ITMI20110329A1 - Aerogeneratore provvisto di dispositivi antighiaccio e metodo per prevenire la formazione di ghiaccio su pale di un aerogeneratore - Google Patents

Aerogeneratore provvisto di dispositivi antighiaccio e metodo per prevenire la formazione di ghiaccio su pale di un aerogeneratore Download PDF

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Description

“AEROGENERATORE PROVVISTO DI DISPOSITIVI ANTIGHIACCIO E METODO PER PREVENIRE LA FORMAZIONE DI GHIACCIO SU PALE DI UN AEROGENERATOREâ€
La presente invenzione à ̈ relativa a un aerogeneratore provvisto di dispositivi antighiaccio e a un metodo per prevenire la formazione di ghiaccio su pale di un aerogeneratore.
È noto che gli aerogeneratori sono spesso affetti dal problema della formazione di ghiaccio. A causa delle basse temperature, infatti, l’umidità dell’aria può formare sulle pale strati di ghiaccio più o meno estesi e spessi. Ad esempio, depositi importanti si possono formare in seguito a precipitazioni, in particolare nevose, ma anche in caso di pioggia seguita da un abbassamento della temperatura. Spesso, tuttavia, il vapore che condensa a contatto con le pale à ̈ sufficiente a creare un velo che può congelare e formare uno strato o incrostazioni di ghiaccio.
I depositi di ghiaccio sulle superfici aerodinamiche sono comunque nocivi per diverse ragioni.
In primo luogo, la massa di ghiaccio aderente alle pale ha un impatto, sovente significativo, sulle prestazioni dell’aerogeneratore. Ad esempio, il maggior peso del rotore impone maggiori carichi, a causa dell’aumentata massa complessiva.
Inoltre, lo strato di ghiaccio può facilmente modificare il profilo alare delle pale, abbattendo l’efficienza aerodinamica. In altre parole, la superficie delle pale viene deformata in modo imprevedibile dallo strato di ghiaccio formatosi e le caratteristiche aerodinamiche della pala ghiacciata vengono alterate. La pala non à ̈ quindi in grado di interagire in modo ottimale con il vento incidente e l’energia raccolta e trasformata dall’aerogeneratore à ̈ inferiore rispetto alla condizione di assenza di ghiaccio.
Infine, la presenza di importanti accumuli di ghiaccio sulle pale può costituire un grave pericolo per l’incolumità pubblica. A causa delle dimensioni delle pale (anche di diverse decine di metri) e del moto rotatorio con velocità angolare relativamente elevata, le regioni periferiche delle pale stesse hanno in uso velocità lineari elevate. In caso di formazione di ghiaccio sulle pale, à ̈ possibile che alcuni blocchi si distacchino e vengano scagliati a notevole distanza dall’aerogeneratore, creando una situazione di evidente pericolo. Il rischio à ̈ tanto più grave quanto più l’aerogeneratore à ̈ installato in prossimità di abitazioni, siti industriali o vie di comunicazione.
Sono stati ideati sistemi antighiaccio che comprendono riscaldatori elettrici applicati alle pale degli aerogeneratori. In pratica, elementi elettricamente conduttivi vengono fissati alle pale e alimentati in modo da riscaldare la superficie interessata dalla formazione di ghiaccio.
Sistemi di questo tipo hanno però inconvenienti di due tipi. In primo luogo, l’applicazione di conduttori elettrici à ̈ spesso complessa e incide in modo rilevante sul costo finale di ciascuna pala. Inoltre, per riscaldare a sufficienza la superficie delle pale ed evitare la formazione di ghiaccio (o rimuovere ghiaccio già formato), à ̈ necessario dissipare una notevole quantità di energia. In genere, infatti, e soprattutto in climi rigidi, l’azione di prevenzione e rimozione del ghiaccio à ̈ efficace se la temperatura della superficie delle pale viene mantenuta attorno a i 50°C. Diversamente, la dissipazione dovuta all’azione del vento à ̈ comunque sufficiente a gelare l’umidità che si deposita sulle pale. Tuttavia, il dispendio energetico per raggiungere e mantenere una temperatura così elevata à ̈ considerevole.
Scopo della presente invenzione à ̈ fornire un aerogeneratore che sia privo delle limitazioni descritte e, in particolare, riduca in modo efficace il rischio di formazione di ghiaccio.
Secondo la presente invenzione, viene realizzato un aerogeneratore comprendente:
un gruppo rotante, includente un mozzo, girevole attorno a un asse, e almeno una pala, fissata al mozzo; e
un dispositivo antighiaccio, per prevenire la formazione di ghiaccio sulla pala;
in cui il dispositivo antighiaccio comprende un riscaldatore elettrico, disposto sulla pala; caratterizzato dal fatto che almeno una porzione di una superficie esterna della pala à ̈ ricoperta da uno strato di materiale idrofobico termicamente accoppiato al riscaldatore elettrico.
Lo strato di materiale idrofobico impedisce o almeno riduce il deposito di umidità sulla superficie delle pale dell’aerogeneratore. L’umidità, in forma di vapore condensato, gocce o cristalli non aderisce alla superficie esterna della pala e tende quindi a distaccarsi. La formazione di ghiaccio viene quindi contrastata efficacemente dall’azione combinata dello strato di materiale idrofobico, che ostacola il deposito di umidità, e del riscaldatore elettrico, che converte energia elettrica in energia termica. Il dispendio energetico necessario per prevenire la formazione di ghiaccio à ̈ quindi molto inferiore rispetto al caso in cui venga utilizzato il solo riscaldatore elettrico. In genere, à ̈ sufficiente mantenere la superficie esterna della pala a una temperatura prossima ai 20° C per impedire accumuli.
Inoltre, lo strato di materiale idrofobico riduce l’accumulo di sporco e polvere sulla superficie della pala.
Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, il riscaldatore comprende uno strato di materiale elettricamente conduttivo depositato sulla superficie esterna della pala.
Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, lo strato di materiale idrofobico à ̈ depositato sulla superficie esterna della pala.
Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, il riscaldatore comprende una linea elettricamente conduttiva disposta su un supporto in foglio fissato alla superficie esterna della pala.
In questo modo, il dispositivo antighiaccio può essere facilmente applicato alla pala.
Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, il dispositivo antighiaccio comprende una pluralità di moduli elettricamente collegati, ciascuno comprendente una rispettiva porzione riscaldante del riscaldatore elettrico portata su una rispettiva porzione di supporto del supporto e ricoperta da una rispettiva porzione idrofobica dello strato di materiale idrofobico.
La modularità del dispositivo antighiaccio facilita ulteriormente l’installazione, aumentando inoltre la flessibilità di impiego.
Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, il riscaldatore elettrico comprende un foglio conduttivo annegato nella pala.
Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, il riscaldatore e lo strato di materiale idrofobico si estendono su almeno una porzione di un bordo di attacco della pala.
Il bordo di attacco, facilmente soggetto alla formazione di ghiaccio, risulta così efficacemente protetto.
Scopo della presente invenzione à ̈ inoltre fornire un metodo per prevenire la formazione di ghiaccio su pale di un aerogeneratore che sia privo delle limitazioni descritte.
Secondo la presente invenzione, viene realizzato un metodo per prevenire la formazione di ghiaccio su pale di un aerogeneratore comprendente:
disporre un riscaldatore elettrico su una porzione della pala; e
ricoprire almeno una porzione di una superficie esterna della pala con uno strato di materiale idrofobico, in modo che lo strato di materiale idrofobico sia termicamente accoppiato al riscaldatore.
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi, in cui:
- la figura 1 Ã ̈ una vista in elevazione laterale, con parti asportate per chiarezza, di un aerogeneratore realizzato secondo una forma di attuazione della presente invenzione;
- la figura 2 à ̈ una vista in elevazione frontale, con parti asportate per chiarezza, dell’aerogeneratore di figura 1;
- la figura 3 à ̈ uno schema a blocchi semplificato di un dispositivo antighiaccio incorporato nell’aerogeneratore di figura 1;
- la figura 4 Ã ̈ una sezione trasversale di una porzione del dispositivo antighiaccio di figura 3, presa lungo il piano di traccia IV-IV di figura 3;
- la figura 5 à ̈ una vista in sezione di una pala dell’aerogeneratore di figura 1, sezionata lungo il piano di traccia V-V di figura 1;
- la figura 6 Ã ̈ un particolare ingrandito del dispositivo antighiaccio di figura 3;
- la figura 7 Ã ̈ una sezione trasversale di una porzione di un dispositivo antighiaccio, incorporato in un aerogeneratore in accordo a una diversa forma di realizzazione della presente invenzione;
- la figura 8 à ̈ una vista prospettica di tre quarti dall’alto di una porzione del dispositivo antighiaccio di figura 7;
- la figura 9 à ̈ un vista in pianta dall’alto di una prima variante del dispositivo antighiaccio di figura 7;
- la figura 10 à ̈ un vista in pianta dall’alto di una seconda variante del dispositivo antighiaccio di figura 7;
- la figura 11 à ̈ una sezione trasversale di una porzione di un dispositivo antighiaccio, incorporato in un aerogeneratore in accordo a un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione; e
- la figura 12 à ̈ una vista in pianta dall’alto, sezionata lungo un piano perpendicolare a una direzione radiale, di una pala di un aerogeneratore in accordo a un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione.
Nelle figure 1 e 2 à ̈ illustrato un aerogeneratore, designato nel suo complesso con il numero di riferimento 1. L’aerogeneratore 1 comprende una torre 2, una navicella 3, un mozzo 4 e una pluralità di pale 5 (tre nella forma di realizzazione descritta). All’interno della navicella 3 sono inoltre alloggiati una macchina elettrica 6 e dispositivi di controllo per l’aerogeneratore 1, qui non illustrati in dettaglio, per semplicità.
Le tre pale 5 sono portate dal mozzo 4, che à ̈ montato sulla navicella 3.
La navicella 3 à ̈ a sua volta montata alla torre 2 in modo girevole attorno a un asse di rotazione A1, per disporre le pale 5 a favore di vento, mentre il mozzo 4 à ̈ montato in modo girevole attorno ad un asse A2 rispetto alla navicella 3. Nella forma di realizzazione illustrata in figura 1, gli assi A3 delle pale 5 sono sostanzialmente perpendicolari all’asse A2 del mozzo 4. Le pale 5 sono inoltre orientabili attorno ai rispettivi assi A3 per impostare un rispettivo angolo di incidenza di ciascuna pala 5 rispetto alla direzione del vento.
Il mozzo 4 e le pale 5 definiscono un gruppo rotante 7 che à ̈ girevole rispetto alla navicella 3 attorno all’asse A2 e, sotto l’azione del vento, ruota attorno all’asse A2 stesso con una velocità angolare.
Ciascuna pala 5 à ̈ dotata di un rispettivo dispositivo antighiaccio 8, alimentato da una sorgente di alimentazione 9, la quale à ̈ a sua volta azionata dalla macchina elettrica 6.
I dispositivi antighiaccio 8 sono fra loro identici e per questo motivo nel seguito si farà riferimento a uno soltanto di essi, salvo che sia diversamente specificato, intendendo comunque che quanto descritto e illustrato si applica indifferentemente a tutti i dispositivi antighiaccio 8. Come mostrato schematicamente in figura 3, ciascun dispositivo antighiaccio 8 comprende un riscaldatore elettrico 10, disposto su almeno una porzione di una superficie esterna 5a della rispettiva pala 5, e uno strato protettivo 11 di materiale idrofobico, ricoprente il riscaldatore elettrico 10.
Nella forma di realizzazione illustrata nelle figure da 4 a 6, il riscaldatore elettrico 10 comprende uno strato di materiale elettricamente conduttivo depositato sulla superficie esterna 5a della pala 5 (figura 4). In particolare, il materiale elettricamente conduttivo à ̈ una vernice elettricamente conduttiva che viene applicata direttamente sulla pala 5.
Il riscaldatore elettrico 10 definisce una pista conduttiva che si estende lungo un percorso poligonale (come nell’esempio illustrato) o curvilineo sulla superficie esterna 5a della pala 5 (figura 6).
Più in dettaglio, il riscaldatore elettrico 10 ricopre almeno in parte un bordo di attacco 12 della pala 5 e occupa, su opposte facce della pala 5, una porzione della superficie esterna 5a che corrisponde a circa un terzo di corda C, come mostrato in figura 5 (la corda C essendo definita come distanza fra il bordo di attacco 12 e un bordo di uscita 13 a uguale distanza dall’asse di rotazione A1). In una diversa forma di realizzazione non mostrata, il riscaldatore elettrico 10 occupa una porzione della superficie esterna 5a della pala 5 che corrisponde a circa metà corda C.
Inoltre, il riscaldatore elettrico 10 si estende su una porzione radialmente esterna della pala 5, per un tratto corrispondente a circa un terzo di una lunghezza della pala 5 stessa (figure 1 e 2).
Nella forma di realizzazione qui descritta, lo strato protettivo 11 à ̈ applicato sulla superficie esterna 5a in modo da ricoprire il riscaldatore elettrico 10 e si estende su un’area leggermente superiore rispetto a quest’ultimo.
Pertanto, anche lo strato protettivo 11 si estende sul bordo di attacco 12 della pala 5 e su una porzione della superficie esterna 5 che corrisponde a circa un terzo di corda C e a un terzo radialmente esterno della lunghezza L della pala 5.
Inoltre, lo strato protettivo 11 à ̈ uno strato di una vernice idrofobica depositato sulla superficie esterna 5a della pala 5. In alternativa, in luogo di una vernice idrofobica à ̈ possibile utilizzare un foglio o una pellicola di materiale idrofobico riportato sulla superficie esterna 5a della pala 5 e fissato ad esempio mediante uno strato adesivo. Ancora in alternativa, la superficie esterna à ̈ sottoposta a un trattamento con nanoparticelle per la copertura con uno strato idrofobico.
Preferibilmente, il materiale formante lo strato protettivo 11 Ã ̈ un materiale superidrofobico.
Secondo una forma di realizzazione illustrata nelle figure 7 e 8, l’aerogeneratore 1 comprende dispositivi antighiaccio 108 disposti sulle pale 5.
Ogni dispositivo antighiaccio 108 comprende un riscaldatore elettrico 110 e uno strato protettivo 111.
Il riscaldatore elettrico 110 à ̈ definito da una linea elettricamente conduttiva, ad esempio in forma di una linea piana in rame, disposta su un supporto 112 in foglio. Il supporto 112 à ̈ flessibile ed à ̈ fissato alla superficie esterna 5a della pala 5, ad esempio mediante uno strato adesivo 113.
Lo strato protettivo 111 à ̈ realizzato in materiale idrofobico ed à ̈ applicato sul supporto 112 in modo da ricoprire il riscaldatore elettrico 110. Lo strato protettivo 111 à ̈ applicato prima dell’installazione sulla pala 5.
Il riscaldatore elettrico 110 può essere modulare (figure 9 e 10). In questo caso, rispettive porzioni 110a del riscaldatore elettrico 110 sono portate su rispettive porzioni 112a del supporto 112 e sono ricoperte da rispettive porzioni dello strato protettivo 111. Le porzioni 11a del riscaldatore elettrico possono essere collegate elettricamente fra loro in serie (figura 9) o in parallelo (figura 10).
Secondo la forma di realizzazione di figura 11, l’aerogeneratore 1 à ̈ provvisto di dispositivi antighiaccio 208 che comprendono ciascuno un riscaldatore elettrico 210 e uno strato protettivo 211 in materiale idrofobico. Il riscaldatore elettrico 210 à ̈ definito da un foglio conduttivo annegato nella struttura della pala 5. Lo strato protettivo 211 ricopre la porzione della pala 5 in cui à ̈ annegato il riscaldatore elettrico 210. Lo strato protettivo 211 à ̈ quindi termicamente accoppiato con il riscaldatore elettrico 210, in modo che l’effetto di riduzione del deposito di umidità si sommi all’azione riscaldante come precedentemente descritto.
Nella forma di realizzazione di figura 12, l’aerogeneratore 1 à ̈ provvisto di dispositivi antighiaccio 308 che comprendono ciascuno un riscaldatore elettrico 310 e uno strato protettivo 311 in materiale idrofobico. In questo caso, il riscaldatore elettrico 310 à ̈ definito da uno strato conduttivo disposto su una superficie interna 5b della pala 5 (che à ̈ cava) ed termicamente accoppiato alla superficie esterna 5a. Lo strato protettivo 311 à ̈ applicato su una porzione della superficie esterna 5a corrispondente alla regione in cui si trova il riscaldatore elettrico 310.
Risulta infine evidente che all’aerogeneratore e al metodo descritti possono essere apportate modifiche e varianti, senza uscire dall’ambito della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

Claims (20)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Aerogeneratore comprendente: un gruppo rotante (15), includente un mozzo (4), girevole attorno a un asse (A1), e almeno una pala (5), fissata al mozzo (4); e un dispositivo antighiaccio (8; 108; 208; 308), per prevenire la formazione di ghiaccio sulla pala (5); in cui il dispositivo antighiaccio (8; 108; 208; 308) comprende un riscaldatore elettrico (10; 110; 210; 310), disposto sulla pala (5); caratterizzato dal fatto che almeno una porzione di una superficie esterna (5a) della pala (5) Ã ̈ ricoperta da uno strato di materiale idrofobico (11; 111; 211; 311) termicamente accoppiato al riscaldatore elettrico (10; 110; 210; 310).
  2. 2. Aerogeneratore secondo la rivendicazione 1, in cui il riscaldatore elettrico (10; 110) comprende uno strato di materiale elettricamente conduttivo depositato sulla superficie esterna (5a) della pala (5).
  3. 3. Aerogeneratore secondo la rivendicazione 2, in cui il materiale elettricamente conduttivo à ̈ una vernice conduttiva.
  4. 4. Aerogeneratore secondo la rivendicazione 3, in cui lo strato di materiale idrofobico à ̈ depositato sulla superficie esterna (5a) della pala (5).
  5. 5. Aerogeneratore secondo la rivendicazione 1, in cui il riscaldatore elettrico (110) comprende una linea elettricamente conduttiva disposta su un supporto in foglio (112) fissato alla superficie esterna (5a) della pala (5).
  6. 6. Aerogeneratore secondo la rivendicazione 5, in cui il supporto in foglio (112) Ã ̈ flessibile.
  7. 7. Aerogeneratore secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui il supporto in foglio (112) Ã ̈ fissato mediante uno strato adesivo (113).
  8. 8. Aerogeneratore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 5 a 7, in cui il dispositivo antighiaccio (108) comprende una pluralità di moduli elettricamente collegati, ciascuno comprendente una rispettiva porzione riscaldante (110a) del riscaldatore elettrico (110) portata su una rispettiva porzione di supporto (112a) del supporto in foglio (112) e ricoperta da una rispettiva porzione idrofobica (111a) dello strato di materiale idrofobico (111).
  9. 9. Aerogeneratore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 5 a 8, in cui lo strato di materiale idrofobico (111) Ã ̈ applicato al supporto in foglio (112).
  10. 10. Aerogeneratore secondo la rivendicazione 1, in cui il riscaldatore elettrico (210) comprende un foglio conduttivo annegato nella pala (5).
  11. 11. Aerogeneratore secondo la rivendicazione 1, in cui il riscaldatore elettrico (310) Ã ̈ disposto su una superficie interna (5b) della pala (5).
  12. 12. Aerogeneratore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il riscaldatore elettrico (10; 110) Ã ̈ in forma di una pista estendentesi lungo un percorso poligonale o curvilineo.
  13. 13. Aerogeneratore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 12, in cui il riscaldatore elettrico (10; 110) Ã ̈ in forma di una lamina piana.
  14. 14. Aerogeneratore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il riscaldatore elettrico (10; 110; 210; 310) e lo strato di materiale idrofobico (11; 111; 211; 311) si estendono su almeno una porzione di un bordo di attacco (12) della pala (5).
  15. 15. Aerogeneratore secondo la rivendicazione 14, in cui il riscaldatore elettrico (10; 110; 210; 310) e lo strato di materiale idrofobico si estendono su una porzione della pala (5) corrispondente a circa un terzo di una corda (C) della pala (5).
  16. 16. Aerogeneratore secondo la rivendicazione 13, in cui il riscaldatore elettrico (10; 110; 210; 310) e lo strato di materiale idrofobico si estendono su una porzione della pala (5) corrispondente a circa metà di una corda (C) della pala (5).
  17. 17. Aerogeneratore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il riscaldatore elettrico (10; 110; 210; 310) e lo strato di materiale idrofobico (11; 111; 211; 311) si estendono su una porzione radialmente esterna della pala (5).
  18. 18. Aerogeneratore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui lo strato di materiale idrofobico (11; 111; 211; 311) si estende su un’area maggiore rispetto al riscaldatore elettrico (10; 110; 210; 310).
  19. 19. Aerogeneratore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente una sorgente di alimentazione elettrica (9), accoppiata al riscaldatore elettrico (10; 110; 210; 310).
  20. 20. Metodo per prevenire la formazione di ghiaccio su pale di un aerogeneratore, comprendente: disporre un riscaldatore elettrico (10; 110; 210; 310) su una porzione della pala (5); e ricoprire almeno una porzione di una superficie esterna (5a) della pala (5) con uno strato di materiale idrofobico (11; 111; 211, 311), in modo che lo strato di materiale idrofobico (11; 111; 211, 311) sia termicamente accoppiato al riscaldatore elettrico (10; 110; 210; 310).
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