Generatori a Magneti Permanenti a Trasmissione Diretta (WTG)

Un cuscinetto magnetico per migliorare efficienza, affidabilità e durata.

Quando si parla di turbine eoliche moderne, non si può trascurare l’evoluzione dei sistemi di generazione. Uno dei progressi più significativi degli ultimi anni è rappresentato dai generatori a magneti permanenti a trasmissione diretta (WTG), una tecnologia che elimina il tradizionale moltiplicatore di giri (gearbox), semplificando la struttura meccanica e aumentando l’affidabilità dell’impianto.

Questi sistemi sono ormai considerati il cuore delle nuove turbine offshore e onshore di grande taglia, dove la continuità di servizio e la riduzione della manutenzione fanno la differenza.

Come funzionano i WTG?

In un generatore eolico tradizionale, l’energia del vento mette in rotazione le pale, il cui movimento viene trasmesso a un moltiplicatore di giri che aumenta la velocità per alimentare il generatore elettrico. Questo passaggio, però, introduce attrito, usura e perdite di efficienza.

• il rotore delle pale è collegato direttamente al generatore, senza gearbox;

• all’interno del generatore, magneti permanenti producono il campo magnetico necessario a generare elettricità, senza bisogno di corrente di eccitazione esterna;

• il sistema può operare anche a basse velocità di rotazione, riducendo stress meccanici e vibrazioni.

Vantaggi dei WTG

• Maggiore efficienza: eliminando il gearbox, si riducono le perdite meccaniche e si ottiene una resa energetica superiore (fino al +3-4% rispetto alle soluzioni tradizionali).

• Minore manutenzione: niente ingranaggi, lubrificanti o parti soggette a forte usura → riduzione dei costi operativi.

• Affidabilità e durata: vita utile più lunga, particolarmente importante negli impianti offshore.

• Silenziosità: l’assenza di moltiplicatori riduce il rumore generato.

• Compattezza elettrica: la tecnologia consente un controllo più preciso della produzione e una migliore integrazione con i sistemi di rete.

Svantaggi e sfide

• Costo iniziale elevato: i magneti permanenti sono spesso realizzati con terre rare (come il neodimio), materiali costosi e di difficile reperibilità.

• Dipendenza geopolitica: la produzione di terre rare è concentrata in pochi paesi (soprattutto Cina), con rischi per la catena di approvvigionamento.

• Peso e dimensioni: l’eliminazione del gearbox richiede generatori più grandi e pesanti, con sfide ingegneristiche legate all’installazione.

Dove si usano i WTG?

I generatori a magneti permanenti a trasmissione diretta si stanno diffondendo in modo particolare nel settore offshore, dove la manutenzione è complessa e costosa.

Alcuni dati interessanti:

• Secondo l’International Energy Agency (IEA), oltre il 30% delle turbine offshore installate dal 2020 utilizza già WTG.

• I principali produttori, come Siemens Gamesa, GE e Goldwind, hanno integrato questa tecnologia nei loro modelli di punta.

• In Europa, progetti come Dogger Bank (UK) e Hollandse Kust (Olanda) prevedono turbine da oltre 12 MW basate proprio su WTG.

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Perché sono importanti per la transizione energetica?

L’eolico è chiamato a giocare un ruolo chiave nella transizione verso un sistema energetico decarbonizzato. I WTG rappresentano un tassello strategico perché:

• riducono i costi di gestione a lungo termine,

• aumentano l’affidabilità degli impianti,

• migliorano la sostenibilità complessiva grazie alla minore necessità di sostituzione di componenti.

Indice delle Tecnologie Eoliche

1. Aerogeneratori ad Asse Orizzontale (HAWT): La tecnologia più diffusa e consolidata. Queste turbine presentano un rotore con pale che ruotano su un asse orizzontale, parallelamente al terreno. Sono caratterizzate da alta efficienza e sono adatte sia per impianti onshore (terrestri) che offshore (marini).

2. Aerogeneratori ad Asse Verticale (VAWT): Queste turbine hanno un rotore che ruota su un asse verticale, perpendicolare al terreno. Presentano vantaggi come la capacità di catturare il vento da qualsiasi direzione senza necessità di orientamento e una manutenzione potenzialmente più semplice. Tuttavia, generalmente hanno un'efficienza inferiore rispetto alle HAWT e sono meno diffuse per la produzione su larga scala.

3. Turbine Eoliche Offshore: Installate in mare aperto, sfruttano venti più forti e costanti rispetto a quelli terrestri. Si dividono in due principali categorie:

   • Turbine Offshore Fisse: Ancorate al fondale marino, adatte a basse profondità.

   • Turbine Offshore Galleggianti: Installate su piattaforme galleggianti, permettono l'installazione in acque profonde, aprendo nuove aree sfruttabili.

4. Mini Eolico: Turbine di piccole dimensioni, adatte per applicazioni domestiche, agricole o per piccole comunità. Possono essere ad asse orizzontale o verticale.

5. Eolico senza Pale (o a Oscillazione): Concetti innovativi che cercano di superare i limiti delle turbine tradizionali. Un esempio è la turbina che sfrutta l'oscillazione di una struttura per generare energia, eliminando la necessità di pale rotanti. Questa tecnologia è ancora in fase sperimentale.

6. Eolico ad Alta Quota (HAWT su piattaforme aeree o aerostati): Sistemi che posizionano le turbine eoliche ad altitudini elevate, dove i venti sono più forti e costanti. Si utilizzano piattaforme aeree ancorate o aerostati. Questa tecnologia è ancora in fase di sviluppo ma promette un elevato potenziale.

7. Turbina Eolica a Geometria Variabile:

   Tecnologia che permette alle pale della turbina di adattarsi automaticamente ai cambiamenti del vento, ottimizzando la produzione di energia anche in condizioni di vento variabile o turbolento.

8. Eolico con Generatori a Magneti Permanenti a Trasmissione Diretta: Turbine che eliminano il moltiplicatore di giri (gearbox) tra il rotore e il generatore, riducendo le perdite di energia e la necessità di manutenzione. Questa tecnologia è sempre più diffusa soprattutto nelle turbine offshore.