Energia eolica definizione vantaggi e svantaggi

 

 

 

Energia eolica definizione vantaggi e svantaggi

 

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Energia eolica definizione vantaggi e svantaggi

 

Eolico

 

L'energia eolica è il prodotto della conversione dell'energia cinetica del vento in altre forme di energia (elettrica o meccanica). Oggi viene per lo più convertita in energia elettrica tramite una centrale eolica, mentre in passato l'energia del vento veniva utilizzata immediatamente sul posto come energia motrice per applicazioni industriali e pre-industriali (come, ad esempio, nei mulini a vento). Prima tra tutte le energie rinnovabili per il rapporto costo/produzione, è stata la prima forma di energia rinnovabile scoperta dall'uomo dopo il fuoco.

Verso la fine del 2009, la capacità di generazione mondiale degli aerogeneratori era di 157,9 gigawatt, pari al 1,5% dell'elettricità consumata nel mondo; e sta crescendo rapidamente, notandosi un raddoppio nei tre anni tra il 2005 e il 2008. Alcuni paesi hanno raggiunto un coefficiente di penetrazione della potenza eolica molto elevato (spesso con sussidi governativi); ad esempio, nel 2008, il 19% della produzione elettricità di base raggiunto dalla Danimarca, il 13% della produzione in Spagna e in Portogallo, il 7% in Germania e nella Repubblica d'Irlanda. Nel maggio del 2009, otto paesi del mondo avevano centrali elettriche che vendevano a scopi commerciali raggiungendo con profitti.

I parchi eolici sono connessi alle reti elettriche; le istallazioni più piccole sono usate per fornire elettricità a luoghi isolati. Le compagnie elettriche stanno utilizando sempre più spesso il sistema del conto energia che consiste nel comprare l'energia in eccesso prodotta dai piccoli aerogeneratori domestici. Per alcuni aspetti l'energia eolica è una fonte attraente, come alternativa al combustibile fossile, dal momento che è abbondante, rinnovabile, ampamente distribuita, pulita e praticamente non produce gas a effetto serra (se non durante la produzione di componenti base, come le pale in alluminio). Comunque, la costruzione di "fattorie eoliche" non riceve unanime consenso a causa del loro impatto paesaggistico e altri danni ambientali da aerogeneratori, come il rumore molesto e la moria di uccelli.

 

Funzionamento e tipologie

Il suo sfruttamento, relativamente semplice e poco costoso,[senza fonte] è attuato tramite macchine eoliche divisibili in due gruppi distinti in funzione del tipo di modulo base adoperato definito generatore eolico:

  • Generatori eolici ad asse verticale, indipendenti dalla direzione di provenienza del vento;

  • Generatori eolici ad asse orizzontale, in cui il rotore va orientato (attivamente o passivamente) perpendicolarmente alla direzione di provenienza del vento.


Generatori eolici

I generatori eolici a partire dal 1985 hanno migliorato drasticamente il rendimento, dimensioni e costi. Tali generatori sono riusciti a passare da una produzione di pochi kilowatt di potenza a punte di 3 megawatt per i più efficienti e una produzione tipica del mercato di 1,5 MW, con una velocità del vento minima di 3-4 m/s.

Un generatore sia ad asse verticale che orizzontale richiede una velocità minima del vento (cut-in) di 3-5 m/s ed eroga la potenza di progetto ad una velocità del vento di 12-14 m/s. Ad elevate velocità (20-25 m/s, velocità di cut-off) l'aerogeneratore viene bloccato dal sistema frenante per ragioni di sicurezza. Il bloccaggio può avvenire con freni che bloccano il rotore o con metodi che si basano sul fenomeno dello stallo e "nascondono le pale al vento".

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. I generatori eolici possono essere silenziosi; il problema principale è la dimensione delle pale e la mancanza di generatori a micropale non visibili a occhio nudo che risolverebbero l'impatto negativo sul paesaggio.

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.

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.

I principali produttori mondiali di aerogeneratori sono aziende tedesche e danesi: Vestas, Enercon, Siemens, Gamesa Eolica, GE Wind, Nordex, NedWind, Enron Wind. Sono circa 26 le aziende che producono gli aerogeneratori.


Generatore ad asse verticale

 

Generatore ad asse verticale

Un generatore eolico ad asse verticale (VAWT, in inglese Vertical Axis Wind Turbines) 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 nell'ordine di gigawatt (una sola turbina soddisfa il fabbisogno elettrico mediamente di circa 1000 case)

Gli aerogeneratori tradizionali hanno, quasi senza eccezioni, 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 riguardano macchine per esclusiva installazione off-shore. Le macchine on-shore più grandi hanno diametri di rotore di 70 metri e altezze di torre di 130 metri. In una macchina così costruita il raggio della base supera i 20 metri. 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.

Macchine eoliche ad asse verticale sono state concepite e realizzate fin dal 1920. La sostanziale minore efficienza rispetto a quelle con asse orizzontale (30%) ne ha di fatto confinato l'impiego nei laboratori. L'unica installazione industriale oggi esistente è quella di Altamont Pass in California, realizzata dalla FloWind nel 1997. L'installazione è in fase di smantellamento, a causa delle difficoltà economiche del costruttore, che è in bancarotta.

Si è cercato di ottimizzare molto queste macchine, rendendole molto competitive; gli ultimi prototipi, funzionando in molte più ore l'anno rispetto a quelle ad asse orizzontale, hanno un rendimento complessivo maggiore.

La turbina a vento di Savonius è un tipo di turbina a vento ad asse verticale, utilizzata per la conversione di coppia dell'energia del vento su un albero rotante. Inventata dall'ingegnere finlandese Sigurd J. Savonius nel 1922 e brevettata nel 1929, è una delle turbine più semplici.

Esiste in Italia un progetto che consiste in una centrale eolica ad asse di rotazione verticale. Si tratta del Kite Wind Generator o Kitegen. Questo elimina 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 le braccia di una giostra 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. Nell'agosto 2006 è stato costruito un primo prototipo dal nome Mobilegen.

 

 

Twind Technology

La Twind Technology si basa sull'utilizzo di una coppia di palloni aerostatici che stazionano a quote superiori agli 800 metri e frenati a terra da cavi che fungono anche da elemento di trasmissione del moto. Quando un pallone viene trascinato orizzontalmente dalla forza del vento che spinge sulla superficie della sua vela aperta, l'altro pallone, a vela chiusa, viene riportato sulla verticale della piattaforma trainato dallo stesso cavo collegato al primo pallone. Al termine dello srotolamento del cavo, giunto a fine corsa, un meccanismo automatico opera la chiusura delle ali a vela del primo pallone e opera l'apertura delle ali a vela del secondo; in questo modo le funzioni dei due palloni si invertono replicando la stessa dinamica. Questa tecnologia permette di ottenere energia mediante il continuo movimento alternativo del cavo agganciato a due palloni aerostatici.


Generatore ad asse orizzontale

Un generatore eolico ad asse orizzontale (HAWT, in inglese Horizontal Axis Wind Turbines) è formato da una torre in acciaio di altezze 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 o di 1000 case.

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 m/s ed erogano la potenza di progetto ad una velocità del vento di 12-14 m/s. Ad elevate velocità (20/25 m/s) l'aerogeneratore viene bloccato dal sistema frenante per ragioni di sicurezza.

 

Minieolico e microeolico

Sono piccoli impianti adatti ad un uso domestico o per integrare il consumo elettrico di piccole attività economiche. Solitamente per minieolico si intendono impianti con una potenza nominale fra 20 kW e 200 kW, mentre per microeolico si intendono impianti con potenze nominali inferiori ai 20kW. Per questi impianti di piccole dimensioni il prezzo di installazione risulta più elevato, attestandosi attorno ai 1500-3000 euro al kW, in quanto il mercato di questo tipo di impianti è ancora poco sviluppato; tra le cause, le normative che, a differenza degli impianti fotovoltaici, in quasi tutta Europa non ne sostengono la diffusione, a causa dei problemi di impatto paesaggistico delle turbine eoliche. Questi impianti possono sfruttare le specifiche condizioni del sito in cui si realizza l'installazione. Sono impianti adattabili, che riescono a sfruttare sia venti deboli che forti e che riescono ad intercettare le raffiche improvvise tipiche dell'Appennino.

I generatori microelettrico hanno un impianto paesaggistico poco diverso da quello di un lampione dell'illuminazione pubblica oppure di un ripetitore della telefonia cellulare.

Se si installassero 1000000 di aerogeneratori da 15 kW (come i Proven 35 oppure i Quietrevolution), con una densità di 20 turbine per km2 (reciproca distanza media di 200 metri), coprendo 50000 km2 (1/6 della superficie dell'Italia), soprattutto in isole, su colli, su crinali, gole, passi e valli di montagna, in zone agricole a meno di 30 km dal mare, si potrebbero generare mediamente 15 Gigawatt (circa il 20-30% dei consumi elettroci italiani), pari a quelli prodotti da 10 reattori nucleari EPR, ad un costo paragonabile, di circa 50000 milioni di euro.

La costruzione in grande scala da parte di industrie molto efficienti (come quella automobilistica) con catene di montaggio, robot, ecc. potrebbe portare a riduzione dei costi unitari anche del 50%.

 

Eolico off-shore

Con l'espressione "eolico off-shore" si intendono gli impianti installati ad alcune miglia dalla costa di mari o laghi, per meglio utilizzare la forte esposizione alle correnti di queste zone.

La Spagna ha effettuato uno studio di fattibilità della durata di un anno sull'intero territorio nazionale per determinare le aree maggiormente ventilate e con continuità, e quindi i siti candidati all'installazione di centrali di taglia medio-grande.[10] La Spagna ha esteso le misurazioni mediante centraline fisse e mobili anche a tutta la costa, oltre che a zone collinari e di montagna, preferendo l'eolico off-shore. Dopo aver diffuso microimpianti nelle singole abitazioni, e un decentramento energetico, ora si realizzano pochi impianti centralizzati per la produzione di alcuni gigawatt per parco eolico.

Ad Havsui, in Norvegia, sorgerà il più grande impianto eolico al mondo, che potrà fornire 1,5 gigawatt di potenza elettrica. Si tratta di un eolico off-shore.

Nel Regno Unito verrà realizzata un'estesa serie di generatori off-shore in grado entro il 2020 di produrre abbastanza corrente elettrica da alimentare le utenze domestiche. Il piano prevede impianti per 20 gigawatt che si aggiungeranno agli 8 gigawatt di impianti già deliberati.[12] Nel 2008 il Fondo di inversioni della corona britannica, che possiede le aree marittine della Gran Bretagna, fino a ~circa 20 km dalla costa, con il programma Clipper's Britannia Project, ha deciso di investire in grandi aerogeneratori off-shore di potenza superiore ai 5 megawatt.

Le turbine offshore flottanti potranno essere installate anche nei siti marini molto profondi. Imitando la tecnologia delle piattaforme petrolifere, le turbine eoliche galleggianti vengono installate in mare aperto e sfruttano i venti costieri. Il progetto usa un sistema di ancoraggio a tre punti (cavi in acciaio ancorati al fondale), simile a quello utilizzato nelle piattaforme petrolifere[14]. La Hydro, società norvegese che opera nel settore energia, ha collocato un prototipo di questa turbina vicino Karmøy, isola a sud est della Norvegia ed eventualmente vicino ad una installazione petrolifera con l'obiettivo di rifornirla di energia rinnovabile.

 

Sistema ibrido eolico-idrogeno

L'energia eolica ha una natura intermittente, che ha condotto a numerosi metodi di immagazzinamento dell'energia, inclusa la produzione di idrogeno attraverso l'elettrolisi dell'acqua. L'idrogeno è susseguentemente usato a generare elettricità quando la domanda d'energia non può essere sostenuta solo dal vento. L'energia immagazzinata nell'idrogeno viene convertita in energia elettrica attraverso celle a combustibile o con un motore a combustione collegato a un generatore elettrico. In Danimarca, a maggio 2007 è stata costruita la prima centrale europea a eolico-idrogeno.


Costi

Il costo di installazione è di circa 1,5 euro per watt (per confronto, un impianto fotovoltaico ha un costo di circa 5 euro per watt).

Per le turbine ci sono stati aumenti notevoli a causa dell'aumento delle materie prime. Nel 2008 il costo in terraferma è di 1.38 milioni di euro per megawatt, con un aumento del 74% negli ultimi 3 anni. Off shore il costo è di 2.23 milioni di euro, con un incremento del 48% negli ultimi tre anni.[17]

Secondo il rapporto dell'International Energy Agency del 2005, il costo medio di produzione dell'energia eolica è di circa 90 dollari per megawatt/ora, contro i circa 35 dell'energia nucleare. Il costo non tiene conto degli aggravi dovuti alla soluzione di alcuni problemi tecnici che le fonti rinnovabili hanno in generale, come ad esempio la necessitá di predisporre impianti di generazione back-up necessari per assicurare l´erogazione di energia elettrica nel caso si verificasse assenza di vento.

Il costo di installazione in Italia, facendo riferimento ad impianti con una potenza nominale superiore ai 600 kilowatt, varia tra i 1500 e i 2000 euro per chilowatt/ora[senza fonte]; il prezzo varia secondo la complessità dell'orografia del terreno in cui l'impianto è installato, della classe di macchina installata, della difficoltà di connessione alla rete elettrica. Una centrale di 10 megawatt, allacciata alla rete in alta tensione, costerebbe tra i 15 e i 20 milioni di euro, mentre per una centrale allacciata alla rete di media tensione (3-4 megawatt) il costo si comprime tra 1,2 e 1,5 milioni di euro al megawatt. Gli unici capitoli di spesa totale riguardano l'installazione e la manutenzione, dato che non ci sono costi di approvvigionamento della fonte produttrice di energia. In relazione alla superficie occupata, una centrale eolica non toglie la possibilità di continuare le precedenti attività su quel terreno (pastorizia, ecc...).

 

Efficienza

L'efficienza massima di un impianto eolico può essere calcolata utilizzando la Legge di Betz, che mostra come l'energia massima che un generatore qualunque possa produrre (ad esempio una pala eolica) sia il 59,3% di quella posseduta dal vento che gli passa attraverso. Tale efficienza è il massimo raggiungibile, e un aerogeneratore con un'efficienza compresa tra il 40% al 50% viene considerato ottimo.

Gli impianti eolici consentono grosse economie di scala, che abbattono il costo del chilowattora elettrico con l'utilizzo di pale lunghe ed efficienti dalla produzione di diversi megawatt ciascuna. Tali impianti hanno però un rilevante impatto ambientale, per quanto riguarda il paesaggio. Una maggiore potenza elettrica in termini di megawatt significa grossi risparmi sui costi di produzione, ma anche pale più lunghe e visibili da grandi distanze. Un colore verde, nel tentativo di mimetizzare gli aerogeneratori all'interno del paesaggio, attenua in minima parte il problema, date le altezze degli impianti. Per questo motivo, nonostante la suddetta maggiore economicità ed efficienza degli impianti di grossa scala, per lo più si decide per una soluzione di compromesso tra il ritorno economico, che spinge verso impianti più grandi, e l'impatto paesaggistico.

 

Aspetti negativi

Dato che, per motivi di sicurezza ed efficienza, i generatori eolici possono operare solo in particolari condizioni di vento, l'energia eolica viene prodotta a intermittenza. Tale situazione fa si che il settore eolico non possa sostituire completamente fonti tradizionali quali i combustibili fossili o l'energia idrolettrica, per i quali la potenza erogata è direttamente controllabile in base alle esigenze. L'energia eolica trova quindi il suo ambito di applicazione solo nell'integrazione alle reti esistenti

Sulla terraferma, i luoghi più ventosi e quindi più adatti alle installazioni eoliche sono generalmente le cime e i crinali di colline e montagne. Gli impianti moderni, sebbene siano anche esteticamente apprezzabili, per le loro grandi dimensioni risultano visibili da grande distanza e possono causare un turbamento del paesaggio. Tuttavia le installazioni eoliche sono totalmente reversibili (bassi costi di smantellamento, completo ripristino delle condizioni ambientali preesistenti e assenza di alterazioni permanenti del paesaggio), diversamente da altre tipologie di centrali elettriche come termoelettrico, nucleare e idroelettrico, il cui impatto ambientale, sia estetico che ecologico, è di fatto irreversibile sia per gli alti costi (dighe, impianti nucleari) che per i tempi lunghi (scorie radioattive).

Il rischio di mortalità da impatto per gli uccelli è molto più elevato di quanto riportato dai produttori di turbine eoliche, in particolare per gli impianti più grandi. È stato comunque rilevato una mortalità molto inferiore a quella normalmente causata dalle finestre degli edifici e dalle automobili.

Il rumore di una turbina eolica, dovuto essenzialmente al vento incidente sulle pale, sembra favorire, nei residenti di abitazioni nelle immediate vicinanze, la "sindrome da pala eolica", un insieme di disturbi a sfondo neurologico.

Le autorità preposte al controllo del traffico aereo di alcuni paesi sostengono che gli impianti possono interferire con l'attività dei radar, sia perché l'elevata RCS (Radar Cross Section) delle torri produce un eco radar difficile da eliminare, sia perché le pale in continua rotazione possono essere scambiate per velivoli in movimento

 

 

Fonte: http://www.asquis.it/res/site47415/res405675_Eolico.doc

Autore del testo: non indicato nel documento di origine

Sito web da visitare: http://www.asquis.it

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