Cos’è l’ energia eolica?

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[special_heading title=”Energia Eolica” subtitle=”Che cos’è?”]

E’ l’energia tratta dal vento, che è diventato una delle principali fonti rinnovabili. Da miliardi di anni il sole riscalda la terra e questa rilascia il calore nell’atmosfera. Un fenomeno che non avviene dappertutto allo stesso modo. La superficie marina, ad esempio, impiega più tempo a riscaldarsi rispetto alla superficie terreste. Nelle zone dove viene rilasciato meno calore (es. le superfici marine), le zone più fredde, tende ad aumentare la pressione. Nelle zone più calde, viceversa, la pressione tende a ridursi. L’aria delle zone ad alta pressione tende a spostarsi verso le zone a bassa pressione, generando il “vento”. L’aria più calda tende a muoversi verso l’alto lasciando dietro a sè una zona di bassa pressione. L’aria calda, una volta in alto, si raffredda per poi ricadere verso il basso nelle zone fredde marine. Questo movimento verso il basso genera una spinta dell’aria fredda marina verso le zone di bassa pressione in direzione della terraferma. Le caratteristiche morfologiche del territorio e dell’ambiente influiscono sulla direzione e sulla potenza del vento. Ad esempio boschi e montagne riducono la potenza del vento, come anche gli edifici delle grandi città. Per questa ragione gli impianti eolici sono localizzati soltanto in alcune zone e non sono invece distribuiti sull’intero territorio. La potenza del vento è particolarmente forte laddove non sussistono ostacoli, nelle superfici piane, lungo le coste e in mare aperto.

L’uomo usa la forza del vento da migliaia di anni. Basti pensare alla vela che fin dall’antico Egitto muove le imbarcazioni, ha consentito commerci altrimenti impossibili e le scoperte di grandi continenti. Ma la forza del vento fu anche la principale fonte energetica per realizzare le macine del grano o delle olive (mulini a vento) oppure per pompare acqua dai pozzi. L’energia cinetica del vento (movimento) veniva trasformata in energia meccanica. Paradossalmente oggi l’energia eolica è definita un’energia alternativa ma in un contesto storico ha accompagnato la vita dell’uomo molto più a lungo rispetto al petrolio o al carbone. Nel novecento dall’energia meccanica prodotta dalla forza eolica si è giunti alla generazione di energia elettrica. Le fattorie del vento sono composte da numerosi impianti eolici installati mare aperto, dove il vento è più forte. Sono veri impianti off-shore il cui impatto ambientale sul paesaggio è minimo proprio per l’essere stati costruiti in alto mare.
Molti paesi del no
rd Europa sfruttano i forti venti per generare energia. Nell’immaginario collettivo è facile che venga in mente l’Olanda e i suoi storici mulini a vento, in realtà il paese a più largo consumo di energia eolica è invece la Danimarca, seguita da Germania, Olanda e Spagna. E’ fondamentale e importante per gli impianti eolici che il vento oltre ad essere forte sia anche costante, caratteristiche tipiche dei venti del Mar del Nord.

Gli aerogeneratori eolici che sempre più spesso vediamo nelle nostre campagne o montagne sono lo strumento per trarre, appunto, energia dal vento. La loro altezza oscilla tra i 40-60 metri. La torre è assicurata al terreno da fondamenta in cemento armato che la proteggono dalle oscillazioni e dalle vibrazioni. Le pale del rotore sono generalmente fabbricate in fibra di vetro e possono ruotare ad una velocità anche di 200 km/h spinte solo dal vento.

Gli aerogeneratori di nuova generazione montano uno standard di 3 pale ma non sono esclusi prodotti meno costosi a 1-2 pale ma anche meno efficaci. Il moto del rotore viene trasformato in energia elettrica dal generatore mediante lo stesso principio delle dinamo montate sulle biciclette. La potenza dell’energia elettrica è misurata in kilowatt (kW)

La velocità delle pale è controllata da un “sistema di controllo” che svolge principalmente due funzioni:

  • moltiplica i giri per rendere il movimento delle pale almeno sufficiente per generare energia elettrica (“moltiplicatore di giri”);

 

  • frena o blocca i giri delle pale in caso di sovraccarico e quando la forza del vento supera un determinato fattore critico (“sistema frenante”);

 

Per assicurare il massimo rendimento la navicella può rotare il rotore di 180° adeguandolo alla direzione del vento.


Gli impianti si distinguono in:

• impianti isolati: pochi aerogeneratori
• impianti in cluster (“Wind Farm”): aerogeneratori collegati ad una rete locale
• impianti combinati ed integrati

Il rapporto tra energia prodotta e superficie di territorio occupato è molto basso per l’energia eolica (bassa densità energetica). Spesso si ricorre alle “wind farm” per compensare questo aspetto, ovvero si aumenta il numero degli aerogeneratori installati. Ma col crescere del numero degli aerogeneratori l’impatto sul paesaggio muta radicalmente. Da un quadro quasi poetico di 2-3 aerogeneratori si passa inevitabilmente ad uno scenario completamente diverso e negativo. Il ricorso alle wind farm (o parchi eolici) deve quindi essere attentamente valutato in base alla reale “risorsa eolica sfruttabile” del posto.

Gli aerogeneratori sono raggruppati mediante tecniche di clustering ben definite e tuttora in continuo aggiornamento. Inizialmente gli aerogeneratori eolici furono disposti in senso romboidale (USA) per poi sperimentare anche diverse soluzioni:

• su un’unica fila (pochi aerogeneratori)
• su file parallele
• su file incrociate tra loro
• su combinazioni delle precedenti disposizioni
• su disposizione apparentemente casuale (laddove la morfologia del terreno è particolarmente complessa)

Gli aerogeneratori eolici possono avere diverse potenze, mediamente da 500 kW (0,5 MW) fino a 3 MW. Sono potenze enormemente più grandi rispetto al passato, venti anni fa la potenza di un aerogeneratore raggiungeva al massimo i 25 kW.

In poche parole oggi un solo aerogeneratore da 1,5 MW equivale a ben 60 aerogeneratori da 25 kW degli anni ’80. Un vantaggio enorme che premia la continua ricerca tecnologica nel settore.

Il semplice rapporto aritmetico ci torna utile al solo scopo di rendere evidente il progresso della ricerca. In realtà il miglioramento nella potenza eolica è maggiore alla sua semplice somma. I nuovi aerogeneratori sono molto più grandi di quelli degli anni ’80 e consentono pertanto un vantaggio nell’economia di scala della produzione d’energia elettrica che li rende equiparabili anche a 100 vecchi aerogeneratori.

La produzione di energia elettrica dipende dalla velocità del vento. Al variare della velocità del vento, misurata in m/s, l’aerogeneratore produrrà una diversa potenza di energia elettrica. Il legame tra la velocità del vento e la potenza elettrica erogata si rappresenta mediante il grafico della curva di potenza.

Il costo di un aerogeneratore può essere facilmente stimato utilizzando una regola empirica:
– kW potenza aerogeneratore x € 1000.

Questa regola non deve però trarre in inganno. La concorrenza di mercato nel settore eolico e la ricerca tecnologica sui materiali e sulle tecniche premono costantemente al ribasso dei prezzi. Oggi, il costo di un kWh di energia elettrica da eolico è ben 5 volte inferiore rispetto a quello degli anni ’80. Il continuo ribasso dei prezzi nel settore eolico è favorito anche dalla crescita del mercato e dalle conseguenti economie di scala delle imprese. E’ quindi probabile che nel prossimo futuro tenda ulteriormente a diminuire.

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