Eolico: algoritmo per rivoluzionare le turbine ad asse verticale

Quando si immagina una turbina eolica industriale, la maggior parte delle persone pensa al design del mulino a vento, noto tecnicamente come turbina eolica ad asse orizzontale. Tuttavia, le prime turbine eoliche, sviluppate in Medio Oriente intorno all'VIII secolo, erano proprio ad asse verticale con una rotazione perpendicolare al vento.

Le turbine verticali offrono significativi vantaggi: sono meno rumorose, hanno una maggiore densità energetica del vento e sono più rispettose della fauna selvatica rispetto al classico design da mulino a vento.

Nonostante questi benefici, l’eolico verticale non è diffuso nel mercato di oggi a causa di una sfida ingegneristica legata al controllo del flusso d'aria. Infatti nonostante il loro elevato potenziale energetico, questa tipologia di eolico è vulnerabile alle forti raffiche di vento.

Sébastien Le Fouest, un ricercatore della Scuola di Ingegneria dell'EPFL, crede che questa sfida possa essere superata utilizzando la tecnologia dei sensori e l'apprendimento automatico (Machine learning).

In un recente articolo pubblicato su Nature Communications, Le Fouest ha presentato due profili di inclinazione ottimali per le pale. Questi profili aumentano l'efficienza della turbina del 200% e riducono le vibrazioni che mettono a rischio la struttura del 77%.

"Il nostro studio rappresenta la prima applicazione sperimentale di un algoritmo genetico per determinare la migliore inclinazione per una pala ad asse verticale", afferma Le Fouest.

Tuttavia, l’eolico verticale soffre di un grave svantaggio: funziona bene solo con flussi d'aria moderati e continui. Una forte raffica aumenta l'angolo tra il flusso d'aria e la pala, formando un vortice in un fenomeno chiamato stallo dinamico. Questi vortici creano carichi strutturali transitori che le pale non possono sopportare.

Per affrontare questa mancanza di resistenza alle raffiche, i ricercatori hanno utilizzato dei sensori per misurare le forze aerodinamiche. Inclinando la pala avanti e indietro a diversi angoli, velocità e ampiezze, hanno generato una serie di "profili di inclinazione".

Successivamente, è stato utilizzato un computer per eseguire un algoritmo genetico, che ha effettuato oltre 3500 iterazioni sperimentali. Come in un processo evolutivo, l'algoritmo ha selezionato i profili di inclinazione più efficienti e robusti e ha ricombinato i loro tratti per generare nuove configurazioni.