Progetto KiteGen, eolico di alta quota

L’acronimo KiteGen è composto dalle parole Kite e Generatore.

Si tratta di un concetto radicalmente nuovo per la generazione di energia che utilizza una fonte rinnovabile ad oggi non ancora sfruttata, il vento d’alta quota della troposfera, ed è in grado di competere con le attuali centrali termiche e nucleari capaci di potenze dell’ordine del Gigawatt.

Il vento viene catturato tramite batterie di grandi profili alari (kites) pilotati automaticamente in uno spazio aereo dedicato; i kites trasmettono a terra la forza raccolta nel vento, trascinando in rotazione un dispositivo di conversione energetica posto a livello del suolo (generatore).

Le energie alternative devono competere con i vantaggi (purtroppo ormai sedimentati in “cattive abitudini”) alla quale ci hanno abituati i combustibili fossili, che sono energeticamente molto densi, stoccabili e sempre disponibili all’occorrenza a produrre forza motrice o calore, caratteristiche che tipicamente non sono disponibili con le fonti rinnovabili, poiché troppo disperse nel tempo e nello spazio. Il progetto KiteGen è un metodo originale ed innovativo per concentrare su un’unica installazione imponenti quantità di energia rinnovabile.

La ricerca nasce come risposta ad una sollecitazione dell’Unione Europea che esortava a trovare una soluzione per la cosiddetta “low wind resource”, abilitando anche siti considerati non adatti allo sfruttamento eolico come la Pianura Padana.

Il progetto, partito quindi con intenzioni abbastanza circoscritte e modeste, dopo anni di studi e ricerca è approdato ad un concetto di applicabilità universale, il cui orizzonte temporale di implementazione potrebbe essere molto breve ed avere potenzialità di produzione energetica su scala industriale, grazie alla particolare scalabilità del concetto può crescere con una logica modulare senza incorrere in particolari impedimenti strutturali.

Il KiteGen individua come inesplorato giacimento” energetico il vento di alta quota. Alle quote a cui opera il KiteGen, i venti sono mediamente più costanti e intensi di quelli raggiungibili dalle torri eoliche, le più grandi delle quali raggiungono all’hub un massimo di 100 m.

A 500÷1000 m sul suolo il vento ha velocità doppia rispetto a quello a 100 m. La potenza catturabile dal vento cresce col cubo della sua velocità; quindi, la potenza corrispondente al vento a 800÷1000 m sul suolo è, a parità di ogni altro fattore, otto volte maggiore di quella catturabile a 80÷100 metri.

Recenti studi affermano che tra 50 e 100 m di altezza, dove operano gli aerogeneratori tradizionali, il vento può fornire circa 96.000 TWh l’anno, pari a circa lo 85% del fabbisogno primario di energia dell’umanità (M. Hoogwijk, B. De Vries, W. Turkenburg, “Assessment of the global and regional geographical, technical and economic potential of onshore wind energy”, 2004). A 2000 metri la potenza che si può raccogliere è pari a circa 270 volte il fabbisogno mondiale di energia primaria (3,6*10¹⁵ Watt, "wind power" McGraw-Hill Dictionary of Scientific and Technical Terms. McGraw-Hill Companies, Inc., 2003).Le prestazioni di una macchina, che sfrutta l’energia cinetica del vento per trasformarla in altre forme di energia, sono caratterizzate dalla dimensione del fronte vento intercettabile e dall’efficienza di trasformazione. Nel caso del KiteGen il fronte vento può crescere a scale non immaginabili per gli impianti eolici tradizionali, mentre l’efficienza è un parametro che dipende quasi completamente dall’aerodinamica degli elementi che interagiscono con il flusso, ovvero i kites o profili alari.

Per fornire immediatamente un termine di paragone e per farsi un’idea del “giacimento” eolico disponibile per un’ipotetica macchina con le caratteristiche del KiteGen, è possibile fare un breve calcolo comparativo basandosi sull’occupazione dello spazio aereo istituito per ragioni di sicurezza sopra ogni impianto nucleare, la cosiddetta no-fly zone.

La potenza specifica media del vento a 1000 metri è di circa 400W al metro quadrato. La no-fly zone di una centrale nucleare ha un raggio di 5000 metri e un’altezza di 1500. La superficie verticale di fronte vento inclusa nella zona interdetta è quindi pari a 15 milioni di metri quadrati, che moltiplicati per la potenza specifica darebbero ben 6GW di potenza cinetica del vento.E’ quindi plausibile affermare che nella zona aerea riservata ad una centrale nucleare, transita istante per istante sei volte la potenza tipica prodotta dalla centrale medesima. Questa considerazione permette di vedere il vantaggio di una macchina eolica che, qualora fosse capace di estrarre anche solo una frazione di quella potenza mediamente disponibile, equivarrebbe alla centrale nucleare in termini di produttività, occupando lo stesso volume di pertinenza.

La potenzialità del KiteGen è testimoniata dalle stime del costo dell'energia producibile, che risulta essere decine di volte inferiore anche al gas o al petrolio. La quantità di energia che un singolo impianto KiteGen può fornire sono sufficienti a soddisfare la richiesta energetica di un’intera regione italiana. Questo fa sperare la conseguenza più ovvia: mitigare se non annullare in tempi rapidi la dipendenza dai combustibili fossili della nostra società e di conseguenza ridurre drasticamente l’emissione di un gas climalterante qual è la CO₂.

Queste affermazioni potrebbero ad una prima analisi sembrare imprudenti, per quanto riguarda la consistenza tecnica e scientifica il concetto è stato ampiamente esplorato con l’approccio interdisciplinare richiesto dalla particolare architettura del sistema. Solo 10 anni fa sarebbe stato difficile, per alcuni aspetti, elaborare gli assunti teorici che oggi rendono possibile la realizzazione di un KiteGen. Infatti, accanto a scienze consolidate quali la dinamica dell’atmosfera, la meccanica del volo, l’aerodinamica, la meccanica strutturale e l’elettrotecnica, l’ambito teorico nel quale il progetto ha preso forma è costituito da discipline in continua evoluzione come la controllistica predittiva, la sensoristica di tracciamento del movimento nello spazio tridimensionale e le proprietà entusiasmanti dei nuovi materiali.

Il KiteGen rappresenta la fusione tra problemi e competenze ingegneristiche di varia natura e l’applicazione delle relative soluzioni già disponibili, accompagnata da un’importante attività di progettazione. Il suo sviluppo richiede esclusivamente attività di ricerca applicata, che con un adeguato investimento ha un esito prevedibile e programmabile con passi precisi e verificabili. Non richiede attività di ricerca di base (come, invece, nel caso della fusione nucleare – progetto ITER o dei reattori di IV generazione), caratterizzata da lunghi profili temporali (30-50 anni), alti costi ed esiti incerti: l’orizzonte temporale del progetto potrebbe non superare i cinque anni.

Queste valutazioni hanno indotto ad esplorare nel dettaglio la fattibilità e le possibili soluzioni ingegneristiche che potevano condurre ad un tale obiettivo. Dopo i primi affinamenti dell’idea, è risultata evidente la leggerezza della macchina rispetto all’energia producibile, che determinerebbe un EROEI (energia ricavabile rispetto all’energia investita) della fonte di gran lunga superiore a 100, valore mai più raggiunto dal tempo del petrolio facile.

Il primo prototipo da 50kW di KiteGen è stato realizzato con successo ed ha già prodotto abbondante energia elettrica. Ha ricevuto premi e riconoscimenti, il più importante dei quali dal WREC - World Renewabe Energy Congress, organizzazione mondiale focalizzata sul settore dell’energia rinnovabile affiliata alle Nazioni Unite.

In Italia il Ministero dello Sviluppo Economico ha ammesso il progetto, in seguito ad una selezione su bandi fondi per l'innovazione tecnologica nel campo dell’energia e dell’automazione, a fruire di un totale di 15 milioni di Euro, che se erogati, consentiranno di proseguire con lo sviluppo del progetto su scala industriale.

Il progetto KiteGen ha evidentemente imponenti implicazioni socio-economiche e politiche, dettate fondamentalmente dalla possibilità di ridurre in tempi brevi la dipendenza dei Paesi dai combustibili fossili, i cui effetti su scala mondiale sono drammaticamente sotto gli occhi di tutti.