Sistemi rinnovabili per l'energia eolica e per i climi freddi

Le turbine eoliche che funzionano nelle regioni artiche e alpine generano elettricità pulita anche quando le condizioni sono sfavorevoli per altri tipi di apparecchiature. I riscaldatori a cartuccia sono molto importanti per questi sistemi poiché svolgono funzioni importanti come lo sbrinamento delle lame-e la lubrificazione dei riduttori. Gli elementi riscaldanti specializzati per la stagione fredda-sono oggi un grande business nel settore delle energie rinnovabili.

I sistemi di riscaldamento delle pale impediscono l'accumulo di ghiaccio, che compromette l'aerodinamica e crea pericoli di lancio di ghiaccio-dannosi. Le grandi turbine solitamente hanno elementi riscaldanti resistivi integrati nelle loro pale composite. Le turbine più piccole e le turbine adattate utilizzano riscaldatori a cartuccia negli anelli di riscaldamento della radice della pala. Questi riscaldatori devono essere in grado di gestire molte vibrazioni, sbalzi di temperatura da -40 gradi a +80 gradi e raggi UV, ozono e nebbia salina nelle zone costiere. Ogni lama necessita di molta potenza-decine di kilowatt, quindi sono necessari collegamenti elettrici e gestione del carico robusti per evitare che la rete venga influenzata quando i riscaldatori si avviano contemporaneamente.


Il riscaldamento del cambio e del generatore mantiene l'olio sufficientemente denso per un avviamento a freddo. Nei riduttori delle turbine eoliche si trovano centinaia di litri di olio sintetico. Quando la temperatura scende a -40 gradi, l'olio diventa quasi solido. I riscaldatori a cartuccia nella coppa del cambio e negli alloggiamenti dei cuscinetti riscaldano l'olio prima che la turbina inizi a girare. L'impianto di riscaldamento deve funzionare con la logica di controllo della turbina. Cercare di far girare una turbina fredda potrebbe danneggiare cuscinetti e ingranaggi, anche se l'olio è riscaldato. I sistemi avanzati utilizzano diversi sensori di temperatura e un riscaldamento graduale per garantire che il riscaldamento sia uniforme.

La gestione termica è necessaria per i sistemi di stoccaggio delle batterie nei climi freddi per mantenerli sicuri e funzionanti. Quando le batterie agli ioni di litio-congelano, perdono rapidamente capacità e possono essere distrutte durante la ricarica. Per ottenere le migliori prestazioni e una maggiore durata, i riscaldatori a cartuccia negli involucri delle batterie mantengono la temperatura tra 10 e 25 gradi Celsius. Il sistema di riscaldamento deve essere a prova di guasto- perché le batterie che si surriscaldano possono causare una fuga termica, che può avere effetti terribili. Il monitoraggio ridondante della temperatura, i controller di limite-alto e il rilevamento dei guasti del riscaldatore sono importanti funzionalità di sicurezza.

I riscaldatori a cartuccia mantengono gli attuatori reattivi nei sistemi idraulici di controllo del passo. Per ottenere la massima potenza dal vento, le pale delle turbine cambiano il loro passo. Per impedire alle pale di girare in caso di forti raffiche, si piumano. Il fluido idraulico freddo non funziona così rapidamente, il che lo rende più difficile da gestire e potrebbe portare a pericolose situazioni di velocità eccessiva. I riscaldatori nei serbatoi idraulici e i riscaldatori in linea lungo i tubi esposti mantengono la stessa viscosità del fluido. Questi sistemi solitamente funzionano a 48 V CC per funzionare con i sistemi di batterie a turbina, quindi necessitano di riscaldatori a cartuccia progettati per funzionare a bassa tensione.

Il riscaldamento dei trasformatori e dell'elettronica di potenza impedisce l'ingresso dell'umidità e garantisce un funzionamento regolare. I trasformatori e gli armadi degli inverter installati sui pad sono dotati di componenti elettronici delicati che smettono di funzionare quando si raffreddano o si bagnano. I riscaldatori a cartuccia con alette di convezione o ventola-circolazione forzata mantengono la temperatura interna al di sopra del punto di rugiada, impedendo la formazione di condensa che può causare cortocircuiti e corrosione. Nella maggior parte dei casi, i riscaldatori sono controllati da un termostato che li accende solo quando la temperatura esterna scende al di sotto di un certo punto. Ciò consente di risparmiare elettricità.

Il sistema di controllo e il riscaldamento dell'anemometro assicurano che la turbina funzioni e che la sicurezza sia sempre controllata. L'accumulo di ghiaccio sui sensori del vento potrebbe fornire letture errate che possono spegnere le turbine quando non sono necessarie o, peggio, lasciarle funzionare in condizioni non sicure. I riscaldatori a cartuccia negli alloggiamenti dei sensori e nelle linee di campionamento mantengono liberi i passaggi dell'aria in modo che le misurazioni siano accurate. Questi riscaldatori di solito non consumano molta energia (50–200 W), ma sono molto importanti per mantenere in funzione le turbine. I problemi ai sensori sono uno dei motivi principali per cui i parchi eolici nei climi freddi devono chiudere in inverno.

Il riscaldamento della torre e delle fondamenta risolve i problemi legati all’accumulo di ghiaccio e permafrost. Nelle aree con permafrost, il calore delle fondamenta può sciogliere il terreno che sostiene la struttura, provocandone il sedimentamento. D'altro canto, l'accumulo di ghiaccio sulle piattaforme e sulle scale delle torri rende il tutto pericoloso per gli addetti alla manutenzione. I riscaldatori a cartuccia nei sistemi di drenaggio delle fondazioni e nei sistemi di sbrinamento delle piattaforme-si prendono cura di questi rischi. Per mantenere stabile la struttura, il riscaldamento delle fondamenta deve essere mantenuto con attenzione in modo che non utilizzi troppa energia o non abbia un effetto negativo sull'ambiente quando la terra si scioglie.