Verifica e ottimizzazione dei componenti meccanici di un generatore eolico d’alta quota = Verification and optimization of the mechanical components of a High-Altitude Wind Generator

L’energia costituisce da secoli uno dei beni imprescindibili della nostra società e la scoperta nel tempo di differenti fonti di energia ha rappresentato una vera e propria innovazione. Solo negli ultimi decenni però è nata la sensibilità verso l’impatto ambientale che alcune di queste fonti energetiche apportano al nostro habitat. Sono diverse le associazioni nate con lo scopo di ridurre al minimo le criticità legate all’inquinamento atmosferico, che può produrre non solo cambiamenti climatici insostenibili, ma anche problemi di salute per l’uomo e gli altri esseri viventi. Per questo motivo, l’utilizzo di differenti fonti di energia pulita costituisce un punto fondamentale del mercato mondiale, tanto più se lo sfruttamento di queste fonti rinnovabili non richiede la costruzione di dighe artificiali o altri possibili lavori che modifichino l’ambiente circostante. L’attuazione di una politica europea ambiziosa in materia di energia, che abbracci dunque tutte le fonti energetiche, mira a dare avvio a una nuova rivoluzione industriale che trasformerà il mercato energetico in un’economia di energia più sicura, più competitiva e sostenibile. In questa tesi viene presa in considerazione una particolare fonte energetica: l’energia eolica ad alta quota. Nella parte introduttiva si dimostra come sia possibile sfruttare appieno questa tipologia di fonte rinnovabile, andando a studiare nel dettaglio come lavori il prototipo KE60 mkII prodotto da Kitenergy. In seguito, vengono trattate le problematiche di carattere meccanico e le esigenze di manutenzione emerse a valle della messa in servizio e della prima fase di sperimentazione sul campo. L’obiettivo del lavoro di tesi consiste nella riprogettazione meccanica di alcuni componenti della macchina e nell’ottimizzazione topologica tramite utilizzo di appositi programmi di calcolo. In primo luogo, è stata affrontata una dettagliata descrizione della componentistica e del suo funzionamento. Successivamente, si è studiato il comportamento del prototipo sotto carico e sono stati analizzati i componenti attualmente sovradimensionati del sistema che si prestano a una revisione nell’ottica di una riduzione costi di fabbricazione per il futuro prodotto commerciale. Per raggiungere lo scopo finale della trattazione, è stato utilizzato il Software ANSYS Mechanical per un’ottimizzazione topologica del volume. Infine, la struttura desiderata è stata oggetto di modellazione solida in ambiente CAD 3D e di validazione tramite analisi agli elementi finiti. Grazie ai risultati ottenuti, le proposte formulate sono state accolte favorevolmente da Kitenergy e alcune di queste saranno inserite e valutate in dettaglio nel piano di revisione del prototipo.