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Energia eolica

L'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.

Essa è pensata tenendo presente sia una produzione centralizzata in impianti da porre in luoghi alti e ventilati, sia un eventuale 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 l'energia consumata dai suoi abitanti. Il tempo di installazione di un impianto è molto breve; fatti i rilievi sul campo per misurare la velocità del vento e la potenza elettrica producibile, si tratta di trasportare le pale eoliche e fermarle nel terreno contro i 3-4 anni che servono  Il per la costruzione di altre centrali (idroelettriche, termoelettriche,etc.)

Nonostante le intenzioni siano le migliori, la mancanza di una legge quadro o di un testo unico sulle energie eoliche, diversamente dal solare, è considerata una delle cause della lenta diffusione della tecnologia rispetto all'estero. Benché l'eolico sia l'energia meno costosa, non è né massicciamente richiesto dai produttori elettrici che potrebbero rivenderlo al costo del kWh attuale con maggiori profitti, né 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 kWh elettrico (l'eolico, avendo il prezzo per kWh più basso e conveniente, dovrebbe collocarsi subito).

Costo

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). All'opposto una pala eolica da 3 megawatt costa 3 mln di euro: l'eolico costa in generale circa 1 euro/Watt, circa il 35% in meno.

Però una pala eolica genera la massima energia solo per circa 1700 ore all'anno in Italia mentre un impianto a combustibili fossili o nucleare genera energia quasi 24 ore su 24 ore 365 giorni all'anno (circa 8760 ore). Quindi supposta la stessa la durata dell'impianto (20 anni) il costo energetico è di 0,8 centesimi di euro per kWh per la centrale nucleare e di 2,9 centesimi di euro per kWh per la pala eolica.

Inoltre l'energia eolica è intermittente ed è pagata meno delle altre forme di energia per questa sua negativa caratteristica. Altra caratteristica negativa è che la rete elettrica può sopportare solo una limitata quantità di energia elettrica intermittente che potrebbe arrivare al 20% con limitate spese.

le stime delle potenzialità eoliche italiane sono di 10 GW su terraferma e di altri 10 GW off-shore ovvero in mare. È da ripetere che i 20 GW eolici danno molta meno energia annuale dell'energia data dalla corrispettiva potenza di una centrale convenzionale. Inoltre l'energia eolica ha meno valore commerciale per via della sua intermittenza.

Teoricamente le capacità totali eoliche italiane coprono il 10% del fabbisogno elettrico del 2006. Oltre ad avere il costo d'istallazione più basso, ha anche il costo di esercizio (o costo di produzione) più basso: 3-4 centesimi di euro al kWh contro i 4 del carbone,  i 6 o più del petrolio  e i 5 del nucleare. Tale costo d'esercizio è tipicamente basso -circa cioè 30.000 volte inferiore al costo d'acquisto, poiché la fonte energetica-vento è gratuita.

Generatori

I generatori eolici nell'arco degli ultimi 20 anni hanno migliorato drasticamente rendimento, dimensioni e costi e continuano a farlo: ecco perché i numeri dati in seguito sono da ritenersi provvisori. Tali generatori sono riusciti a passare da una produzione di pochi chilowatt di potenza, a punte di 3 Megawatt per i più efficienti e una produzione tipica del mercato attuale di 1,5 MW, con una velocità del vento di 3-4 m/s. in questo modo  una pala è in grado di soddisfare il fabbisogno energetico di circa 1000 case corrispondenti 4000-4500 persone. 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.

Esistono anche generatori a pale mobili che seguono l'inclinazione del vento, mantenendo costante la quantità di elettricità prodotta dall'aerogeneratore, 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.

Considerando l’attrito del rotore, che trasforma il movimento in energia elettrica,l ‘efficienza di una pala è del 40% al 50%.

lo sfruttamento di questo tipo di energia, è attuato tramite macchine eoliche divisibili in due gruppi ben distinti:

  • Generatori eolici ad asse verticale
  • Generatori eolici ad asse orizzontale

 

Generatori ad asse verticale

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. È una macchina molto versatile, adatta all'uso domestico come alla produzione centralizzata di energia elettrica.

Gli aerogeneratori tradizionali hanno, 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  fuori dai centri abitati.

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. La sostanziale minore efficienza rispetto a quelle con asse orizzontale (30%) ne ha di fatto confinato l’impiego nei laboratori. Negli ultimi tempi, tuttavia, si è cercato di ottimizzare molto queste macchine, rendendole molto competitive: le ultime ricerche evidenziano  che gli ultimi prototipi, funzionando in molte più ore l'anno rispetto a quelle ad asse orizzontale, hanno un rendimento complessivo maggiore.

Generatore ad asse orizzontale

Un generatore eolico ad asse orizzontale è formato da una torre in acciaio di altezze che si aggirano tra i 60 e i 100 metri sulla cui sommità si trova un involucro (gondola) che contiene un generatore elettrico azionato da un rotore a pale lunghe circa 20 metri (solitamente 2 o 3). Esso genera una potenza molto variabile: tipicamente 600 chilowatt che equivale al fabbisogno elettrico giornaliero di 500 famiglie.

Il mulino a vento è un esempio storico di generatore ad asse orizzontale. Come i generatori ad asse verticale anche quelli ad asse orizzontale richiedono una velocità minima di 3-5 metri/sec ed erogano 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.

 

Problemi

L'installazione di impianti eolici desta proteste da parte di alcuni movimenti ambientalisti sia per il loro forte impatto ambientale sull'estetica del paesaggio, sia perché rumorosi. Inoltre, la generazione eolica è concettualmente un sistema a bassa densità di energia, e che, quindi, richiede ampie aree ad uso esclusivo; non è, quindi, adatto alla localizzazione in zone ad alta densità di popolazione, come ad esempio la pianura padana. Ciò malgrado, la potenza fornita da un generatore è comunque superiore all'utilizzo locale, e l'energia (in genere elettrica) deve essere trasportata, richiedendo quindi impianti di trasformazione e distribuzione. Infine, il sistema è concettualmente discontinuo, essendo dipendente dalla presenza (e dalla velocità) del moto dell'aria, e, quindi, deve essere supportato da altri sistemi indipendenti dalla reperibilità del motore eolico, quali sistemi termoelettrici di tipo convenzionale o nucleare.

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