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Eolico
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Eolico

mercoledì 19 settembre 2018

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Una visione generale
L'energia eolica è l'energia posseduta dal vento, che solo da pochi decenni viene impiegata per produrre elettricità. Per sfruttare l'energia del vento vengono utilizzati gli aerogeneratori. Il principio è lo stesso dei vecchi mulini a vento, ossia il vento che spinge le pale; in questo caso, il movimento di rotazione delle pale viene trasmesso ad un generatore che produce elettricità.

Gli aerogeneratori sono diversi per forma e dimensione; il tipo più diffuso è quello medio, alto circa 50 metri con 2 o 3 pale lunghe 20 metri e in grado di erogare una potenza elettrica giornaliera di 500/600 kW (pari al fabbisogno elettrico giornaliero di 500 famiglie).
Più aerogeneratori insieme formano le wind-farm ,"fattorie del vento", vere e proprie centrali elettriche in cui gli aerogeneratori sono situati ad una distanza uno dall'altro pari a 5/10 volte il diametro delle pale; pertanto, nel caso di aerogeneratori medi ne viene installato uno ogni 200 metri.
Per avere un'idea, una fattoria del vento costituita da 30 aerogeneratori da 300 kW l'uno, in una zona con venti dalla velocità media di 25 chilometri orari, può produrre 20 milioni di kWh l'anno, ossia la quantità sufficiente per circa 7.000 famiglie.
Le wind-farm possono essere costruite anche in mare; in questo caso si parla di impianti offshore. Secondo alcune stime, gli impianti eolici nei mari europei potrebbero fornire oltre il 20% del fabbisogno elettrico dei paesi costieri.

Naturalmente gli aerogeneratori devono essere istallati in luoghi particolarmente ventosi.

Per scegliere dove istallare un impianto eolico bisogna considerare:

la conformazione del terreno (esistono 4 classi di rugosità del terreno; più questi è rugoso, ossia con brusche variazioni di pendenza, boschi, montagne ecc. più il vento incontrerà ostacoli che ridurranno la sua velocità)

l'andamento nel tempo della direzione e della velocità del vento. Il vento non è costante, cambia di forza e di direzione. Per classificarlo in base alla direzione si usa definirlo con il luogo da cui proviene (es. scirocco dalla Siria), mentre per classificarlo in base alla forza si usa o la misura della sua velocità (i nodi dove un nodo corrisponde a un miglio orario) oppure la scala di Beaufort (una scala da 0 a 12 crescente a seconda della velocità del vento).

L'energia eolica è una fonte rinnovabile e pulita, ma presenta anch'essa effetti indesiderati quali occupazione del territorio, impatto visivo, rumore, effetti su flora e fauna, interferenze sulle telecomunicazioni, effetti elettromagnetici, ecc. Tutte queste note negative (che sono comunque attenuabili con opportuni accorgimenti) sono pesantemente controbilanciate dagli enormi effetti positivi che un impianto del genere comporta: la possibilità di evitare l'immissione nell'atmosfera di milioni di tonnellate di sostanze inquinanti e di gas-serra.

Lo sfruttamento apprezzabile dell'energia eolica inizia dopo gli anni 80; nel 1981 la produzione mondiale era praticamente nulla mentre oggi, grazie anche agli strumenti di sostegno finanziario messi in atto da vari Stati (Spagna, Olanda, Gran Bretagna), la potenza eolica installata è in continuo aumento.
In Italia la quantità di energia eolica prodotta è ancora trascurabile rispetto al potenziale sfruttabile, stimato in circa 3.000 MW sulla terraferma e altrettanti in offshore. L'Italia può contare, specie nelle zone mediterranee meridionali e nelle isole, su venti di buona intensità, quali il maestrale, la tramontana, lo scirocco e il libeccio.

Fonte: ENEA

Tecnologia, impianti e macchine eoliche
L'esempio più tipico di impianto eolico è costituito dalla wind farm (raggruppamento, o cluster, di più aerogeneratori disposti variamente sul territorio, ma collegati a una unica linea che li raccorda alla rete locale o nazionale).

La concezione della wind farm è legata allo sfruttamento della risorsa eolica e deve commisurarsi ad alcuni concetti base: risorsa accessibile, tecnicamente ed economicamente sfruttabile, ma soprattutto deve strutturarsi sulla base delle esigenze dell'utenza cui si riferisce.

La bassa densità energetica, dell'energia eolica per unità di area della superficie di territorio, comporta la necessità di procedere alla installazione di più macchine per lo sfruttamento della risorsa disponibile. Questo ovviamente non costituisce una preclusione agli impianti con macchina singola.
impianto eolico

Dossier - impianto eolico

Le tipologie di impianto possono essere classificate sostanzialmente nelle seguenti:

• Isolati
• In Cluster (in genere collegati alla rete di potenza o ad una rete locale con sistemi diesel)
• Combinati o Integrati

Le macchine eoliche sono classificabili in diversa maniera e cioè in funzione della tipologia di energia sfruttata, della posizione dell'asse di rotazione, della taglia di potenza, del numero di pale, etc.

Abbiamo così ulteriori divisioni:

• in funzione dell'energia sfruttata
• in funzione della posizione dell'asse di rotazione
• in funzione della taglia di potenza
• in funzione della velocità del rotore
• in funzione del numero di pale
• in funzione della regolazione

Fonte: ISES ITALIA

Altre variabili per la classificazione
Altre variabili utili alla classificazione riguardano per esempio la tipologia della torre (metallica tubolare o a traliccio, in cemento) ed il tipo di progetto delle macchine soft o hard in funzione della rigidezza del rotore, ma riguardano in genere le macchine ad asse orizzontale.
Esiste oggi una ulteriore classificazione in macchine a velocità variabile o a velocità fissa ed, inoltre, in funzione del tipo di generatore elettrico,distinguibile in base alla tipologia costruttiva (tra i più diffusi ad oggi sono i generatori multipolari, per rotori lenti, e generatori sincroni per macchine più veloci).

In questa ultima ripartizione esistono macchine che posseggono due generatori e macchine con generatori a numero di coppie polari variabili.
Ancora, esistono macchine dotate di inverter e macchine che ne sono prive.
Dal punto di vista della linea d'assi: con o senza moltiplicatore del numero di giri.

Gli impianti eolici di potenza sono sostanzialmente costituiti dalle wind farm con cluster più o meno densamente popolato.
Dall'esame di diversi esempi di parchi eolici, diversi per disposizione delle macchine e per densità di popolazione del cluster delle stesse, risulta un gran numero di tipologie possibili che, tuttavia possono raggrupparsi in un insieme discreto di cui quelle che seguono sono le principali componenti:

• disposizione su reticolo quadrato o romboidale;
• disposizione su una unica fila;
• disposizione su file parallele;
• disposizione su file incrociate (croce di S. Andrea);
• disposizione risultante dalla combinazione e sovrapposizione delle precedenti tipologie;
• apparentemente casuale.

La prima tipologia è caratteristica delle installazioni più vecchie (specie in USA), mentre l'ultima è caratterizzata da disposizioni in pianta secondo linee e figure molto articolate e si presta alle installazioni in ambiente "complex terrain" (cioè con orografia complessa).

Le file possono risultare con un minor numero di elementi in larghezza nella forma detta di "pine-tree array". La centrale di Alta Nurra (Sardegna) appartiene alla tipologia “disposizione risultante dalla combinazione e sovrapposizione della disposizione su file parallele e di quella su file incrociate”.

Al fine di completare l'excursus sulle macchine eoliche, vale la pena di elencare le componenti dell'intero aerogeneratore, guardando ai sistemi e sottosistemi dello stesso.

Ne risulta l'elenco che segue:

A. sistema della "Torre" e delle fondazioni o struttura di sostegno;
B. sistema "Navicella" o struttura di alloggiamento o contenimento;
C. sottosistema di orientamento;
D. sottosistema di protezione esterna;
E. sistema "Rotore";
a. sottosistemi del rotore:
b. il moltiplicatore di giri;
c. il generatore elettrico;
d. il sottosistema di regolazione;
e. il sistema di attuazione;
f. il freno;
F. sistema di controllo macchina;
G. sistema connessione alla rete o sistema di collegamento.

Fonte: ISES ITALIA

Applicazioni
Le principali applicazioni riguardano, nel caso delle piccole macchine, aerogeneratori o aeromotori installati come sistemi isolati a servizio di una utenza isolata.
Nel caso delle macchine di media e grande taglia, l'applicazione tipica è in cluster (in genere collegati alla rete di potenza o ad una rete locale con sistemi diesel), ed è questo il caso delle grandi wind farm americane ed europee e, più di recente, italiane.
Le wind farm nel Nostro Paese, dopo qualche esempio realizzato in aree pianeggianti (Alta Nurra), si stanno sviluppando in aree appenniniche anche al di sopra di 1.000 m s.l.m. In un prossimo futuro potrebbero aversi anche centrali off-shore, la cui efficacia è stata ormai dimostrata da numerose esperienze europee.

Fonte: ISES ITALIA


Impatto ambientale
Gli impianti eolici producono un impatto sull'ambiente estremamente limitato e fondato sui seguenti fattori di impatto:

1. occupazione del territorio;
2. variazione al paesaggio;
3. emissioni acustiche;
4. interferenze elettromagnetiche;
5. disturbo all'avifauna stanziale e migratoria;
6. produzione di energia da immettere direttamente sulla rete locale (impatto positivo);
7. disponibilità di potenza direttamente vicino ai centri di carico locali (impatto positivo);
8. emissioni inquinanti evitate dalla sostituzione di una quota parte del parco termoelettrico (impatto positivo).

Di questi fattori solo i primi due possono in qualche modo considerarsi particolarmente significativi e provati.
Tuttavia, il fattore rappresentato dall'occupazione del suolo di fatto non esclude gli altri usi del territorio in quanto solo l'1-2% del territorio occupato dalla wind farm è materialmente indisponibile per l'esistenza stessa delle macchine.

Gli impianti eolici, insieme agli impianti idraulici (anche di piccola taglia), sono al momento ancora gli unici in grado di sostituire quote significative di impianti basati su fonti fossili, per cui per ogni unità di energia elettrica prodotta verrebbero risparmiati importanti quantitativi di emissioni inquinanti.
La produzione di energia elettrica mediante combustibili fossili infatti comporta l’emissione di sostanze inquinanti e di gas serra. Tra questi ultimi, il più rilevante è la CO2 (biossido di carbonio o anidride carbonica), il cui progressivo incremento nell’atmosfera potrebbe contribuire al temuto effetto serra, che, secondo alcuni studiosi, potrebbe causare drammatici cambiamenti climatici, con inestimabili danni alla società umana. La SO2 (biossido di zolfo o anidride solforosa) e gli NOx (ossidi di azoto) sono estremamente dannosi, sia per la salute dell’uomo, sia per il patrimonio storico e naturale.

Fonte: ISES ITALIA

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