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rapporti - Deliverable

Studi e scenari applicativi di componenti di rete a superconduttore con approfondimenti su generatori superconduttivi per turbine eoliche

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Studi e scenari applicativi di componenti di rete a superconduttore con approfondimenti su generatori superconduttivi per turbine eoliche

I progressi tecnologici in corso nella realizzazione di materiali superconduttori e l’attenzione ad aspetti di efficienza energetica e di asset management rendono sempre più vantaggioso e interessante il loro utilizzo in componenti per il Sistema Elettrico. Cavi, SFCL e trasformatori sono i principali componenti ad oggi realizzati con tecnologie superconduttive, ma queste potrebbero in breve tempo consentire di progettare turbine eoliche a costi concorrenziali rispetto alle classiche tecniche di progetto.

Nel presente rapporto viene fornita una panoramica degli studi e delle applicazioni di materiali superconduttivi ai componenti per il Sistema Elettrico ed alcune indicazioni sulle prospettive evolutive per lo sviluppo di componenti basati su tecnologie a superconduttore. In particolare sono stati elencati e brevemente descritti i principali progetti mondiali che riguardano le applicazioni della superconduttività ai cavi di potenza, ai limitatori della corrente di corto circuito e ai trasformatori. Maggiore spazio è dedicato ai generatori superconduttivi per turbine eoliche, descrivendo in dettaglio le tecnologie, lo stato delle attività e le prospettive di sviluppo in questo settore. Molte aspettative infatti sono oggi riposte sulla generazione da fonte eolica. Per fornire i contributi attesi, il settore eolico dovrà però compiere ulteriori e significativi progressi per quanto riguarda la mappatura delle risorse, la scelta dei siti, la tecnologia degli aerogeneratori e le tecniche d’installazione degli impianti sulla terraferma e offshore. Le moderne tecnologie di produzione di conduttori basati su materiali Superconduttori ad AltaTemperatura (SAT) hanno già trovato diverse applicazioni nel progetto delle macchine rotanti. Nelle applicazioni eoliche onshore, ed ancora di più in quelle offshore, la riduzione dei pesi e degli ingombri dei macchinari elettrici è estremamente importante (a maggior ragione via via che le taglie diventanosempre più grandi): la disponibilità, quindi, di una tecnologia come quella dei conduttori SAT di ultima generazione, in grado di limitare dimensioni e pesi delle macchine rotanti consentendo nello stesso tempo di raggiungere elevate potenze e coppie, sembra estremamente appetibile per ogni applicazione eolica.La maggior parte delle turbine eoliche classiche sono ad asse orizzontale tipicamente con tre pale. Esse sono costituite da una navicella che ospita i componenti fondamentali e che è posizionata sulla sommità di una torre eolica. Le tre pale sono montate sul mozzo del rotore, che è collegato tramite l’alberoprincipale al moltiplicatore di giri, mentre il rotore del generatore eolico è inserito all’uscita dello stesso moltiplicatore. I conduttori SAT di nuova generazione potrebbero permettere la diffusione e l’applicazione reale di turbine eoliche di tipo a trasmissione diretta (direct drive) nella classe di potenza 10 MW. Le turbine di questo tipo garantiscono un miglioramento nell’affidabilità e nell’efficienza perché non prevedono nella loro architettura la presenza del moltiplicatore di giri, che viene infatti sostituito da un sistema meccanico più semplice e poco sensibile alle fluttuazioni della coppia applicata all’albero. Chiaramente un design completamente superconduttore (sia statore e rotore) non è realistico allo statoattuale della tecnologia. La tendenza è oggi quella di avvolgere lo statore con normali conduttori in rame secondo le tecniche classiche e di avvolgere con materiale superconduttore il rotore. La soluzione potrebbe consistere nello scegliere materiali meno sensibili al campo magnetico (SAT di SecondaGenerazione – SAT 2G) da far lavorare a basse temperature.

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