Materiali compositi nell’infrastruttura elettrica per integrare le rinnovabili

Nel suo rapporto intitolato Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation (Fonti di energia rinnovabile e mitigazione del cambiamento climatico), l’International Panel on Climate Change ha sottolineato che l’energia rinnovabile ha la capacità di spostare le emissioni di gas serra derivanti dallo sfruttamento di combustibili fossili, migliorando al contempo l’accesso all’energia. Per poter utilizzare le energie rinnovabili al massimo del loro potenziale, l’infrastruttura elettrica deve essere modernizzata per far fronte all’aumento della fornitura e del trasporto di energia fino al punto in cui è necessaria. Qui Francesco Ierullo, responsabile vendite per l’Europa meridionale e occidentale, nonché per l’area Imea, presso Exel Composites, azienda globale operante nell’ambito della tecnologia per la realizzazione di materiali compositi, analizza come l’utilizzo di materiali compositi possa migliorare la trasmissione di energia rinnovabile attraverso la rete elettrica.

Nonostante gli sforzi per ridurre il consumo di energia, l’aumento della popolazione e la crescita economica stimolano la domanda globale di energia. Per bilanciare la domanda globale con l’utilizzo di energia pulita, dobbiamo investire in progetti che consentano un maggiore utilizzo di energia da fonti rinnovabili. Tuttavia, per consentire un uso diffuso delle energie rinnovabili nelle infrastrutture, la rete elettrica deve essere in grado di soddisfare le moderne esigenze energetiche.

Le fonti di energia rinnovabile possono essere situate lontano dal luogo in cui viene consumata l’energia prodotta. Ad esempio, la maggior parte delle centrali eoliche in Italia ha sede nel sud del Paese, ma il polo industriale della nazione si trova al nord. Di conseguenza, l’infrastruttura di trasmissione e distribuzione deve essere in grado di sopportare il carico supplementare. Molte di queste linee elettriche sono state installate decenni fa e non sono state progettate per accogliere il mix aggiuntivo di fonti di energia moderne.

I conduttori tradizionali sono costituiti da un anello conduttore esterno in alluminio e da un nucleo di acciaio di armatura; stiamo parlando dei conduttori di alluminio con anima in acciaio (Acsr). Tuttavia, la loro capacità di corrente è limitata dal nucleo di acciaio, che ha un alto coefficiente di espansione termica, il che significa che il calore della corrente che passa attraverso il conduttore e le temperature ambientali provocano l’espansione dell’acciaio.

Il risultato è un allungamento del conduttore tra i supporti della torre, con conseguente cedimento termico dove il conduttore scende più in basso verso terra. Questo fenomeno si aggrava nei conduttori più vecchi, che presentano un cedimento naturale dopo essere stati appesi per decenni. Un cedimento che supera le norme rappresenta un rischio per la sicurezza e può portare a interruzioni di corrente, quindi questi conduttori devono trasportare una corrente inferiore.

Nonostante i problemi dei vecchi conduttori della rete, molte aziende di servizi pubblici sono riluttanti a sostituire completamente l’infrastruttura delle torri, in quanto questo intervento richiede una notevole quantità di manodopera, tempo e investimenti economici. Ciò è particolarmente vero nelle zone con terreno irregolare, come le montagne, dove possono essere necessarie attrezzature aggiuntive come gli elicotteri.

Anziché sostituire completamente l’infrastruttura, le linee Acsr possono essere potenziate tramite conduttori con nucleo in materiale composito, che hanno un coefficiente di espansione termica inferiore, consentendo al conduttore di trasportare il doppio della quantità di corrente. L’elevato rapporto tra resistenza e peso dei materiali compositi si traduce in una maggiore resistenza alla trazione, cosa che permette al conduttore di essere tirato più stretto. I nuclei in materiale composito sono più leggeri dell’acciaio, e questo consente una maggiore conduzione dell’alluminio presente nel conduttore e quindi una maggiore capacità di trasmissione.

L’ammodernamento è notevolmente più economico rispetto alla sostituzione totale della rete elettrica, in quanto può riutilizzare l’infrastruttura esistente di tralicci e torri. Il processo è anche sostanzialmente più rapido, il che riduce al minimo le interruzioni della fornitura di energia. Inoltre, se i conduttori a nucleo composito vengono utilizzati in una nuova area in cui l’infrastruttura elettrica deve comunque partire da zero, l’elevata capacità di corrente consente di ridurre il numero di torri.

Exel Composites ha maturato decenni di esperienza nell’ambito dell’industria elettrica e produce nuclei in materiale composito leggeri e robusti, con un basso coefficiente di espansione termica. I nuclei in materiale composito di Exel si sono dimostrati molto performanti nei test di invecchiamento accelerato con una riduzione minima delle prestazioni, e possiamo lavorare con i servizi di erogazione delle utenze per rispettare le loro esigenze di collaudo. I nuclei compositi in fibra di carbonio sono realizzati utilizzando processi di produzione in continuo basati su pultrusione e avvolgimento a strappo, che risultano efficienti dal punto di vista dei costi, e possono essere avvolti per chilometri alla volta per mantenere bassi i costi di produzione, garantendo al tempo stesso una qualità costante.

L’energia rinnovabile svolgerà un ruolo cruciale nel mitigare il cambiamento climatico e fornirà l’opportunità di migliorare l’approvvigionamento energetico. L’ammodernamento delle vecchie linee elettriche, passando da conduttori con nucleo in acciaio ad alternative in materiale composito, aumenterà la capacità attuale della rete, trasportando l’energia rinnovabile in modo efficiente dalla generazione all’utilizzo finale, contribuendo così ad alimentare il futuro.

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