ITBO20070222A1 - Centrale aerostatica per la produzione di energia, particolarmente di energia elettrica. - Google Patents

Description

“Centrale aerostatica per la produzione di energia, particolarmente di energia elettrica”

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La moderna società ha l' esigenza di procurarsi energia elettrica a basso costo per i crescenti fabbisogni civili ed industriali e, in particolare, di energia “pulita” e rinnovabile o con poche o nulle emissioni inquinanti e quindi non legata all’uso di combustibili naturali come petrolio e carbone o al nucleare.

Tra gli studi attualmente più interessanti per la produzione di energia elettrica “pulita”, vi sono quelli indirizzati verso le potenzialità delle celle solari. Questa ricerca, in continuo sviluppo e piena di promesse, appare tra le più meritevoli di attenzione pur se con l’attuale fotovoltaico è possibile sostituire solo in parte le tradizionali fonti energetiche.

Anche le ricerche sulla produzione di energia attraverso apparecchiature eoliche sono in continua e rapida evoluzione. Il vento rappresenta una delle prime forme di energià che l’uomo ha utilizzato: i mulini a vento e le pompe eoliche un tempo erano diffusi in tutta Europa. L’attuale boom nello sfruttamento dell’energia eolica si basa sul riadattamento di una tecnica consolidata. Naturalmente cambiano i materiali e i rotori: i generatori attualmente più diffusi sono ad asse orizzontale con grandi eliche, ma sono in via di avanzata sperimentazione rotori ad asse verticale più efficienti che non hanno alcuni limiti dei grandi rotori ad elica che debbono essere direzionati nel vento ed avere un’accurata regolazione per le alte velocità che possono raggiungere. La tecnologia dell’eolico è in fase molto avanzata e dopo quella idroelettrica, è una delle fonti energetiche “pulite” di ultima generazione considerata più matura e promettente in quanto consente di produrre elettricità con significativi rendimenti, perché è continuamente disponibile, sia di giorno che di notte in modo proporzionale alla richiesta, perché non influisce sugli ecosistemi e perché i meccanismi che sfruttano l’energia eolica non richiedono tecnologie d’avanguardia.

Per ottenere una importante ed apprezzabile produzione, le apparecchiature fotovoltaiche ed eoliche debbono essere posizionate nelle “migliori condizioni di lavoro”: quindi, per il fotovoltaico in zone soleggiate, non limitate da foschie e nebbie e per l’eolico in aree con venti forti, regolari e non deviati da impedimenti naturali o da costruzioni dell’uomo. Nell’uno e nell’altro caso è poi necessario, per assicurare un alto rendimento degli impianti, che i pannelli solari e i rotori fotovoltaici siano mantenuti in un continuo corretto orientamento nei confronti del sole e dei flussi ventosi, possibilità attualmente non consentita agli impianti realizzati sulla superficie terrestre, dove è possibile predisporre solo limitati spostamenti e dove quindi, la produzione di energia si modifica col variare delle condizioni solari e ventose.

Per lo sviluppo dei detti impianti di produzione di energia elettrica, persistono ancora alcuni fattori ostacolanti. La loro crescita è infatti frenata dal negativo impatto architettonico, dalla scarsità di siti adatti, dalla necessità di impegnare ampi spazi per realizzare i “parchi” necessari per ospitare le alti torri eoliche o le distese di pannelli fotovoltaici e da resistenze della popolazione locale. Questa “occupazione” del territorio e una diffusa incredulità nelle effettive possibilità di questo tipo di energie alternative, hanno sino ad ora rallentato il loro impiego.

Il sole è la fonte di energia più diffusa ed è disponibile ovunque, in modo gratuito e spesso in quantità largamente superiori ai fabbisogni energetici. La sua utilizzazione presenta tuttavia problemi tecnici ed economici legati alla bassa densità energetica della radiazione solare, alla sua discontinuità (alternanza giomo/notte, ciclo delle stagioni, variazioni delle condizione meteorologiche) e agli attuali valori modesti dei rendimenti di conversione. Questi fattori rendono notevole il divario tra le capacità potenziali e le possibilità pratiche di impiego. Fra le diverse tecnologie finora messe a punto per lo sfruttamento dell’energia solare, quella fotovoltaica è senza dubbio la più innovativa e promettente, sia a lungo che a medio termine, grazie alle sue caratteristiche di modularità, di semplicità, affidabilità, ridotte esigenze di manutenzione, progresso tecnologico prevedibile. Il processo fotovoltaico, si basa sulla capacità di alcuni materiali semiconduttori, opportunamente trattati, quali ad esempio il silicio, di generare direttamente energia elettrica quando vengono esposti alla radiazione solare. Recenti ricerche di scienziati californiani hanno messo a punto un nuovo tipo di celle solari realizzate con polimeri plastici e nanocristalli, che vengono a costare un decimo delle attuali celle al silicio. Queste celle leggere, cosiddette a pellicola, si presentano come le più adatte alla loro sistemazione nelle stazioni di produzione di energia secondo l' invenzione, come più avanti indicate.

La conversione con le normali celle al silicio, avviene con un rendimento del 12-15% nella cella fotovoltaica. Ogni cella è in grado di produrre circa 1,5 W alla tensione di 0,6 V. Decine di celle collegate tra loro elettricamente, formano un modulo da circa 40-50W che costituisce il componente elementare dei sistemi fotovoltaici. Più moduli collegati tra loro in serie e/o parallelo, sono in grado di fornire notevoli potenze. Normalmente l’uscita elettrica reale in esercizio è minore del valore nominale, a causa del riscaldamento della cella e dei bassi valori della radiazione solare incidente. Il costo dei moduli fotovoltaici, già diminuito nel decennio 1983-1993 da 21 Euro/W a circa 8 Euro/W, è in continua discesa per effetto sia dei miglioramenti tecnologici e dei processi produttivi, sia per gli aumentati volumi di produzione. Al costo definitivo di realizzazione di una centrale fotovoltaica (come di una eolica), occorre però aggiungere i prezzi dei terreni occupati ed i costi dalle problematiche ambientali che ne derivano: turistiche, paesaggistiche, faunistiche, ed altre.

Anche gli attuali impianti eolici posizionati sul terreno, creano problemi all’ambiente circostante, quali occupazione del territorio per la necessità di grandi spazi, trasformazione del paesaggio, emissioni acustiche, interferenze elettromagnetiche e notevole disturbo dell’avifauna stanziale e migratoria; problematiche riprese dagli ambientalisti che chiedono cautela nella realizzazione di questi impianti. I rotori eolici, inoltre, devono essere collocati su pali o tralicci alti anche più di cinquanta metri e con distanze di decine di metri tra un impianto e l’altro, sono visibili da lontano e sono rumorosi per il vorticare degli ingranaggi e delle eliche che raggiungono velocità di rotazione molto alte, tanto da risucchiare gli uccelli che tendono a cambiare abitudini e flussi migratori.

La bassa densità dell’energia eolica per unità d’area della superficie impegnata, comporta la necessità di procedere all’ installazione di più macchine per il migliore sfruttamento della risorsa disponibile.

In Italia, il costo di installazione di un impianto eolico terreste, ipotizzando l’impiego di aerogeneratori da almeno 600 KW di potenza nominale, oscilla tra gli 800 ed i 1200 Euro/KW. La variazione dipende dalla grandezza dell’impianto (più è grande l’impianto e meno costa l’energia prodotta) e dalle difficoltà di installazione delle apparecchiature, che possono variare dai siti pianeggianti a quelli caratterizzati da una orografia più complessa. In linea di principio, anche in assenza di rilevazioni di mercato per i parchi già installati, si può affermare che una centrale di circa 10MW potrebbe avere un costo di realizzazione compreso tra gli 8 ed i 12 milioni di Euro. Il costo di produzione, dopo essere stato nel corso degli ultimi anni a livelli di circa 45-70 Euro/KWh, è sceso attestandosi in un range tra 35-45 Euro/KWh. Presto il costo del KWh eolico potrebbe ulteriormente scendere sotto i 27-30 Euro/KWh diventando in questo modo confrontabile con quello degli impianti turbogas. Infatti negli ultimi quindici anni, il costo del KWh eolico è diminuito del 70% ed è previsto che nei prossimi anni possa diminuire di un ulteriore 25% per diventare attorno al 2010 competitivo con le fonti energetiche tradizionali. Occorre rilevare che l’energia prodotta varia col cubo della velocità del vento che a quote più alte soffia più veloce e costante.

Secondo uno studio dell’Enea, i siti italiani più adatti allo sfruttamento dell’eolico, si trovano lungo il crinale dell’asse appenninico, sopra i 600 metri e nelle zone costiere. Le regioni più interessanti per questo tipo di sfruttamento sono quelle del sud, in particolare la Campania, la Puglia, il Molise, la Sicilia e la Sardegna. In queste zone si può contare oltre che su un gran numero di giornate soleggiate, anche su venti mediamente di buona intensità.

Il trovato intende ovviare a questi e ad altri limiti ed inconvenienti delle attuali tecnologie di produzione di energia elettrica col fotovoltaico e con l’eolico, con un apparato come dalla rivendicazione 1 e successive rivendicazioni dipendenti, basato sulla seguente idea di soluzione. Portare a quote relativamente alte, dei pannelli solari d’ultima generazione e/od eliche eoliche che lavorano senza la necessità di essere direzionate nel vento, come ad esempio i rotori Darrieus od i Cyc lo turbina. Le celle fotovoltaiche e/o i rotori eolici vengono montati su strutture aerostatiche, rigide o semirigide, o su piattaforme tenute in quota da palloni gonfiati come gli aerostati con elio o gas leggeri. La stazione aerostatica così composta verrà posizionata a quote tali per cui i sistemi di produzione dell’energia elettrica possano operare col massimo rendimento, lasciando completamente libero il suolo sottostante sul quale è prevista unicamente la sistemazione dei mezzi di ancoraggio per le funi di tenuta lungo le quali potranno correre i cavi per trasmettere a terra l’energia elettrica e sul quale suolo verranno collocati per la maggior parte possibile tutti i mezzi necessari alla trasformazione ed alla distribuzione dell’energia elettrica prodotta nello spazio, mezzi che non abbisognano di importanti costruzioni per la loro sistemazione.

I benefici ambientali sono proporzionalmente più ampi rispetto alla quantità di energia prodotta quando questa va a sostituire l’energia altrimenti fornita da fonti convenzionali e, quindi, inquinanti per la grande quantità di anidride carbonica prodotta, che sta modificando pesantemente l’atmosfera terrestre. Per produrre un kwh elettrico vengono bruciati mediamente l’equivalente di 2,56 hwh sotto forma di combustibili fossili e di conseguenza vengono emessi nell’aria circa 0,53 kg di anidride carbonica che, moltiplicati per i trent'anni di vita degli attuali impianti fotovoltaici, producono ad esempio una diminuzione di anidride di circa 18.590 kg. a Milano, di 23.529 kg. a Roma e di 26.529 a Trapani. Questo ragionamento può essere ripetuto per tutte le tipizzazioni di inquinanti.

Tra i punti di forza del progetto si sottolinea che queste strutture aeree possono agevolmente essere già realizzate con la tecnologia odierna, si ribadisce l’assenza di negativi impatti ambientali e di “occupazione” del territorio se non in maniera parziale, e si ricorda che le “centrali elettriche” di cui si parla, possono venire posizionate lungo le rotte dei flussi d’aria o al disopra di zone decentrate e non utilizzabili per altri scopi o vicino ai “punti di consumo” come strade, autostrade, insediamenti urbani o industriali e lungo le coste marine, anche lontano dalle rive, creando isole aeree o galleggianti. La lunga estensione delle nostre coste, esposte a sole e vento, danno enormi possibilità di realizzare centrali aerostatiche di grandi dimensioni e in gran numero, senza alcun danno per il territorio. Stesso discorso si può fare per la lunga dorsale appenninica che attraversa l’Italia e che presenta innumerevoli siti, assolati e investiti da correnti ventose, dove poter collocare aerostati frenati. D’altra parte si potranno realizzare anche piccole “centrali” elettriche in centri abitati, con impianti FV o eolici, sostenute da semplici palloni aerostatici, che potranno sopperire alle necessità di singole abitazioni e piccole comunità.

La regolazione della quota per gli aerostati, di norma viene effettuata in modo statico, mediante sgancio della zavorra per salire e fuoriuscita di gas per scendere, o con variazioni di temperatura e/o pressione del gas di sostentamento, o in modo dinamico attraverso l’azione di superfici di governo e la spinta di eliche orientabili.

Le centrali aerostatiche potranno modificare il loro assetto, posizione e quota, semplicemente agendo con apposite apparecchiature, sulle funi d’ormeggio ed aggancio e potranno muoversi e spostarsi, se necessario, con la spinta di eliche e l’azione di timoni di orientamento. Le stazioni aerostatiche, pur rimanendo fisse sulle funi di ormeggio, potranno variare attraverso sistemi automatici la quota, l’inclinazione e l’angolazione per seguire il sole nei suoi movimenti e nel trascorrere delle ore o per mantenersi nei flussi del vento o per ottenere uno sfruttamento più favorevole dell’energia solare ed eolica. Questa condizione non è possibile, se non solo parzialmente, con le attuali centrali solari ed eoliche “terrestri” che, come ricordato, non sono in grado di variare in modo significativo ed utile la loro posizione.

Ulteriori caratteristiche del trovato, ed i vantaggi che ne derivano, appariranno meglio evidenti dalla seguente descrizione di alcune forme preferite di realizzazione dello stesso, illustrate a puro titolo d’esempio, non limitativo, nelle figure delle tre tavole allegate di disegni, in cui:

- Le figg. 1 e 2 sono viste laterali e con parti in sezione di due diversi tipi di stazioni aerostatiche utili come stazioni per la produzione di energia elettrica;

La fig. 1 a illustra una variante esecutiva dei mezzi che vincolano a terra le funi di frenatura della stazione aerostatica;

Le figg. 3, 4 e 5 sono viste in prospettiva di una culla aerostatica direzionale, applicabile ad una stazione aerostatica di cui trattasi per consentirne il sicuro stazionamento in quota, anche in condizioni climatiche avverse.

Nella figura 1, con 1 è indicato un aerostato formato da una piattaforma 101 sufficientemente rigida e relativamente piana od a forma di calotta sferica con ampio raggio di curvatura, sul cui perimetro è fissata inferiormente una copertura 2 di forma conica o troncoconica, ad esempio di tipo reticolare o di un tessuto flessibile e molto resistente o di tipo semirigido. Al centro della copertura inferiore 2 è fissato un montante 102 sufficientemente rigido e preferibilmente cavo, fissato con l' altra estremità al centro della piattaforma 101. All ’intemo dell’involucro a settore di sfera così realizzato, possono essere collocati dei palloni aerostatici 3 che vengono gonfiati con elio e/o con altri gas leggeri e non infiammabili, in modo da formare con una soluzione semplice e poco costosa, un grande aerostato adatto per gli usi di cui trattasi, che può essere portato a stazionare a quote sufficientemente alte da terra, ad esempio sopra le nuvole più basse, dove le foschie sono limitate, i raggi del sole sono più intensi, ed è possibile sfruttare anche l' irraggiamento riflesso dalla superficie terrestre e marina e. dove il vento soffia più regolare e senza impedimenti.

La piattaforma 1 può essere provvista di un bordo perimetrale rinforzato 201 che può essere fissato anche alla base del mozzo assiale 102 con dei raggi opportunamente equidistanziati e non illustrati ed al quale possono essere fissati dei golfari 4 utili per ancorarvi delle funi 5 di qualsiasi adatto materiale relativamente flessibile e molto resistente, che con l’altra estremità sono ancorate a delle strutture di ormeggio 6 fisse al suolo. Le funi 5 possono essere realizzate con materiali elettricamente conduttori e/o con materiali elettricamente non conduttori.

Sulle strutture di ormeggio 6 possono essere collocati degli argani motorizzati 7 come dall’esempio di figura la, coi quali poter sollevare od abbassare l’ampia struttura aerostatica, ad esempio per abbassarla nella necessità di eseguire manutenzioni o per meglio ancorarla al suolo in caso di maltempo o per assicurare una regolazione automatica dell’assetto della stessa struttura aerostatica, in modo che la piattaforma 1 presenti la propria superficie sempre nella migliore posizione per sfruttare l’energia solare nell’arco della giornata o per meglio sfruttare le correnti eoliche in quota (vedi oltre).

I palloni 3 potranno essere eventualmente collegati tra loro con un circuito 103 di alimentazione e scarico, attestato ad esempio ad una eventuale bocchetta 8 che potrà essere collocata in una posizione accessibile, ad esempio al centro della piattaforma 1, per poter eseguire in quota eventuali operazioni di controllo, rifornimento o manutenzione (possibili anche tramite elicotteri) o che potrà essere collegata ad uno o più condotti 9 che possono giungere a terra ad esempio lungo una o più delle funi 5, e facilitare anche l’abbassamento della struttura aerostatica la cui superficie deve poter essere facilmente e rapidamente raggiungibile anche attraverso elevatori che corrono lungo le funi di frenatura 5.

Sulla piattaforma 1 potranno essere montate delle celle solari F di qualsiasi tipo adatto ed in qualsiasi adatto modo e/o potranno essere montati in qualsiasi adatta posizione dei generatori eolici E di qualsiasi adatto tipo. Di preferenza i generatori fotovoltaici F vengono collocati almeno sulla superficie convessa e superiore della piattaforma 201, mentre i generatori eolici E, ad esempio possono anche venire collocati sulla faccia sottostante e/o sul perimetro della stessa piattaforma aerostatica, all’ interno di una griglia anulare e reticolare 10, vincolata per mezzo di puntoni 11 al bordo rinforzato 201 ed alla stessa piattaforma 1 , per evitare il danneggiamento delle pale degli stessi generatori E quando l’aerostazione viene ritirata sul suolo. Resta inteso che la collocazione dei generatori eolici dianzi detta sulla piattaforma 1, è puramente indicativa e non limitativa e che può quindi essere ampiamente modificata, anche a seconda del tipo di rotore eolico impiegato. Resta anche inteso che i golfari 4 di collegamento delle funi di frenatura 5 alla stazione aerostatica, possono essere previsti sul bordo 201 e/o sul bordo inferiore della griglia di protezione 10.

La corrente elettrica prodotta dai detti generatori F ed E, potrà facilmente essere trasmessa a terra attraverso cavi 12 che corrono ad esempio lungo le funi di ormeggio 5 ed uno di questi cavi 12’ potrà essere usato per riferire al potenziale zero gli stessi generatori F ed E. Resta inteso che la collocazione dei cavi elettrici sulle funi di frenatura 5, come illustrata nei disegni è puramente indicativa e non limitativa e che appositi mezzi di bobinatura e di sbobinatura potranno essere previsti a terra per attuare la cooperazione ed il disimpegno degli stessi cavi nei confronti delle funi, nelle fasi di sollevamento e di abbassamento della stazione aerostatica. Se alcune delle funi di frenatura 5 sono realizzate con materiale elettricamente conduttore, non è escluso che queste possano essere usate anche come cavi elettrici.

Per poter trasportare importanti quantità di energia elettrica con cavi di sezione limitata, si potranno disporre a bordo della stazione aerostatica, ad esempio in un contenitore 13 posto alla base del mozzo 102, dei mezzi per elevare la tensione dell’energia elettrica prodotta, in modo da ridurre proporzionalmente il valore della corrente e con essa la sezione dei conduttori di trasporto, analogamente a quanto avviene negli elettrodotti terrestri ad alta tensione. Laddove necessario, oltre ai trasformatori di tensione, potranno essere usati anche dei convertitori, ad esempio per trasformare in alternata la corrente elettrica continua prodotta dalle celle solari. Nel contenitore 13 posto a bordo della struttura aerostatica, verrà collocata la minor quantità possibile di componenti elettrici e significativamente solo quelli necessari alla produzione dell’energia e tutti od in parte quelli utili per agevolare il trasporto a terra della stessa energia elettrica prodotta, mentre tutti gli altri componenti dell’impianto per la raccolta, per la trasformazione, per la distribuzione e per l’eventuale accumulo dell’energia elettrica, verranno collocati a terra, in maniera intuibile e facilmente realizzabile dai tecnici del ramo.

La figura 2 illustra una struttura aerostatica 1 ’ realizzata ad esempio con la tecnica dei dirigibili semirigidi o rigidi, che presenta una faccia superiore sufficientemente piana o lievemente convessa, che di preferenza viene riservata esclusivamente al supporto dei moduli fotovoltaici F e che presenta anche una faccia inferiore relativamente piana, sulla quale possono essere collocati i generatori eolici E circoscritti da una gabbia 10’ utile per proteggere questi stessi generatori quando la stazione aerostatica viene tirata a terra per necessità di manutenzione o di protezione. Per tutto il resto, per l’impianto di figura 2 valgono tutte le considerazioni fatte in precedenza per l’impianto di figura 1. La struttura di figura 2 presenta anche il vantaggio rispetto a quella di figura 1 di possedere doti di auto-sostentamento quando è contrastata da una corrente d’aria.

Sia nella soluzione di figura 1 che in quella di figura 2, i generatori eolici dovranno essere predisposti sia per collocazione e/od orientamento, sia per il tipo di elica impiegata, in modo da non sottoporre la stazione aerostatica a componenti rotatorie, ma da reciprocamente neutralizzare queste componenti.

Le aerostazioni verranno dotate di parafulmini e di mezzi per dissipare a terra le sovratensioni di origine atmosferica e le cariche elettrostatiche accumulate, e/o per impiegare anche questi fenomeni per la produzione di energia elettrica.

In alternativa od in combinazione a quanto detto, relativamente al controllo dell’assetto o della posizione dell’aerostazione tramite le funi 5, questo stesso controllo potrà essere realizzato con motori ad elica posti sulla struttura aerostatica, che potranno usare la corrente elettrica prodotta dai generatori a bordo od anche per l’azione di timoni di orientamento (vedi oltre). La stazione aerostatica con la superficie fotovoltaica, si ribadisce, verrà direzionata verso la fonte radiante del sole, con movimenti che potranno essere regolati manualmente od attraverso apparecchiature completamente automatiche, in parte note e facilmente adattabili per i nuovi scopi di cui trattasi. Col passare delle ore, l’aerostazione potrà seguire il percorso del sole nel suo movimento relativo con la terra, da est ad ovest, mantenendo la superficie captante rivolta sempre nelle migliori condizioni, ad esempio a sud e con una inclinazione ottimale, ad esempio di circa 30°.

Per assicurare una corretta permanenza in quota di strutture aerostatiche, possono essere usate delle culle aerostatiche direzionali come quella illustrata nelle figure 3 e 4, che assicurano una buona tenuta e stabilizzazione anche in presenza di venti molto forti. Questo componente comprende una struttura piatta 14, leggera e resistente, ad esempio in titanio e/od in fibre composite, a forma di croce, in modo da risultare provvista ad una estremità di opportune ali 114, mentre sull ’altra estremità è provvista di un timone 15, di tipo composito. In corrispondenza delle ali 114, la struttura 14 porta inferiormente una piattaforma girevole 16 alla quale sono agganciate le funi di ormeggio 5 dette con riferimento alle figure precedenti, che sono preferibilmente incrociate in modo che la culla possa resistere ai venti senza abbassarsi o cambiare posizione. La fune che parte da terra a destra, è posizionata alla sinistra della piattaforma 16, quella che parte da sinistra è agganciata a destra e così quella che parte da dietro è ancorata davanti e quella che parte davanti è ancorata alla parte posteriore della stessa piattaforma, il tutto in modo che il complesso possa resistere a venti anche molto forti, senza inclinarsi troppo. Al centro della piattaforma potrà utilmente essere collegata una fune ausiliaria 5’ che potrà cooperare in qualsiasi adatto modo con i cavi perimetrali. Grazie al collegamento rotante tra la piattaforma 16 e la struttura 14, quest’ultima potrà adattarsi alle variazioni dei flussi ventosi, senza pregiudicare la stabilità e l' efficacia del collegamento a terra attraverso le funi di frenatura 5, 5’.

Nella parte intermedia del tratto longitudinale della struttura 14, è fissata una “culla” 17 dotata di alettoni trasversali 117 e di barre longitudinali 217. La culla aerostatica direzionale così composta, può essere fissata inferiormente ad aerostati di qualsiasi tipo, ad esempio di forma allungata come quello illustrato nella figura 5 ed indicato con 1” o può essere portata in quota da palloni aerostatici posti preferibilmente sotto la piattaforma girevole 16, secondo una soluzione non illustrata in quanto intuibile e realizzabile dal tecnico del ramo. La stazione aerostatica con la culla direzionale dianzi detta, permette a tutto il sistema di rimanere perpendicolare al vento, anche quando rinforza, pur girando nella sua direzione.

Mentre per centrali aeree formate da piccole piattaforme tenute in quota da palloni frenati e predisposte per generare potenze sull’ordine di circa 20-100 W non esistono grossi problemi di realizzazione e gestione, l’attuazione di una grande centrale aerostatica a piattaforma o ad aerostato, appare ad oggi ancora costosa e ancora non competitiva con le attuali fonti di produzione di energia elettrica, anche se le sempre più urgenti richieste di energia tendono a far diminuire questo gap.

Tra i punti di forza di questo progetto, ribadiamo, vi è la possibilità di ottenere energià pulita dal sole e dal vento senza provocare negativi impatti ambientali e senza occupazione di territorio se non in maniera parziale. Le strutture aeree potranno infatti essere posizionate lungo le rotte di flussi d’aria continui, correnti a getto, ascensionali e termiche, in quota, al di sopra di zone decentrate o non utilizzate per insediamenti urbani ed industriali e rimarranno alte nel cielo, il più delle volte invisibili.

L’ancoraggio delle strutture aerostatiche, ricordiamo, non comporta la costruzione di edifici o fabbriche, se non almeno di piccole coperture per il contenimento dei sistemi di conversione, degli eventuali sistemi di accumulo e dei mezzi di trasmissione dell’energia elettrica proveniente dallo spazio. L’ampiezza di queste coperture sarà adeguata alle necessità dell’energia da produrre ed alle zone dove tali strutture sono collocate, valutando i problemi dettati dalle variazioni climatiche quali temporali, tempeste, uragani o colpi di vento, per i quali si rendesse necessario o consigliabile avvicinare a terra e meglio ancorare e/o proteggere l’intera centrale aerostatica.

Le piattaforme aerostatiche, sottolineiamo ancora, possono infatti essere spostate, alzate od abbassate, per adattarsi al variare dei flussi ventosi e per superare le zone meno luminose e possono essere inclinate e direzionate per ricevere in maniera ottimale sia le correnti d’aria, sia i raggi del sole durante le variazioni che si verificano nel corso del giorno, per ottenere sempre la miglior resa energetica dei generatori fotovoltaici e di quelli eolici.

Le centrali aerostatiche possono essere collocate come si è detto, in montagna ed in zone soleggiate e ventose, ma possono essere collocate normalmente anche vicino ai centri di consumo cittadini od industriali e lungo le direttrici viarie, senza che ne derivino impatti ambientali negativi, od anche dove a volte è difficile realizzare altre strutture di produzione dell’ energia, ad esempio in zone boscose, dirupate, sopra specchi d’acqua, in località disagiate o dove non sono possibili altri utilizzi del territorio. Va infatti ricordato che sotto l’aerostato il terreno rimane sostanzialmente libero per ogni sua eventuale utilizzazione civile, industriale, rurale o militare. Una centrale elettrica realizzata con un aerostato sospeso o galleggiante, posizionato, come si è già detto, su specchi d’acqua marini, anche a qualche chilometro dalla costa, potrebbe produrre energia da alimentare oltre a complessi civili e industriali, anche grandi impianti dissalatori di acqua marina, che producano acqua potabile da utilizzare anche per contrastare la desertificazione di alcune zone del meridione d’Italia e altri territori minacciati da questo recente fenomeno.

Come già detto con riferimento alle figure 1 e 2, potranno essere realizzate aerostazioni esclusivamente di tipo fotovoltaico ed altre di tipo esclusivamente eolico o vantaggiosamente potranno essere realizzate aerostazioni ibride, ossia con la presenza sulle stesse in parte di impianti fotovoltaici ed in parte di impianti eolici, in quanto questa combinazione permetterebbe ad una aerostazione di funzionare praticamente in continuo, dal momento che di giorno è certamente attivo rimpianto fotovoltaico, mentre di notte si può contare sull’impianto eolico che può continuare a produrre energia sfruttando le brezze notturne che si creano per le variazioni di temperatura, come le termiche che si verificano dopo il calare del sole anche a quote relativamente basse.

Sulle aerostazioni secondo l’invenzione, potranno essere collocate oltre che boe elettroniche e luci di segnalazione di presenza, anche antenne ricetrasmittenti, alimentate dall’elettricità prodotta dalle stesse stazioni, per realizzare anche ponti radio per la telefonia mobile e per emittenti radiotelevisive, sostituendosi od aggiungendosi agli attuali ripetitori e antenne già predisposti sul territorio, con risparmio sia di energia, sia di ripetitori, limitando il proliferare di antenne “terrestri”, specialmente nei centri abitati, e con minor inquinamento elettromagnetico sul suolo abitato dagli esseri umani e dal materiale organico in genere. I segnali potranno così raggiungere anche le zone dove questi scarseggiano o non arrivano, soprattutto nelle zone montuose, dove le trasmissioni ad esempio in larga banda sono notoriamente problematiche.

In quota c’è molto sole ma anche basse temperature che, ricordiamo, favoriscono l’attività dei moduli fotovoltaici che sul terreno si riscaldano e diminuiscono il loro rendimento. Resta comunque inteso che per aiutare lo smaltimento del calore, sulla faccia dell’aerostazione non esposta al sole potranno essere previsti degli appositi dispersori termici, non illustrati in quanto intuibili dai tecnici del ramo.

Sulla superficie di un’ampia stazione aerostatica di circa ventimila metri quadrati, la tecnologia attuale è in grado di costruirne anche di più grandi, è possibile realizzare una centrale fotovoltaica formata da migliaia di moduli di grandi dimensioni, connessi tra loro in serie e/o parallelo. Con gli attuali valori dell 'efficienza della trasformazione dell 'energia solare in elettrica, una centrale fotovoltaica che si estende su questa superficie è in grado di fornire una potenza elettrica di circa 1 MW e può fornire energia elettrica ad un migliaio di utenti. La produzione di energia elettrica attraverso il fotovoltaico in maniera così massiccia e diffusa, come è possibile ottenere con le stazioni aerostatiche, potrà creare un volano al settore industriale, tale da innescare economie di scala e conseguenti riduzioni dei costi. La possibilità che deriva delle centrali aerostatiche, di aumentare in grande misura le utenze che possono essere alimentate da sistemi fotovoltaici ed eolici, può consentire la formazione di un mercato non più di nicchia come è attualmente, ma tale da permettere lo sviluppo di imprese nazionali di grandi dimensioni, con effetti occupazionali significativi.

Dall’esame dei parchi eolici esistenti, diversi per qualità e disposizione delle macchine e per densità delle turbine eoliche, si suppone che la disposizione apparentemente casuale in file parallele ed incrociate, è la tipologia che più si adatta ad una installazione aerostatica, mentre i rotori ad asse ibrido come il Darrieus e la Cicloturbina, che non hanno bisogno di essere orientati, sembrano essere i più adatti per l’installazione su di una stazione aerostatica.

Resta comunque inteso che la descrizione si è riferita ad alcune forme preferite ma non uniche di realizzazione del trovato, al quale possono essere apportate numerose varianti e modifiche, soprattutto costruttive, il tutto per altro senza abbandonare il principio informatore dell’ invenzione, come sopra esposto, come illustrato e come a seguito rivendicato. Tra le possibili varianti apportabili a quanto detto può essere prevista la possibilità di montare i generatori fotovoltaici e/od i generatori eolici sulla struttura aerostatica, con la possibilità di un movimento relativo a questa e dal prevedere mezzi che variano l' orientamento dell'uno e/o dell’altro tipo di generatore per meglio adattarlo nel posizionamento nei confronti del sole o delle correnti eoliche, anche in modo completamente automatico. Una ulteriore variante può consistere nell 'usare una parte dei generatori eolici, come motori, per poter correggere alToccorrenza l’assetto della stazione aerostatica. Al posto dei cavi elettrici, od in combinazione con questi, possono essere usati altri mezzi wireless per trasmettere a terra l’energia elettrica prodotta dai generatori F e/o E, magari previa conversione della stessa in altro tipo di energia, ad esempio come nelle più recenti sperimentazioni fatte a scopi civili o militari attraverso i satelliti geostazionari. Una ulteriore variante può riferirsi al fatto che la stazione aerostatica possa avere, in alternativa od in combinazione allo sviluppo orizzontale, uno sviluppo verticale.

Nelle rivendicazioni, i riferimenti riportati tra parentesi sono puramente indicativi e non limitativi dell’ambito di protezione delle stesse rivendicazioni.

Claims (31)

1. RIVENDICAZIONI 1) Centrale aerostatica per la produzione di energia, particolarmente di energia elettrica caratterizzata dal comprendere: - Almeno un aerostato (1) di forma e di dimensioni adatte allo scopo e di tipo frenato e quindi ancorato a terra per mezzo di funi di frenatura (5); - Dei generatori elettrici fotovoltaici (F) e/od eolici (E), montati sul detto aerostato, in modo tale da risultare i primi correttamente esposti ai raggi solari e gli altri correttamente orientati nei confronti delle correnti eoliche; - Dei mezzi per trasmettere a terra la corrente elettrica prodotta dai detti generatori elettrici, direttamente o previa eventuale elaborazione e/o trasformazione in altro tipo di energia, essendo tale trasmissione realizzata per mezzo di cavi (12) e/od in modo wireless; - Mezzi previsti a terra, in corrispondenza delle dette funi di frenatura o di ormeggio (5), per la eventuale trasformazione, per la distribuzione e per l’eventuale accumulo dell’energia elettrica prodotta nello spazio.
2. 2) Centrale secondo la rivendicazione 1), caratterizzata dal fatto che la corrente elettrica prodotta dai generatori elettrici posti sull’aerostazione, può essere trasmessa a terra attraverso cavi (12, 12’) che corrono ad esempio lungo le funi (5) di frenatura della stessa aerostazione o lungo funi dedicate.
3. 3) Centrale secondo la rivendicazione 2), caratterizzata dal comprendere a terra ed in corrispondenza delle funi di frenatura (5), dei mezzi di bobinatura e di sbobinatura per attuare la necessaria cooperazione ed il disimpegno dei cavi elettrici (12, 12’) nei confronti delle dette funi (5), nelle fasi di sollevamento e di abbassamento della stazione aerostatica.
4. 4) Centrale secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che se le funi di frenatura (5) sono realizzate in tutto od in parte con materiali buoni conduttori di corrente, tali funi possono essere usate anche per il trasporto a terra delle correnti elettriche prodotte e/o raccolte sull’aerostazione.
5. 5) Centrale secondo la rivendicazione 1), caratterizzata dal comprendere a bordo dell’aerostazione, dei mezzi per trasformare l’energia elettrica prodotta in un altro tipo di energia e dal comprendere dei mezzi per trasmettere questa energia a terra senza l’uso di cavi o fili e dal comprendere a terra dei mezzi per ricevere l’energia trasmessa e per ritrasformarla in energia elettrica fruibile per qualsiasi uso.
6. 6) Centrale secondo la rivendicazione 1), in cui le funi (5) di frenatura dell’aerostazione sono collegate ad ancoraggi (6) fissi al suolo, con la interposizione di argani motorizzati (7) di raccolta e distensione delle stesse fimi, il tutto in modo che la stessa aerostazione possa essere rapidamente sollevata nelle posizioni d’uso e possa all’occorrenza essere correttamente ed anche rapidamente abbassata, per ogni necessità di manutenzione e per un miglior ancoraggio e/od un riparo al suolo in caso di insorgenza di forti perturbazioni atmosferiche.
7. 7) Centrale secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal comprendere dei mezzi per regolare in modo manuale od automatico l' orientamento, l’assetto e/o la quota dell’ aero stazione, in modo che i generatori (F, E) su questa montati risultino nelle condizioni di massimo rendimento nei confronti della esposizione al sole ed alle correnti eoliche.
8. 8) Centrale secondo la rivendicazione 7), in cui detti mezzi di regolazione agiscono sui detti argani (7) che controllano le fimi (5) di frenatura della stessa aerostazione.
9. 9) Centrale secondo la rivendicazione 7), in cui i detti mezzi di regolazione comprendono dei motori ad elica posti sull’aerostazione, comandabili a distanza e che sfruttano l’energia elettrica prodotta dai generatori montati sulla stessa aerostazione.
10. 10) Centrale secondo la rivendicazione 9), caratterizzato dal comprendere dei mezzi per poter usare come motori almeno una parte dei generatori eolici (E) montati sull’aerostazione.
11. 11) Centrale secondo la rivendicazione 7), in cui i detti mezzi di regolazione comprendono a bordo dell’aerostazione dei timoni di orientamento di tipo passivo e/od attivo.
12. 12) Centrale secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui i generatori fotovoltaici (F) e/o quelli eolici (E) possono essere montati sull’aerostazione con mezzi specifici di orientamento, automatici o semiautomatici, in modo da adattarsi all’ irraggiamento solare e/od alle correnti eoliche anche indipendentemente dalle variazioni di quota, di assetto o di orientamento della stessa aerostazione.
13. 13) Centrale secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui l’aerostazione (1) è formata da un’ampia piattaforma (101) sufficientemente rigida e relativamente piana od a forma di calotta sferica, con ampio raggio di curvatura, rivolta verso l’alto con la parte convessa ed almeno al cui perimetro è fissata inferiormente una copertura (2) di forma conica o troncoconica, ad esempio di tipo reticolare o di un tessuto flessibile e molto resistente o semirigida, ed all’interno dell’involucro a settore di sfera così realizzato, sono collocati dei palloni aerostatici (3) che vengono gonfiati con elio e/o con altri gas leggeri e preferibilmente non infiammabili, in modo da formare nell’insieme un grande aerostato adatto per gli usi di cui trattasi, che può essere portato a stazionare a quote sufficientemente alte da terra, essendo la detta piattaforma dotata di un bordo perimetrale rinforzato (201) al quale possono essere fissati dei golfari (4) utili per ancorarvi le fimi (5) di frenatura della stazione aerostatica così composta.
14. 14) Centrale secondo la rivendicazione 13), in cui i detti palloni aerostatici (3) possono essere eventualmente collegati tra loro con un circuito di alimentazione e scarico, attestato ad esempio ad una eventuale bocchetta (8) che potrà essere collocata in ima posi zione accessibile, ad esempio al centro della piattaforma superiore (101), per poter eseguire in quota eventuali operazioni di rifornimento di gas, ad esempio tramite un elicottero o che potrà essere collegata ad uno o più eventuali condotti (9) che possono giungere a terra ad esempio lungo una o più delle funi di frenatura (5), per poter eseguire da terra ogni operazione di controllo, di alimentazione o di scarico dei gas, in quest’ultimo caso per facilitare il ritorno a terra della struttura aerostatica.
15. 15) Centrale secondo la rivendicazione 13), in cui i generatori a celle fotovoltaiche (F) sono collocati sulla faccia convessa e superiore della piattaforma (101), mentre gli eventuali generatori eolici (E) sono di preferenza collocati sotto do sul perimetro della stessa piattaforma, dove sono di preferenza protetti da una griglia anulare e reticolare (10), vincolata per mezzo di puntoni (11) al bordo rinforzato (101) ed alla stessa piattaforma (101), per evitare il danneggiamento delle pale dei detti generatori (E) quando l’aerostazione viene tirata sul suolo.
16. 16) Centrale secondo una o più delle rivendicazioni da 1) a 12), in cui la stazione aerostatica può essere realizzata con la tecnica dei dirigibili semirigidi o rigidi e presenta una faccia superiore sufficientemente piana o lievemente convessa, che di preferenza viene riservata esclusivamente al supporto dei generatori fotovoltaici (F) e che presenta anche una faccia inferiore relativamente piana, sulla quale possono essere collocati i generatori eolici (E) circoscritti da una gabbia (10’) utile per proteggere questi stessi generatori quando la stazione aerostatica viene tirata a terra per necessità di manutenzione o di protezione.
17. 17) Centrale secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui i detti golfari (4) di ancoraggio all’aerostazione delle funi di frenatura (5), possono essere collocati sul detto bordo perimetrale e rinforzato (201) della stessa aerostazione e/o sul bordo inferiore della griglia di protezione (10, 10’).
18. 18) Centrale secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui i generatori eolici (E) vengono montati sull’aerostazione, sia per collocazione e/od orientamento, sia per il tipo di pala impiegata, in modo da non sottoporre la stazione aerostatica a componenti rotatorie, ma da reciprocamente neutralizzare queste componenti.
19. 19) Centrale secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che per assicurare ima corretta permanenza in quota della stazione aerostatica, a questa può essere associata una culla aerostatica direzionale che assicura una buona tenuta e stabilizzazione anche in presenza di venti molto forti.
20. 20) Centrale secondo la rivendicazione 19), in cui la detta culla aerostatica direzionale comprende una robusta struttura (14) piatta, leggera e resistente, ad esempio in titanio e/od in fibre composite, a forma di croce, in modo presentare ad una estremità delle apposite ali (114), mentre sull’altra estremità è provvista di un timone (15) di tipo composito, ed in corrispondenza delle dette ali la stessa la struttura (14) porta inferiormente una piattaforma girevole (16) alla quale sono agganciate le fimi di frenatura (5) che sono preferibilmente incrociate in modo che la culla possa resistere ai venti senza abbassarsi o cambiare posizione, essendo nella parte intermedia del tratto longitudinale della detta struttura (14) fissata una vera e propria culla (17) dotata di alettoni trasversali (117) e di barre longitudinali (217).
21. 21) Centrale secondo la rivendicazione 20), caratterizzata dal fatto che secondo una variante esecutiva, la detta culla aerostatica e direzionale (14-17) può fungere da piattaforma per il supporto dei generatori elettrici (E, F) e la stessa può essere portata in quota per mezzo di palloni aerostatici, posti ad esempio sotto la detta piattaforma girevole (16).
22. 22) Centrale secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal comprendere degli eventuali elevatori che corrono lungo le funi di frenatura (5) o lungo cavi dedicati, per consentire a personale specializzato di accedere rapidamente e con sicurezza alla stazione aerostatica, per ogni necessità di manutenzione ordinaria o straordinaria.
23. 23) Centrale secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che sull’aerostazione vengono collocate delle boe elettroniche e degli avvisatori ottici per segnalare la presenza della stessa aerostazione al traffico aereo.
24. 24) Centrale secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che sull’aerostazione vengono collocate delle antenne ricetrasmittenti, alimentate dall 'elettricità prodotta dalle stesse stazioni, per realizzare anche dei ponti radio per la telefonia mobile e per le emittenti radiotelevisive.
25. 25) Centrale secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che sull’aerostazione, preferibilmente sulla faccia inferiore della stessa che non è esposta al sole, possono essere montati dei dissipatori termici per ogni necessità di raffreddamento dei mezzi e dei circuiti preposti alla produzione ed al trattamento dell’energia elettrica per la trasmissione a terra della stessa.
26. 26) Centrale secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui i generatori eolici possono vantaggiosamente impiegare rotori ad asse ibrido come il Darrieus e la Cicloturbina, che non hanno bisogno di essere orientati.
27. 27) Centrale secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui le aerostazioni possono essere previste di mezzi per scaricare a terra e/o per recuperare ai fini della produzione di energia elettrica, le cariche elettrostatiche accumulate dalle stesse aerostazioni.
28. 28) Centrale secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui le aerostazioni possono essere previste di parafulmini e di corrispondenti cavi per scaricare a terra le sovratensioni di origine atmosferica, o per recuperare questa energia quando la tecnologià individuerà dei mezzi affidabili e necessari per poterlo fare.
29. 29) Centrale secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui l’aerostazione può avere, in alternativa od in combinazione allo sviluppo orizzontale, uno sviluppo verticale o composito.
30. 30) Centrale secondo una qualsiasi o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che per poter trasportare a terra grosse quantità di energia elettrica con cavi (12, 12’) di sezione limitata, si potranno disporre a bordo della stazione aerostatica dei mezzi per elevare la tensione dell’energia elettrica prodotta, in modo da ridurre proporzionalmente il valore della corrente e con essa la sezione dei conduttori di trasporto, analogamente a quanto avviene negli elettrodotti terrestri ad alta tensione e laddove necessario, oltre ai trasformatori di tensione, potranno essere usati anche dei convertitori, ad esempio per trasformare in alternata la corrente elettrica continua prodotta dai generatori fotovoltaici (F), essendo in ogni caso previsto che a bordo della stazione aerostatica venga collocata la minor quantità possibile di componenti elettrici e significativamente solo quelli necessari alla produzione dell’energia e tutti od in parte quelli utili per agevolare il trasporto a terra della stessa energia elettrica prodotta, mentre tutti gli altri componenti dell' impianto per la raccolta, per la trasformazione, per la distribuzione e per l’eventuale accumulo dell’energia elettrica, vengono collocati a terra.
31. 31) Centrale aerostatica per la produzione di energia elettrica con generatori fotovoltaici e/od eolici, realizzata in tutto o sostanzialmente come descritto, come illustrato nelle figure delle tre tavole allegate di disegno e per gli scopi sopra esposti.