Energia Eolica

1. Energia Eolica L’energia eolica è l’energia posseduta dal vento. Il vento si genera dalle differenze di pressione atmosferica tra due punti della terra. Esso è infatti il movimento di una massa d’aria da una zona ad alta pressione (anticiclonica) ad una zona di bassa pressione (ciclonica). Questo movimento è frutto di una forza (forza di gradiente) che tende a ristabilire le condizioni di equilibrio tra le pressioni delle varie zone dell’atmosfera.

2. Il vento come fonte di energia è caratterizzato da: • Continua variabilità in velocità e direzione • Impossibilità di accumulo immediato • Questa tecnologia è caratterizzata da due importanti pregi: • Agevole conversione • Diffusione su tutto il pianeta

3. Le prime macchine che sfruttavano l’energia eolica per convertirla in energia meccanica furono i mulini a vento. Lo sfruttamento del vento come fonte energetica sembra avere origini nel 1.700 a.c. . Si dice infatti che Hammurabi, re di Babilonia, utilizzasse mulini a vento per pompare acqua da destinare all’irrigazione dei campi: sempre per questo scopo venivano utilizzati dagli Arabi e dai Cinesi. In Europa i primi mulini a vento per la macinazione del grano sono arrivati intorno all’anno mille: ne è testimonianza il “Don Chisciotte”.

4. Agli albori del XX secolo, cominciarono a svilupparsi gli aerogeneratori, versione evoluta dei mulini a vento, atti a trasformare energia eolica in energia meccanica e quindi in energia elettrica per mezzo di un generatore. Nonostante ciò, la stragrande maggioranza serviva ancora per l’irrigazione (pompe eoliche). Tra le due guerre mondiali, grazie agli sviluppi della tecnologia aeronautica, si ebbe un grande incremento degli aerogeneratori. Negli anni a venire si preferì l’utilizzo dei combustibili fossili, dopodichè, a partire dalla metà degli anni settanta, a causa della crisi petrolifera, si ebbe un ritorno all’energia eolica.

5. CAPACITA’ TOTALE DI ENERGIA EOLICA INSTALLATA NEL MONDO (GW)

6. CLASSIFICA DEI PRIMI 10 PAESI CHE SFRUTTANO L’ENERGIA EOLICA

7. Il vento è influenzato da molti fattori, alcuni dei quali sono fondamentali per la scelta del sito di installazione degli aerogeneratori. La resistenza d’attrito opposta dal terreno genera grandi dispersioni di energia. Questa resistenza dipende dalla rugosità del suolo. Le classi di rugosità Classe di rugosità 0: suolo piatto come il mare, la spiaggia e le pianure. Classe di rugosità 1: suolo aperto come terreni non coltivati con vegetazione bassa. Classe di rugosità 2: aree agricole con rari edifici e pochi alberi. Classe di rugosità 3: suolo rugoso in cui vi sono molte variazioni di pendenza del terreno, boschi e paesi.

8. La scelta del sito di installazione è fondamentale, soprattutto per il seguente motivo. La potenza del vento aumenta in maniera proporzionale al cubo della sua velocità. Ad esempio, se la velocità del vento raddoppia, la sua potenza diviene otto volte maggiore. Essere a conoscenza delle caratteristiche anemologiche del territorio diventa quindi fondamentale. Sono molto affidabili stime della velocità media ottenute su lunghi periodi ( almeno 10 anni).

9. VALORI MEDI ANNUI VELOCITA’ DEL VENTO

10. Essere a conoscenza delle caratteristiche anemologiche permette inoltre di realizzare aerogeneratori proporzionali alla ventosità del luogo. A questo scopo vengono usati diagrammi come il sottostante. ISTOGRAMMA DELLA DISTRIBUZIONE DEL VENTO

11. In generale la posizione ideale di un aerogeneratore è in un terreno appartenente ad una bassa classe di rugosità che presenta una pendenza compresa tra i 6 e i 16 gradi. Il valore della ventosità media deve superare i 5,5 m/s e il vento deve soffiare in modo costante per gran parte dell’anno. I migliori siti eolici off-shore sono quelli con venti che superano la velocità di 7-8 m/s e che hanno bassi fondali (da 5 a 40 metri) situati ad oltre 3 chilometri dalla costa.

12. Come si è visto, la configurazione orografica del territorio influisce sulla ventosità. Per questo motivo sono nati gli impianti off-shore, consistenti in una serie di aerogeneratori posti a qualche miglio dalla costa, la dove i venti sono di maggiore intensità e frequenza.

13. IMPIANTO EOLICO OFF-SHORE

14. Con grande probabilità l’eolico off-shore costituirà l’eolico del futuro, poiché gli aerogeneratori potranno essere più grandi di quelli utilizzati nell’on-shore ed inoltre i siti disponibili sono numerosi e non vi sarebbero interferenze con altre attività umane come l’agricoltura o l’urbanistica (a parte la navigazione).

15. COMPONENTI PRINCIPALI DI UN AEROGENERATORE Moltiplicatore di giri Rotore Generatore Sistema frenante Sistema di controllo Torre e Fondamenta Navicella e Sistema di imbardata

16. IL ROTORE Il rotore è formato delle pale dalla macchina (di norma tre) e dal mozzo. A seconda del suo orientamento, si hanno rotori ad asse: ORIZZONTALE VERTICALE

17. Rotori ad asse orizzontale I rotori ad asse orizzontale sono i più diffusi e ciò è dovuto ad un maggior rendimento degli stessi. Le pale, quasi sempre tre e con passo variabile, sono generalmente realizzate in fibra di vetro o lega di alluminio, anche se talvolta si utilizzano materiali come la fibra di carbonio. Esistono anche aerogeneratori mono o bipala. Il diametro del rotore può superare i 100 metri e la velocità periferica delle pale arriva a superare i 200 km/h

18. Rotori ad asse verticale Questi tipi di rotori sono meno utilizzati per via del modesto rendimento. Nonostante ciò hanno il vantaggio di non doversi orientare a seconda della direzione del vento.

19. LA NAVICELLA E IL SISTEMA DI IMBARDATA Per navicella si intende la cabina posta sulla sommità della torre. Essa, oltre a sostenere il rotore, contiene il generatore e i vari sistemi di controllo. Essendo di norma adagiata su di un cuscinetto, può ruotare attorno al proprio asse (imbardata) di 180° o addirittura 360°. Negli aerogeneratori di media e grossa taglia questo movimento è garantito da un meccanismo elettro-meccanico, mentre in quelli di piccole dimensioni è sufficiente un timone direzionale.

20. LA TORRE La torre ha il compito di sostenere il peso di navicella e rotore e di resistere a tutte le sollecitazioni. La sua forma è generalmente tubolare (cava all’interno) oppure a traliccio; i materiali per la realizzazione possono essere l’acciaio o materiali compositi. Fondamenta in cemento armato assicurano la torre al terreno.

21. SISTEMA FRENANTE Gli aerogeneratori sono caratterizzati da una velocità minima di avvio (cut-in) e da una soglia massima (cut-off). Per far si che non si superi quest’ultima, sono presenti due tipi di freni: uno aerodinamico ed uno meccanico. Il primo si attua mediante pale a passo variabile (si regola la potenza di un aerogeneratore). Il freno meccanico consiste generalmente in un freno idraulico a disco.

22. PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO

23. EOLICO IN ITALIA La posizione geografica dell’Italia e la sua configurazione orografica determinano un diverso andamento della ventosità da regione a regione. Nonostante ciò possiamo contare su venti di buona intensità come lo Scirocco e il Libeccio.

24. ENERGIA EOLICA INSTALLATA NELLE REGIONI D’ ITALIA

25. ASPETTI POSITIVI DELL’EOLICO • Il vento è una fonte di energia rinnovabile e sostenibile • Non vengono prodotti gas inquinanti • Le potenze ottenibili da parchi eolici soddisfano l’intero fabbisogno di piccole città • I costi sono indipendenti dall’aumento del prezzo del petrolio • I costi della manutenzione e dello smantellamento sono relativamente bassi (gran parte dei materiali sono riciclabili).

26. ASPETTI NEGATIVI DELL’EOLICO • L’energia elettrica ottenuta non è mai costante a causa dell’intermittenza dei venti • L’impatto visivo • L’impatto acustico • Le interferenze radio • L’interferenza con le rotte migratorie degli uccelli

27. Riguardo al disturbo nei confronti degli uccelli, un recente studio della Royal Society for the Protection of Birds afferma che i generatori eolici non arrecano alcun danno all’avifauna, tant’è che hanno intenzione loro stessi di investire nell’energia eolica come fonte di energia rinnovabile del futuro.

28. COSTI Sia i costi di installazione che di manutenzione di un aerogeneratore sono molto competitivi rispetto a quelli relativi ad altre fonti rinnovabili di energia.

29. MINIEOLICO MICROEOLICO Per Minieolico si intendono gli impianti la cui taglia di potenza è inferiore a 50 kW. Per Microeolico si intendono gli impianti la cui taglia di potenza è inferiore a 1 kW.

30. APPLICAZIONI DEL MINIEOLICO Questo tipo di aerogeneratore può essere usato per garantire l’autosufficienza a comunità e piccoli villaggi isolati. Ad esempio si usa il minieolico nelle piccole isole con insediamenti, nei rifugi isolati oppure nei paesi del terzo mondo dove allacciarsi ad una rete elettrica esistente è ancor più difficile.

31. APPLICAZIONI DEL MICROEOLICO • Gli impianti microeolici sono utilizzati per: • imbarcazioni da diporto • segnaletica luminosa sulle strade • ripetitori per la telecomunicazione • piccole stazioni meteo • utenze domestiche

32. Vantaggi rispetto ai sistemi tradizionali • Macchine più semplici • Possibilità di lavorare per molti anni anche con assenza di manutenzione data la semplicità costruttiva • Possibilità di essere accoppiati con altri tipi di generatori (solari o diesel) per garantire l’autosufficienza di luoghi remoti.

33. INNOVAZIONI FUTURE Proposte innovative prevedono la realizzazione del cosiddetto eolico d’alta quota, che sfrutta appunto i venti di alta quota. Essi sono d’intensità e di frequenza notevolmente più elevate rispetto ai venti che si hanno a bassa quota. Tra i progetti attualmente in studio troviamo: • Kite Wind Generator • Twind Technology • Skymill

34. KITE WIND GENERATOR Il Kite Gen è un progetto italiano per la trasformazione di energia eolica in energia elettrica sfruttando venti di alta quota ad almeno 1.000 m da terra. E’ per ora in stato di prototipazione.

35. TWIND TECHNOLOGY La Twind Technology si basa sull'utilizzo di una coppia di palloni aerostatici, con delle vele ad apertura comandata, che stazionano a quote superiori agli 800 metri, frenati a terra da cavi che fungono anche da elemento di trasmissione del moto per generare corrente elettrica.

36. SKYMILL Questo sistema consiste in un rotore, realizzato in materiali molto leggeri, che viene sostenuto in quota (a circa 1 km da terra) dal vento stesso oppure da dei palloni aerostatici. Il generatore è invece posto a terra, dal momento che è la parte più pesante. Avrebbe il vantaggio di essere esposto a venti di maggiore intensità.

37. Negli ultimi anni, l’eolico ha avuto un grande sviluppo sia in Italia che nel resto del mondo. Le opportunità che ci vengono offerte dalla natura sono notevoli e il vento è una di queste. Al di là di quelli che possono essere piccoli svantaggi rispetto ad altre fonti, l’energia eolica ha molto da offrire. ALTRO ESEMPIO DELL’EOLICO DEL FUTURO