KGM1, come funziona il progetto italiano per l’eolico ad alta quota: produce energia con un’ala volante

KGM1 è un progetto italiano di Airborne Wind Energy (AWE) nel settore dell'energia eolica ad alta quota, che punta a produrre elettricità sfruttando un'ala simile a quelle da kitesurf, collegata a terra da tre cavi e capace di trasformare la propria trazione in movimento meccanico per un generatore. In questo modo, invece di costruire una grande torre eolica, si porta nel cielo solo la parte necessaria a intercettare il vento, lasciando a terra i componenti più pesanti e arrivando a risparmiare fino al 90% di peso rispetto alle tradizionali turbine eoliche. Un sistema portatile e compatto per generare energia elettrica e fare a meno di generatori in gasolio per applicazioni off-grid, come comunità remote, isole e aree colpite da emergenze, con una potenza prevista nell'ordine dei 10-30 kW.

I vantaggi dell'eolico ad alta quota

Le turbine eoliche tradizionali hanno un problema molto concreto: per intercettare venti più favorevoli si tende a installare pale e generatori sempre più in alto, ma questo significa anche costruire torri, fondazioni e infrastrutture più grandi. L'Airborne Wind Energy prova a cambiare completamente approccio e, invece di sostenere il generatore con una torre, utilizza un'ala vincolata al terreno attraverso uno o più cavi facendola volare in traiettorie controllate. A quote maggiori (superiori ai 200 metri) l'influenza della superficie terrestre e degli ostacoli diminuisce e la velocità del vento tende ad aumentare.

Nei sistemi AWE con generazione a terra, l'ala sfrutta il vento per esercitare una forza di trazione sui cavi, il cui movimento aziona un generatore elettrico al suolo. È un po' come togliere a una turbina eolica tutto ciò che è “pesante e superfluo”, e lasciarne soltanto la parte che deve davvero intercettare il vento. L'AWE inoltre comprende diverse architetture tecnologiche e non tutti i sistemi utilizzano lo stesso tipo di ala o lo stesso metodo di conversione dell'energia.

Cos’è e come funziona KGM1: 3 elementi principali

KGM1, un progetto di ricerca indipendente sull'Airborne Wind Energy finalizzato allo sviluppo di un sistema di generazione elettrica per contesti off-grid e territori privi di infrastrutture energetiche affidabili, utilizza tre elementi principali:

• un’ala, simile a quelle impiegate nel kitesurf;
• una Kite Steering Unit (KSU) che controlla il volo;
• un sistema di generazione posizionato a terra.

La KSU funziona come una sorta di “pilota” dell'impianto: governa l'ala e scarica la forza del vento su una slitta mobile, collegata tramite tre cavi (sistema tri-tether). Quando l'ala va in trazione, trascina la slitta orizzontalmente lungo il binario, trasmettendo il movimento al generatore grazie a una cinghia dentata. La logica è la stessa del kitesurf, ma invece di trainare una tavola sulle onde, l'energia del vento viene sfruttata per generare elettricità.

La particolarità di KGM1 sta soprattutto nella gestione del ciclo di funzionamento. Nei sistemi AWE basati sul cosiddetto “ciclo yo-yo”, una fase di forte trazione viene normalmente seguita da una fase in cui il kite viene depotenziato e il cavo viene recuperato. KGM1 punta invece a utilizzare una tecnica chiamata dynamic depowering, che riduce la trazione dell'ala senza interromperne il volo. In questo modo la slitta può tornare verso la posizione iniziale diminuendo la forza esercitata dal kite, che continua però a volare senza fermarsi. Secondo la documentazione tecnica del progetto, questa soluzione permette di ridurre o eliminare le fasi passive del ciclo, nelle quali il sistema deve normalmente recuperare il cavo utilizzando parte dell'energia prodotta.

Perché KGM1 potrebbe essere utile nelle zone remote

Il vantaggio di una soluzione come KGM1 non riguarda soltanto la produzione di energia, ma soprattutto la logistica. Una turbina eolica tradizionale richiede una torre, fondazioni importanti, trasporto di componenti voluminosi e macchinari per l'installazione. Tutto questo può diventare particolarmente complicato in un'isola, in una comunità remota o in un'area appena colpita da un disastro naturale. Un sistema AWE concentra invece gran parte dei componenti pesanti a terra e può essere trasportato in forma più compatta. Secondo le stime riportate dai progettisti, KGM1 potrebbe arrivare a un risparmio di peso fino al 90% e a un costo fino al 50% inferiore rispetto alle turbine eoliche tradizionali di riferimento.

Oltre il prototipo: la strada verso la commercializzazione

KGM1 non è ancora un prodotto commerciale, ma il progetto ha già superato la fase di proof of concept e sta cercando finanziamenti per lo sviluppo di un terzo prototipo. La tecnologia è stata sviluppata con un approccio bottom-up e risorse iniziali molto limitate, arrivando a dimostrare il funzionamento del proprio ciclo di produzione energetica. Il progetto ha inoltre raggiunto un livello di maturità TRL 5+ ed è stato selezionato dalla Solar Impulse Foundation per il Solar Impulse Efficient Solution Label, un riconoscimento assegnato a soluzioni valutate per il loro potenziale di sostenibilità e fattibilità economica.

Le versioni commerciali previste per il mercato off-grid saranno da 10-30 kW, senza decollo automatico per contenere costi e complessità, mentre in una seconda fase KGM1 punta a scalare la tecnologia verso il mercato on-grid. Restano da affrontare le sfide tipiche del settore, come la gestione dello spazio aereo, il controllo automatico del volo in condizioni di vento variabile e la certificazione per un uso continuativo su larga scala.

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