ENERGIA EOLICA

La energia eolica è il prodotto della conversione dell'energia cinetica del vento in elettrica.

Prima tra tutte le energie rinnovabili per il rapporto costo/produzione è stata anche la prima fonte energetica rinnovabile usata dall'uomo.

L'eolico è l'energia meno costosa attualmente disponibile. Un reattore nucleare da 1600 megawatt costa 2,5 mld di euro (dunque, 1.56 euro al watt). A ciò andrebbero aggiunti i costi molto maggiori di stoccaggio delle scorie e di un loro eventuale trattamento. All'opposto una pala eolica da 3 megawatt costa 3 mln di euro: l'eolico costa in generale circa 1 euro/watt, circa il 50% in meno. Si calcola che diversi siti italiani potrebbero avere installate migliaia di pale eoliche come la centrale di Varese Ligure e generare una potenza elettrica di 3 gigawatt, come quella che può produrre una centrale nucleare a 4 reattori.

Oltre ad avere il costo d'installazione più basso, ha anche il costo di esercizio (o costo di produzione) più basso: 3-4 centesimi di euro al Kw contro i 4 del carbone, e i 6 o più del petrolio il cui prezzo al barile varia con continuità e rende difficile il calcolo.

Lo sfruttamento dell'energia eolica è relativamente semplice e poco costoso, ed è attuato tramite macchine eoliche divisibili in due gruppi ben distinti:

 

Generatore eolico

 
Generatori eolici ad asse orizzontale situati nel comune di Varese Ligure (SP) che producono 4 GWh all'anno.

Il mulino a vento è un esempio storico di generatore ad asse orizzontale. Un generatore eolico ad asse orizzontale (HAWT - Horizontal Axis Wind Turbines) è formato da una torre in acciaio sulla cui sommità si trova un involucro (gondola) che contiene un generatore elettrico azionato da un rotore a pale (solitamente 2 o 3).

Una pala eolica nell'arco degli ultimi 20 anni è passata da una produzione di pochi chilowatt di potenza, a punte di 3 Megawatt per le più efficienti e una produzione tipica del mercato attuale di 1,5 MW, con una velocità del vento di 3-4 m/s. Considerando che la massima corrente erogata alle utenze domestiche è di 3 chilowatt, una pala è in grado di soddisfare il fabbisogno energetico di circa 1000 utenze domestiche, corrispondenti 4000-4500 persone (considerando 4 abitanti medi per nucleo famigliare) e alle dimensioni medie di un comune italiano. Questi standard sono raggiunti sia da aerogeneratori orizzontali che verticali.

Un generatore sia ad asse verticale che orizzontale richiede una velocità minima del vento di 3-5 metri/sec. ed eroga la potenza di progetto ad una velocità del vento di 12-14 metri/sec. Ad elevate velocità (20/25 metri al secondo) l'aerogeneratore viene bloccato dal sistema frenante per ragioni di sicurezza.

Un generatore eolico ad asse verticale sfrutta il vento che muove in ogni direzione. Inoltre, a pari velocità del vento, genera una potenza elettrica maggiore di uno ad asse orizzontale. Poichè funziona in molte più ore l'anno ed ha un rendimento maggiore, attualmente si commerciano generatori ad asse verticale. Quelli ad asse orizzontale sono una tecnologia superata e fuori commercio. Esistono generatori a pale mobili che seguono l'inclinazione del vento, e a doppia elica per raddoppiare la potenza elettrica prodotta. Non mancano generatori silenziosi; il problema principale resta la dimensione delle pale e la mancanza di generatori a "micropale" non visibili a occhio nudo che risolverebbero l'impatto negativo sul paesaggio.

L'eolico è pensato in vista di una produzione centralizzata in 3-4 impianti da porre sull'Appennino o in altri luoghi alti e ventilati. Tali impianti generano gigawatt di potenza come quello di Varese Ligure. Altrimenti, si pensa al decentramento energetico, per il quale ogni Comune ha impianti di piccola taglia, composti da un numero esiguo di pale (1-3 pale da 3-4 megawatt) con le quali genera in loco l'energia consumata dai suoi abitanti.

 
Impianto eolico in Danimarca

Negli ultimi 10 anni rendimento, dimensioni e costi degli aerogeneratori sono migliorati drasticamente.

Gli aerogeneratori tradizionali hanno, quasi senza eccezioni, l’asse di rotazione orizzontale. Questa caratteristica è il limite principale alla realizzazione di macchine molto più grandi di quelle attualmente prodotte: i requisiti statici e dinamici che bisogna rispettare non consentono di ipotizzare rotori con diametri molto superiori a 100 metri e altezze di torre maggiori di 180 metri. Queste dimensioni, per altro, riguardano macchine per esclusiva installazione off-shore. Le macchine on-shore più grandi hanno diametri di rotore di 70 metri e altezze di torre di 130 metri. In una macchina siffatta il raggio della base supera i 20 metri.La velocità del vento cresce con la distanza dal suolo. Questa è la principale ragione per la quale i costruttori di aerogeneratori tradizionali spingono le torri a quote così elevate. La crescita dell’altezza, insieme al diametro del rotore che essa rende possibile, sono la causa delle complicazioni statiche dell’intera macchina, che impone fondazioni complesse e costose e strategie sofisticate di ricovero in caso di improvvise raffiche di vento troppo forte. Macchine eoliche ad asse verticale sono state concepite e realizzate fin dal 1920. La sostanziale minore efficienza rispetto a quelle con asse orizzontale (30%) ne ha di fatto confinato l’impiego nei laboratori. L’unica installazione industriale oggi esistente è quella di Altamont Pass in California, realizzata dalla FloWind nel 1997. L’installazione è in fase di smantellamento, a causa delle difficoltà economiche del costruttore, che è in bancarotta. Esiste in Italia un progetto radicalmente innovativo (il prototipo è ancora in fase di costruzione) che consiste proprio in una centrale eolica ad asse di rotazione verticale. Si tratta del Kite Wind generator (www.kitewindgenerator.com). Questo elimina tutti i problemi statici e dinamici che impediscono l’aumento della potenza (cioè delle dimensioni) ottenibile dagli aerogeneratori tradizionali. Il problema di “catturare” il vento è risolto dall’idea di impiegare profili alari di potenza (Power Kites) solidali al perimetro della turbina. I profili alari di potenza volano secondo traiettorie prestabilite, che permettono di trasformare la forza esercitata sui cavi in una coppia complessiva concorde che mette in rotazione la turbina ad asse verticale. In pratica, i profili alari di potenza sono le “pale” della turbina, che le consentono di ruotare intorno ad un asse verticale, semplificando enormemente i problemi di fondazione e di rigidità. Sei profili alari di potenza di potenza guidati secondo traiettorie prestabilite sono in grado di tenere in rotazione una turbina di 1.600 metri di diametro alla velocità di 15 giri all’ora, che permette di generare l’energia di 1 GigaWattora. L’ulteriore vantaggio dei profili alari di potenza risiede nel fatto che la lunghezza del cavo può permettere loro di raggiungere altezze di 500 o 600 metri, dove il vento può essere due o tre volte più veloce, senza introdurre criticità strutturali. Infatti l’altezza della sommità del corpo centrale è irrilevante ai fini della produzione di energia. Si considera opportuno che sia di almeno 30 metri, per consentire attività sull’area sottostante (agricoltura, pascolo o navigazione, nel caso di installazioni off-shore).

Un generatore eolico ad asse verticale è un tipo di macchina eolica contraddistinta da una ridotta quantità di parti mobili nella sua struttura, il che le conferisce un'alta resistenza alle forti raffiche di vento, e la possibilità di sfruttare qualsiasi direzione del vento senza doversi riorientare continuamente.

Sono macchine molto versatili, adatte all'uso domestico come alla produzione centralizzata di energia elettrica nell'ordine di Gigawatt.


Il più diffuso aerogeneratore è costituito da una torre di acciaio di altezze che si aggirano tra i 60 e i 100 metri, con due o tre pale lunghe circa 20 metri e genera una potenza di 600 chilowatt che equivale al fabbisogno elettrico giornaliero di 500 famiglie. I principali produttori mondiali di aerogeneratori sono tedeschi e danesi: Enercon, Vestas, Bonus, Bus, Nordex, NedWind, GE Wind, Enron Wind, Neg Micon: sono circa 26 le aziende che producono gli aerogeneratori. Sono tutte tedesche e danesi, a parte le divisioni "wind" d'alcune holding internazionali.

Sono stati messi a punto anche dei rotori con pale “mobili”: variando l'inclinazione delle pale al variare della velocità del vento è possibile mantenere costante la quantità di elettricità prodotta dall'aerogeneratore.

Una notevole potenza elettrica viene dissipata nel rotore che deve avere una velocità di 3000 giri/minuto per erogare una corrente alla frequenza di rete di 50 hertz. I giri al minuto dell'aerogeneratore sono molto variabili come lo è la velocità del vento; ma la frequenza di rete deve essere costante a 50 hertz. perciò i rotori vengono collegati a unna serie di inverter prima di immettere l'energia in rete.

Il costo d'acquisto è di 1000 euro/kw a fronte di un costo di esercizio di 3-4 eurocent/kw ( 30.000 volte inferiore al costo d'acquisto poiché la fonte energetica-vento è gratuita), paragonabile a quello dell'energia da carbone fossile.

Il rendimento elettrico è simile all'efficienza del motore ad aria compressa, intorno al 70%. La cinematica del generatore eolico è caratterizzata da bassi attriti, assenza di surriscaldamento e di un sistema di refrigeranti (olio ed acqua) e un costo di manutenzione pressochè nullo. Il tempo di installazione di un'impianto è molto breve; fatti i rilievi sul campo per misurqare la velocità del vento e la potenza elettrica producibile, si tratta di trasportare le pale eoliche e fermarle nel terreno. Il tempo di progettazione e costruzione di altre centrali (idroelettriche, termoelettriche,etc.) è superiore a 4 anni.

La mancanza di una legge quadro o di un testo unico sulle energie eoliche, diversamente dal solare, è considerata una delle cause della lenta difusione della tecnologia rispetto all'estero. Benchè l'eolico sia l'energia meno costosa non è nè massicciamente richiesto dai produttori elettrici che potrebbero rivenderlo al costo del kwora attuale con maggiori profitti, nè è la prima quantità d'energia ad essere venduta nella Borsa Elettrica che pur abbina domanda e offerta di energia in base al prezzo del kwora elettrico(l'eolico, avendo il prezzo kwora più basso e conveniente, dovrebbe collocarsi subito). Ciò mette in dubbio l'attendibilità del dato.

 

Critiche

L'installazione di impianti eolici desta proteste da parte di alcuni movimenti ambientalisti sia per il loro impatto negativo sull'estetica del paesaggio, sia perché ritenuti rumorosi.

Impianti eolici in Italia