Che cos’è l’energia eolica?

Il vento è una forma di energia derivante dall’azione del Sole sulla Terra. Gli spostamenti d’aria che vengono definiti venti, sono causati dal riscaldamento irregolare del Sole sull’atmosfera, unito alle irregolarità della superficie terrestre (come montagne e pianure che causano deviazioni), e la rotazione della terra.

I modelli di flusso del vento vengono modificati dalla composizione del terreno, dai corsi d’acqua, e da alberi ed arbusti. Questo flusso di vento, è energia cinetica di movimento e quando viene “raccolta” da moderne turbine eoliche, può essere utilizzata per generare elettricità.

Il termine “energia eolica” descrive il processo mediante il quale il vento è usato per generare energia meccanica, e successivamente a questa, l’energia elettrica.

Le turbine eoliche convertono l’energia cinetica del vento in energia meccanica. Questa energia meccanica può essere utilizzata per compiti specifici (come la macinazione del grano o il pompaggio dell’acqua) o può essere trasferita ad un generatore in grado di convertire questa energia meccanica in energia elettrica, che viene poi distribuita tramite la rete alle abitazioni, alle aziende, alle scuole, insomma a tutte le utenze interessate.

Le turbine eoliche sono ormai in commercio da più di una decina di anni e, come le pale delle eliche per gli aerei, ruotano grazie al movimento dell’aria, che può arrivare da diverse direzioni nello stesso momento. In parole povere, una turbina eolica è l’opposto di un ventilatore. Invece di usare l’energia elettrica per rinfrescare le persone nelle calde giornate d’estate, come ad esempio fa un ventaglio (sebbene tramite l’azione meccanica del movimento di una mano), le turbine eoliche utilizzano il vento per produrre elettricità. Per semplificare al massimo il processo che porta elettricità pulita nelle nostre case, si può descriverlo in quattro semplici fasi: il vento gira le pale, queste fanno girano un albero meccanico sempre all’interno della turbina, esso è collegato a un generatore che è in grado di produrre elettricità.

Tipi di turbine eoliche

Le moderne turbine eoliche si dividono in due gruppi:

La varietà ad asse orizzontale, simili ai tradizionali mulini a vento utilizzati nella fattorie per pompare l'acqua, vengono anche indicate anche con l'acronimo HAWD (Horizontal Axis Wind Turbines) e sono le turbine che abitualmente vengono scelte per la realizzazione delle “Wind Farm“, ovvero dei campi eolici. Sono caratterizzate costruttivamente da un’alta torre dal profilo snello e dall'aerogeneratore posizionato sulla cima di essa, ed il tutto è sostenuto a terra da una opera di fondazione di dimensioni adeguate a sostenere il peso di tutta la struttura. In questo caso l’aerogeneratore è solitamente dotato di 3 pale, in quanto tale numero rappresenta il migliore equilibrio tra diversi fattori meccanici ed economici;

Il design ad asse verticale, è meno diffuso, ma secondo diversi studi, innalzandosi con maggiore propensione verso altitudini leggermente più elevate, sono in grado di raccogliere con maggiore capienza la forza e la intensità del vento che spira, determinando di conseguenza una produzione di energia elettrica maggiore e accresciuta rispetto alle turbine eoliche ad asse orizzontale. Le turbine eoliche ad asse verticale, per evitare di incorrere in interferenze aerodinamiche reciproche, abbiano bisogno di uno spazio minore (pari a quattro diametri di turbina) rispetto a quello richiesto, allo stesso scopo, dalle turbine eoliche ad asse orizzontale (pari questo, invece, a venti diametri di turbina).

Essendo le prime, la tipologia più comunemente presente a livello mondiale, andiamo ora ad analizzare le principali componenti delle turbine orizzontali, di cui fanno parte:

Il rotore, è la componente fondamentale perché converte l'energia del vento in energia all'albero di rotazione. Con le sue pale, è infatti messo in moto dal vento e, tramite un sistema di trasmissione comprendente l'albero a bassa velocità e degli ingranaggi di moltiplica, trasmette tale movimento a un generatore elettrico. Il sistema di trasmissione e il generatore sono contenuti in una navicella (o gondola);

Il sistema frenante, che si occupa automaticamente di stoppare la rotazione delle turbine, si attiva nel caso che la velocità del vento superi quella consentita per la produzione di energia;

La torre e le fondamenta sono gli elementi strutturali che permettono a tutto il sistema di stare in piedi e di poter sostenere carichi di fatica molto elevati;

Il moltiplicatore di giri è una tecnologia che permette di aumentare la velocità del rotore e quindi la potenza meccanica generata;

Il sistema di controllo verifica che tutte le modalità di funzionamento rispettino i limiti imposti, e nel caso questo vincolo non venisse rispettato, si attiva immediatamente per stoppare il lavoro delle turbine;

Il sistema di imbardata è un invenzione molto intelligente, perché tramite un congegno meccanico, attivato elettricamente in seguito ai rilevamenti fatti da una centralina apposita, muove il rotore nella direzione più adeguata per intercettare il vento che proviene da una direzione specifica;

Le apparecchiature di interconnessione infine, permettono di trasferire l'energia elettrica prodotta alla rete nazionale.

Le turbine eoliche sono spesso raggruppate in un unico impianto che raccoglie la potenza prodotta da tutte le turbine, che viene detto parco eolico o fattorie eoliche. L’elettricità prodotta da queste turbine viene immessa in una “utility grid” e distribuita ai clienti, proprio come con le centrali convenzionali.

Le turbine eoliche esistenti nel Mondo

Le turbine eoliche sono disponibili in una grande varietà di formati, e quindi di potenze nominali. La più grande macchina esistente ha le eliche che, se distribuite al suolo l’una dietro all’altra, si estendono su una lunghezza più ampia di un campo di calcio, si trova all’altezza corrispondete ad un edificio alto 20 piani, e produce elettricità sufficiente ad alimentare 1.400 abitazioni. Esistono però anche piccole macchine del vento, il cui campo viene definito microeolico, per il quale si intende l’installazione di impianti portatili, capaci di fornire meno di 1 kW a strutture come camper e cucine da campo. Sono utilizzabili anche per le utenze domestiche, hanno diametri da 2,4 a 7,5 metri e possono erigersi fino a 8/9 metri di altezza. La loro scala di produttività varia nel formato da 50 a 750 kW, mentre le piccole turbine singole, con potenze nominali inferiori a 50 kW, sono utilizzati per gli impianti di telecomunicazioni, o il pompaggio dell’acqua.

turbine eoliche mondo

L’energia eolica è abbondante in molte parti d’Europa, chiaramente le zone maggiormente favorite sono quelle costiere, e tra queste la Scandinavia la fa da padrone (anche per la riconosciuta mentalità ecologica posseduta dalle popolazioni nordiche).Le risorse eoliche sono caratterizzate da classi di densità di energia eolica, che vanno dalla classe 1 (la più bassa) alla classe 7 (la più alta). Buone risorse eoliche (ad esempio, di classe 3 e, soprattutto, che hanno una velocità media annuale del vento di almeno 10 chilometri all’ora) si trovano in Svezia e Danimarca; Proprio a Copenaghen, tra l’altro, si trova l’università di ingegneria per l’evoluzione della tecnologia eolica, rinomata e ritenuta tra le prime al mondo. La velocità del vento è una caratteristica critica delle risorse eoliche, perché l’energia prodotta dal vento è proporzionale al cubo della sua velocità. In altre parole, la potenza di una turbina eolica cresce proporzionalmente con la velocità del vento, fino ad arrivare a un valore massimo, detto limite di Betz.

L’energia eolica è una risorsa gratuita, rinnovabile e non inquinante. Non è un combustibile che si può esaurire quindi non importa quanto viene utilizzato oggi, la stessa fornitura sarà presente in futuro. L’energia eolica è una fonte pulita di l’elettricità. A differenza delle centrali elettriche tradizionali, gli impianti eolici non emettono sostanze inquinanti o gas ad effetto serra durante la produzione di energia, ma solamente durante la loro fase di costruzione e installazione. E’ stato fatto notare che i grandi impianti eolici hanno anche il vantaggio di essere realizzati in tempi brevi, tempi anche 10 volte inferiori a quelli necessari per una centrale convenzionale. Per calcolare il contributo in termini di risparmio di emissioni di CO2 di un kWh eolico vengono utilizzati i parametri e le stime della Iea (International Energy Agency): per ogni chilowattora prodotto da un impianto eolico il risparmio di CO2 è pari a circa 600 kg.

Anche se il costo dell’energia eolica è diminuito drasticamente negli ultimi 10 anni, la tecnologia richiede un investimento iniziale più elevato rispetto ai generatori a combustibili fossili. Circa l’80% del costo è la macchina, con la preparazione, il trasporto e l’installazione. Se i sistemi di generazione eolica sono confrontati con sistemi a combustibili fossili sulla base dei costi del “ciclo di vita” (contando spese di carburante e di funzionamento per la vita del generatore), tuttavia, i costi dell’energia del vento sono molto più competitivi.

Per un futuro basato sulla produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili, l’eolico dovrà avere un ruolo fondamentale. Un breve report dell’Unione Europea datato 2015 analizza anche il contributo ambientale dell’eolico per aree o paesi. Per esempio per l’Unione Europea nel 2014 le 91 milioni di tonnellate di CO2 evitate con impianti eolici rappresentano il 20% dell’obiettivo UE per quell’anno. Per il 2020, con il target di un taglio del 20% delle emissioni sul 1990, lo stimato sviluppo dell’eolico potrebbe contribuire per il 29%, cioè quasi un terzo del totale. L’obiettivo al 2050 è inoltre ancora più prestigioso: dopo la Conferenza delle Parti di Parigi del novembre 2015, si è stabilito che i paesi aderenti dovranno adattare le misure meno impattanti possibili per evitare l’aumento della temperatura entro quella data, di non oltre + 1,5 gradi centigradi.

Ce la faremo, grazie alle tecnologie sempre più performanti in termini energetici e ambientali, o soccomberemo sotto il peso degli errori del passato?

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