In Germania, nella cittadinacostiera di Brunsbüttel, lo scorso febbraio è stato messo in funzione un generatore eolico di grandi dimensioni. Il Ministro dell’Ambiente tedesco, Jürgen Trittin, ha definito il generatore REpower 5M come una tappa fondamentale, nonché “la dimostrazione che, in campo tecnologico, l’industria tedesca dell’energia eolica occupa una posizione preminente”. E ha aggiunto: “Il futuro dell’energia eolica è nelle installazioni offshore”.

Il generatore a turbina di Brunsbüttel, infatti, è solo il primo di una serie di installazioni sulla terraferma che preludono alla versione offshore. Secondo quanto previsto dal progetto DOWNVInD della Talisman, sovvenzionato dall’Unione Europea, il primo generatore 5M dovrebbe essere installato nel 2006, a circa 25 km al largo delle coste scozzesi, ad una profondità di 44 metri.

Bettina Linden, portavoce della REpower, afferma: “In Germania alcune persone non vogliono che il paesaggio diventi quello che chiamano “campo di asparagi” e siamo obbligati a installare le centrali eoliche in mezzo al mare, lontano dalla vista dei più. Naturalmente ci sono anche altri motivi per scegliere le applicazioni offshore, alcuni dei quali molto validi”.

Tra questi vi è sicuramente il fatto che la forza del vento si manifesta con maggiore potenza in mare che sulla terraferma. Martin Skiba, fino a poco tempo fa titolare del progetto 5M, spiega che, a parità di vento, l’energia prodotta in mare è circa il doppio di quella ottenuta sulla terraferma a causa dell’azione frenante esercitata da quest’ultima.

La distanza dalla terraferma costituisce però uno dei principali problemi. Per questo, oltre a Brunsbüttel, per ottimizzare il funzionamento dei generatori, la REpower ha bisogno di ulteriori installazioni sulla terraferma cui poter accedere agevolmente. Ma, come già accennato, non è facile ottenere l’autorizzazione per applicazioni a terra, soprattutto quando si tratta di enormi generatori da 5 MW in grado di fornire elettricità alle case di
4.500 famiglie. La REpower auspica che i risultati ottenuti nella Germania settentrionale possano convincere governi e istituzioni locali a intraprendere la via della sperimentazione.

Ursula Belker, sindaco della città di Husum, in cui ha sede uno dei due stabilimenti principali della REpower, lo scorso febbraio ha esultato: il Ministero dell’Interno aveva infatti ritirato l’opposizione all’installazione di tre generatori 5M nella centrale eolica sorta nei pressi dello stabilimento della REpower, salvando così trecento posti di lavoro.

Dagli errori commessiin passato l’industria del settore ha tratto insegnamento. L’installazione offshore di generatori da terra in versione adattata alle esigenze del mare aperto e con dimensioni assai inferiori a quelle attuali, comportava costi elevati nella costruzione dei basamenti posti a 40 metri di profondità e nel collegamento alla rete elettrica. Le turbine di grandi dimensioni di nuova generazione sono l’unico modo per ammortizzare le ingenti spese di impianto.

Le maggiori dimensioni comportano necessariamente l’impiego di nuovi materiali. I primi rotori erano in acciaio, ma l’attuale standard industriale è la plastica rinforzata con fibra di vetro. La REpower, però, per non aumentare il peso complessivo e portare a 126 metri il diametro del rotore di questa macchina a tre pale, ha dovuto ricorrere alla fibra di carbonio.

La progettazione di centrali eoliche offshore impone l’adozione di nuovi parametri e di sistemi di manutenzione e riparazione che tengano conto della loro localizzazione, spesso difficilmente accessibile. In questo settore il successo dipenderà anche dalla capacità di gestire al meglio queste problematiche.

“Il problema principale è garantire un livello elevato di disponibilità delle macchine”, afferma Skiba. Non si può pensare, infatti, di fare un salto nel negozio più vicino per comprare un fusibile da sostituire; occorre che questi generatori funzionino a lungo in modo affidabile e il generatore 5M è stato proprio concepito per operare in ambienti inospitali. La protezione dalla corrosione provocata dalla salsedine è stata senz’altro una questione prioritaria, ma sono stati considerati anche altri aspetti meno evidenti, quali l’adozione di componenti ridondanti, come evidenzia Skiba: “Solitamente in questi generatori l’albero del rotore è sostenuto da un solo cuscinetto, mentre un secondo è nella scatola a ingranaggi. Nel caso del 5M, invece, il sistema è sostenuto da due cuscinetti, uno nella posizione di vincolo e uno in quella non di vincolo”. In questo modo i cuscinetti della scatola a ingranaggi devono reggere solo carichi di coppia.

Le condizioni di funzionamentodei vari componenti sono tenute continuamente sotto controllo da appositi sistemi elettronici, che consentono di programmare tempestivamente gli interventi di manutenzione qualora si verificassero anomalie potenzialmente pericolose. In caso di necessità, la gondola dispone di una pista di atterraggio per elicotteri e, al suo interno, c’è una gru da sei tonnellate per consentire di rimuovere e sostituire il 95% dei componenti. Solo quelli di dimensioni maggiori richiedono un’apposita piattaforma dotata di gru propria.

Sulla terraferma è frequente che il rotore debba essere rimosso e appoggiato al terreno onde consentire l’abbassamento della gondola, cosa peraltro impossibile in alto mare. Per questo, il generatore 5M è progettato in modo da permettere di effettuare quasi tutte le riparazioni all’interno della gondola e di issare le parti di ricambio mediante appositi “flap”.

La REpower ha investito12,5 milioni di euro nel progetto 5M – di cui il 15% circa proveniente da fondi pubblici – ed ha accettato la sfida che i primi generatori installati offshore offrano il rendimento del capitale investito e l’affidabilità di funzionamento richiesti dal settore. Da parte loro il compito è stato assolto, ma, come precisa Bettina Linden, “ora è necessaria la collabora­zioni di tutti in quanto sussistono delle decisioni da prendere a livello politico in merito alle infrastrutture, al cablaggio sottomarino, all’integrazione con la rete elettrica, nonché problemi da risolvere in termini operativi e di servizio. È chiaro però che la strada dell’energia eolica è l’unica percorribile per rispondere al problema energetico mondiale”.

Secondo Skiba “siamo appena agli inizi e, se paragonata all’industria automobilistica, quella dell’energia eolica si muove ancora a livelli quasi artigianali, sebbene, con una maggiore automazione, nell’arco di una quindicina d’anni potrebbe arrivare a rappresentare l’elemento meno costoso della spesa complessiva per l’energia”.

Forse la REpower costruirà ancora i suoi generatori con metodi che ricordano quelli dell’industria artigianale, ma è indubbio che l’elevata potenza e i requisiti di affidabilità ed efficienza fanno del generatore 5M un punto di riferimento nell’industria eolica.

Un cuscinetto dalle dimensioni eccezionali

La SKF fornisce i cuscinetti per il rotore del generatore di grandi dimensioni 5M, il cui peso di oltre 100 tonnellate grava fortemente sull’albero. Il sistema è costituito da un cuscinetto toroidale a rulli CARB^® – il più grande mai costruito dalla SKF, con un diametro interno di 1.500 mm e un peso di 2.700 kg – nella posizione non di vincolo, e da un cuscinetto orientabile a rulli in quella di vincolo. Considerate le dimensioni eccezionali di questa unità, per riscaldare i cuscinetti durante il montaggio nonché i due alloggiamenti, che pesano ciascuno 8.000 kg, la SKF ha dovuto realizzare un nuovo riscaldatore a induzione. Per facilitare le operazioni di montaggio e smontaggio, la SKF ha anche previsto speciali ghiere divise (anch‘esse le più grandi di questo tipo). Infine, per consentire il controllo di numerosi e importanti parametri dei generatori di prossima costruzione, la SKF ha sviluppato il sistema on line di condition-monitoring WindCon (vedere l’articolo di Evolution 1.2005).