Sorgenti eoliche

10. Sorgenti eoliche

$OORVWDWRDWWXDOHLSULQFLSDOLULVXOWDWLGHOO¶HYROX]LRQHGHOO¶HROLFRterrestre on-shore sono riconducibili ad un forte abbattimento dei costi e alla simultanea crescita della potenza unitaria dei dispositivi di conversione GHOO¶HQHUJLD HROLFD LQ HQHUJLD HOHWWULFD OD WDJOLD GL SRWHQ]D XQLWDULD GHJOL DHURJHQHUDWRUL PHGL H JUDQGL SHU applicazioni on-shore è compresa tra 100 e 1000 kW (turbine di media taglia) e superiore a 1000 kW (turbine di grande taglia).

In Italia la capacità produttiva annua è limitata a 500-600 macchine di media taglia (850 kW) e vi sono alcune società affermate, anche a livello internazionale, che forniscono prestazioni e prodotti (torri, mozzi, riduttori, trasformatori, macchinari, cavi) ai costruttori più importanti.

/¶DWWXDOHWHFQRORJLDoff-shore limita le installazioni su fondali non superiori ai 40 m; le realizzazioni odierne sono costituite generalmente da un insieme di decine di macchine di grande taglia, con potenza del singolo aerogeneratore non inferiore a 2 MW. Il mercato attuale di questa applicazione è ancora di nicchia (la potenza globale installata è pari a circa 800 MW) in ragione dei costi mediamente superiori del 50% di quelli tipici

on-shore.

Una barriera allo sviluppo della tecnologia eolica è costituita dalla necessità di interventi sulle infrastrutture per il trasporto di elettricità che rendano il sistema in grado di assorbire sia i picchi di produzione che una brusca mancanza di produzione. Un altro tipo di barriera riguarda le problematiche di accettabilità sociale degli impianti, diverse da caso a caso, che richiedono soluzioni a livello locale.

6HO¶LQVWDOOD]LRQHGLQXRYLSDUFKLHROLFLGRYHVVHSURVHJXLUHVXOULWPRQHJOLXOWLPLDQQLODPLJOLRUHVWLPDGHO contributo deOO¶HROLFRon-shore potrebbe essere al 2020 di circa 10 TWh. Potrebbe essere inoltre considerato un buon risultato se da qui al 2020 si realizzassero parchi off-shore FRQSURGXFLELOLWjFRPSOHVVLYDGHOO¶RUGLQHGHL TWh, come per il terrestre.

10.1 INTRODUZIONE

/R VIUXWWDPHQWR LQWHQVLYR GHOO¶HQHUJLD GHO YHQWR SHU SURGXUUH TXHOOD HOHWWULFD PHGLDQWH ³wind turbines´RPXOLQLDYHQWRKDDYXWRXQGHFROOROHQWRFKHKDSHUzDFTXLVWDWRXQFRUVR accelerato negli ultimi anni, quando è affiorata la consapevolezza della sua economicità. Infatti la potenza eolica connessa alla rete elettrica nel mondo ha già superato i 75.000 MW, corrispondente a una produzione di oltre 150 TWh, con una presenza europea intorno al 70%. In particolare, la quota di energia elettrica di provenienza eolica ha raggiunto il 20% in Danimarca, mentre valori che già superano il 6% sono registrati in Spagna e in Germania. Il FRQVHJXLPHQWRGLTXHVWLULVXOWDWLqDVFULYLELOHDOO¶HOHYDWDDIILGDELOLWjGHJOL aerogeneratori e ai bassi costi di generazione elettrica che si sono ridotti di un ordine di grandezza in venticinque anni e si avvicinano sempre più alla competitività con quello delle fonti tradizionali.

Il flusso energetico (W/m²) estraibile da una corrente eolica dipende dal cubo della velocità del vento u (m/s) attraverso la relazione:

3

5 .

0 u ,

dove LQGLFD OD GHQVLWj GHOO¶DULD 3HUWDQWR GD XQ YHQWR FKH VSLUL DG XQD YHORFLWj GL 10 m/s (una leggera brezza) è possibile ricavare 610 W/m², mentre un raddoppio della sua velocità a 20 m/s incrementa tale flusso a 4880 W/m². Tuttavia tutta questa potenza specifica potrebbe essere estratta solo se il vento e il mulino stesso venissero completamente fermati. Il massimo teorico che si possa ottenere prevede una riduzione della velocità del vento del 36%, corrispondente ad un rendimento massimo del 59%. In realtà i mulini a vento moderni sono

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in grado funzionare tra il 50% e il 70% di questo valore. Quindi, in definitiva, il rendimento meccanico di un mulino si aggira sul 30-40%. A ciò va aggiunto il rendimento delle PDFFKLQH HOHWWULFKH SHU FRQYHUWLUH O¶HQHUJLD PHFFDQLFD LQ HQHUJLD HOHWWULFD FKH DPPRQWD D circa il 90%. Si arriva quindi ad un rendimento globale compreso tra il 27% e il 37%. Per calcolare le potenzialità del sistema, dobbiamo infine considerare che mediamente i rotori hanno un diametro di 50 m (corrispondenti a una superficie di circa 1960 m²). Pertanto se assoggettato a un vento di 10 m/s, un tipico mulino è in grado di erogare in un anno circa 4156 MWh che, tenendo conto dell'intermittenza del vento corrispondono a valori di flusso energetico dell'ordine di 0.2 kW/m². Si tratta di valori di tutto rispetto, ma poiché la superficie interessata è quella dei rotori e non quella del territorio sul quale sono posati i mulini, essi per evitare mutue interferenze debbono essere localizzati ad almeno 10 diametri di distanza (circa 500 m) nella direzione del vento e di almeno 5 diametri nella direzione trasversale. Questo fatto porta a un fattore di conversione tra l'area delle pale e quella del territorio di circa l'1.6%. Quindi, con riferimento alla superficie terrestre e a venti dell'ordine di 10 m/s il flusso energetico realmente disponibile si aggira tra 2.7 e 3.8 W/m². Se lo stesso impianto eolico si trovasse in una zona

con venti di entità doppia, i valori in gioco, in virtù del fattore cubico della velocità, sarebbero 8 volte superiori (21.7-30.4 W/m²).

Questi fatti mostrano chiaramente che tali installazioni sono redditizie solo in ]RQH FDUDWWHUL]]DWH GD XQ¶DGHJXDWD YHQWR-VLWj IHUPR UHVWDQGR O¶LQFRQYHQLHQWH GHOO¶LQWHUPLWWHQ]D GHOOD IRUQLWXUD HOHWWULFD dovuta ai salti di vento.

Per contro, il sistema da installare è relativamente semplice e quindi i costi XQLWDUL GHOO¶HQHUJLD SURGRWWD VRQR VROLWD-mente competitivi con quella ottenuta dalle fonti fossili e si aggirano intorno a  ¼NZK. In particolare, attualmente questi costi si aggirano sui 0,066-0,088 ¼N:h in Germania, paese nel quale ha raggiunto una significativa affermazione.

In Europa O¶LPSLHJR GHOO¶HQHUJLD

eolica ha avuto negli ultimi anni un notevole sviluppo, oltre che in Germania, Spagna e Danimarca, secondo gli andamenti illustrati nella Fig. 10.1.

10.2 VALUTAZIONE DEL POTENZIALE DELLA RISORSA EOLICA IN ITALIA

Il CESI, in collaborazione con il Dipartimento GL )LVLFD GHOO¶8QLYHUVLWj GL *HQRYD ha recentemente completato un $WODQWH(ROLFRGHOO¶,WDOLD⁶³ FKHFRSUHO¶LQWHURWHUULWRULRQD]LRQDOe, FRQO¶HVFOXVLRQHVROWDQWRGHOOHDFTXHPDULQHFRVWLHUH4XHVWRODYRURWUDFFLDSHUODSULPDYROWD FRQ VXIILFLHQWH GHWWDJOLR XQ TXDGUR G¶DVVLHPH GHOOH ULVRUVH HROLFKH LWDOLDQH , ULVXOWDWL VRQR VWDWL ULSRUWDWL QHOO¶$WODQWH VRWWR IRUPD GLVHULH GL PDSSH FKH descrivono la distribuzione sul territorio dei valori stimati di velocità media annua del vento e dei corrispondenti valori di

63

Rapporto CESI / ENERIN / ENERIN /2002/ 012 - Prot A2/ 039249. Sito Internet per i prodotti della Ricerca di Sistema www.ricercadisistema.it/

)LJ  ,PSLHJR GHOO¶HQHUJLD HROLFD LQ alcuni Paesi europei negli anni 1995-2003 (fonte: Science

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producibilità specifica di un ipotetico aerogeneratore tipo, su sfondo cartografico in scala 1:750.000. Il territorio italiano risulta così diviso in 27 tavole.

Per la velocità media annua del vento sono disponibili tre distinte serie di 27 tavole, FLDVFXQDGHOOHTXDOLULSRUWDLYDORULGLYHORFLWjPHGLDDQQXDULVSHWWLYDPHQWHDOO¶DOWH]]DGL 50 e 70 metri dal suolo. I dati sono deducibili dalla colorazione delle diverse aree sulla base della scala cromatica (9 colori) riportata in calce ad ogni tavola. In altre parole, individuato VXOOD PDSSD LO SXQWR G¶LQWHUHVVH LO FRORUH GHOO¶DUHD LQ FXL HVVR VLWURYD IRUQLVFH O¶LQWHUYDOOR entro il quale si stima essere compresa la velocità media annua del vento. Ciascuna serie di 27 tavole è completata da una mappa generale di sintesi in scala 1:6.000.000. Nella Fig. 10.2 qULSRUWDWDDWLWRORG¶HVHPSLRODPDSSDGLVLQWHVLGHOODYHORFLWjPHGLD annua del vento a 25 metri dal suolo.

Fig. 10.2: Mappa della velocità media annua del vento a 25 m sul livello del terreno (fonte: Rapporto CESI / ENERIN / ENERIN /2002/ 012).

Una valutazione del potenziale eolico italiano è stata svolta dal CESI nel rapporto ³$QDOLVLGLGHWWDJOLRVXOODWHFQRORJLDHROLFDHYDOXWD]LRQLFRQFOXVLYH´UHGDWWRGD&$&DVDOH QHO  QHOO¶DPELWR GHOOD FRVLGGHWWD ³5LFHUFD GL 6LVWHPD´ D YDOOH GL XQ Siù ampio programma di ricerca che aveva condotto da un lato alla costruzione del sopra citato Atlante Eolico GHOO¶,WDOLD GDOO¶DOWUR DOO¶DSSURIRQGLPHQWR GL DVSHWWL FULWLFL SHU OD IDWWLELOLWj WHFQLFR economica di impianti eolici in siti non convenzionali, in particolare in aree montane e

off-shore. Di seguito si sintetizzano alcune conclusioni di questo rapporto.

/¶DFFHUWDPHQWR GHOO¶LGRQHLWj GL XQ VLWR DG RVSLWDUH XQ LPSLDQWR GL JHQHUD]LRQH GD IRQWH HROLFDULFKLHGHODYHULILFDGHOO¶HVLVWHQ]DFRQWHPSRUDQHDGL numerose condizioni, quali:

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adeguata ventosità, con andamento di velocità e direzione del vento sufficientemente RPRJHQHRVXOO¶DUHDLQWHUHVVDWD

GLVSRQLELOLWjGLWHUUHQRSULYRG¶LUUHJRODULWjHRVWDFROLHGLLPSLHJRPDUJLQDOHDJULFROWXUD estensiva, SDVFRORHFFFKHDEELDXQ¶DUHDDGHJXDWDDGRVSLWDUHXQQXPHURVXIILFLHQWHGL aerogeneratori e che sia libero da vincoli ambientali;

assenza di insediamenti abitativi nelle immediate vicinanze del sito, almeno entro qualche centinaio di metri;

esistenza di un sistema viario di collegamento alla rete stradale;

SUHVHQ]DGLXQDUHWHHOHWWULFDFKHVLDLQJUDGRGLDVVRUELUHO¶HQHUJLDSURGRWWDGDOO¶LPSLDQWR eolico senza richiedere la costruzione di linee di collegamento di eccessiva lunghezza. Con siti eolici di SRWHQ]LDOH VLJQLILFDWLYR FKH LPSHJQDQR DUHH GHOO¶RUGLQH GL XQR R SL FKLORPHWULTXDGUDWLqLQROWUHQHFHVVDULRGRSRXQSULPRDFFHUWDPHQWRSXQWXDOHGHOO¶HVLVWHQ]D GL ULVRUVH DGHJXDWH YHULILFDUH O¶DQGDPHQWR GL WDOL ULVRUVH VXO WHUUHQR FLUFRVWDQWH OD VWD]Lone XWLOL]]DQGR RSSRUWXQL PRGHOOL PDWHPDWLFL FKH WHQJDQR FRQWR GHOO¶RURJUDILD 0HJOLR DQFRUD O¶XWLOL]]RGLTXHVWLPRGHOOLSXzHVVHUHDIILDQFDWRHRYDOLGDWRGDPLVXUHFRQGRWWHDQFKHSHU periodi relativamente brevi, da stazioni addizionali installate nei punti più rappresentativi GHOO¶DUHDGHOVLWRLQHVDPH

6XOOD EDVH GHOO¶DQGDPHQWR GHOOH ULVRUVH FRVu LQGLYLGXDWR VL SXz SRL SURFHGHUH DOOD localizzazione dei vari aerogeneratori sul terreno in modo tale da ottimizzare la loro producibilità e da minimizzare O¶LQWHUIHUHQ]DDHURGLQDPLFDIUDPDFFKLQDHPDFFKLQDWHQHQGR anche conto di eventuali altri vincoli in particolare di tipo paesaggistico.

Questa premessa evidenzia come la valutazione delle risorse eoliche effettivamente sfruttabili sia un compito tutt'altro che agevole, che ben difficilmente può essere portato a termine soltanto sulla base di analisi generali. Questo vale a maggior ragione per l'Italia, dove gran parte delle aree ventose già utilizzate, o che sembrerebbero potenzialmente idonee, si trovano in terreni collinari o montuosi e quindi con orografia sovente assai complessa.

Dall'Atlante Eolico precedentemente citato il CESI ha ricavato, per ciascuna regione, l'estensione delle aree di territorio in cui si stimano producibilità specifiche teoriche superiori ad una soglia minima d'interesse, che ha fissato a 1750 MWh/MW a 50 m dal suolo (cioè 1750 ore/anno equivalenti di funzionamento a potenza nominale di un aerogeneratore da 50 m d'altezza).

,O TXDGUR FKH HPHUJH GDOO¶DWODQWH FRQIHUPD FKH OH DUHH YHQWRVH GHOO¶,WDOLD VRQR concentrate soprattutto nel Centro-Sud e nelle isole maggiori. Tale conclusione di massima QRQVLJQLILFDSHUzFKHDQFKHLQDOWUHSDUWLG¶,WDOLDFKHDSSDLRQRPHQRIDYRULWHQRQSRVVRQR essere individuati, in particolari situazioni ORFDOLVLWLHROLFLDGDWWLDOO¶LQVWDOOD]LRQHG¶LPSLDQWL di produzione, specialmente se composti da un numero limitato di aerogeneratori.

Un successivo lavoro di selezione, basato su criteri tecnici e più specificamente anemometrici, ha consentito di individuare la parte delle aree che sono realmente compatibili con le installazioni eoliche. Senza entrare nei dettagli del metodo, per i quali si rimanda al documento originale, la classificazione del territorio ha permesso di identificare circa 45.000 km² (quasi un sesto del territorio nazionale) come potenzialmente interessante per la produzione anemoelettrica.

A queste superfici è stata associata una densità di potenza installabile, valutata regione per regione tenendo conto delle difficoltà tecniche dipendenWLGDOODQDWXUDHGDOO¶RURJUDILDGHL OXRJKLLQSDUWLFRODUHGDOODSHQGHQ]DHFRSHUWXUDGHOWHUUHQRGDOO¶HIIHWWLYDGLVSRQLELOLWjGHL terreni gli usi eolici e di una certa percentuale di fallimenti per ragioni di varia natura, autorizzativi, politici, commerciali ecc.

L¶applicazione di tutti questi fattori ha portato ad una progressiva riduzione delle aree effettivamente disponibili giungendo a stimare un potenziale di installazione (a costi

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progressivamente crescenti) di circa 10.000 MW, corrispondente conservativamente a circa 15 TWh di produzione, localizzato principalmente al Sud e nelle isole.

A tre anni di distanza riteniamo che una rivalutazione di questo potenziale non porterebbe a significative differenze. I SULQFLSDOLULVXOWDWLGHOO¶HYROX]LRQHGHOO¶HROLFRon-shore sono più che altro riconducibili a un forte abbattimento dei costi e alla simultanea crescita della SRWHQ]DXQLWDULDGHLGLVSRVLWLYLGLFRQYHUVLRQHGHOO¶HQHUJLDHROLFDLQHQHUJLDHOHWWULFDODWDJOLD di potenza unitaria degli aerogeneratori medi e grandi per applicazioni on-shore è ora compresa tra 100 e 1000 kW (turbine di media taglia) e superiore a 1000 kW (turbine di grande taglia). Il prezzo medio dei moderni impianti eolici on-shore di grande dimensione è di circa 1000 $/kW. Per contro si sono acuite certe problematiche di accettabilità sociale di questa forma di energia, che ne rallentano la diffusione. Basti menzionare il fatto che il processo di autorizzazione di un impianto eolico richiede in Spagna tipicamente sei mesi, mentre in Italia possono occorrere anche più di tre anni. Una barriera allo sviluppo di questa tecnologia è anche costituita dalla necessità di interventi sulle infrastrutture per il trasporto di elettricità che rendano il sistema in grado di assorbire sia i picchi di produzione che una brusca mancanza di produzione.

6HO¶LQVWDOOD]LRQHGLQXRYLSDUFKLHROLFLGRYHVVHSURVHJXLUHVXOULWPRQHJOLXOWLPLDQQLLO FRQWULEXWRGHOO¶HROLFRWHUUHVWUHSRWUjFRPXQTXHHVVHUHDOGLFLUFD7:K

10.3 PROSPETTIVE DELL¶EOLICO OFF-SHORE

,OSDVVDJJLRGDOO¶HROLFRWHUUHVWUHDTXHOORDO largo è già iniziato da alcuni anni nei paesi del Nord Europa, favorito da diversi fattori:

la progressiva saturazione dei siti sulla terraferma;

OR VYLOXSSR GL PDFFKLQH GL PDJJLRUH SRWHQ]D FKH ULGXFH O¶LQFLGHQ]D SHUFHQWXDOH GHL maggiori costi di collegamento alla rete, da effettuarsi con cavi sottomarini;

le migliori caratteristiche della risorsa eolica, presente al largo per un numero di ore maggiore che sulla terraferma.

La diffusione dei parchi al largo è stata agevolata nel Nord Europa anche dalla generale SUHVHQ]DGLEDVVLIRQGDOLFKHFRQVHQWRQRO¶DQFRUDJJLRGHOOHWRUULGLUHWWDPHQWHDOVXRORInfatti l¶DWWXDOH WHFQRORJLD off-shore limita le installazioni su fondali non superiori ai 40 m; le realizzazioni odierne sono costituite generalmente da un insieme di decine di macchine di grande taglia, con potenza del singolo aerogeneratore non inferiore a 2 MW. Il mercato attuale di questa applicazione è ancora di nicchia (potenza globale installata circa 800 MW) in ragione dei costi mediamente superiori del 50% di quelli tipici on-shore. Mediamente le installazioni off-shore sono più costose di quelle on-shore (tra il 35 e il 100% in più).

Le installazioni off-shore possono eliminare alcune cause che limitano la diffusione GHOO¶HROLFR H FRQWHPSRUDQHDPHQWH ULGXUUH LO SUREOHPD GHOO¶LQWHUPLWWHQ]D SHU OD maggiore VWDELOLWj GHO YHQWR '¶DOWUD SDUWH JOL LPSLDQWL off-shore richiedono significativi costi addizionali, per le turbine (che devono sopportare situazioni meteorologiche più difficili), per le maggiori difficoltà e costi delle fondamenta e per le maggiori spese legate alla trasmissione GHOO¶HOHWWULFLWjVXOODWHUUDIHUPDH DOO¶DOODFFLDPHQWR alla rete.

Nel contesto italiano non bisogna poi illudersi che lo spostamento delle installazioni dalla WHUUDIHUPD DO PDUH SRVVD GL SHU Vp JDUDQWLUH O¶DFFHWWD]LRQH GD SDUWH GHOOH DPPLQLVWUD]LRQL locali, come dimostra la recente vicenda in cui la Regione MROLVH KD EORFFDWR O¶LWHU autorizzativo per un impianto da circa 160 MW da realizzarsi al largo di Termoli.

Per queste ragioni potrebbe essere considerato un buon risultato se dal qui al 2020 si realizzassero parchi off-shore con producibilità complessiva dHOO¶RUGLQHGHL7:KDQDORJD alla migliore stima per il terrestre.