Kite Wind Generator, l'energia del futuro????

[indelebile]

Introduzione al progetto Kite Wind Generator
Massimo Ippolito
R&D Direction, Sequoia automation di Chieri (TO), m.Ippolito@sequoiaonline.com
Sommario
In tutti i documenti istituzionali e governativi che trattano dell’energia del futuro è dichiarato che il ruolo che energie rinnovabili potranno occupare è una percentuale che “ottimisticamente non potrà superare il 12%” con date proiettate al 2010, la percentuale cambia di poco nelle previsioni per il 2020 o addirittura per il 2050. La cosa curiosa è che facendo dei semplici calcoli con i dati disponibili, si può capire che nell’immediato futuro (2015) la ripartizione percentuale tra le rinnovabili e la non rinnovabile, nucleare compresa, dovrà obbligatoriamente essere rovesciata, pena lo sterminio per fame di oltre metà della popolazione mondiale. I concetti e gli studi sul picco globale del petrolio e sul picco globale dell’uranio stanno inconfutabilmente mostrando gli scenari imminenti, che collidono con l’irresponsabile inerzia con la quale si sta affrontando il problema.
Questo progetto è nato da un’intuizione, una “fertilizzazione incrociata” tra un’appassionante disciplina sportiva, il Kite Surfing, e la professione dell’autore legata alla sensoristica automazione e controllistica. Senza essere consapevole delle potenzialità, le prime fasi di lavoro sono state svolte per soddisfare una tipica curiosità di ricerca.

Dopo aver ottenuto una prima stima delle grandi potenzialità del concetto, unita alla consapevolezza della situazione
energetica, ne è conseguita la motivazione per investigare a fondo tutte le opportunità del KWG.
L’impatto potenziale di questo progetto potrebbe essere così alto da costituire la base per una rivoluzione nella
produzione dell'energia, destinata ad alterare le quote di produzione a favore delle energie rinnovabili.
Le fonti di energia rinnovabile sono disponibili in forma molto diluita nel tempo e nello spazio. Ciò costituisce il grande svantaggio in rapporto alla grande concentrazione energetica dei giacimenti di petrolio, cosa di cui ha goduto l’uomo che ha vissuto il nostro periodo storico.

Il progetto Kite Wind Generator propone un metodo originale per concentrare su un unico impianto importanti
quantità d’energia eolica. Esso permette di ipotizzare macchine del vento la cui dimensione non è limitata dagli
invalicabili limiti strutturali e dinamici sofferti dai mulini a vento tradizionali.
Il KWG può ambire a vincere la competizione con la produzione elettrica convenzionale, compresa la nucleare, in
termini di potenza nominale per singolo impianto e di costo dell’energia prodotta.
La risorsa Vento a fini energetici
Il Sole illumina il pianeta terra con una potenza pari a
10.000 volte quella primaria necessaria al genere
umano, l’equivalente di 200 milioni di centrali nucleari
(200.000 TW).
Buona parte di questa energia viene riflessa o assorbita
dall'atmosfera e non arriva al suolo: il 30% viene
assorbito nelle giornate terse e il 99% nelle giornate
plumbee.
L'atmosfera trasforma una parte di quest’energia
assorbita in energia meccanica, in altre parole, in vento.
L’atmosfera si comporta come il più grande ed efficiente
collettore d’energia solare.
Gli studi di valutazione della risorsa vento stimano un
contenuto energetico dell’atmosfera pari a 270 volte il
fabbisogno primario dell’uomo, l’equivalente di 7 milioni
di centrali nucleari.
L'atmosfera ci fa anche il favore di concentrare parte di
questa energia in uno spazio relativamente limitato: due
nastri di vento avvolgono completamente la terra sopra
al parallelo che passa sulla terra del fuoco nell'emisfero
australe e l'altro che passa sull'Europa.
La sezione di questo nastro va da circa 500 metri fino a
10000 metri di altitudine e si estende per 4 - 5000
chilometri in larghezza, con una potenza media di 2 kW
al metro quadrato.
L’ordine di grandezza è facilmente ottenibile:
5000 km * 9,5 km = A (area del rettangolo immaginario,
sezione di un nastro di vento)
A * 2000 w/metroquadrato = 95.000.000 MW
Se ne deduce che sopra l’Europa passa un flusso di
vento che mediamente ha una potenza pari a 100.000
centrali nucleari.
Come si può fare per andare a prendere e sfruttare
questa grande energia totalmente rinnovabile,
rappresentata dal vento in altitudine?..........

I progetti
Sembra che poche persone abbiano lavorato seriamente
su quest’ipotesi. Infatti, negli ultimi venti anni si trovano una decina di brevetti che abbozzano l'idea ma in modo puramente teorico.
I primi brevetti che affrontano le problematiche di una
specifica macchina del vento appartengono a Wubbo Ockel della Delft University con il progetto Laddermill e di Massimo Ippolito della Sequoia automation di Chieri
con il progetto Kite Wind Generator.

Ockel ed Ippolito hanno lavorato indipendentemente
sull'idea per molti anni e tre anni fa hanno deciso di
unire gli sforzi e scambiare le esperienze iniziando a
lavorare assieme, presentando anche alcune proposte di
progetto di ricerca all’Unione Europea.
Laddermill è un interessante progetto che punta a
raggiungere le massime quote troposferiche (10000 m)
con una catena di profili alari. Le linee guida, di questo
progetto, sono disponibili sul web.
Il Kite Wind Generator
Il progetto "Kite Wind Generator" ha l'obiettivo di
dimostrare la possibilità di controllare in modo automatico gli aquiloni di potenza (power kites),allo scopo di generare
energia elettrica da fonte eolica. I power kites sono dispositivi in grado di levarsi in volo anche in presenza di brezze leggere.
Questi aquiloni, che hanno una superficie di decine di metri quadrati, sono manovrabili da terra con una coppia di funi, che consente di controllarne la direzione di volo e l'assetto rispetto al vento.
In presenza di venti tesi, un singolo aquilone è in grado di esercitare una forza di trazione che può arrivare ad alcune centinaia di kiloNewton, navigando a velocità che possono superare gli 80m/s (~300km/h.).
Il prodotto forza per velocità potrebbe testimoniare l’ordine di grandezza della potenza che coinvolge l’aquilone, ma i calcoli necessari per ottenere i valori precisi di potenza sfruttabile sono più complessi.
Nella troposfera, oltre i 500-600 metri di quota, la presenza di venti costanti e forti è una realtà testimoniata da misurazioni con serie pluri-decennali.
La forza esercitata dall'aquilone sul cavo, se opportunamente convogliata, può essere impiegata per
la generazione di energia elettrica.

Il Progetto intende mettere a punto un sistema di controllo in grado di pilotare l’aquilone in modo automatico e di effettuare un piano di volo dell'aquilone, in modo da massimizzare la produzione di energia.

Il Kite Wind Generator può essere immaginato come una grande giostra saldamente vincolata al suolo, costituita da una struttura di supporto centrale di altezza opportuna per correggere i bracci tramite una tensostruttura.
La giostra viene messa in rotazione proprio grazie al vento, che trascina in quota gli aquiloni uscenti dai bracci stessi. Il corpo centrale rotante contiene gli argani automatici per le coppie di cavi di guida/potenza degli aquiloni, lunghi oltre 1000 metri. L'asse rotante del carosello aziona i grandi alternatori opportunamente demoltiplicati.
A regime, tutti gli aquiloni sono in volo guidato, in modo
da portare il carosello alla velocità di rotazione desiderata. Una centrale eolica così concepita è in grado
di fornire l’equivalente dell’energia prodotta da una centrale nucleare, occupando un'area di circa un chilometro quadrato, peraltro ancora destinabile ad usi agricoli o di navigazione (se realizzata off-shore).
Kite Wind Generator è una macchina che produce energia in modo proporzionale alla sua dimensione. L’incremento
di diametro incide sull’energia che il sistema riesce a raccogliere con una funzione quadratica, incrementata lteriormente dalla maggiore quota, e quindi maggiore forza del vento, che i power kites possono raggiungere.

Valori indicativi, considerando un vento
nella media europea,
possono essere:
un diametro di:
100m equivale ad un generatore da 0.5MW
200m equivale ad un generatore da 5MW
300m equivale ad un generatore da 18MW
1000m equivale ad un generatore da 500MW
La dimensione massima raggiungibile da un Kite Wind
Generator è oggetto di studio di questo progetto ma da
delle prime stime sembra possibile superare i 5000MW
senza incorrere in gravi problemi di resistenza strutturale
e con un diametro complessivo di poco superiore ai
2000 metri.
E’ opportuno considerare che 5000MW sono
l’equivalente tipico di 5 centrali nucleari, il cui costo di
realizzazione è di 7.5 miliardi di euro. E’ possibile
dimostrare che il Kite Wind Generator di tale taglia ha un
costo di impianto che è una minima frazione di questa
cifra.
Gli ideatori sanno perfettamente che attorno a questa
proposta sorgono importanti problemi di ingegneria, in
molti campi. Tra questi, il principale, senza la cui
soluzione sarebbe perfettamente inutile affrontarne
qualsiasi altro, è certamente costituito dal controllo
automatico ed esperto della direzione e della velocità del
volo dell'aquilone.
La sensoristica avionica a bordo kite e le tecniche di
controllo sono state l'oggetto del lavoro di ricerca degli
ultimi anni. La sensoristica é una realtà già in produzione
ed il controllo é stato completato con successo in
ambiente di emulazione.
Il Prototipo è quindi rivolto a verificare il lavoro fatto in
ambiente di emulazione e con le numerose variabili in
gioco, al fine di governare il volo di un aquilone come se
fosse un aliante senza pilota.
L'aquilone non ha, al contrario dell'aliante, strutture
rigide orientabili: gli unici comandi disponibili sono quelli
di Destra/Sinistra trasmissibili attraverso la variazione di
tensione dei due cavi di guida.
In caso di successo dell’impianto pilota, il Kite Wind
Generator potrà costituire la base per una rivoluzione
nella produzione dell'energia, destinata ad alterare
significativamente le quote di produzione a favore delle
energie rinnovabili.
L'obiettivo finale è la costruzione di un carosello ad asse
verticale, preferibilmente in grado di generare 1
GigaWatt, con un investimento di circa 80 milioni di
Euro(2002). Il carosello azionato dagli aquiloni
produrrebbe energia al costo di 1,5 Euro per
Megawattora. Le fonti che usano il vento possono
essere vantaggiosamente localizzate anche "off-shore".
Considerazioni sul rischio di progetto
Il contenuto di rischio delle attività di ricerca e sviluppo è
compensato da una drastica riduzione dei costi (circa 30
volte rispetto alle fonti di energia non rinnovabile!) e
un'altrettanto drastica riduzione dell'impatto ambientale.
Il lavoro fatto finora sul KWG è stato ottenuto con un
esiguo numero di persone e limitati fondi di
finanziamento. Tuttavia ciò ha permesso di sviluppare e
verificare con successo il concetto fino al livello
d’emulazione, nonché affinarne le modalità di
funzionamento e calcolarne le prestazioni attese.
Riteniamo che la probabilità di successo del progetto ed
i tempi della realizzazione del primo prototipo di KWG
siano oggettivamente funzione delle collaborazioni
accademiche e istituzionali e dell’entità degli investimenti
che il progetto raccoglierà.
Prospettive di produzione di energia per la rete
elettrica
La potenza del Kite Wind Generator è in buona parte
modulabile. Adattandosi alle variabili condizioni di vento,
il KWG è in grado di produrre energia costante nell’arco
delle 24 ore.
Ci sono ottime possibilità che un largo dimensionamento
della potenza installata in KWG rispetto al fabbisogno
energetico, unito ad una corretta distribuzione
geografica risolva anche il cosiddetto problema delle
fonti intermittenti. Se si conferma che la disponibilità
produttiva del KWG possa superare le 7-8000 ore
annue, due o più KWG farms, realizzate a latitudini
diverse, coprirebbero a vicenda gli eventuali ammanchi.
I KWG operativi potrebbero in prospettiva rinunciare agli
incentivi alle rinnovabili, destinandoli a favore del solare
fotovoltaico. Con il solare il KWG è sicuramente in
sinergia, poiché la rete elettrica, nelle ore diurne,
raggiunge dei costosi picchi d’assorbimento che
sarebbero vantaggiosamente livellati dal fotovoltaico.
Inoltre l’esuberanza di energia specialmente notturna
potrebbe alimentare l’energivoro processo di raffinazione
del silicio “solar grade”, migliorando di circa cinque volte
il bilancio economico del rapporto energia investita /
energia ottenuta del pannello fotovoltaico. La produzione
elettrica da centrali fossili non è in grado di offrire
quest’opportunità al fotovoltaico, poiché la produzione
notturna di tali centrali costa quanto la diurna.
Con queste premesse, si può prevedere che il mix
energetico immesso nella rete elettrica potrebbe
raggiungere il 100% di rinnovabile in pochi anni,
mettendo in collaborazione il KWG con l’idroelettrico, il
fotovoltaico, il geotermico, completati da consolidate
tecniche d’accumulazione energetica elettrochimica
(idrogeno e batterie di accumulatori) che fornirebbero nei
casi eccezionali l’effetto polmone necessario a garantire
la continuità di fornitura.
Prospettive energetiche per il trasporto e la mobilità
La produzione di energia elettrica ad un costo così
basso potrà permettere la produzione dell’acclamato
idrogeno, sfruttando le ricche fasi di esuberanza
produttiva del KWG. Con un passo ulteriore, si potrebbe
sintetizzare il metano nonostante il basso rendimento del
processo, esiste una tecnologia matura per integrare il
metano sia come distribuzione sul territorio sia come
utilizzo da parte dei motori endotermici. Anche se
pensiamo che il passaggio alla trazione puramente
elettrica, in tutti i settori o segmenti, rappresenterebbe
una grande occasione di rinnovato sviluppo industriale,
incrementando nel contempo il rispetto per l’ecosistema
e riducendo l'impatto ambientale complessivo delle
attività antropiche.
Prospettive per il riscaldamento domestico ed
industriale
Dopo aver citato l’elettricità ed il trasporto, il
riscaldamento rappresenta la terza grande necessità di
energia che la nostra civilizzazione richiede. Il Kite Wind
Generator, producendo energia elettrica, potrebbe
assolvere anche a questo aspetto. Nel caso che le linee
elettriche non fossero in grado di offrire un canale di
distribuzione sufficientemente capace, si possono
facilmente progettare dei KWG che producano
essenzialmente calore da immettere in impianti di
teleriscaldamento. In questo caso, l’accoppiamento con
il solare termico centralizzato o distribuito sarebbe
auspicabile, anche se il vantaggio sinergico giorno/notte
sarebbe meno evidente.
Considerazioni climatologiche
I mulini a vento tradizionali sfruttano l’energia rinnovabile
ma molto limitata rappresentata dal vento a bassa quota
(100m).
Per questo motivo si considera la produzione eolica di
energia come una fonte intermittente, declassandone di
fatto l’affidabilità. Alcuni studi affermano inoltre che il
rallentamento delle masse di aria provocate dai mulini
sono ecologicamente dannose.
Nel caso del Kite Wind Generator, la fonte vento viene
raccolta in quota, dove le masse d’aria sono
poderosamente sospinte dalle forze di Coriolis,
lasciando imperturbato il vento a terra.




Il progetto KiteGen propone un metodo originale per concentrare su un unico impianto importanti quantità d'energia eolica. Permette di ipotizzare macchine del vento la cui dimensione non è condizionata da limiti strutturali e dinamici. Il KiteGen può competere con sistemi di produzione elettrica convenzionale, compreso il nucleare, in termini di potenza nominale per singolo impianto e di costo dell'energia prodotta. L’obiettivo del progetto è sviluppare, implementare e collaudare un concetto interamente nuovo per la produzione di energia elettrica. La sorgente energetica utilizzata per il progetto è il vento di alta quota. Per catturare questa sorgente si farà uso di una serie di profili alari i cui movimenti sono controllati elettronicamente da sensoristica e software specificamente sviluppati. I profili sono ancorati ad una struttura rotante, una turbina ad asse verticale analoga ad un'enorme giostra, che convoglia l'energia meccanica sugli alternatori come in una tradizionale centrale elettrica. Il progetto, frutto di anni di ricerca e sviluppo, ha già prodotto alcuni brevetti Europei.

sito ufficiale
http://www.sequoiaonline.com/KWG/htm/KWGentered.htm



Giovedì, 2 Marzo 2006, alle ore 17.00, presso l’Aula Morandi, alla FAST, Piazzale Morandi 2, gli Ingg.Massimo Ippolito, (Presidente e R&D Director di Sequoia automation di Chieri -To) e Franco Taddei (Amministratore di Ce.S.I. Centro Studi Industriali di Cologno Monzese -Mi)

[Lelesquiz]

Mi sembra un progetto molto ambizioso... avrebbe dei costi di costruzioni molto alti (nn ke le centrali normali siano più economiche), ma ho un principale dubbio sulla fattibilità: è molto difficile già la realizzazione, figuriamoci poi la manutenzione....
ma nn sono queste cose che mi lasciano dubbioso: in che modo si può trasformare l'energia di trazione prodotta dagli aquiloni in energia elettrica?

Ad ogni modo voglio essere ottimista... iniziamo con la progettazione, passiamo alla realizzazione di prototipi, proviamoli e poi si valuterà!
Ben venga l'innovazione!!!

[Goldrake_xyz]

Dopo aver costruito 10000 centrali eoliche, ci accorgiamo che
il vento si è ridotto del 30% e questo avrà creato uno squilibrio
geotermico catastrofico ...
E allora dopo aver speso 1000 M$ nè spenderemo altrettanti
per l'abbattimento di queste mostruosità tecnologiche..

[gpc]

Simpatico.
Devono spiegarmi prima di tutto che materiale usano come cavi per non vedersi strappato dal vento un aggeggio di quelle dimensioni, come fanno a tenere per aria il peso di un oggetto di quelle dimensioni con i necessari trasduttori per generare energia e come pensano di tenere per aria il peso dei cavi elettrici (parliamo di tonnellate di rame) con un aquilone. Sarebbe un buon inizio...

Originariamente inviato da Goldrake_xyz

Dopo aver costruito 10000 centrali eoliche, ci accorgiamo che
il vento si è ridotto del 30% e questo avrà creato uno squilibrio
geotermico catastrofico ...
E allora dopo aver speso 1000 M$ nè spenderemo altrettanti
per l'abbattimento di queste mostruosità tecnologiche..

Quotone
Se avessero usato in maniera intelligente i fondi spesi solo in Italia per tirare fuori qualche MW di energie alternative non avremmo problemi energetici per il prossimo secolo... E il problema della perturbazione delle correnti atmosferiche è noto ed è uno dei limiti allo sfruttamento dell'eolico.

[indelebile]

mah, boh
provate a fare queste domande all interessato, questa è la sua email, vediamo se risponde information@kitewindgenerator.com

in questo link c'è una brochure interessante dove sono spiegate meglio le cose comunque

[indelebile]

alla fine ho mandato io la email e gentilmente mi ha già risposto Massimo Ippolito (copio la sua risposta con il consenso del interessato)

Caro Samuele,
ti ringrazio per l'attenzione.
Il progetto è abbastanza complesso e tipicamente non viene capito se non
viene spiegato con il supporto, le evidenze ed il materiale finora prodotto.
Mi piacerebbe impegnarmi di più a divulgare il concetto ma per ora stiamo
lavorando intensamente ad un prototipo che tra pochi mesi inizierà a
produrre energia.
Se eventualmente siete disposti ad un provvisorio atto di fede, basandosi su
un commento autorevole vi consiglio di leggere la valutazione del prof Ugo
Bardi, presidente dell'ASPO, al quale ho potuto mostrare nel dettaglio il
progetto e le attività in corso.

http://groups.yahoo.com/group/petrolio/message/4464
http://www.aspoitalia.net/Italiano/D...-Aquiloni.html

Massimo Ippolito
Sequoia automation srl


aggiungo io che ultimo link sembra non funzionare forse questo dovrebbe andare http://www.aspoitalia.net/index.php?...d=47&Itemid=38

ugo bardi non è nato ieri, ecco alcune info http://www.unifi.it/unifi/surfchem/solid/bardi/

[Goldrake_xyz]

Originariamente inviato da indelebile

alla fine ho mandato io la email e gentilmente mi ha già risposto Massimo Ippolito (copio la sua risposta con il consenso del interessato)

Caro Samuele,
ti ringrazio per l'attenzione.
Il progetto è abbastanza complesso e tipicamente non viene capito se non
viene spiegato con il supporto, le evidenze ed il materiale finora prodotto.
Mi piacerebbe impegnarmi di più a divulgare il concetto ma per ora stiamo
lavorando intensamente ad un prototipo che tra pochi mesi inizierà a
produrre energia.
Se eventualmente siete disposti ad un provvisorio atto di fede, basandosi su
un commento autorevole vi consiglio di leggere la valutazione del prof Ugo
Bardi, presidente dell'ASPO, al quale ho potuto mostrare nel dettaglio il
progetto e le attività in corso.

http://groups.yahoo.com/group/petrolio/message/4464
http://www.aspoitalia.net/Italiano/D...-Aquiloni.html

Massimo Ippolito
Sequoia automation srl


aggiungo io che ultimo link sembra non funzionare forse questo dovrebbe andare http://www.aspoitalia.net/index.php?...d=47&Itemid=38

ugo bardi non è nato ieri, ecco alcune info http://www.unifi.it/unifi/surfchem/solid/bardi/

Come idea teorica è senz' altro interessante, ma dal punto di vista
pratico lo vedo come un sistema molto instabile.
Il generatore eolico classico, si installa e poi và da solo, mentre invece
questo KWG ha bisogno di essere mantenuto "in volo" da terra e quindi
deve essere sorvegliato continuamente.

Mah... io x mè spero che si arrivi presto al biodiesel (x l'autotrazione)
e alla fusione nucleare semifredda !

[T3d]

http://sequoiaonline.com/blogs/index...&c=1&tb=1&pb=1
http://sequoiaonline.com/blogs/index...&c=1&tb=1&pb=1

la 45ma conferenza dell'IEEE ha pubblicato nella sua conferenza il paper sviluppato dagli ideatori del progetto...
un onore che pochi possono permettersi