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TECH INSIGHT SYSTEM PROTECTION 24 - ELETTRONICA OGGI 478 - MAGGIO 2019 La multifisica protegge le turbine eoliche dai fulmini La simulazione multifisica aiuta i tecnici di NTS a comprendere che cosa accade quando un fulmine colpisce una turbina eolica Gary Dagastine I n tutto il mondo ci s’impegna per ridurre l’utilizzo di combu- stibili fossili. Di conseguenza, il mercato globale delle tur- bine eoliche sta crescendo e si stima che nei prossimi anni toccherà i 70 miliardi di dollari all’anno. Se da un lato una tale crescita dell’energia eolica rappresenta un grande risultato, esiste però un’altra potente forza della natura che impedisce a questo settore di realizzare appieno le sue potenzialità: si tratta dei fulmini. La caduta di fulmini rappresenta la maggiore causa di fermi non programmati per le turbine eoliche, causando non soltanto la perdita di un incredibile numero di megawatt di potenza, ma anche costi enormi di riattivazione e manutenzione. Le turbine eoliche sono particolarmente soggette a essere colpite dai ful- mini a causa della loro altezza, delle posizioni esposte e delle grandi pale rotanti. I fulmini possono avere effetti devastanti, di- retti e indiretti, praticamente su tutti i componenti di una turbina eolica, comprese le pale, i sistemi di controllo e altri componenti elettrici. Oltre a essere costose, le riparazioni sono anche fisica- mente complesse a causa delle difficoltà logistiche. Lightning Technology , un’azienda NTS , è tra i leader mondiali per la progettazione e la validazione di sofisticati sistemi di pro- tezione dai fulmini per l’industria aerospaziale (velivoli, veicoli spaziali e strutture di lancio). L’azienda ha sviluppato anche si- stemi per centrali eoliche, complessi industriali, campi da golf, parchi divertimenti e altre installazioni ad alto rischio. I tecnici in NTS sono coivolti attivamente nei comitati che costituiscono l’International Electrotechnical Commission (IEC), che ha il compito di definire quali tipologie di fulmini e quali situazioni le pale devono sopportare. La normativa di settore, come la IEC 62305, prescrive che i produttori di turbine integrino nelle pale sistemi di protezione dai fulmini. Per assicurare la massima protezione, è essenziale sapere quanta corrente dovrà probabilmente attraversare una pala dopo che è stata colpita da un fulmine e pre- vedere esattamente dove scorrerà. Il problema è che le più semplici assunzioni sul comportamento della corrente da fulmine spesso conducono a conclusioni non accurate. Comprendere a fondo la corrente del fulmine NTS gestisce uno dei laboratori di simulazione di fulmini più completi del mondo, presso una struttura che occu- pa più di 5.000 metri quadrati a Pittsfield, in Massachussetts. Vi si trovano generatori di fulmini alti tra 4 e 8 metri, capaci di generare una tensione pari a 2,4 MV (Fig. 1). NTS è coinvolta da decenni nell’attività di ricerca e sviluppo per creare progetti di protezione per le turbine eoli- che. Poiché le pale eoliche sono superfici aerodinamiche, la profonda conoscenza delle applicazioni aerospaziali da parte dell’azienda si applica direttamente anche a questo settore. Justin McKennon, che guida il Modeling and Analytical Team in NTS Pittsfield, dichiara che i metodi tradizionali per la protezione delle turbine eoliche consistono in uno strato di protezione superficiale (Surface Protection La- yer, SPL) che ricopre le pale leggere, realizzate con un materiale composito in fibra di carbonio ad alta resistenza (Fig. 2). Spesso, questo strato coincide con una rete conduttiva che dovrebbe trasportare in sicurezza la corrente Fig. 1 – Generatore ad alta tensione (2.4 MV Marx generator) gestito da NTS