Sviluppo di tecnologie per l'analisi e la progettazione di aerogeneratori ad asse verticale

The depletion of non-renewable sources of energy and the consequent energy crisis are driving more and more countries to diversify their energy supply markets. The development of alternative sources of energy is essential in the energy transition process. The main goals at the European level include reaching a greater electrification of consumptions in order to achieve carbon neutrality by 2050. Among alternative energy sources, wind power plays a key role. Currently, wind power is mainly produced by large wind farms through machineries that can produce many megawatts. Over the past few years, we have seen a growing attention to smaller machines that can be used in different contexts, either alone or in combination with other energy sources. However, the use of small wind turbines (SWT) is currently hindered by high manufacturing costs, which derive also from a lack of system development and optimization. It is possible to increase the manufacturing of these types of machines by developing technologies that allow a multidisciplinary design, for use by small and medium-sized enterprises and beyond. The purpose of this study is double: the search for parameters to obtain reliable aerodynamic curves in a short time, which is useful for preliminary design of this type of machines, and the integration of aerodynamic curves calculated through the use of CFD within an aerostructural optimization routine for a vertical axis wind turbine.

L’esaurimento di fonti di energia non rinnovabile e la conseguente crisi energetica che ci troviamo ad affrontare sono le ragioni che spingono sempre più Paesi a diversificare il mercato energetico. Lo sviluppo di fonti alternative di energia è fondamentale nel processo di transizione energetica. Gli obiettivi energetici a livello europeo comprendono il raggiungimento di una maggiore elettrificazione dei consumi in modo da arrivare alla carbon neutrality entro il 2050. Tra le fonti di energia alternative, si inserisce l’energia eolica. Ad oggi, essa è principalmente prodotta da grandi impianti eolici attraverso macchine che consentono di produrre diversi megawatt. Negli ultimi anni è cresciuto l’interesse verso macchine di più piccole dimensioni che possano essere utilizzate in contesti diversi, sia da sole sia in combinazione con altre fonti di energia. L’utilizzo di turbine eoliche di piccole dimensioni (SWT) è attualmente ostacolato dai costi di produzione elevati dovuti anche alla mancanza di sviluppo e ottimizzazione dei sistemi. È possibile aumentare la produzione di questo tipo di macchine sviluppando tecnologie che consentano di progettarle in maniera multidisciplinare ad uso delle piccole e medie imprese, e non solo. Lo scopo del presente lavoro è duplice: la ricerca dei parametri che consentano di ottenere delle curve aerodinamiche affidabili in tempi brevi, utile ai fini di una progettazione preliminare di questo tipo di macchine e l’integrazione di curve aerodinamiche calcolate attraverso l’uso della CFD all’interno di una routine di ottimizzazione aerostrutturale per una turbina eolica ad asse verticale.