Energia Eolica

L'energia eolica, prodotto della conversione dell'energia cinetica del vento in energia meccanica e quindi in energia elettrica è una forma di energia solare. I venti sono generati dal riscaldamento non uniforme dell’atmosfera da parte del sole, dalla irregolarità della superficie della terra e dalla sua rotazione.

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 in loco 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. Il tempo di progettazione e costruzione di altre centrali (idroelettriche, termoelettriche,etc.) è superiore a 4 anni.

Funzionamento:

Il suo sfruttamento, relativamente semplice e poco costoso, è attuato tramite macchine eoliche divisibili in due gruppi ben distinti:

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

Tra i moderni aerogeneratori, quello più diffuso, è il modello ad asse orizzontale. Le pale (da 1 a 3), mosse dal vento consentono di trasferire ad un asse – rotore - una certa velocità di rotazione. Dal rotore l’energia cinetica viene trasmessa ad un generatore di corrente collegato a sistemi di controllo e trasformazione tali da regolare la produzione di energia e l’eventuale inserimento in rete.

Costi dell'eolico

L'eolico è l'energia meno costosa attualmente disponibile. 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, e i 6 o più del petrolio il cui prezzo al barile varia con continuità e rende difficile il calcolo.

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 eolici

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. Considerando che la massima potenza 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 familiare) 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.

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.

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 una serie di inverter prima di immettere l'energia in rete. Ecco perché il rendimento elettrico di tale dispositivo può essere considerato 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 pressoché nullo.

News – Innovazioni: Il Kitegen

Esiste in Italia un progetto radicalmente innovativo (il prototipo è ancora in fase di costruzione) che consiste in una centrale eolica ad asse di rotazione verticale. Si tratta del Kite Wind generator o KiteGen. 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 rigidezza.

Sei profili alari di potenza controllati automaticamente sono in grado di tenere in rotazione una turbina di 1.600 metri di diametro alla velocità di 15 giri all’ora, il che permette di generare la potenza di 1 GigaWatt, l'equivalente di una centrale nucleare di media potenza a un costo 40 volte inferiore (80 milioni di euro contro i 2,5 miliardi per la costruzione e 0,5 miliardi per lo smantellamento di una centrale nucleare, oltre al costo di stoccaggio/smaltimento delle scorie radioattive).

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).

Il vento ad alta quota ha anche la caratteristica di essere quasi sempre presente e sostenuto (7000 ore) durante l'anno mentre quello a livello del terreno è presente solo per circa 1700-1800 ore all'anno (ore che rappresentano il rapporto Kwh prodotto in un anno rispetto alla potenza dell'aerogeneratore), un anno ha 8760 ore.

A giugno 2006 il kitegen ha ricevuto un finanziamento di 15 milioni di euro. Con i primi 4 milioni di euro partirà una prima sperimentazione di un kitegen da 1 megawatt di bassa quota, di seguito partirà la sola progettazione di un kitegen di potenza usando i restanti 11 milioni di euro del contributo pubblico. Il wind kite generator di potenza sarà probabilmente da 20 MW e si suppone sarà costruito sulle ceneri dei reattori di Trino (VC). L'area è ideale perché è già protetta da una "no fly zone", si tratterà, in questo caso, di eolico di alta quota.
In ogni caso, si pensa che la tecnologia dei generatori ad asse verticale, quando matura, soppianterà quella ad asse orizzontale, come del resto sta già, in parte, accadendo.