducono i costi di backup.
• L’energia rinnovabile variabile (sole e vento) tende a “mangiarsi il pranzo”. Poiché produce tutta l’energia allo stesso tempo (quando il sole splende o il vento soffia), il prossimo incremento di capacità aggiunta ha l’effetto di abbassare il prezzo di compensazione per tutti gli altri incrementi. Più energia arriva online in una volta, più basso è il prezzo. Distribuendo la sua energia su un periodo più lungo – circa il doppio del 32 per cento delle turbine del 2011 – una turbina con un fattore di capacità del 60 per cento attenua e rallenta questo effetto di soppressione del prezzo.
• Estendendo le sue ore di funzionamento, una turbina ad alto fattore di capacità è più probabile che produca durante i picchi della domanda, quando l’energia è più preziosa.

Un fattore di capacità del 60 per cento non è proprio “baseload”, ma sembra sicuramente molto meno variabile. Quindi le turbine come la Haliade-X avrebbero più valore anche se il prezzo dell’elettricità eolica rimanesse lo stesso.

Ma naturalmente non rimarrà lo stesso; è sceso del 65% dal 2009. Un recente rapporto del NREL ha previsto che le innovazioni nella tecnologia dell’energia eolica (di cui le turbine più grandi sono una delle tante) potrebbero farlo scendere di un altro 50% entro il 2030. (I ricercatori dell’Università della Virginia stanno lavorando a un progetto per una turbina offshore che torreggerà, senza mentire, 1.640 piedi, più in alto dell’Empire State Building.)

Dicono che le nuove turbine eoliche statunitensi raggiungeranno un’altezza media di 460 piedi entro il 2025, più o meno in linea con le proiezioni attuali. Secondo i dati NREL, tali turbine potrebbero raggiungere fattori di capacità del 60+ per cento su più di 750.000 miglia quadrate di territorio statunitense, e del 50+ per cento su 1,16 milioni di miglia quadrate.

Tanto vento, a quel fattore di capacità, con i prevedibili progressi nella tecnologia eolica, produrrà energia abbastanza economica da schiacciare assolutamente tutti i concorrenti. E il 2025 non è così lontano.