La tecnologia esistente riesce appena a scalfire, in pochi punti favorevoli, la superficie dell’enorme giacimento d’energia rappresentato dal vento (vedi Dati sul vento). Infatti le torri eoliche non possono spingersi più in alto e arrivare al vento in quota, sono già prossime al loro limite dimensionale: con difficoltà i rotori superano 100 metri dal suolo, la struttura che li sorregge diventa, col crescere dell’altezza, esponenzialmente più pesante, instabile e soprattutto costosa.
La situazione è paragonabile a quanto accaduto con le trivellazioni petrolifere, dove solo dopo aver trovato soluzioni via via migliori ci si è potuti allontanare dal suolo – verso il basso, in questo caso – riuscendo a raggiungere le riserve più profonde e redditizie.

Per visualizzare meglio il potenziale ad oggi non sfruttato, si consideri che la zona proibita al volo sopra una centrale nucleare può facilmente arrivare a contenere 1 GW di potenza del vento, uguale alla potenza della centrale stessa.

Per raggiungere il vento in quota e sfruttarne la maggiore energia cinetica, il progetto KiteGen è partito da un radicale cambio di prospettiva nella progettazione delle macchine necessarie, che per raggiungere i venti di alta quota non possono essere pensate come strutture ancorate a terra o in mare, ma devono adattarsi alla forza e alla mutevolezza dei venti, seguendoli e piegandovisi in modo intelligente e dinamico.
Grandi aquiloni, del tipo di quelli ben noti a molti sportivi, ma progettati appositamente e pilotati attraverso sofisticati sensori connessi a computer, possono catturare venti di intensità molto superiore a quella raccolta dalle turbine eoliche tradizionali e con una continuità non sempre consentita a queste, anche nei siti più favorevoli.
Un chiaro vantaggio di questa tecnologia è suggerito visivamente nella illustrazione sottostante.

L’essenza del concetto KiteGen è paragonabile a quello di una torre eolica, nella quale le estremità delle pale – in rosso – sono la parte più efficiente, perchè raggiungono le velocità massime; ma ne rimangono i soli componenti veramente necessari, ossia le ali ad alta velocità e il generatore, questo convenientemente spostato al suolo. La struttura risultante, comprese le fondamenta a terra, è molto più leggera e economica. La quota operativa è inoltre variabile in funzione delle condizioni di vento esistenti.

In aria, a sottrarre energia dal vento a una altezza di 800 / 1.000 metri, profili alari di potenza, ali semirigide ad alta efficienza pilotate automaticamente. Al suolo, tutti i macchinari pesanti per la generazione di energia. Ad unire i due sistemi, cavi in materiale composito che trasmettono la trazione e contemporaneamente controllano direzione e angolo al vento.

L’unità di manovra (detta KSU, acrònimo di KiteSteering Unit) permette di guidare in modo automatico una o più ali secondo traiettorie precise (guarda il video del prototipo).

Il controllo del profilo alare avviene srotolando e riavvolgendo in maniera differenziale i due cavi su due verricelli azionati da motori. Al cuore del sistema risiede il software che, senza intervento umano, sulla base di dati ricevuti dal generatore e da sensori avionici montati a bordo dei profili alari (guarda il video dei sensori), interviene sui cavi: in questa maniera le traiettorie di volo possono essere controllate, sincronizzate fra di loro e normalmente dirette alla massima produzione di energia.

La tecnologia KiteGen è stata sviluppata ad oggi soprattutto nell’ambito della configurazione “Stem“,  alla cui industrializzazione seguirà lo sviluppo della configurazione “Carousel“.

Articoli scientifici

• Power kites for wind energy generation: fast predictive control of tethered airfoils – IEEE Control Systems Magazine, December 2007;
• KiteGen project: control as key technology for a quantum leap in wind energy generators – 2007 American Control Conference, July 11-13, 2007 – New York City, NY, USA;
• Control of tethered airfoils for a new class of wind energy generator – 45th IEEE Conference on Decision and Control, December 13-15, 2006 – San Diego, CA, USA.

Scenari futuri

Si è ritienuto opportuno mettere a punto la configurazione “Stem” prima di sviluppare la configurazione “Carousel”, tuttavia è senz’altro quest’ultima in grado di rivoluzionare il quadro della produzione energetica. Grazie alla intrinseca modularità della tecnologia KiteGen la scalabilità delle centrali KiteGen del tipo Carousel non presenta significativi limiti strutturali o di costo. In un certo senso, la difficoltà nell’aumentare la taglia di una centrale è paragonabile, avendo costruito una automobile, a dover costruire una lunga fila delle stesse automobili.

Questo è il motivo per cui nell’ambito dello sviluppo della configurazione “Carousel” saranno da subito sviluppate centrali KiteGen da 1.000 MW (1 GW) o oltre, ipotesi non percorribile con i sistemi tradizionali di generazione eolica, a causa della spaziatura reciproca dei generatori a terra, necessaria per mantenere una sufficiente efficienza. Le centrali KiteGen superano questo limite, poiché ogni unità sfrutta regioni differenti dell’enorme volume di vento intercettato dalla macchina nel suo complesso.

L’obiettivo a lungo termine di KiteGen research infatti non è solo un costo sempre minore dell’energia prodotta, ma anche una soluzione per raggiungere un mix energetico globale dove una parte consistente del fabbisogno energetico di base venga fornita da una fonte pulita e rinnovabile: il vento troposferico.

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