Il MIT mette il turbo ai parchi eolici: più energia senza modifiche agli impianti

A cura di Roberto Zonca

Quando il rotore non è perfettamente allineato con il vento, modificare la velocità delle pale può recuperare produzione finora lasciata inutilizzata. Il vantaggio economico è ancora una stima

LA NOTIZIA IN BREVE – Produrre più energia dagli impianti eolici già esistenti, senza installare nuove turbine né aumentare le dimensioni delle pale. È questa la prospettiva aperta da uno studio coordinato dal MIT con Queen’s University, Princeton University e Pennsylvania State University, pubblicato su PNAS Nexus. I ricercatori hanno scoperto che, quando una turbina non è perfettamente orientata rispetto al vento, modificare il tip-speed ratio (il rapporto tra velocità delle estremità delle pale e velocità del vento) può portare a nuovi punti di massima produzione.

I test sono stati condotti su un rotore di appena 15 centimetri all’interno di una galleria del vento ad altissima pressione. Qui è stato possibile riprodurre condizioni aerodinamiche paragonabili a quelle di turbine molto più grandi. Il vantaggio potrebbe arrivare soprattutto dai sistemi di controllo. Regolando in modo coordinato orientamento, velocità e inclinazione delle pale, il MIT stima decine di migliaia di dollari di ricavi aggiuntivi ogni anno per singola turbina. Ora resta da verificare quanto di questo beneficio possa essere trasferito agli impianti commerciali.

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L’APPROFONDIMENTO – Una turbina eolica non lavora quasi mai nelle condizioni ideali immaginate dai modelli più semplici. Il vento cambia spesso direzione, il rotore impiega tempo a seguirlo e per una parte della giornata le pale restano leggermente disallineate rispetto al flusso d’aria. Secondo un team di ricercatori del MIT, Queen’s University, Princeton University e Pennsylvania State University è proprio in quei momenti che potrebbe nascondersi una quota importante di energia finora non sfruttata.

Nei test, quando la turbina è inclinata rispetto alla direzione del vento, il regime di rotazione che garantisce la massima potenza non coincide necessariamente con quello utilizzato quando il rotore è perfettamente allineato. Modificando il tip-speed ratio, cioè il rapporto tra la velocità della punta delle pale e quella del vento, emergono nuovi punti di massima produzione. Lo studio è stato pubblicato il 7 settembre 2026 su PNAS Nexus.

Il risultato più interessante emerso dalla sperimentazione è quello relativo all’aumento di produzione, che potrebbe arrivare senza installare turbine più grandi e, in linea di principio, senza aggiungere nuovo hardware: sarebbe sufficiente intervenire sulle strategie di controllo delle macchine già operative. Il MIT stima che l’ottimizzazione combinata dell’orientamento, dell’inclinazione delle pale e della loro velocità potrebbe tradursi in decine di migliaia di dollari di ricavi aggiuntivi all’anno per singola turbina.

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Una turbina da 15 centimetri sotto una pressione enorme

Per arrivare a questo risultato i ricercatori hanno utilizzato una turbina con un rotore di appena 15 centimetri, inserendola però in una galleria del vento capace di lavorare a pressioni estremamente elevate. Aumentando la densità dell’aria fino a circa 100-220 volte quella atmosferica, il piccolo modello assume un comportamento aerodinamico confrontabile, per alcuni parametri, con quello di turbine molto più grandi. Secondo il primo autore John Kurelek, le condizioni ottenute equivalgono a quelle di rotori nell’ordine dei 15-20 metri, con configurazioni che possono simulare dimensioni ancora superiori.

Quando il vento arriva storto, cambiano anche le regole

Normalmente la navicella della turbina ruota per seguire la direzione del vento attraverso il sistema di yaw. Il riallineamento, però, non è istantaneo. Durante questi intervalli la turbina continua a produrre, ma lo fa in condizioni diverse da quelle considerate ottimali. Ed è qui che gli esperimenti hanno riservato la sorpresa. Variando insieme l’angolo di yaw e il tip-speed ratio, il gruppo ha osservato che la velocità di rotazione più conveniente cambia con il disallineamento. In altre parole, quando il vento non colpisce il rotore frontalmente, continuare a far lavorare la turbina secondo gli stessi parametri può significare lasciare energia inutilizzata.

Il controllo elettronico potrebbe allora reagire non soltanto ruotando la navicella, ma modificando anche la velocità delle pale e il pitch, cioè la loro inclinazione.

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Il guadagno potrebbe arrivare dal controllo, non da nuove turbine

Per aumentare la produzione di un impianto eolico si pensa normalmente a rotori più grandi, torri più alte, nuovi generatori o ulteriori turbine. Il lavoro del MIT percorre invece una strada diversa: ottenere di più dalle macchine già installate. Una strategia di controllo capace di combinare in tempo reale yaw, velocità di rotazione e inclinazione delle pale potrebbe cercare continuamente il punto di funzionamento più redditizio.

Il MIT valuta il possibile vantaggio economico in decine di migliaia di dollari all’anno per turbina. Il guadagno dipenderà comunque dalle caratteristiche delle macchine, dal sito, dalla variabilità del vento e dal tempo trascorso in condizioni di disallineamento. Per un grande parco eolico, però, anche miglioramenti relativamente piccoli moltiplicati per decine o centinaia di turbine possono diventare rilevanti.

Un modello per trovare rapidamente le migliori regolazioni

I dati raccolti nella galleria del vento hanno permesso ai ricercatori di verificare anche lo Unified Wind Turbine model, sviluppato dal gruppo di Michael Howland al MIT. Si tratta di un modello matematico che permette di calcolare come cambia la produzione quando vengono modificati contemporaneamente l’orientamento della turbina e la velocità di rotazione delle pale.

Il vantaggio è soprattutto pratico. Il modello richiede una potenza di calcolo relativamente modesta e può funzionare anche su un normale computer portatile. Un gestore potrebbe quindi simulare numerose combinazioni di yaw, velocità di rotazione e inclinazione delle pale, individuando quelle più promettenti prima di provarle su una turbina reale.

Ora bisogna capire quanto si guadagna sulle turbine reali

Gli esperimenti dimostrano che, quando il vento arriva con una certa inclinazione rispetto al rotore, la regolazione normalmente utilizzata dalla turbina non è sempre quella che produce più energia. In laboratorio è quindi possibile recuperare parte della potenza modificando il modo in cui la macchina reagisce al disallineamento. Il passaggio successivo sarà verificare quanto questo vantaggio rimanga evidente sulle turbine commerciali, sottoposte a venti molto più irregolari e a continue variazioni di velocità e direzione.

Roberto Zonca

Roberto Zonca è giornalista professionista, attivo nell’informazione digitale dal 2000. Ha lavorato per oltre venticinque anni nella redazione di Tiscali News, testata considerata tra le esperienze storiche del giornalismo online italiano, nata nella stagione pionieristica del web e cresciuta insieme alla trasformazione digitale del Paese. Oggi dirige GiornaleTecnologico.net.