Impianti minieolic

L'energia elettrica da fonte eolica è generata per la quasi totalità da aerogeneratori di grandi dimensioni con potenze unitarie dell'ordine di (0,5÷5) MW. Tuttavia l'energia eolica si presta ad essere sfruttata anche da aerogeneratori di dimensioni e potenze di targa assai più contenute. Aerogeneratori di questa taglia vengono definiti come

“minieolici” e, talvolta, anche “microeolici”. 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 [16]. In Italia, nel 2009, dopo estenuanti attese, lo Stato ha finalmente reso operativa la tariffa omnicomprensiva per la diffusione del minieolico nel nostro Paese, tuttavia l'incentivo è nettamente inferiore rispetto a quello elargito ai possessori di impianti fotovoltaici e per tale motivo attualmente non si ha una grande diffusione del minieolico in Italia.

La definizione di “impianto minieolico” non è peraltro universalmente condivisa. Esiste invero la norma IEC-61400-2 Ed. 2 [17] che definisce come aerogeneratore di piccola potenza quello che abbia un'area spazzata dal rotore non superiore a 200 m2_, corrispondente a macchine di circa 50 kW di potenza nominale. Nel Regno Unito in effetti sono considerati miniaerogeneratori quelli di potenza nominale fino a 50 kW; in Danimarca ci si ferma invece a 25 kW; negli Stati Uniti la consultazione di siti di diversi stati ha fornito limiti superiori di potenza variabili da 50 a 200 kW, mentre in Spagna il limite è fissato a 100 kW, così come in Germania. L'attribuzione della definizione di “minieolico” ad un impianto di conversione di energia eolica in energia elettrica può avere rilievo ai fini dell'accesso ad incentivazioni mirate eventualmente previste per legge in differenti Paesi.

Per gli aerogeneratori di taglia più piccola si utilizza anche il termine “microeolico”. Nel lessico comune, il limite superiore di potenza per cui si parla di impianti “microeolici” varia da 1 a 5 kW.

I mini aerogeneratori vengono classificati essenzialmente in base all'orientamento dell'asse di rotazione delle pale. Si distinguono così due classi fondamentali:

- mini aerogeneratori con asse orizzontale; - mini aerogeneratori con asse verticale.

L'insieme di pale, mozzo su cui sono installate e albero di trasmissione viene definito “rotore” del generatore eolico, indipendentemente dal fatto che l'aerogeneratore sia di tipo orizzontale o verticale.

I mini aerogeneratori con asse di rotazione orizzontale (vedi Figura 5) sono sicuramente i più diffusi. Le pale (in genere 3) sono solitamente realizzate in fibra di vetro. I componenti sono analoghi a quelli degli aerogeneratori di grande taglia, anche

se i sistemi di controllo (avviamento, allineamento al vento, regolazione di potenza, disattivazione) in generale sono decisamente meno sofisticati, almeno in quelli di potenza al di sotto dei 50 kW; in particolare, il controllo di orientamento è realizzato generalmente con metodi passivi. In base a quest'ultimo aspetto i mini aerogeneratori ad asse orizzontale possono a loro volta essere ulteriormente suddivisi in:

- mini aerogeneratori con asse orizzontale sottovento; - mini aerogeneratori con asse orizzontale sopravento.

Le macchine sottovento sono quasi sempre autoallineanti, però hanno lo svantaggio che il vento impatta sulla torre prima di fluire sulla pala; ciò può in qualche misura ridurre il rendimento e, soprattutto, sollecitare maggiormente la pala a fatica e causare emissioni di rumore più fastidiose.

Le macchine sopravento per allinearsi al vento presentano normalmente un timone di coda. Solo presso pochi costruttori oppure nelle macchine di potenza più elevata (in genere non inferiore ai 10 kW) si trova il controllo di allineamento automatico (controllo di “imbardata” o “yaw” in lingua inglese).

Il controllo della potenza ai venti più elevati avviene di norma mediante condizioni progressive di stallo indotte dal profilo di pala all'aumentare del vento. Anche in questo caso, solo presso pochi costruttori oppure nelle macchine di potenza più elevata (in genere non inferiore ai 10 kW) il controllo di potenza è attuato modificando il passo delle pale "pitch control". Ben più raramente il controllo di potenza è realizzato disallineando progressivamente l'asse del rotore rispetto alla direzione del vento con metodi passivi. L'utilizzo di meccanismi passivi è invece diffuso ai fini di porre la turbina fuori esercizio per venti eccessivi (vento di “cut- out”), disponendo il piano del rotore all'incirca parallelo alla direzione del vento. Quanto alle torri, sono riconducibili a tre tipologie: a traliccio (eventualmente con tiranti di controventatura); a palo autoportante; a palo con controventi.

Esempi di tipici miniaerogeneratori ad asse orizzontale sono riportati in Figura 5. Relativamente ai miniaerogeneratori ad asse verticale, il loro principale vantaggio consiste nella indipendenza dalla direzione del vento, per cui non servono meccanismi o apparecchiature per l'allineamento della turbina al vento. I miniaerogeneratori ad asse verticale vengono in genere preferiti per installazioni in aree urbane o suburbane (tetti di palazzi, edifici pubblici, scuole, parchi, centri

commerciali ecc.), come quelle riportate a titolo di esempio nella Figura 6, mentre i miniaerogeneratori ad asse orizzontale prevalgono in applicazioni in ambito rurale.

Figura 5 - Tipici aerogeneratori ad asse orizzontale

In Figura 7 e in Figura 8 vengono riportati, rispettivamente, lo spaccato di un aerogeneratore e due schemi di principio di impianti minieolici collegati alla rete, con e senza un sistema di accumulo.

Figura 7 - Esempio dei componenti di un aerogeneratore da 5 kW

Figura 8 - Schemi di impianti minieolici collegati alla rete

Il convertitore statico AC/DC (controller) converte la corrente alternata prodotta dal generatore elettrico in corrente continua che può essere destinata a caricare un pacco di batterie (in genere in impianti per l'alimentazione di utenze isolate, di piccole dimensioni) o ad alimentare l'inverter per la cessione dell'energia elettrica alla rete. Esso è anche dotato di logiche di controllo dell'esercizio della turbina.

Le tecnologie attuali non permettono ai piccoli generatori eolici di fornire servizi ancillari. Tuttavia, nel caso di interfaccia con la rete attraverso un inverter a quattro quadranti, potrebbero contribuire alla regolazione di tensione e alla Power Quality nella rete di distribuzione.