Energia eolica : energia in movimento

 Energia eolica ::: oggi si può

Energia eolica, Cos'è ?
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, il suo sfruttamento è semplice ed economico.

I "mulini a vento" nella storia
A quante persone, visitando una fattoria eolica, non è venuto in mente il "Don Chisciotte della Mancia", celebre romanzo di Miguel Cervantes, che nel 1605 raccontava delle prodezze del "cavalier dalla triste figura". Impavido, sognatore, visionario che scambiava i mulini a vento per giganti dalle braccia rotanti da attaccare e sconfiggere.
I primi mulini a vento europei pompavano acqua o muovevano le macine per triturare i cereali.
I mulini olandesi erano i più grandi del tempo, divennero e rimasero il simbolo della nazione. 
Nel corso del XIX secolo entrarono in funzione migliaia di mulini a vento sia in Europa, sia in America, soprattutto per scopi di irrigazione. In seguito, con l'invenzione delle macchine a vapore, vennero abbandonati per il costo del carbone, allora a buon mercato.
Negli anni settanta l'aumento dei costi energetici ha ridestato l'interesse per le macchine che utilizzano la forza del vento. Così molte nazioni hanno aumentato i fondi per la ricerca e lo sviluppo dell'energia eolica.

Generatori Eolici
Gli studi fatti sui generatori eolici, negli ultimi 20 anni, hanno dato come risultato  un prodotto molto più efficace e dai rendimenti notevolmente migliorati, ad oggi la ricerca e la progettazione, stanno trovando migliorie continue, pertanto gli attuali calcoli, sono da ritenersi ancora provvisori.
Attualmente con una velocità del vento pari a 3-4 m/s i generatori danno una produzione media di 1.5 Mw con punte di 3 Mw per i più efficienti.
Considerando che un'utenza domestica al massimo dei consumi, utilizza 3 Kw, una pala ben posizionata è in grado di soddisfare il fabbisogno di circa 1000 utenze o 4000 abitanti.
Ci sono vari tipi di generatori, ad asse verticale o orizzontale, a pale mobili, a doppia elica, non mancano generatori silenziosi.
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.
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.
Il rendimento elettrico di tale dispositivo è intorno al 70%. La cinematica del generatore eolico è caratterizzata da bassi attriti, assenza di surriscaldamento ambientale e un costo di manutenzione pressoché nullo.

Dove è possibile installare ?
L'energia eolica, è facilmente sfruttabile sia con  una produzione centralizzata in impianti da porre in luoghi alti e ventilati, sia con impianti di piccola taglia, composti da un numero esiguo di pale (1-3 pale da 3-4 megawatt) con le quali il comune genera in loco l'energia consumata dai suoi abitanti, sia in micro impianti, costituiti da minigeneratori eolici, dove la singola utenza, ricava energia in loco.
Vincoli ambientali, e la mancanza di una legge quadro specifica sull'eolico, limitano la diffusione dei generatori in questione, pur essendo a parità di resa i meno costosi da installare.

Costi di produzione da impianti eolici
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.
Secondo l'ENEA la stima 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. (fabbisogno 2006: 351,6 TWh, potenza eolica: 20 GW, ore di vento/anno: 1700 ore)
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.
Anche il nucleare non costa meno, considerando i costi di stoccaggio delle scorie e quelli di smantellamento del reattore. Il Dipartimento per l'energia per il mercato statunitense calcola un costo complessivo di produzione da nucleare superiore ai 6 centesimi di usd (circa 5 eurocent) al kWh.
(Fonte Wikipedia)

Problematiche ambientali, legati all'eolico
Discutere di problematiche ambientali parlando di energia eolica, a volte è paradossale, por tuttavia non è assolutamente accettabile ignorare chi, con le fattorie eoliche, assume posizioni decisamente contrarie.
I parchi eolici, hanno un impatto visivo notevole, a me personalmente piacciono, andare a visitarli è comunque un'esperienza entusiasmante, sapere che questi giganti si muovono e producono energia semplicemente perché mossi dal vento, mi dona una sensazione di timore e allo stesso tempo di soddisfazione.
E' l'energia pulita, insieme alla forza dell'acqua,l'energia naturale per
eccellenza, é la fonte più facilmente sfruttabile, quella che ad oggi sta ispirando il maggior numero di scienziati, ricercatori e progettisti.

Onestamente la mia opinione in merito all'impatto ambientale, è decisamente tollerante, non vedo grandi differenze tra le fattorie eoliche, e le stazioni sciistiche, vero è che ambedue sono oggetto di contestazione, ma tra un installazione che inquina "la vista" producendo energia gratuitamente, ed una invece che l'energia la consuma, converrete con me che accettare un compromesso per la vita, è decisamente più facile.

fonte Energia Naturale

Quadro sintetico della tecnologia, degli impianti e delle macchine eoliche
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.
L'esempio più tipico di impianto eolico è costituito dalla wind farm (cluster di più aerogeneratori disposti variamente sul territorio, ma collegati ad 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.
Gli impianti possono essere sostanzialmente delle tipologie che seguono:

1. Isolati
2. In Cluster (in genere collegati alla rete di potenza o ad una rete locale con sistemi diesel);
3. 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:

1. in funzione dell'energia sfruttata
2. in funzione della posizione dell'asse di rotazione
3. in funzione della taglia di potenza
4. in funzione della velocità del rotore
5. in funzione del numero di pale
6. in funzione della regolazione

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:
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:

1. disposizione su reticolo quadrato o romboidale;
2. disposizione su una unica fila;
3. disposizione su file parallele;
4. disposizione su file incrociate (croce di S. Andrea);
5. disposizione risultante dalla combinazione e sovrapposizione delle precedenti tipologie;
6. 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 "E" ("C" con sovrapposizione di "D").
La interdistanza fra gli aerogeneratori può variare da (3-5)D a (5-7)D a seconda se si tratti della distanza entro la fila o tra file diverse.
Al fine di completare l'excursus sulle macchine eoliche, vale la pena di elencare, con un approccio da "teoria dei sistemi", le componenti dell'intero aerogeneratore, guardando ai sistemi e sottosistemi dello stesso.
Ne risulta l'elenco che segue:

• sistema della "Torre" e delle fondazioni o struttura di sostegno;
• sistema "Navicella" o struttura di alloggiamento o contenimento;
• sottosistema di orientamento;
• sottosistema di protezione esterna;
• sistema "Rotore";
  1. sottosistemi del rotore:
  2. il moltiplicatore di giri;
  3. il generatore elettrico;
  4. il sottosistema di regolazione;
  5. il sistema di attuazione;
  6. il freno;
• sistema di controllo macchina;
• sistema connessione alla rete o sistema di collegamento.