Natel Energy è un'azienda leader nel settore idrico ed energetico ad Alameda, in California, dedicata al progresso della tecnologia idroelettrica nel renderla più ecologica, economica e flessibile da essere una fonte di energia passe-partout per gli addetti ai lavori sui corsi d'acqua di ogni dimensione in tutto il mondo.
Con un nome adeguatamente coniato dalla frase "natural electric", Natel si concentra sulla possibilità di realizzare un modello idroelettrico distribuito o decentralizzato attraverso un grande numero di piccoli progetti, anzichè l'attuale approccio di enormi dighe centralizzate che tendono a danneggiare la fauna selvatica e l'ecosistema adiacente.
Fondata dai fratelli Gia e Abe Schneider, che sin da bambini nutrono una grande passione per i fiumi e per la bellezza dei loro ecosistemi, passione nata durante le gite di pesca in famiglia, Natel sta facendo progredire con successo la loro visione di "Restoration Hydro", combinando un basso impatto ambientale ad un elevato valore economico, un'ottima soluzione per le aziende che desiderano decarbonizzare ulteriormente il loro business arrivando zero emissioni di carbonio.
“Più della metà dei corsi d'acqua statunitensi è malandata, così come innumerevoli bacini idrografici, fiumi ed ecosistemi delle zone umide di tutto il mondo", ha affermato Gia Schneider, CEO di Natel. "Con la giusta tecnologia e un business case interessante, il ripristino di questi ecosistemi critici non solo è possibile, ma anche giustificabile dal punto di vista economico, con una dorsale idroelettrica distribuita e sostenibile che supporta una rete elettrica rinnovabile e decarbonizzata, senza la necessità di grandi dighe.”
Tecnologia rivoluzionaria salva-pesci
Natel ha compreso che le pale delle turbine rotanti delle tecnologie esistenti costituiscono un pericolo per i pesci. I danni agli ecosistemi possono essere costosi, così come l'avvio dello "screening incumbent" e di altre procedure di mitigazione, e i permessi per l'impiego pratico dell'energia idroelettrica rinnovabile può essere un processo difficile.
Il team tecnico di Natel, guidato dal Presidente e Chief Technology Officer Abe Schneider, ha ripensato e riprogettato la tradizionale turbina a elica a flusso assiale, creando un nuovo design innovativo di pale con bordi di attacco spessi e scanalati in avanti, che consentono la sicurezza dell'ecosistema fluviale e un'elevata efficienza, consentendo al contempo elevate velocità di rotazione della turbina, grazie alle dimensioni compatte della turbina stessa.
"Il design crea una zona di pressione intorno ai bordi di attacco delle pale che agisce come un "airbag" per il passaggio del pesce, riducendo al minimo gli impatti e consentendo loro di passare in sicurezza attraverso l'area", ha spiegato. Lo stesso fenomeno rende inoltre le pale delle turbine più resistenti ai danni o al deterioramento dovuto ai detriti intrappolati.
Questo nuovo design renderebbe la turbina quasi universale; di dimensioni adeguate per una vasta gamma di applicazioni, consentirebbe anche le piccole municipalizzate di integrare efficacemente il loro mix di generazione di energia con un'energia idroelettrica pulita e affidabile. Inoltre, per rendere la tecnologia ancora più pratica per i potenziali generatori di energia, Natel ha cercato di creare un sistema chiavi in mano dotato della nuova turbina, insieme a tutti i macchinari e le attrezzature necessarie, che potessero essere offerti in massa in dimensioni scalabili ai propri clienti. È iniziata la ricerca di partner tecnici complementari
Tecnologia avanzata e collaborazione a lungo termine
"Per mettere in pratica ciò che avevamo intenzione di fare non è stato come ordinare i componenti dal negozio di ferramenta", ha sottolineato Abe. "Ci sono voluti mesi di lavori di ingegneria personalizzata e avevamo bisogno di un partner disposto e in grado di lavorare con noi".
Abe spiega che un componente chiave della strategia di Natel per un approccio ai sistemi è iniziato con un variatore di frequenza/inverter rigenerativo che consente al generatore della turbina di fornire elettricità alla rete in modo continuo.
"Non tutti i drives possono fare questo: molti inverter non sono in grado di resistere al funzionamento inverso continuo. Abbiamo scoperto che Danfoss è uno dei pochi produttori di variatori di frequenza su scala industriale in grado di realizzare un drive rigenerativo comprovato e affidabile", ha spiegato Abe.
"I drives Danfoss VACON® sono progettati, testati, certificati e supportati per funzionare fino al 100% del tempo in modalità rigenerativa". Inoltre, ciò che ha ulteriormente distinto Danfoss rispetto agli altri fornitori di inverter, è stata la capacità di andare oltre i prodotti esistenti e di mettere insieme un sistema che avrebbe contribuito a dare vita alla visione di Natel di Restoration Hydro.
"Abbiamo parlato con diverse aziende di qualità, ma abbiamo scelto Danfoss per il mix di competenze tecniche e per il fatto che il loro team era così proattivo e cooperativo, disposto a collaborare con noi", ha affermato. "Danfoss ha condiviso la nostra visione per il futuro, creando un sistema idroelettrico flessibile che potesse essere adattato alle esigenze dei diversi clienti.
La struttura espositiva porta a un elevato interesse
Infine, Abe nota che Danfoss ha riunito tecnologie in grado di gestire sia la velocità del generatore sia la rigenerazione dell'elettricità in un'unica "scatola completa", un comodo "packaging" che Natel potrà presentare ai clienti futuri e contribuirà a guidare la commercializzazione e l'accettazione.
Nel settembre 2020 il team ha installato il primo sistema su un canale di irrigazione vicino a Madras, Oregon, generando energia con acqua dal fiume Deschutes.
Durante il processo di messa in servizio, gli ingegneri di Natel hanno potuto contare sull'assistenza tecnica del team Danfoss. "Facciamo diverse attività e vediamo come risponde i drives, esaminando tutti i dati. I tecnici Danfoss conoscevano molto bene le loro apparecchiature e sono stati in grado di aiutare a regolare i parametri dei drives per telefono e a far sì che funzionassero correttamente - siamo rimasti molto colpiti".
"Come funziona? Il team ha ottenuto l'approvazione da parte delle utility per l'esportazione dell'energia elettrica e nel giro di un giorno eravamo alla capacità nominale massima dell'impianto-300 kW," ha osservato Abe. "E da allora funziona in modo affidabile."
Scalabilità per sistemi futuri
“Danfoss è in grado di offrire scalabilità per i sistemi futuri di varie taglie di potenza", ha commentato Lise Houston, Regional Manager di Danfoss.
Gli inverter VACON® NXP sono disponibili con potenze fino a 5 MW e utilizzano lo stesso software e la stessa interfaccia di controllo, indipendentemente dalla taglia di potenza. Pertanto, l'interfacciamento, la comunicazione e la programmazione dell'applicazione rimangono gli stessi che si tratti di un piccolo sistema di alimentazione o un grande sistema di alimentazione.
Una volta che le utility e i generatori hanno iniziato a vedere i primi risultato, l'interesse si è elevato notevolmente e Natel sta perseguendo quasi 100 opportunità di installazione delle turbine. Anche in un settore in cui i cicli di vendita possono essere di un anno o più, ulteriormente rallentati dal COVID, la risposta dei clienti è promettente, con diversi progetti già sotto contratto o in fase di negoziazione, e molti altri in cantiere.
"Prevediamo che nel 2021 saranno in corso diversi progetti, altrettanti nel 2022 e oltre, il nostro obiettivo è accelerare fino a centinaia e poi migliaia di sistemi di turbine all'anno", ha affermato Gia, "E con Danfoss che ci supporta sul fronte dei drives, siamo fiduciosi nel raggiungere, o superare, tutti gli obiettivi che ci siamo prefissati."
Originally published in Solutions magazine Winter edition 2020/2021