Capitolo IV

Capitolo IV

Impatto visivo degli aerogeneratori eolici

4.1 – Problematiche generali del problema

Per “impatto visivo di torri eoliche” si intende l’intrusione visiva nel paesaggio degli aerogeneratori.

In Italia la definizione di bello è sempre stata qualcosa di molto particolare, in modo speciale, il nostro Paese ha sempre puntato molto su un paesaggio unico per promuovere il turismo. Questa cultura si è diffusa soprattutto in Toscana ma allo stesso tempo le necessità umane hanno fatto diventare parte integrante del paesaggio costruzioni e strutture artificiali (tralicci, strutture militari, ecc.) alle quali ormai, per abitudine, non facciamo più caso. Allo stesso tempo, la costruzione nel territorio di torri eoliche non deve essere una libera interpretazione del costruttore ma necessita di un piano di sviluppo e una regolamentazione in modo da limitare al minimo problemi in merito all’installazione.

Esistono varie le trattazioni che affrontano questo delicato problema. Le più forniscono delle valutazioni pluridisciplinari (energia, ambiente, fauna, uomo) che tengono conto di molti fattori che caratterizzano il luogo limitrofo a quello di installazione di una turbina eolica. In particolar modo viene analizzato il sito in base al fattore “essere umano”: sono fornite procedure di calcolo di un indice di visibilità che

prendono in esame il numero degli abitanti della zona esaminata, quanto la zona è frequentata da persone non residenti e quanto è il tempo medio di permanenza.

L’indice di visibilità con il quale viene valutata la visibilità di una torre eolica installata in un particolare punto della collina risente in questo modo dell’influenza dell’essere umano dovuta principalmente al suo grado di presenza nel sito stesso: se un luogo è scarsamente abitato, l’indice assumerà un determinato valore, mentre se è densamente abitato, l’indice di popolazione sarà molto maggiore.

Viene dunque esaminata una condizione che nel tempo può evolversi in quanto la zona stessa per diversi fattori economici o politici potrebbe incrementare o decrementare fortemente la popolazione del luogo e quindi lo stesso luogo analizzato in diversi periodi temporali potrebbe presentare diverse valutazioni anche tra loro opposte in merito all’installazione di un possibile parco eolico.

4.2 – Valutazione “imparziale” dell’impatto visivo

La metodologia di analisi che stiamo conducendo nella stesura di questo elaborato è assimilabile ad un’analisi a livelli. Stabilito che il primo livello di analisi è stato quello della valutazione energetica del sito esaminato, evidenziando che il luogo scelto è idoneo per l’installazione di un possibile parco eolico, si affronta il livello successivo.

Questo secondo livello è quindi dedicato alla valutazione dell’impatto visivo degli aerogeneratori. A differenza di quello che si trova in letteratura sull’argomento, il nostro scopo è quello di fornire un indice di visibilità che sia quanto più possibile imparziale: l’indice dovrà fornire indicazioni solamente sulle caratteristiche geometriche del luogo e dell’osservatore, non tenendo conto in alcuna maniera di fattori che nel tempo possono subire variazioni come fanno tutti gli indici che ad oggi vengono utilizzati per la valutazione di impatto visivo. In questo modo a distanza di archi temporali, anche considerevoli, l’indice di visibilità di una torre eolica da un determinato punto di vista dello spazio, assumerà lo stesso valore. Nella figura 4.1 si riporta uno schema che indica il percorso preso a riferimento e seguito per la stesura di questa procedura imparziale.

Determinazione massima distanza visibilità

Correzione in base alla visibilità

Influenza altezza reciproca

Influenza distanza reciproca

Comportamento campo visivo dell’occhio umano Caratteristiche dell’osservato

e dell’osservatore

Influenza altezza reciproca Influenza distanza reciproca

Valutazione Imparziale dell’impatto visivo Determinazione massima

distanza visibilità

Correzione in base alla visibilità

Influenza altezza reciproca

Influenza distanza reciproca

Comportamento campo visivo dell’occhio umano Caratteristiche dell’osservato

e dell’osservatore

Influenza altezza reciproca Influenza distanza reciproca

Valutazione Imparziale dell’impatto visivo

Figura 4. 1 - Schema generale per la valutazione "imparziale"dell'impatto visivo.

Non esiste una procedura standard per l’installazione degli aerogeneratori e per la determinazione della distanza massima alla quale questi possono essere visti. Cercando in articoli e pubblicazioni si trovano però delle linee guida per l’installazione di altri elementi antropici nel paesaggio che hanno un impatto per la loro altezza quali i tralicci della rete elettrica e i fari.

4.2.1 – Fari

Questa metodologia, molto semplice, è spiegata nelle carte nautiche dell’Istituto Idrografico della Marina. Serve per individuare la distanza massima alla quale un faro può essere avvistato da una barca sulla linea dell’orizzonte. Questa distanza massima di visibilità viene valutata attraverso semplici considerazioni di carattere geometrico che legano la distanza tra i due punti alla sfericità del globo terrestre ed a fenomeni di rifrazione atmosferica dovuti ad un raggio luminoso tangente al punto di partenza che

e

E

D

e

E

D

Figura 4. 2 - Problema classico della determinazione della distanza massima di visibilità che può separare una nave da un faro.

Per valutare l’impatto visivo che la possibile installazione delle torri eoliche può avere nel paesaggio circostante, prendiamo spunto dalla seconda metodologia illustrata appena adesso: l’installazione di un faro. Andremo a costruire una procedura di analisi standardizzata a livelli che prenda in considerazione le problematiche dell’eolico sia che questo venga installato su un’altura, in campagna o in mare. In primo luogo individueremo la massima area territoriale per il nostro studio ed in secondo luogo andremo a restringere tale area a causa dell’aggiunta di fattori che tendono a far diminuire la visibilità superata una certa distanza o considerando semplicemente l’effetto di schermatura che le colline possono avere sul alcune zone del territorio.

4.3 – Tavola numero 8 delle carte nautiche – determinazione massima distanza di visibilità.

L’Istituto Idrografico della Marina [16] cita all’interno delle proprie tavole, il sistema per determinare la massima distanza che può separare un osservatore da un faro installato sulla terraferma. Questa prima formula che utilizziamo serve per capire la massima area di studio alla quale ci riferiamo. Infatti applicando tale formula e considerando che tra la cima dell’aerogeneratore e l’orizzonte non vi sia alcun elemento frapposto che interferisca con una linea retta tracciata tra i due punti, si trova un’area circolare attorno al sito scelto.

La formula fornita dalla tavola numero 8 tiene conto della rifrazione atmosferica e del fatto che tra i due punti presi in esame non vi sia alcun ostacolo. La formulazione matematica che esprime la distanza tra i due punti è la seguente:

(

e E

)

D= 042. ⋅ + Eq. (4. 1)

In cui E ed e sono le altezze, espresse in metri, del faro e del punto di osservazione della barca, rispettivamente, il coefficiente 2.04 è un fattore che tiene conto delle relazioni trigonometriche, dei fenomeni di rifrazione ottica atmosferica e della conversione da metri a miglia nautiche.

4.3.1 – Determinazione e correzione del coefficiente moltiplicativo 042. .

Cerchiamo adesso di capire più nel dettaglio come si è giunti a questa formulazione. Prendiamo un punto alto h metri sul livello del mare ed uno posizionato sul livello del mare ad una distanza x. Esprimiamo questa seconda grandezza in miglia marine. Il fattore di conversione tra miglia marine e metri è 1852. Ipotizziamo adesso di calcolare la distanza tra questi due punti come se fossimo in uno spazio euclideo. D rappresenterebbe il cateto minore di un triangolo immaginario che andiamo a costruire avendo come vertici i due punti menzionati sopra e il centro della Terra. La distanza che separa il punto situato sul livello del mare con il centro della Terra coincide con il raggio terrestre ed il suo valore è di 6378.315km. Questa distanza rappresenta il valore dell’altro cateto del triangolo. L’ipotenusa è rappresentata dalla distanza che separa il centro della terra con la punta più alta del nostro oggetto alto h :

h R ipotenusa= +

Notiamo immediatamente che l’ordine di misura di queste grandezze è molto diverso: il raggio terrestre è dell’ordine di 103km, mentre l’altezza dell’oggetto può essere dell’ordine al massimo del chilometro. Per questo motivo i due raggi sono molto simili. Con ciò si può affermare che la distanza che li separa rappresenta la tangente al globo terrestre nel punto situato sul livello del mare. Quindi è ragionevole pensare che il triangolo in questione sia rettangolo nel punto di tangenza e il valore del cateto minore può essere facilmente calcolato utilizzando il Teorema di Pitagora:

(

)

2 2 R h R D= + − Eq. (4. 2)

R

h

D

R

° 90

R

h

D

R

° 90

Figura 4. 3 - Rappresentazione geometrica delle grandezze coinvolte nella determinazione della distanza massima di visibilità che separa un punto situato sul livello del mare da uno ad altezza H metri da terra.

Svolgendo il calcolo si avrebbe: D= R2 +2hR+h2 −R2 = 2hR+h2

Essendo h <<R il secondo termine nel membro a destra dell’equazione può essere trascurato essendo di ordine minore.

Si ottiene: D= 2hR

Esprimendo tutto in metri si trova che il coefficiente moltiplicativo per h è pari a: 57 . 3 378 . 6 2 2R = ⋅ = perciò D=3.57 h [metri]

Se invece si vuole esprimere, come nelle tavole nautiche, la distanza in miglia marine, il coefficiente moltiplicativo per h assumerà quest’altro valore:

93 . 1 1852 6378315 2 1852 2 2 2 = ⋅ = R perciò D=1.93 h [migliamarine]

4.3.1.1 – Influenza della rifrazione atmosferica

Si nota immediatamente che i due coefficienti non sono uguali. Quello fornito dalle carte nautiche è 2.04, mentre quello appena calcolato è 931. . Questa differenza risiede nel fatto che nella formula utilizzata per il posizionamento dei fari si tiene conto di un coefficiente di rifrazione atmosferica k :

h k R D ⋅ − ⋅ ⋅ = ) 1 ( 1852 2 2 Eq. (4. 3)

Tale coefficiente assume valori diversi a seconda delle condizioni atmosferiche e dell’ora giornaliere. Solitamente, viene preso un valore medio giornaliero per questo coefficiente di rifrazione pari a k =0.13. In questo caso il valore del coefficiente moltiplicativo sarà 042. come nella formula iniziale.

4.3.2 – Influenza dell’umidità relativa dell’aria.

Utilizziamo quindi la formula fornita dall’Istituto Idrografico della Marina per calcolare la distanza tra due punti, ognuno dei quali è caratterizzato dell’avere una propria altezza sulla linea dell’orizzonte. Apportiamo subito una correzione alla formula di partenza, dovuta ad un fattore di scalatura che ci permette di ottenere tutte le grandezze espresse in metri. Di conseguenza il coefficiente moltiplicativo non sarà più

04 . 2 :

(

e E

)

(

e E

)

La seconda modifica è molto più complessa. Essa riguarda l’inserimento di un fattore moltiplicativo che va a diminuire i valori della distanza massima di visibilità. Questo coefficiente dipende dalla percentuale di umidità relativa presente nell’aria. Per la sua determinazione abbiamo ipotizzato che la diminuzione della visibilità sia imputabile in prima istanza alla presenza o meno di umidità nell’aria.

La diminuzione di visibilità al variare della distanza è stata analizzata sotto diverse forme. Le due più note sono l’intervallo di visibilità calcolato mediante la formula di Koschmieder [16] e l’attenuazione dell’intensità di radiazione calcolata mediante il coefficiente di torbidità di Linke. [17]

Il primo modello è una valutazione della visibilità che tiene conto di una grande varietà di fattori. Parte dal considerare l’illuminazione della scena visibile per un osservatore considerando la presenza di cielo limpido, nubi, riflessione del terreno e dell’atmosfera; la riflessione, l’assorbimento e lo scattering delle particelle sospese nell’aria;

Tutte queste considerazioni vengono riassunte in una formula finale che porta alla determinazione della distanza di visibilità (visual range) esprimibile in chilometri:

ext Vr σ 912 . 3 = Eq. (4. 5)

Dove 3.912 è un coefficiente che deriva dall’attenuazione di un fascio luminoso e

σ

_ext rappresenta una lunghezza di estinzione misurata in km. Questa lunghezza di estinzione rappresenta a sua volta una combinazione molto complessa di parametri dovuti a scattering delle molecole presenti nell’aria, ad assorbimento da parte dell’biossido d’azoto, allo scattering ed all’assorbimento di altre particelle presenti nell’aria. Poiché la loro determinazione risulta essere di notevole complessità e, non disponendo di dati idonei, non è stato possibile procedere con questo tipo di valutazione.

Il secondo metodo valuta invece l’attenuazione di un fascio luminoso attraverso l’altezza degli strati dell’atmosfera considerando che, salendo di quota, essendo la densità dell’aria sempre di valore minore, aumenta la trasparenza atmosferica.

La formula di Linke esprime lo spessore atmosferico visibile dall’occhio umano riferito ad un’atmosfera senza nuvole mediante il prodotto di due coefficienti: il primo rappresenta lo spessore atmosferico per un’atmosfera libera da particelle inquinanti e vapore, indicato come

δ

_cda ed il secondo è il coefficiente di torbidità di Linke T_L che rappresenta il numero di atmosfere equivalenti senza particelle sospese e secche che producono lo stesso spessore atmosferico calcolato in precedenza. L’espressione matematica è la seguente:

(

T am

)

I

B_nc = ₀⋅exp −

δ

_cda⋅ _L⋅ Eq. (4. 6)

L’attenuazione della radiazione solare diretta I viene perciò diminuita, con ₀ legge esponenziale, dal prodotto del coefficiente di torbidità di Linke T_L, dallo spessore atmosferico

δ

_cda per atmosfera pulita e asciutta e dalla massa di aria esistente am tra il punto di osservazione e la fine dello spessore atmosferico visibile.

L’influenza che alcuni gas presenti nell’atmosfera come l’anidride carbonica, l’ossigeno libero, il monossido di carbonio e il N2O, hanno sulla torbidità dell’aria, è presa in considerazione solo nella determinazione del coefficiente di torbidità di Linke in successive formulazioni della torbidità dell’aria ad opera di altri ricercatori. Linke ha quindi determinato il coefficiente di torbidità dall’inverso della formula principale supponendo di conoscere l’attenuazione del fascio solare diretto.

A causa della non disponibilità di tutti i dati, non siamo in grado di calcolare la distanza di visibilità secondo il metodo di Koschmieder o l’attenuazione della radiazione solare diretta tramite la formulazione di Linke.

Dato che le due leggi appena viste presentano degli andamenti di tipo esponenziale, cerchiamo di costruire un coefficiente, caratterizzato da questo andamento, che vada a decrementare la distanza massima di visibilità all’aumentare della percentuale di umidità relativa presente nell’aria, ipotizzando che, tra tutte le particelle contenute nell’atmosfera, la diminuzione di visibilità sia imputabile principalmente al vapore acqueo.

I valori di questo coefficiente sono stati determinati in base ai dati di massima visibilità forniti dall’aeroporto di Pisa, il quale ha una scala di classificazione variabile

caso in cui le giornate sono nebbiose; il valore 8 indica una visibilità ottima pari o superiore alle otto miglia.

Andando ad esaminare i dati forniti dall’aeroporto si nota che la visibilità varia a seconda dell’interazione di molti fattori quali: la temperatura atmosferica, la pressione, la copertura nuvolosa, l’intensità del vento e l’umidità relativa.

Essendo il vapor d’acqua uno dei componenti principali che vanno ad incidere sulla trasparenza dell’atmosfera, si va a costruire un modello che leghi direttamente la diminuzione della trasparenza atmosferica con l’aumento dell’umidità relativa presente nell’atmosfera stessa. In questo modo avremo una corrispondenza tra i valori di umidità e la distanza. Il valore di umidità relativa pari al 30% corrisponde alla classe di massima di visibilità (un valore inferiore è estremamente difficile da rilevare in natura); mentre il valore di umidità pari al 100% corrisponde alla classe di visibilità minore. Nel caso in cui l’umidità sia maggiore del 100%, avremo la condizione atmosferica conosciuta come nebbia e la visibilità sarà ulteriormente ridotta.

Arriviamo a trovare delle curve ad isoumidità relativa che permettono di conoscere per ogni classe di umidità, la distanza massima a cui un elemento può essere visto al variare dell’umidità nell’aria. La curva che presenta la minore umidità è quella al 30% ed i vari punti della curva sono stati costruiti ipotizzando che questa condizione corrisponda alla visibilità ottimale. Considerando anche la sfericità terrestre, si ipotizza che in tali condizioni si riesca a vedere un palo alto 10 m a circa 12 km. Se l’umidità relativa aumenta, per esempio del 10%, non ci troveremo più nella classe di visibilità 8, ma scenderemo alla 7 e, per vedere lo stesso palo, un osservatore dovrà avvicinarsi di circa due chilometri. La distanza tra palo ed osservatore sarà di 10.5 km se l’umidità cresce di un ulteriore 10%. Avendo un’umidità del 70 % l’osservatore riuscirà a vedere l’oggetto sole si trova ad una distanza minore di 6.0 km; tale distanza diminuirà ulteriormente a circa 3 km se si ha un aumento del 20% di umidità. Con una umidità relativa pari al 100% i due elementi dovranno essere distanti non più di 1.6 km.

0 2 4 6 8 10 12 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 distanza [m] . a lt e z z a [ m ] . 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Figura 4. 4 - Grafico che riporta l'andamento delle curve di visibilità costante al variare della distanza e dell'altezza di un oggetto. In blu scuro si osserva la curva di visibilità ideale (30%) di umidità e in blu elettrico è la curva al 100% di umidità relativa.

Queste curve di isoumidità sono state ricavate ipotizzando che, ad ogni diminuzione di classe di visibilità corrisponda un avvicinamento dell’osservatore all’oggetto osservato che mantiene inalterate la forma ed in particolar modo l’altezza.

La metodologia che ha portato alla determinazione delle varie curve di isoumidità relativa è partita dalla determinazione della curva al 30%. Infatti tale curva è quella che presenta la visibilità migliore, quindi i punti appartenenti a tale curva possono essere determinati a partire dalla formula 4.1 ipotizzando di conoscere la distanza che separa l’osservatore posto all’altezza del suolo ed un oggetto di altezza incognita.

L’altezza dell’oggetto è perciò determinata:

10 0058 . 7 1852 04 . 2 2 8 2 D D h  = ⋅ ⋅      ⋅ = −

Ad una distanza di 8 miglia l’oggetto deve avere un’altezza minima di 11.60 metri. Ad un aumento del 10% dell’umidità lo stesso oggetto di 11.6 m deve essere visto ad una distanza massima di 7 miglia. Analizzando con maggior attenzione l’andamento delle diverse curve si nota che tutte hanno l’equazione base di una parabola il cui coefficiente moltiplicativo varia a seconda della percentuale di umidità relativa presa in considerazione. La formula generale viene ad assumere la seguente scrittura:

(

)

[

]

2 8 ₁ 10 0058 . 7 D m h= ⋅ − ⋅ + Eq. (4. 7)

Più esplicitamente, si può paragonare h all’asse delle ordinate, D all’asse delle ascisse ed in questo modo si ottiene l’equazione di una parabola al variare del parametro m dipendente dalla percentuale di umidità relativa presente nell’aria.

(

)

2 2 8 ₁ 10 0058 . 7 m x y= ⋅ − ⋅ + ⋅ Eq. (4. 8)

Dove m varia al variare della percentuale di umidità ed assume i valori riportati in tabella: m 100% 7.00 90% 3.00 80% 1.67 70% 1.00 60% 0.60 50% 0.33 40% 0.14 30% 0.00

Tabella 4. 1 – Parametro dipendente dalla percentuale di umidità relativa presente nell’aria.

In questo modo si viene a determinare un coefficiente moltiplicativo da inserire nella formula fornita dall’Istituto Idrografico della Marina che va a diminuire la distanza massima di visibilità in funzione della percentuale di umidità presente

I valori di questo coefficiente sono riportati nella tabella sottostante: p 100% 0.13 90% 0.25 80% 0.37 70% 0.50 60% 0.63 50% 0.75 40% 0.87 30% 1.00

Tabella 4. 2 - Valori del coefficiente moltiplicativo p dipendente dalla percentuale di umidità relativa presente nell'aria.

Elaboriamo ancora questo coefficiente p in modo tale da ricavare una legge esponenziale, in assonanza con i due casi precedenti, dipendente nel nostro caso, solo dal valore dell’umidità relativa. Chiamiamo questo nuovo coefficiente c, la cui espressione matematica è:             − − =

ϕ

ϕ

30 exp c Eq. (4. 9)

dove 30 rappresenta il limite minimo di umidità relativa nell’aria e ϕ indica il valore dell’umidità relativa rilevato.

La formula 4.1 viene quindi ad assumere la seguente formulazione matematica:

3778 c h

D= ⋅ ⋅ Eq. (4. 10)

Analizzando ulteriormente i dati giornalieri forniti dall’aeroporto di Pisa, per l’anno 2003, si può stimare quanto sia la frequenza delle percentuali di umidità presenti nell’aria su base annuale. Osservando l’istogramma del grafico 4.1, si nota che delle varie classi di visibilità su base annuale. Osservando il diagramma a torta riportato sotto si nota che i giorni con visibilità ottimale durante il 2003 sono stati 34, rappresentando

visibilità 6 sono stati 77 rappresentando il 21%. La visibilità 5 si è verificata per 61 giorni (16%), quella di classe 4 è stata presente 32 giorni (8%). I livelli con visibilità ancora ridotta si sono verificati molto più di rado: solo per 9 giorni è stata presente una visibilità limitata a 3 miglia, per 5 giorni si è verificata la classe di visibilità 2 e per un giorno solo la visibilità è stata inferiore a 1.7 km.

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0 3 6 9 _{12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66 69 72 75 78 81 84 87 90 93 96 99}

Valori umidità relativa

p e rc e n tu a le d i p re s e n z a u m id it à r e la ti v a

. distribuzione umidità relativa per l'anno 2003

Grafico 4. 1 - Rappresentazione percentuale della distribuzione delle classi di visibilità sul totale di un anno (2003).

Quindi, possiamo evidenziare che per la maggior parte dell’anno la visibilità non è stata ottima, ma si è verificata per una classe di visibilità di livello 7. Si dovrà di conseguenza considerare come distanza massima di visibilità quella data dalla formula 4.1 corretta del fattore associato al livello di umidità relativa del 40%. Se per esempio un oggetto alto 100 m viene visto, in condizioni di visibilità ottimale, alla distanza massima di 37 km, con un’umidità presente del 40% questa distanza diminuisce a 33 km. Se l’umidità è invece del 60%, la distanza è di soli 23 km. Con un 100% di umidità l’oggetto si vede solo a 4.7 km di distanza.

Marina andrà corretta a seconda del valore dell’umidità relativa presente nell’aria. Questa correzione porta come conseguenza una diminuzione in alcuni casi poco significativa (diminuzione del 14 % della distanza passando da visibilità 8 a visibilità 7), in altri più accentuata (diminuzione dell’87% della distanza passando da livello 8 a livello di visibilità 1), di questa zona circolare di studio.

4.4 – Costruzione di una procedura per la valutazione dell’impatto visivo

Come abbiamo visto adesso qualsiasi oggetto che presenti un’altezza rilevante (sia esso dell’ordine delle decine o delle centinaia di metri) come un’isola, un grattacielo o un aerogeneratore porta con sé una questione legata alla visibilità. Se questo elemento è una collina o un’isola questa questione può diventare una caratterizzazione della zona o della regione (da vari punti di vista: naturalistico, paesaggistico o faunistico). Se l’elemento in questione è un faro o sono dei tralicci per la corrente elettrica comincia a sorgere un problema legato all’impatto visivo che però è facilmente debellato con la motivazione che questi elementi nel paesaggio sono necessari per la vita quotidiano degli esseri umani che vivono nel posto. Discorso ancora diverso e, considerato essere uno dei fattori limitanti alla diffusione sul territorio di queste macchine è il problema dell’impatto visivo degli aerogeneratori. Seppur dal movimento delle pale si riesca a produrre energia elettrica senza emettere durante il loro funzionamento agenti inquinanti dannosi per l’ambiente, il problema della visibilità di queste macchine è uno scoglio per il loro impiego nel territorio.

Si cercherà adesso di delineare una procedura che analizza il territorio circostante al sito scelto per la possibile installazione degli aerogeneratori. Questa procedura calcolerà quattro indici che tengono conto della posizione spaziale sia dell’aerogeneratore che dell’osservatore andando poi alla valutazione di un unico indice di visibilità per ciascun punto potenziale del territorio per l’installazione. Durante lo svolgimento di questa procedura si passerà inoltre all’individuazione di alcuni strumenti che possono essere di aiuto nella valutazione del sito. Passiamo adesso alla definizione dei quattro indici.

4.4.1 – Prima fase – coefficiente di visibilità dovuto all’altezza dell’oggetto

A seguito di tutte le valutazioni fatte in precedenza, la formula che da ora in poi utilizzeremo per valutare la distanza massima di visibilità sarà:

(

e E

)

[ ]

m c

d_mv =3778⋅ ⋅ + Eq. (4. 11)

Abbiamo visto che tale distanza è espressa in metri, c rappresenta un fattore moltiplicativo che tiene conto dell’umidità dell’aria ed i suoi valori sono tabellati, e

rappresenta l’altezza di colui che osserva, mentre E rappresenta l’altezza totale dell’oggetto preso in esame. Questo significa che se tale oggetto è posto sulla sommità di un’altura, E rappresenta l’altezza dell’oggetto e dell’altura.

altura oggetto h

h

E= +

Nel caso di partenza, quello di una barca, l’altezza E rappresenta l’altezza del faro e della costa. La distanza massima di visibilità è determinabile facilmente e corrisponde con la distanza che separa il faro dalla linea dell’orizzonte.

Solitamente il problema del faro è affrontato ipotizzando che l’altezza dell’osservatore sia molto minore rispetto a quella di installazione del faro, cosicché quest’ultima altezza possa essere assimilata con l’altezza del livello del mare. Se invece la barca avesse un albero alto ad esempio 100 m, l’altezza di quest’ultimo andrebbe ad incidere in maniera notevole sulla distanza massima di visibilità che separa i due punti in esame: la distanza massima di visibilità che dovrebbe separare i due punti affinché si vedano sempre reciprocamente come due punti sulla linea dell’orizzonte porta come conseguenza che, all’aumento dell’altezza dell’osservatore da terra, dovrebbe corrispondere un aumento nel valore della distanza massima di visibilità.

Infatti è stata individuata una distanza massima di visibilità oltre la quale, un uomo al livello del mare che osserva l’oggetto in questione, non riesce più a vedere tale oggetto dato che la sfericità terrestre agisce da schermo alla visuale. Ad un suo progressivo avvicinamento, sempre alla stessa altezza dal livello del suolo, la porzione

di oggetto preso come riferimento aumenta fino ad arrivare ai piedi dell’elemento. In questo caso l’oggetto è visto in tutta la sua completezza (dalla base fino alla sommità).

Prendiamo adesso in esame il caso in cui l’osservatore, posto sulla barca al livello del mare situato alla distanza massima di visibilità, decidesse di incrementare la sua altezza. Egli però impone come condizione quella di vedere l’oggetto di riferimento sempre nella stessa maniera, cioè vedere solo la punta estrema del faro posta sulla linea dell’orizzonte. Per mantenere questa condizione egli non dovrebbe salire in verticale rispetto alla posizione in cui si trova, ma dovrebbe allontanarsi progressivamente dall’elemento spostandosi su una retta immaginaria di equazione: y=mx+q in cui la y rappresenta la distanza massima di visibilità; mè il coefficiente che tiene conto della geometria, dell’umidità relativa, della rifrazione espresso, come detto in precedenza, come: m= 3778 ; ⋅c x rappresenta la radice dell’altezza dell’osservatore e q è il termine noto dato dal prodotto del coefficiente m con l’altezza dell’oggetto osservato. Infatti q= 3778⋅c⋅ E. max

d

q

mx

y

=

+

max

d

q

mx

y

=

+

Figura 4. 5 - Rappresentazione della retta a visibilità costante al variare dell'altezza e della distanza dell'osservatore da terra.

Anche in questo caso siamo di fronte ad un duplice aspetto del problema: conoscendo l’altezza dei due elementi si risale alla distanza massima di visibilità oppure conoscendo l’altezza dell’elemento da osservare e la distanza massima di visibilità di può risalire all’altezza dell’osservatore da terra. In modo analogo, si

possono individuare tante rette parallele a questa che partono dal terreno. Ciascuna di queste è caratterizzata dalla costanza della porzione dell’elemento osservato costante.

Possiamo riportare questa metodologia nel caso delle torri eoliche: un aerogeneratore installato su un’altura sarebbe visibile ad una distanza pari a d_mvse tra la torre e l’orizzonte non ci fosse alcun elemento nel mezzo.

Scendendo ancora più nel caso reale, si trova invece che tra gli aerogeneratori e l’orizzonte, sono presenti numerosi elementi caratterizzati ognuno da una distanza dall’aerogeneratore e da una propria altezza se il terreno esaminato non è pianeggiante. Rispetto al caso di una barca che si muove sul mare, i nostri punti sono fissi nello spazio. Possiamo pensare di costruire una procedura che vada a valutare l’influenza delle diverse possibili posizioni di installazione degli aerogeneratori in funzione della posizione spaziale di un ipotetico osservatore che si muove nello spazio attorno al sito di installazione.

In primo luogo, notiamo che potremmo affermare di conoscere tutti e tre gli elementi del nostro problema: l’altezza totale dell’aerogeneratore sulla collina, l’altezza dell’osservatore e la distanza che li separa. Potremmo in primo luogo ipotizzare di non conoscere una di queste tre grandezze e costruire un indice adimensionale che computi l’influenza della distanza tra i due punti di osservazione assieme all’altezza dell’aerogeneratore stesso.

Il problema si potrebbe presentare sotto un duplice punto di vista: data la distanza tra i due punti determinare la minima altezza dell’aerogeneratore visibile, oppure fissata l’altezza dell’aerogeneratore, determinare la distanza massima di visibilità tra i due punti.

Scegliamo di affrontare il problema dal secondo punto di vista in quanto ogni macchina eolica presenta un’altezza ormai fissa a seconda della potenza nominale per cui è stata progettata.

Conoscendo l’altezza dell’osservato (aerogeneratore con collina) e dell’osservatore, si determina in primo luogo la distanza massima ideale che dovrebbe intercorrere tra i due punti affinché il sistema aerogeneratore – collina si trovi per l’osservatore sulla linea dell’orizzonte. Come si nota dalla definizione matematica e dalla figura la distanza massima che dovrebbe separare i due punti è funzione

dell’altezza della collina, dell’aerogeneratore, dell’osservato e dell’eventuale altezza di un’altura sulla quale potrebbe salire l’osservatore per vedere l’impianto.

(

1 2 3 4

)

max f h h h h d = + + + max

d

3

h

4

h

2

h

1

h

max

d

3

h

4

h

2

h

1

h

Figura 4. 6 - Rappresentazione delle grandezze geometriche prese in esame: le altezze dell'osservatore e dell'osservato e la distanza massima di visibilità.

In questo modo si calcola la distanza massima ideale tra i due punti che è data dalla formula:

(

h h h h

)

[ ]

m c

d_max =3778⋅ ⋅ ₁+ ₂ + ₃+ ₄ Eq. (4. 12)

C’è da evidenziare che all’aumentare dell’altezza dell’aerogeneratore questa distanza aumenta. Dato che nella realtà i due elementi sono separati da una distanza nota d , il primo indice che andremo a costruire sarà un indice adimensionale dato _i dalla differenza della distanza massima ideale con la distanza nota, rispetto alla distanza massima ideale appena calcolata.

max max d d d − _i = α Eq. (4. 13)

Chiamiamo questo indice “coefficiente di visibilità dovuto all’altezza dell’oggetto” in quanto la distanza massima ideale presente sia al numeratore che al denominatore della frazione varia con l’altezza dell’aerogeneratore. Questo indice sarà tanto più vicino ad uno quanto più, nel caso reale, i due punti sono vicini; diminuirà progressivamente all’aumentare della distanza tra i due punti e al diminuire dell’altezza del punto di osservazione o, in maniera permanente, cambiando macchina eolica e scegliendone una di altezza inferiore.

Come esempio prendiamo un aerogeneratore alto 100 m installato su una collina alta anch’essa 100 m. L’osservatore, alto 1 m, inizialmente si trova ad una altezza di 50 m distante dalla macchina eolica 5 km.

Per condizioni di visibilità ottimale (umidità relativa 30%) la distanza massima di visibilità è d_mv =53428m. La distanza massima a cui dovrebbero essere posti i due oggetti per non vedersi sarebbe d_max =80409m.

Il coefficiente adimensionale risulta essere: 0.937 80409 5000 80409 = − = α

Se l’osservatore distante sempre 5 km si trovasse sul livello del mare, il coefficiente

α

assumerebbe il valore di 0.912

57207 5000 57207 = − = α .

Se ripetiamo i due casi appena presi in esame cambiando ai dati di ingresso l’altezza dell’aerogeneratore e portandola da 100 a 120 m, vediamo che ad un aumento del 20% del valore dell’altezza coincide un aumento significativo nei coefficienti:

caso1: osservatore alto 1 m posto sull’altura di 50 m 0.939 83017 5000 83017 = − = α

caso 2: osservatore alto 1 m sul livello del mare 0.916 59815 5000 59815 = − = α

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0 2500 5000 7500 10000 12500 15000 17500 20000 22500 25000 27500 30000 32500 35000 37500 40000 42500 45000 47500 50000 distanza [m] . altezza da terra 50 m aerogeneratore h =120 m altezza da terra 50 m aerogeneratore h =100m livello del terreno aerogeneratore h = 120 m livello del terreno aerogeneratore h =100m

Grafico 4. 2 - Diminuzione del coefficiente di visibilità al variare della distanza dell'osservatore per diverse grandezze dell'aerogeneratore.

Nel grafico soprastante è stato riportato l’andamento del coefficiente

α

al variare della distanza per i quattro diversi casi dell’esempio precedente: due dei quali sono riferiti ad un aerogeneratore alto 120 m rispetto ad un osservatore che in un caso si trova all’altezza di 50 m sul livello del terreno e nell’altro si trova al livello del terreno (barre gialle ed azzurre nel grafico sopra rispettivamente); gli altri due casi fanno riferimento ad una aerogeneratore alto 100 m sempre installato su una collina alta 100 m nelle stesse due casistiche di posizione dell’osservatore del caso con l’aerogeneratore più alto (barre verdi per l’osservatore posto a 50 m sul terreno e color prugna per l’osservatore posto sul livello del terreno). Da questo grafico che in ascissa vede la distanza ogni 2500 m dall’aerogeneratore, emerge che la diminuzione del coefficiente

α

è dovuta a due contributi: il primo è dato dalla variazione in altezza della macchina eolica, il secondo è dovuta alla variazione in altezza dell’osservatore. A parità di lontananza dalla macchina si vede che la diminuzione dell’altezza dell’aerogeneratore influisce in maniera molto più pronunciata sul coefficiente preso in esame rispetto alla

prevalentemente per il fatto che l’aerogeneratore, per catturare la correnti d’aria di intensità più elevata, viene solitamente installato sulla sommità di alture che sono ritenute essere i punti più alti della zona e, di conseguenza, l’osservatore viene a trovarsi ad una altezza minore o tutt’al più uguale del punto di installazione dell’aerogeneratore.

4.4.2 – Seconda fase – influenza della distanza fra gli oggetti.

La valutazione dell’effetto che la distanza ha tra osservatore-osservato diminuisce progressivamente all’allontanarsi dei due oggetti. Questo effetto è stato valutato utilizzando una relazione lineare che lega la distanza reciproca tra i due punti rispetto alla distanza massima che li può separare.

Se la distanza tra i due è nulla, il coefficiente di distanza, che chiameremo x~ , assumerà valore unitario, mentre se la distanza tra i due è pari alla distanza massima di visibilità il coefficiente avrà valore zero. Come distanza massima di visibilità si prende a riferimento il valore calcolato utilizzando l’altezza del sistema aerogeneratore – collina e ponendo l’osservatore al livello del mare.

La legge che regola il valore del coefficiente che computa la distanza reciproca tra osservatore ed osservato e che, rispetto quanto detto sopra, è di tipo lineare ed è espressa con la seguente formula:

mv i mv d d d x = − ~    = = = = 1 quando 0 ~ 0 quando 1 ~ i i d x d x

mv

d

2

mv

d

5

.

0

=

x

_x

₌

₀

_.

₇₅

_x

₌

₁

4

mv

d

0

=

x

mv

d

2

mv

d

5

.

0

=

x

_x

₌

₀

_.

₇₅

_x

₌

₁

4

mv

d

0

=

x

Figura 4. 7 - Andamento del coefficiente che pesa la distanza per un progressivo allontanamento dell'osservatore dall'aerogeneratore.

I quattro punti analizzati nella prima fase mostravano quattro diversi valori per il coefficiente di visibilità dovuto all’altezza. In questo caso, poiché i quattro punti si trovano alla medesima distanza (distanza calcolata sul piano x – y ) , il valore del coefficiente che computa la distanza sarà uguale per i punti equidistati dall’aerogeneratore che fanno riferimento allo stesso aerogeneratore. In questo caso si nota perciò che non influisce nel calcolo la diversa quota a cui si trova l’osservatore, ma influisce solamente l’altezza dell’elemento che va ad influire inizialmente nel calcolo della distanza massima di visibilità.

Se su un grafico che si riporta in ascissa la distanza in metri e in ordinata il valore dei coefficienti, e riportiamo il valore del coefficiente che computa la distanza ogni 1000 m, per due casi che fanno riferimento all’altezza dell’aerogeneratore rispettivamente alto 120 e 100 m, la situazione che otteniamo è la seguente:

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 2000 400060008000₁₀00 0 1200 0 1400 0 1600 0 1800 0 2000 0 2200 0 2400 0 2600 0 2800 0 3000 0 3200 0 3400 0 3600 0 3800 0 4000 0 4200 0 4400 0 4600 0 4800 0 5000 0 5200 0 5400 0 5600 0 distanza [m]

valori del coefficiente x per aerogeneratore alto 120 m valori del coefficiente x per aerogenratore alto 100 m

Grafico 4. 3 - andamento del coefficiente che computa la distanza in funzione di un aumento della distanza reciproca osservatore-osservato per due aerogeneratori di diversa altezza.

Per un punto di osservazione che si muove all’altezza del livello del mare, si nota che, all’aumentare della distanza tra osservatore ed osservato, il coefficiente x

diminuisce progressivamente in maniera lineare. Ogni 1000 m il coefficiente x vede diminuire il suo valore in maniera più pronunciata se l’aerogeneratore è più basso. La diminuzione è inversamente proporzionale alla distanza massima di visibilità e, calcolata ogni mille metri vale:

mv

d 1000 e

diminuzion =

4.4.3 – Terza fase - valutazione del comportamento dell’occhio umano.

Aldilà delle valutazioni geometriche è importante capire come si comporta l’occhio umano al variare della distanza da un oggetto osservato. Molti testi scientifici [18] trattano l’occhio umano come un sistema di lenti che ha la particolarità di mettere a fuoco oggetti posti alla distanza minima di 20 mm fino ad oggetti posti all’infinito e

dell’occhio stesso (astigmatismo e miopia). Per la sua struttura e conformazione fisica l’occhio non riesce a vedere nello spazio a 360°, ma ha un campo di visuale più limitato. Questo campo è detto campo visivo e copre sull’orizzontale un arco di 208° e sulla verticale un arco di 180° come si vede dalla figura sottostante:

Figura 4. 8 - Angoli di riferimento del campo visivo umano sull'orizzontale (a) e sulla verticale (b).

Valutando perciò la porzione di spazio sulla verticale che un aerogeneratore può occupare all’interno del campo visivo dell’occhio umano in funzione della distanza e dell’altezza, riusciamo a trovare delle leggi di diminuzione dell’impatto che gli aerogeneratori hanno all’allontanarsi dell’osservatore dall’aerogeneratore stesso.

In primo luogo è stata valutata l’influenza della distanza partendo dall’ipotesi di trovare la distanza e l’altezza alla quale un osservatore posto in quel punto di massima vicinanza all’apparecchio avesse il campo visivo occupato interamente dall’aerogeneratore. Poiché il campo visivo copre un arco di 120°, ipotizzando che tutta l’altezza dell’aerogeneratore (torre più pale =h_{aerogeneratore}) riempia tutto il campo visivo, l’osservatore si dovrebbe trovare all’altezza pari a:

2 tore aerogenera collina h h + Eq. (4. 14)

Si deduce quindi che la distanza alla quale è possibile avere una condizione di questo tipo è data da una semplice relazione trigonometrica che lega la tangente dell’angolo ai suoi due cateti:

[ ]

m h d tore aerogenera ) 60 tan( 2 ° = Eq. (4. 15)

Nel caso in cui un osservatore si trovasse proprio in questo punto dello spazio avrebbe tutto il campo visivo occupato dalla macchina eolica. Se cominciasse ad indietreggiare rimanendo però sempre alla stessa altezza di osservazione, l’intera macchina eolica occuperebbe una porzione di spazio sempre minore.

Si arriva quindi a determinare un coefficiente γ che rappresenta il rapporto tra l’altezza dell’aerogeneratore e il campo visivo dell’occhio umano. La formulazione matematica per questa relazione è la seguente:

100 ) 60 tan( 2⋅ ° ⋅ ⋅ = d h_{aerogeneratore} γ Eq. (4. 16)

Se l’osservatore si trova ad avere la visuale coperta interamente dall’aerogeneratore il coefficiente assumerà valore 100 e sarà tanto maggiore quanto più l’osservatore si avvicina all’oggetto, indicando che l’osservatore non riuscirà più a vedere l’oggetto nella sua completezza, ma ne vedrà una parte in quanto è troppo vicino. Al contrario, se l’osservatore si sposta all’indietro vedrà la macchina eolica per intero che andrà ad occupare una porzione del campo visivo sempre minore rispetto a tutto quello che potrà osservare. L’andamento del coefficiente è una diminuzione quasi con andamento esponenziale all’aumentare della distanza reciproca tra osservato ed osservatore.

100 = γ 0 ≅ γ mv

d

100 = γ 0 ≅ γ mv

d

Figura 4. 9 - Andamento qualitativo del campo visivo verticale per un osservatore che si allontana progressivamente dalla torre eolica, tenendo costante la sua altezza dal suolo.

Nell’esempio numerico che stiamo portando avanti, il punto dello spazio per cui l’osservatore ha il campo visivo coperto interamente dell’aerogeneratore sarebbe situato ad una altezza di 150 m per l’aerogeneratore più basso o 160 m per quello alto

m

120 , distante 29 mo 35m rispettivamente.

Se l’osservatore si trovasse ad una distanza compresa tra l’aerogeneratore e il punto individuato in cui il campo visivo è interamente coperto dalla turbina eolica, assumiamo che il valore del coefficiente γ rimane costante pari a 100.

Se l’osservatore arretrasse di 10 metri avremmo che

( ) (

60 29 10

)

100 74

tan 50

100 = _{⋅ +} ⋅ =

γ ed il coefficiente γ₁₂₀ risulta pari a:

( ) (

60 35 10

)

100 77

tan 60

120 = _{⋅ +} ⋅ =

γ . Si riporta adesso un grafico nel quale si evidenzia la

diminuzione del coefficiente γ per i due diversi aerogeneratori con distanza crescente dal punto di osservazione. Si ipotizza che, per ciascun aerogeneratore, l’osservatore lo guardi nel suolo punto centrale.

0 20 40 60 80 100 120 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 distanza [m] aerogeneratore alto 120 m aerogeneratore alto 100 m

Grafico 4. 4 - Andamento del coefficiente che computa il campo visivo sulla verticale per un osservatore che si allontana dall'aerogeneratore lasciando invariata la sua quota da terra.

La sensibilità che possiede questo coefficiente è elevata nelle vicinanze dell’aerogeneratore e diminuisce molto più lentamente successivamente. Infatti si passa dal valore di 1000 nel punto adiacente all’aerogeneratore, al valore di 100 nel punto distante 29 m nel primo caso e 35 m nel secondo. Da questo punto il valore del coefficiente diminuisce fino al valore nullo nel punto di lontananza pari alla distanza massima di visibilità.

In secondo luogo è stata valutata la diversa posizione in altezza che può avere l’osservatore rispetto all’aerogeneratore. Il coefficiente che tiene conto dell’inclinazione è stato chiamato

ε

e la sua valutazione è alquanto complessa.

Si deve innanzitutto considerare la distanza spaziale tra l’osservatore e un punto posto a metà altezza complessiva dell’aerogeneratore. Questa distanza è calcolabile facilmente con il Teorema di Pitagora e sarà chiamata i .

(

h h

)

[ ]

m d

i= 2 + _{collina−aerogeneratore} − _osservatore 2 Eq. (4. 17)

Se l’osservatore posto alla distanza i dall’aerogeneratore guardasse lo stesso, nel suo punto centrale, vedrebbe l’intero aerogeneratore inclinato di un angolo θ rispetto alla direzione di osservazione del caso precedente. Il valore di questo angolo può essere facilmente calcolato e la sua scrittura matematica è la seguente:

      − = − d h h_{collina aerogeneratore osservatore} arctan

θ

Eq. (4. 18)

In questo modo si guarda come appare inclinato rispetto all’orizzontale, l’aerogeneratore, alto h_{aerogeneratore}, per un osservatore che si trova un’altezza modificata:

( )

[ ]

m h

h aerogeneratore cos 2

ˆ_{= ⋅ θ Eq. (4. 19)}

Il campo visivo totale dell’osservatore vale:

( )

i

[ ]

m

i

hˆ

Fˆ

θ θ 60 60 i d e osservator tore aerogenera collina h h ₋ −

i

hˆ

Fˆ

θθ θ 60 60 i d e osservator tore aerogenera collina h h ₋ −

Figura 4. 10 - Proiezione dell'aerogeneratore sul campo visivo umano.

Il coefficiente che computa la variazione dell’altezza tra i due riferimenti vale:

100 ˆ ˆ 2 ⋅ ⋅ = F h ε Eq. (4. 21)

Se l’osservatore si troverà in un determinato punto dello spazio distante x e situato ad una altezza simile a quella di installazione dell’aerogeneratore, questo coefficiente presenterà un valore elevato. Se, lentamente, l’altezza dell’osservatore diminuisse, ma si trovasse sempre alla stessa distanza, il coefficiente

ε

assumerebbe dei valori sempre minori, in quanto la proiezione dell’altezza dell’aerogeneratore sul suo campo visivo diminuisce progressivamente all’aumentare dell’angolo θ.

Come nel precedente caso, si evidenzia che anche questo coefficiente presenta una diminuzione dall’andamento esponenziale, dimostrando la non linearità dell’occhio umano.

Prendiamo in esame ed esaminiamo meglio il caso con l’aerogeneratore alto m

100 . Consideriamo un osservatore che si trova alla distanza di 6000 m dal punto preso di riferimento. Se si trovasse ad una altezza di 160 m, l’ipotenusa che si considera per il calcolo del coefficiente

ε

coincide con il valore della distanza d .

( )

       = ⋅ ⋅ = = ⋅ = = m d F m h h i tore aerogenera 20785 60 tan 2 ˆ 60 ) 0 cos( 2 ˆ 0

θ

5773 . 0 100 ˆ ˆ 2 = ⋅ ⋅ = F h

ε

Se l’osservatore dimezzasse la sua altezza alla quale si trova il valore del coefficiente diventerebbe:

( )

       = ⋅ ⋅ = = ⋅ = ° = m d F m h h i tore aerogenera 20785 60 tan 2 ˆ 99 . 59 ) 72 . 0 cos( 2 ˆ 72 . 0 θ 5772 . 0 100 ˆ ˆ 2 = ⋅ ⋅ = F h ε

Se l’osservatore dimezzasse ulteriormente la sua altezza arrivando al livello del mare, il coefficiente

ε

assumerebbe il seguente valore:

( )

       = ⋅ ⋅ = = ⋅ = ° = m d F m h h i tore aerogenera 20785 60 tan 2 ˆ 98 . 59 ) 43 . 1 cos( 2 ˆ 43 . 1 θ 5771 . 0 100 ˆ ˆ 2 = ⋅ ⋅ = F h ε

Come si nota dal caso appena analizzato, essendo l’altezza della collina su cui è posto l’aerogeneratore non elevata, la variazione in altezza della vista dell’aerogeneratore per un osservatore è trascurabile. Se l’altezza della collina fosse più elevata, la variazione diventerebbe sensibile e perciò ai fini della valutazione dell’impatto visivo sarebbe importante prendere in esame anche questo aspetto. Riportiamo adesso in un grafico l’andamento che assume il coefficiente

ε

per un

spiegato è poco significativo per avvertire l’influenza della variazione dovuta alla diversa quota tra l’osservatore e l’osservato, si riporta la variazione del coefficiente

ε

al variare della quota riferendoci ad un aerogeneratore alto 100 m posto su una collina di 1000 m nel caso in cui sia distante 5000, 10000 e 15000 m. dall’aerogeneratore.nel caso in cui si trovi a tre diverse distanze dall’oggetto da osservare.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Grafico 4. 5 - Andamento del coefficiente che computa la variazione della porzione di aerogeneratore proiettata sul campo visivo umano al variare dell'altezza dell'osservatore per tre diverse distanze.

Vediamo che con l’azzurro sono raffigurati i valori del coefficiente

ε

per un osservatore che si trova a 2000 m di distanza dalla macchina eolica; con la colorazione prugna si indicano i punti distanti 3000 m dell’aerogeneratore e in giallo sono rappresentati i punti distanti 4000 m al variare della loro altezza sul livello del mare.

Si evidenzia che questo secondo coefficiente che valorizza l’effetto del campo visivo dell’occhio umano, risente molto dell’influenza dovuta dall’altezza, ma anche quella dovuta alla distanza. Il valore finale di questo coefficiente sarà dato perciò dal contributo di entrambi i fattori (distanza ed altezza). In ogni caso più l’osservatore si trova nei pressi dell’aerogeneratore, più il contributo dovuto all’altezza sarà rilevante,

in quanto è l’inclinazione dell’osservatore rispetto all’orizzontale che permette di capire quanta parte di aerogeneratore l’osservatore riuscirà a vedere all’interno del suo campo visivo.

4.5 - Indice medio di visibilità.

Fino ad ora abbiamo valutato la variazione del valore degli indici al variare della distanza e dell’altezza di un ipotetico osservatore che può spostarsi liberamente, senza restrizioni, nello spazio che circonda l’aerogeneratore. La morfologia del territorio che circonda il sito di installazione dell’aerogeneratore può essere caratterizzata da un territorio pianeggiante o da una orografia più complessa. Le infinite posizioni che può in teoria assumere l’osservatore, vengono limitate a punti nevralgici del territorio stesso. Solo per questi punti presi in esame verranno calcolati i quattro indici spiegati precedentemente.

Sorge quindi un problema fondamentale che riguarda l’installazione degli aerogeneratori sul terreno: la scelta dei punti caratteristici del territorio che circonda l’aerogeneratore.

Innanzitutto si delimita la zona nella quale tali punti vengono presi in esame. Per condizioni di visibilità ottimale abbiamo visto che possiamo trovare una zona dello spazio oltre la quale, proprio per motivi geometrici legati alla sfericità terrestre, non riusciamo a vedere l’oggetto in quanto scompare al di sotto della linea dell’orizzonte.

Dallo studio degli indici sopradescritti si evince che, considerando il campo visivo verticale all’aumentare della distanza, la percentuale occupata dall’aerogeneratore diminuisce quasi con legge esponenziale. Dopo 2000 m circa, la percentuale di campo visivo in altezza occupato dall’aerogeneratore per un osservatore situato a metà altezza della torre dell’aerogeneratore è già sull’ordine dell’1%. Allontanandosi progressivamente tale percentuale continua a diminuire.

Si ipotizza perciò di circoscrivere l’area all’interno della quale vengono campionati quei punti ritenuti essere particolarmente significativi ai sensi dell’elaborazione. L’area così determinata sarà circolare con centro proprio sul punto di installazione dell’aerogeneratore e il suo raggio avrà il seguente valore:

mv d R 10 1 = Eq. (4. 22)

Per un aerogeneratore alto 100 m e situato su un’altura di 500 m, la distanza massima di visibilità sarà di 92544 m. Questa zona circoscritta sarà limitata di conseguenza a 9254 m. Ovviamente, come è stato fatto notare nei paragrafi precedenti, l’area a cui si fa riferimento in questo caso, all’aumentare della quota, diverge dal centro. Possiamo quindi affermare che si può disegnare idealmente un tronco di cono a partire dalla distanza R con riferimento all’aerogeneratore che comprende tutti i possibili punti da campionare perché, essendo più vicini all’impianto, sono quelli che risentono maggiormente dell’ “inquinamento visivo” dovuto a tale installazione. Quindi, se un punto avrà un’altezza di 400 m, basta che sia situato ad una distanza di 16810 m per trovarsi all’interno dell’area interessata.

mv d R 10 1 =

inquinata

te

maggiormen

Area

mv d R 10 1 =

inquinata

te

maggiormen

Area

Figura 4. 11 - Visualizzazione grafica dello spazio maggiormente "inquinato" dall'inserimento dell'aerogeneratore

I punti di maggior interesse situati all’interno di quest’area devono essere scelti in maniera tale da cercare di coprire nell’arco dei 360° tutta la zona in considerazione. Se nella stessa direzione ci sono due punti, sarà preso in esame il punto più vicino all’installazione. Come punti nevralgici verranno scelti i maggiori centri abitati (prendendo come riferimento i municipi o i luoghi di culto) della zona, le arterie stradali di particolare interesse, le stazioni ed i monumenti.

dell’aerogeneratore. Se le posizioni scelte per la macchina eolica saranno due o più, allora si dovrà procedere al calcolo del valore dell’indice per ciascun punto sul territorio riferito ad ogni posizione sul monte dell’aerogeneratore.

Per ogni punto del territorio si potrà giungere alla determinazione di un indice generale che dia una prima indicazione sull’incidenza della macchina eolica su quella porzione di spazio.

L’indice generale che chiameremo I_vis, sarà dato dal prodotto dei valori dei vari coefficienti calcolati in precedenza:

ε γ

α⋅ ⋅ ⋅

= x

I_vis ~ Eq. (4. 23)

In cui:

α

rappresenta il coefficiente che computa l’effetto dell’altezza dell’aerogeneratore, x~ è un coefficiente che pesa nel conteggio dell’indice globale in funzione della distanza dal sito scelto in maniera lineare, γ ed

ε

rappresentano i due coefficienti che, tenendo conto del campo visivo umano, valutano la posizione nello spazio dell’osservatore in base propria distanza ed altezza.

Per ciascun sito di installazione nello spazio dell’aerogeneratore, avremo di conseguenza tanti indici che fanno riferimento alla valutazione di una posizione di installazione sul territorio.

Conseguentemente si calcola l’indice medio di visibilità per la i-esima posizione potenziale di installazione che sarà dato da una media calcolata sui singoli indici di visibilità: infatti a numeratore si trova la somma di tutti gli indici di visibilità e a denominatore troviamo il numero dei punti presi a riferimento.

pc n I Ivis vis n I I PC

∑

= = 1 _{Eq. (4. 24)}

A questo punto, ad ogni posizione dello spazio di possibile installazione dell’aerogeneratore può essere associato un coefficiente medio. Dal confronto dei vari indici di visibilità complessivi si può avere una prima valutazione di quale posizione sia migliore per l’installazione andando a scegliere la posizione che presenta un indice di

4.6 – Influenza della morfologia sul territorio.

Valutare l’influenza della morfologia sul territorio è una cosa altamente complessa. Nel caso della valutazione delle installazioni off – shore o on – shore su territorio pianeggiante, questo problema non si pone in quanto il posizionamento degli aerogeneratori può essere assimilabile a quello di un faro, come visto in precedenza, e l’area interessata da tale installazione, in condizioni di visibilità ottimale, risulta essere una zona concentrica di raggio pari alla distanza massima di visibilità. Questa grandezza che dipende dall’altezza del punto più alto dell’aerogeneratore e dall’altezza dell’osservatore, individua una superficie che verrà influenzata dalla presenza di tale elemento. In ogni caso se l’aerogeneratore è installato off – shore o in pianura, la zona interessata da tale installazione ha un raggio di circa 380 volte l’altezza totale dell’installazione. Prendendo a riferimento una macchina eolica alta 100 m, questa sarà vista fino alla distanza di 38 km. Un’area circolare avente raggio di 38 km attorno all’aerogeneratore, sarà l’area massima “inquinata” dal punto di vista visivo che può essere considerata a seguito dell’installazione.

Una morfologia territoriale più complessa porta con sé due aspetti in forte contrapposizione tra loro:

il primo è da considerasi tra gli effetti indesiderati: l’installazione di una macchina eolica sopra un’altura accresce notevolmente l’area di studio, perché aumenta l’altezza del sistema aerogeneratore – terreno (collina); l’area “inquinata” assume dimensioni maggiori;

il secondo può essere annoverato tra gli effetti positivi: una collina adiacente a quella sulla quale potrebbe essere installato l’aerogeneratore, anche se di dimensioni e soprattutto di altezza ridotte potrebbe coprire la vista dell’impianto totalmente o parzialmente ad un centro abitato installato nelle vicinanze del sito in esame, ma posto dietro tale collina.

Alla luce di questa considerazione, una posizione potenziale d’installazione sul monte che, in precedenza, sembrava poter essere scartata perché troppo vicina ad un

centro abitato, potrebbe invece risultare essere la migliore in quanto situata fisicamente vicina, ma non interessata dall’ “inquinamento visivo” in quanto è coperta da fattori naturali che ostacolano la visione dell’impianto. Si avrà perciò una rivalutazione globale delle posizioni scelte all’inizio per effettuare la valutazione tramite gli indici. In particolar modo alcune posizioni che in precedenza venivano considerate potrebbero essere eliminate.

4.7 – Indice finale di visibilità

In precedenza erano stati individuati alcuni punti critici del territorio. Questi erano stati indicati con la lettera n . Alla luce delle considerazioni fatte _pc precedentemente, si continueranno ad avere n punti per il territorio pianeggiante o _pc marino, mentre avremo n punti visibili sul territorio collinare e montuoso, dati dalla _v differenza tra i punti campionati n e i punti eliminati _pc n perché oscurati _o dall’orografia stessa del territorio

(

n_pc −n_o =n_v

)

.

L’indice di visibilità finale sarà calcolato in maniera più complessa rispetto al primo, cercherà di sovrastimare il dato e sarà riferito, a differenza del precedente, solamente ai punti dai quali effettivamente sarà visibile l’impianto.

Si effettua innanzitutto una nuova valutazione dell’indice di visibilità. Questa modifica viene apportata per cercare di sovrastimare il dato che viene calcolato mediante la prima valutazione di I_vis. Il nuovo indice di visibilità sarà calcolato mediante il prodotto del vecchio indice di visibilità con un coefficiente che indicherà la vicinanza relativa di ciascun punto preso in esame, rispetto ad una superficie immaginaria a forma di cilindro, tracciata attorno alla macchina il cui asse centrale coincide con la torre eolica. se il valore di questo coefficiente risulterà essere maggiore di uno, significa che i punti esaminati sono all’interno di quest’area ideale e la loro presenza influirà con un contributo maggiore sul valore del nuovo indice di visibilità rispetto ad un punto situato all’esterno di questo cilindro ideale. Infatti, i punti situati all’esterno di tale area, sebbene avranno il valore di questo coefficiente inferiore all’unità, risentiranno comunque di una maggiorazione. Questo coefficiente

8 . 0 ~_x = υ Eq. (4. 25)

Il nuovo coefficiente di visibilità per la i-esima località diventerà:

υ ⋅ = _vis i new I I Eq. (4. 26)

In analogia alla procedura che si utilizza nel caso in cui venga condotta una metodologia di ottimizzazione basata sulle funzioni di utilità, cerchiamo di portare avanti una procedura per valutare e scegliere, quale sito potenziale tra diversi opzioni, sia preferibile dal punto di vista dell’impatto visivo.

Si passa perciò alla definizione di un vincolo da porre a questo nuovo coefficiente di visibilità.

8 . 0 ≤ i new I Eq. (4. 27)

Nel caso in cui questo vincolo venga superato anche solo per una tra tutte le località, il punto potenziale per l’installazione sul territorio dovrà essere scartato e si dovrà procedere alla valutazione di impatto visivo per un altro posizionamento.

Si eviterà con questa condizione che gli aerogeneratori vengano installati accanto ai centri abitati come nella figura a lato. Per evitare che questo accada, oltre a definire una zona di “inquinamento visivo”, individuiamo una zona che andremo a chiamare zona di sicurezza, all’interno della quale non dovranno essere presenti elementi indesiderati come

abitazioni, monumenti o chiese. Questa zona, ancora più circoscritta nell’intorno di ogni singolo aerogeneratore ha la forma di un cilindro con l’asse coincidente con quello dell’aerogeneratore e il suo raggio è pari a

Figura 4. 12 - Installazione di torre eolica vicino alle abitazioni.

mv d r= ⋅ 50 1 Eq. (4. 28)

Se al contrario per tutti i punti critici del territorio visibili

( )

n l’indice rispetterà _v tale vincolo, si procederà al calcolo di un nuovo indice di visibilità medio.

v n i new new medio n I I v

∑

= = i 1 _{Eq. (4. 29)}

Se sul territorio sono presenti diversi punti potenziali per l’installazione dell’aerogeneratore, saremo in grado a questo punto di classificare ogni punto mediante un valore numerico. C’è da evidenziare che se questa procedura è applicata per installazioni in pianura o off – shore i punti potenziali presentano tutti la stessa quota e perciò sono la loro producibilità non varia a seconda della posizione. Nel caso in cui l’installazione avvenga su un terreno collinare o montuoso, la differente altezza può incidere in maniera notevole sulla producibilità. Può accadere quindi che un aerogeneratore installato a metà crinale risulti essere dal punto di vista dell’impatto visivo scarsamente impattante, ma presenti un campo di velocità in quella posizione talmente sfavorevole al punto tale da non permetterne l’installazione. Al contrario, può essere privilegiata l’installazione di un aerogeneratore in cima alla collina, perché la maggiore visibilità è messa “in secondo piano” rispetto al problema energetico.

Tenendo presente questo fatto giungiamo alla formulazione finale dell’indice di visibilità. L’indice di visibilità finale sarà dato dall’indice di visibilità I_medionew maggiorato di una quantità da stabilire caso per caso. Questa quantità è valutata ipotizzando che dal punto di installazione più alto (massima producibilità) sulla collina si possano teoricamente installare aerogeneratori ogni 10 metri di dislivello per un’altezza totale di 200 m. La quantità che andrà sommata all’indice medio di visibilità sarà data dal prodotto di un coefficiente imposto 050. per il numero di dislivelli n che _dis separano il punto di installazione dalla sommità del monte.

dis new

medio

finale I n