Capitolo 7.
L’energia eolica.
7.1 Cenni storici.
L’energia del vento, legata ai movimenti delle masse d’aria tra le zone di alta e bassa pressione atmosferica, è diffusa ovunque sulla Terra, ma solo in alcune zone è sufficientemente intensa e regolare da presentare interesse ai fini di una utilizzazione pratica. A parte il suo utilizzo nella navigazione a vela che risale al tempo degli egiziani, i primi mulini a vento comparvero nelle aree considerate la culla della civiltà: Mesopotamia, Cina, Egitto. Si tramanda che, già nel 17° secolo a c, Hammurabi, il Re di Babilonia avesse progettato di irrigare la pianura mesopotamica per mezzo di mulini a vento; essi erano probabilmente costituiti da un sistema ruotante attorno ad un asse verticale. La certezza storica sull’uso dei mulini a vento come macchine di uso corrente risale comunque al 7° secolo, nel regno del califfo Omar I. Per trovarli in Europa occorre invece aspettare il Medioevo, al tempo delle crociate. L’uso di queste macchine si ebbe per le applicazioni più svariate, dal pompaggio dell’acqua, alla macinazione dei cereali, alla spremitura delle olive, alle industrie manifatturiere (della carta, del tabacco, del legno).
Nel secolo scorso esse conobbero uno sviluppo davvero eccezionale: a metà del 1800 in Olanda se ne contavano 9000 esemplari in funzione. I mulini olandesi erano i più grandi del tempo, divennero, e rimasero il simbolo della nazione. È in questo periodo che nacquero i primi generatori di energia elettrica, con la costruzione nel 1887 a Cleveland (Ohio) del primo impianto eolico ad opera dell’americano C. F. Brush iniziò la produzione di elettricità sfruttando il vento, gli aerogeneratori avevano potenza variabile fra i 3 ed i 30 kW. Successivamente, con la realizzazione di aerogeneratori di potenze crescenti (dai 50 kW ai 4500 kW dei più grandi di oggi) si giunse alla costruzione di macchine tecnologicamente evolute, ad asse orizzontale e basso numero di pale (da 1 a 3) con sezione a profilo alare, ed in alcuni paesi, come la Danimarca, si arrivò a soddisfare una consistente parte del fabbisogno nazionale di energia elettrica. In seguito, con l'invenzione delle macchine a vapore, molti vennero abbandonati per il costo del carbone, allora a buon mercato. Negli anni settanta l'aumento dei costi energetici ha ridestato l'interesse per le macchine che utilizzano la forza del vento. Così molte nazioni hanno aumentato i fondi per la ricerca e lo sviluppo dell'energia eolica.
7.2 Evoluzione del settore.
L’energia eolica è una fonte priva di emissioni: la conversione in energia elettrica avviene, infatti, senza alcun rilascio di sostanze nell’atmosfera. In termini di impatto ambientale, l’unica accortezza che è necessario assumere è quella di un corretto inserimento delle centrali (costituite da un insieme di aerogeneratori, a volte alcune decine) nel contesto paesaggistico circostante.
Tra le nuove fonti rinnovabili l’energia eolica è quella tecnologicamente più matura e più vicina alla competitività economica con le fonti di produzione elettrica tradizionali. Ciò spiega il forte sviluppo che sta conoscendo in questi ultimi anni, infatti, nonostante la pesante crisi finanziaria: il 2008 è stato un anno record per l'energia eolica, con oltre 27000 MW di nuova potenza installata in tutto il mondo (dati EWEA, European Wind Energy Association). Negli anni precedenti la nuova potenza installata è stata rispettivamente di 20000 MW (2007), 15000 MW (2006) e di 11000 MW (2005). Questa crescita esponenziale ha portato ad avere già alla fine del 2008, una potenza cumulata totale di oltre 120000 MW, pari ad oltre l' 1,5% del fabbisogno mondiale di energia, e si prevede che già alla fine di questo anno, si possa arrivare a sfiorare la quota del 2%.
Per gli USA il 2008 è stato un anno record, che ha visto un boom della nuova potenza installata, pari a oltre 8300 MW. In questo modo gli Stati Uniti sono diventati i leader mondiali del settore con una potenza eolica cumulata di oltre 25000 MW.
La Germania attualmente possiede una potenza totale di 23900 MW, avendo installato nel 2008 1665 MW, in linea con l'anno precedente dove ne erano stati installati 1667.
La Spagna,invece, ha 16700 MW di potenza cumulata e nel 2008 ha installato 1600 MW in netta frenata rispetto il 2007 dove se ne erano prodotti oltre 3600.
La Cina nel 2008 ha quasi raddoppiato, rispetto al 2007, la nuova potenza installata, passando da 3600 MW a 6300, ciò ha portato la potenza installata a 12200 MW totali.
L'India detiene una potenza cumulata che si avvicina ai 10'00 MW e, nel 2008, ha installato 1800 MW, in linea con l'anno precedente.
Queste 5 potenze da sole rappresentano oltre il 70% della potenza eolica mondiale, ma nel 2008 si è evidenziata una nuova ondata di paesi, tra cui Italia, Francia e Regno Unito, che hanno dimostrato di poter arrivare ad incrementare la loro potenza nell'ordine dei 1000 MW annui, con un aumento nel 2008 che è stato per l'Italia di 1010 MW, per la Francia di 950 MW e per il Regno Unito di 836 MW.
7.3 La scelta del sito.
Quando si intende “coltivare” l'energia eolica per fini energetici bisogna conoscere molti parametri: le variazioni diurne, notturne e stagionali; la variazione della velocità del vento con l'altezza sopra il suolo; l'entità delle raffiche nel breve periodo e valori statistici ottenibili registrando dati in un lungo periodo di tempo.
E' anche importante conoscere la velocità massima del vento, quindi, prima di installare un aerogeneratore è opportuno compiere rilevamenti anemometrici che diano un quadro generale delle caratteristiche del vento nel punto esatto di installazione, questo studio si effettua con gli anemometri, e le rilevazioni devono durare minimo un anno, da tali dati si rileva anche quale tipo di aerogeneratore è più adatto al sito in questione.
E' dimostrato (A. Betz) che solo una parte, e precisamente il 59,3%, della potenza posseduta dal vento può essere teoricamente assorbita dal sistema eolico, il motivo è facilmente intuibile: per cedere tutta la sua energia il vento dovrebbe ridurre a zero la sua velocità immediatamente alle spalle del rotore, con l'assurdo di una massa in movimento prima e di una massa d'aria perfettamente immobile immediatamente dopo. In realtà il vento, passando attraverso il rotore, subisce un rallentamento e cede parte della sua energia cinetica; questo rallentamento avviene in parte prima e in parte dopo la turbina eolica
L'energia cinetica del vento varia con il cubo della sua velocità: se quest'ultima raddoppia, l'energia aumenta all'incirca di otto volte, se la velocità del vento aumenta di un 10% si ha un aumento del 30% di energia.
Oltre alle condizioni meteo, tra i vari fattori che influenzano la velocità del vento ci sono effetti geografici locali, come le asperità del terreno e l'altezza delle correnti d'aria. La valutazione della ventosità di un sito richiede un'accurata indagine, che può durare anni. I siti vanno selezionati sulla base di:
• indicatori biologici (grado di inclinazione permanente del fogliame, rami, tronchi degli alberi),
• geomorfologici (ostacoli naturali e antropici quali edifici, rugosità e orografia del terreno), socioculturali (toponomastica e memoria storica degli abitanti),
• un attento esame dei vincoli esistenti (ambientali, archeologici, demaniali).
La selezione definitiva viene fatta dopo un periodo di misura della velocità e direzione del vento. Anche l'esistenza di strade adeguate e la vicinanza a linee elettriche devono essere tenute presente, poiché hanno implicazioni dirette con la redditività di un'iniziativa.
7.4 Gli aerogeneratori.
Il processo di trasformazione dell’energia cinetica del vento in energia elettrica avviene con macchine denominate aerogeneratori, che, concettualmente, derivano dai tradizionali mulini a vento. Un aerogeneratore è costituito da un rotore formato da alcune pale (in genere una, due o tre) fissate su un mozzo, e progettate per sottrarre al vento parte della sua energia cinetica. Tramite la rotazione delle pale viene azionato il generatore di energia elettrica. In concreto, però, i moderni aerogeneratori hanno davvero ben poco in comune con i tradizionali mulini a vento, poiché si tratta di macchine molto sofisticate, realizzate con materiali idonei a resistere a sollecitazioni che, nel caso delle macchine più grandi, sono confrontabili a quelle delle ali di aeroplani. Le estremità delle pale possono infatti raggiungere velocità superiori anche di cinque volte a quella del vento e, nel caso di raffiche anomale o di tempeste, ai bordi si possono raggiungere velocità quasi supersoniche. Le parti principali di un aerogeneratore sono:
• Il rotore: è costituito da un mozzo su cui sono fissate le pale, che generalmente sono realizzate in fibra di vetro. I rotori più utilizzati sono a due o a tre pale, quelli a due pale sono più rumorosi e vibrano di più, tra i due tipi la resa energetica è equivalente. Sono stati realizzati anche rotori con una sola pala bilanciata con un contrappeso, questi sono più veloci dei binala, ma hanno rese energetiche inferiori. Ci sono anche rotori con numerose pale, generalmente 24, che di norma vengono impiegati per l’azionamento diretto di macchine come le pompe. Sono stati messi a punto anche rotori con pale mobili, cioè in grado di variare l’inclinazione al variare della velocità del vento in modo da mantenere costante la quantità di elettricità prodotta dall’aerogeneratore.
• Il sistema frenante: è costituito da due sistemi indipendenti di arresto delle pale, uno aerodinamico e uno meccanico. Il primo viene impiegato per controllare la potenza dell’aerogeneratore, come freno di emergenza in caso di sovravelocità del vento e epr arrestare il rotore. Il secondo viene utilizzato per completare l’arresto del rotore e come freno di stazionamento.
• Il moltiplicatore di giri: Il moltiplicatore di giri serve per trasformare la rotazione lenta delle pale in una rotazione più veloce in grado di far funzionare il generatore di elettricità.
• Il generatore: il generatore trasforma l’energia meccanica in energia elettrica. La potenza del generatore viene indicata in chilowatt (kW).
• Il sistema di controllo: il funzionamento di un aerogeneratore è gestito da un sistema di controllo che svolge due diverse funzioni. Gestisce, automaticamente e non,
l’aerogeneratore nelle diverse operazioni di lavoro e aziona il dispositivo di sicurezza che blocca il funzionamento in caso di malfunzionamento e di sovraccarico dovuto ad eccessiva velocità del vento.
I rotori possono essere raggruppati in tre famiglie principali:
• Rotori ad asse orizzontale: l'asse del rotore è parallelo alla direzione del vento e ruota su un piano perpendicolare alla direzione. L'elica è l'esempio tipico. Le caratteristiche peculiari sono: alta velocità di rotazione , area frontale utilizzata totalmente, elevato coefficiente di portanza e quindi elevata potenza. Sono utilizzati principalmente per produrre elettricità. Gli svantaggi sono: difficoltà di realizzazione, grandi ripercussioni negative sulla macchina per minimi errori progettuali.
• Rotori ad asse verticale: il rotore gira con un asse perpendicolare alla direzione del vento, mentre le pale si muovono nella stessa direzione. Tipici esempi sono i rotori Savonius. La caratteristica di queste macchine è la loro bassa velocità di rotazione, il momento motore elevato e il modesto rendimento. Sono adatti per utilizzazioni meccaniche come le pompe per l'acqua. In effetti il loro uso è ormai limitato ad ambienti rurali. Hanno il notevole vantaggio di non doversi orientare secondo la direzione del vento.
• Rotori ibridi: costituiscono la famiglia più recente e derivano dal tentativo di riunire in un'unica soluzione i vantaggi dei due tipi precedenti. Generalmente hanno delle pale aerodinamiche (derivate dalle eliche), che si muovono su un asse verticale. Esempi tipici sono il rotore Darrenius e la Cycloturbina. Con questo tipo di rotori è possibile ottenere elevate velocità di rotazione senza le difficoltà costruttive e i costi di un'elica, non devono essere orientati nel vento, hanno coefficienti di potenza vicini al valore teorico.
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 veri e propri freni che bloccano il rotore, o con metodi che si basano sul fenomeno dello stallo e "nascondono le pale al vento".
Una notevole potenza elettrica viene dissipata nel rotore che deve avere una velocità di 3000 giri/minuto per erogare una corrente alla frequenza di rete di 50 hertz. 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.
Più aerogeneratori collegati insieme formano le wind-farm, le fattorie del vento, che sono delle vere e proprie centrali elettriche. Nelle wind-farm la distanza tra gli aerogeneratori viene calcolata in modo da evitare interferenze reciproche che potrebbero causare cadute di produzione, di regola gli aerogeneraori vengono posti ad una distanza di almeno 5-10 volte il diametro delle pale.
7.5 Alcune tipologie di aerogeneratori.
7.5.1 Turbina ad elica.
E’ un rotore ad asse orizzontale, la pala dell'elica, come un'ala sottile, offre una resistenza minima all'avanzamento, non crea turbolenze pericolose, ha una portanza elevata: tutto ciò si traduce in un alto coefficiente di potenza e in velocità di rotazione molto alte (alcuni rotori hanno eliche con velocità periferiche vicine a quelle del suono).
In conseguenza dell'alta velocità di rotazione tipica di queste macchine è possibile accoppiare dei generatori di elettricità, direttamente o con ingranaggi molto modesti, evitando che la gran parte della potenza estratta sia dissipata in trasmissioni complicate caratterizzate da elevati rapporti di trasmissione.
L'elica , per poter avere un rendimento costante ed elevato, deve sempre potersi orientare nel vento. I metodi utilizzati sono due: con un timone di opportune dimensioni che orienta tutto il complesso (elica controvento o up-wind ), oppure , ponendo l'elica posteriormente al complesso generatore-perno di rotazione e utilizzando la coppia giroscopica del motore stesso per orientare il mulino (elica sottovento o down-wind).
7.5.2 Turbina multipala.
Il suo rotore è costituito da un alto numero di pale in lamiera metallica, generalmente 18 o più, disposte a raggiera su un mozzo e ad angolo rispetto al piano di rotazione, come una grande ventola. Il diametro medio è di circa 1.5-3 metri. La rotazione dell'asse viene trasformata in moto alternativo per mezzo di un albero a gomito, oppure rinviata alla base del traliccio tramite una coppia di ingranaggi conici.
Questo tipo di mulini viene utilizzato, nella grande maggioranza dei casi, per pompare acqua dai pozzi. Il rotore è rigido e la sua superficie ed inclinazione non possono essere variate al variare della forza del vento; infatti oltre ad una certa velocità deve essere fermato manualmente oppure piegato in modo da disporre il rotore parallelo alla direzione del vento. Grazie al grande numero di pale, si ha una coppia molto alta anche a basso numero di giri: è sufficiente un vento debole per far lavorare il rotore in condizioni ottimali. Le pale sono leggermente incurvate e con angolo di calettamento variabile dal mozzo all'estremità.
Figura 7.5.2.1- Turbina multipala
7.5.3 Il mulino cretese.
Il mulino cretese è il tipo più semplice, economico e sicuro. Il rotore è costituito da 8 o più braccia, tra le quali vengono tesi, per mezzo di cavi dei triangoli di stoffa. La superficie di questi ultimi può essere aumentata o ridotta a seconda dell'intensità del vento. I cavi hanno anche la funzione di irrigidire la struttura. Poiché tutta la struttura è elastica e flessibile, possiede una parziale autoregolazione, in quanto la pressione del vento sulle vele le deforma, modificando la loro superficie esposta, e ciò viene ottenuto arrotolando la tela sui sostegni. La torre di sostegno può essere in muratura o con traliccio di legno o metallico. I mulini di questo tipo vengono usati nella
maggioranza dei casi per pompare acqua, ma alcuni esemplari autocostruiti sono stati utilizzati per produrre elettricità con un alternatore accoppiato a ingranaggi e rinvii opportuni (difficilmente superano i 50 giri/min).
Figura 7.5.3.1-Il mulino cretese
7.5.4 Rotore Windside.
Si tratta di un aerogeneratore ad asse verticale innovativo, proposto dalla Winside, una società finlandese. E’ composto da una coppia di generatori eolici elicoidali ad asse verticale, usati per climatizzare un centro commerciale a Raisio, nei pressi di Turku in Finlandia, potenza dell'impianto: 50 kW.
Questa tecnologia, relativamente nuova, è molto promettente, con rese superiori all'eolico tradizionale (ad asse orizzontale) anche del 30-50%, adatta sopratutto per impianti di potenza media e piccola.
7.5.5 Turbina Kobold.
Un sistema innovativo di rotore ad asse verticale è la turbina “Kobold”, con un sistema a pale mobili per minimizzare la resistenza nella fase passiva.
E' un progetto del Dipartimento di Progettazione Aeronautica dell’Università degli Studi di Napoli Federico II, promosso dal Prof. Ing. Domenico Coiro. Nasce come generatore idroelettrico ma l'applicazione può essere anche eolica.
Figura 7.5.5.1-Turbina Kobold
7.5.6 Aerogeneratore W.M.
Particolare impianto eolico ad asse verticale con una originale soluzione per attenuare la resistenza nell'azione controvento: adottando delle semipale mobili che si aprono nella fase passiva e si presentano chiuse nella fase attiva. Lo svantaggio nell’uso di questo sistema è che lo stesso potrebbe avere problemi quando da fermo si deve mettere in moto per il sopraggiungere del vento, quando dovesse arrivare da un quadrante diverso.
7.6 I sistemi 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. Rappresentano un’utile soluzione per quei paesi densamente popolati e con forte impegno del territorio che si trovano vicino al mare.
I sistemi eolici hanno una ottimale collocazione in mare aperto dove ci siano fondali poco profondi, questo sia per un minor impatto ambientale-paesaggistico e sia per una migliore qualità e costanza del vento, generalmente si tratta di grandi torri con rotori ad asse orizzontale.
Attualmente in Europa sono operative 5 centrali costruite in Olanda, Svezia e Danimarca, per una potenza totale di 30 MW.
La Spagna ha avviato 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. La Spagna ha esteso le misurazioni mediante centraline fisse e mobili anche a tutta la costa, oltre che a zone collinari e di montagna, scegliendo di battere la strada dell'eolico off-shore. Dopo aver diffuso microimpianti nelle singole abitazioni, e un decentramento energetico, ora punta a realizzare pochi impianti centralizzati per la produzione di alcuni GigaWatt ciascuno.
Accanto alla Spagna, il governo Inglese sembra intenzionato a presentare un progetto per realizzare un'estesa serie di generatori off-shore in grado, entro il 2020, di produrre abbastanza corrente elettrica da alimentare le utenze domestiche del Regno Unito. Il piano prevede impianti per 20 GigaWatt che si aggiungeranno agli 8 GigaWatt di impianti già deliberati.
7.6.1 La Seafarm: un progetto italiano off-shore.
Questo progetto prevede una innovativa struttura portante di modernissima concezione, consentendo la realizzazione di “aziende ecologiche produttive” in mare aperto, lontane dalla costa, eliminando così l’impatto visivo da terra; tali realizzazioni sono possibili su fondali profondi fino a circa 200 metri.
Il progetto, sinteticamente descritto, consiste nella realizzazione di una “piattaforma galleggiante sommersa a spinta bloccata” di adeguato volume, da posizionare, in assetto definitivo, a circa 20 metri sotto il livello del mare (nel Mare Mediterraneo) ancorandola al fondo, per mezzo di cavi in acciaio, ad una serie di zavorre poste sul fondale.
Questa struttura rigida in mare costituisce il supporto per un doppio uso produttivo: la produzione di energia elettrica dal vento e la maricoltura estensiva di pesci e crostacei, concentrando così due attività altamente produttive in un’unica zona marina.
7.7 Prototipi di aerogeneratori innovativi.
7.7.1 KiteWindGenerator
E’ un progetto innovativo proposto da ricercatori Italiani, basato su un sistema di vele o aquiloni. Utilizza lo stesso principio che permette alle navi di bordeggiare per navigare controvento. Qui, il principio è ripreso in termini di tecnologia avanzata mediante un sistema sofisticato di software e sensori di posizionamento tridimensionale sviluppati dalla “Sequoia automation”. Questo elimina tutti i problemi statici e dinamici che impediscono l’aumento della potenza (cioè delle dimensioni) ottenibile dagli aerogeneratori tradizionali.
Gli aquiloni del KiteGen si spingono fino a 1000 metri di altezza e anche oltre. Il concetto è di manovrarli come se fossero le vele di una nave. Via via che la barra gira, gli aquiloni devono stringere il vento finche possono (andando “di bolina” come si dice per le navi) per poi spostarsi e cominciare a tirare dall’altra parte. Il sistema è in grado di raggiungere potenze fino a cento volte maggiori dei sistemi eolici tradizionali.
Nell’agosto del 2006 è stato costruito un prototipo dal nome Mobilegen.
7.7.2 Aerogenerator.
Un avveniristico ed innovativo aerogeneratore destinato a collocazioni off-shore è quello progettato da uno studio inglese. Nel loro intento c'è la prospettiva di creare un sistema efficiente e nello stesso tempo monumentale.
Rispetto ai modelli di generatori tradizionali la novità non è solo nella sua presunta bellezza ed eleganza, l’Aerogenerator, composto da due grandi braccia aperte a V fino ad un altezza di 150 metri, fa ruotare le sue eliche lungo un asse verticale anziché orizzontale, con una lunga serie di vantaggi ai fini della produzione elettrica. Ogni "torre" così concepita avrebbe una potenza di 9 MW.
Figura 7.7.2.1- L’Aereogeneretor
7.8 Gli impianti minieolici.
Per impianti minieolici si intendono aerogeneratori con potenza unitaria fino ad un centinaio di kW e (nel caso di più macchine messe in rete) con potenza complessiva dell’impianto da essi formato inferiore ai 1.000 kW.
Si tratta, dunque, di impianti ridotti nelle dimensioni, con minimi impatti ambientali, e con possibilità di operare anche con regimi di vento modesti. Tali impianti possono servire utenze isolate, ma anche unità residenziali o produttive (aziende agricole o manifatturiere) di medie dimensioni e collegate alla rete.
La diffusione di impianti eolici di piccola taglia può, in effetti, dare un impulso significativo ad un sistema di generazione distribuita sul territorio, che rappresenta uno degli scenari di maggiore interesse nel settore energetico. A patto, però, che si affrontino rapidamente, con risposte adeguate sul piano dell’ammodernamento tecnologico, quelle problematiche di ordine tecnico che incidono oggi sull’efficienza e sulla capacità delle reti elettriche di “ospitare” un flusso massiccio di energia
proveniente dalla generazione distribuita. Per quanto riguarda gli impianti di potenza nominale compresa tra 20 e 100 kW, l’attuale normativa consente di autoconsumare l’energia prodotta e di venderne le eccedenze. In tal caso gli incentivi per la vendita del surplus di energia sono gli stessi previsti per gli impianti di taglia maggiore, ovvero priorità di dispacciamento, possibilità di ricevere Certificati Verdi per i primi 8 anni di esercizio dell’impianto qualora la produzione superi i 25 MWh/anno, e possibilità di ottenere e vendere i certificati RECS (Renewable Energy Certificate System).
Si tratta di condizioni di sviluppo senz’altro favorevoli, che peraltro vanno inquadrati in un potenziale di sfruttamento della risorsa eolica sul territorio italiano, che un recente rapporto dell’ANEC (Associazione Nazionale Energia del Vento) ha giudicato più elevato di quanto finora stimato.
Gli aerogeneratori per impianti mini-eolici possono essere classificati in base all'orientamento dell'asse di rotazione delle pale rotoriche, ed in particolare esistono macchine ad asse orizzontale e macchine ad asse verticale.
Le macchine eoliche per la produzione di energia elettrica al momento selezionate da Enel, sono ad asse orizzontale. Questi prodotti sono particolarmente adatti per installazioni in ambiente urbano e sub-urbano grazie al ridotto impatto visivo e all’assenza di inquinamento acustico. Sono inoltre idonei al funzionamento in zone remote caratterizzate da condizioni climatiche estreme (ghiaccio, ventosità intensa ed irregolare).
7.9 Il potenziale dell’energia eolica.
I sistemi eolici sono, tra le fonti di energia rinnovabili, quelli che hanno avuto il maggior sviluppo negli ultimi anni e sono sempre meno, anche tra gli ambientalisti, gli oppositori a tali sistemi mentre sono sempre maggiori gli studi che mettono in evidenza quale enorme potenziale è offerto dall'energia cinetica del vento. In uno studio per quantificare le risorse d'energia eolica mondiali, titolato “Wind Force 12”, la European Wind Energy Association e Greenpeace concludono che il potenziale mondiale d'energia generabile dal vento sarebbe addirittura il doppio della domanda d'elettricità mondiale prevista per il 2020. Indipendentemente da quale sarà il reale contributo dell’eolico nei prossimi anni, tutti gli analisti sono convinti che, nel breve periodo, nessuna altra fonte rinnovabile potrà offrire su scala mondiale un apporto superiore all’eolico per il contenimento delle emissioni climalteranti.
Il vento è abbondante, economico, inesauribile, ampiamente distribuito, non danneggia il clima ed è pulito. Anche i costi sono scesi, e ora sono ben più favorevoli.
Nel 1991 un inventario nazionale per la risorsa eolica presentato dal dipartimento statunitense dell'energia meravigliò il mondo dichiarando che i tre Stati più ricchi di tale risorsa (Nord Dakota, Kansas e Texas) avevano abbastanza energia eolica da soddisfare i bisogni energetici nazionali. Ora un nuovo studio condotto da un team d'ingegneri dell'Università di Stanford sostiene che l'energia eolica potenziale è addirittura notevolmente maggiore di quella stimata nel 1991.
I progressi nel disegno delle turbine eoliche degli ultimi 10 anni, permettono di operare anche a velocità del vento piuttosto basse, imbrigliando una quantità maggiore di energia e raccogliendola ad altezze maggiori, aumentando la quantità di energia eolica sfruttabile. Moltissimi territori potrebbero essere utilizzati per generare energia eolica in aree scarsamente popolate: regioni ventose come le grandi pianure del Nord America, il nordovest della Cina, la Siberia Orientale e le regioni argentine della Patagonia, senza considerare l'enorme potenziale degli impianti offshore. Uno studio condotto dal CNR assieme ad ENEA e l’Università degli Studi di Roma “La Sapienza” CIRPS (Centro interuniversitario di ricerca per lo sviluppo sostenibile) ha reso noto che la potenza installabile di centrali eoliche in Italia è di circa 15.000 MW, senza dover creare impatto ambientale eccessivo. Questo studio si basa sulle wind-farm con aerogeneratori dai 0,5 a 1,5 MW di potenza, non prende in considerazione la potenzialità dei microgeneratori da pochi kW, che attualmente non sono sviluppati ed incentivati, e non prende in considerazione possibili evoluzioni dei sistemi eolici più innovativi che potrebbero dare rendimenti maggiori fino al 50%.
7.10 Aspetti ambientali degli impianti.
L'energia prodotta da una turbina eolica durante il corso della sua vita media (circa 20 anni per gli impianti on-shore e più di 25 anni per gli impianti off-shore), è circa 80 volte superiore a quella necessaria alla sua costruzione, manutenzione, esercizio, smantellamento e rottamazione. Si è calcolato che sono sufficienti ad una turbina due o tre mesi per recuperare tutta l'energia spesa per costruirla e mantenerla in esercizio. Nonostante questo alcune associazioni ambientaliste criticano apertamente l'installazione dei generatori eolici obiettando sopratutto la rumorosità dei sistemi e l'impatto paesaggistico delle torri eoliche.
Gli impianti eolici producono un impatto sull'ambiente estremamente limitato e fondato sui seguenti fattori di impatto:
• 1. occupazione del territorio; • 2. variazione al paesaggio; • 3. emissioni acustiche;
• 4. interferenze elettromagnetiche;
• 5. disturbo all'avifauna stanziale e migratoria;
• 6. produzione di energia da immettere direttamente sulla rete locale (impatto positivo); • 7. disponibilità di potenza direttamente vicino ai centri di carico locali (impatto positivo); • 8. emissioni inquinanti evitate dalla sostituzione di una quota parte del parco termoelettrico
(impatto positivo).
Di questi fattori solo i primi due possono in qualche modo considerarsi particolarmente significativi e provati.
Tuttavia il fattore rappresentato dall'occupazione del suolo di fatto non esclude gli altri usi del territorio in quanto solo il 2-3% del territorio occupato dalla wind-farm è materialmente indisponibile per l'esistenza stessa delle macchine. E’ da notare che nelle wind-farm, a differenza delle centrali elettriche convenzionali, la parte di territorio non occupata dalle macchine può essere impiegata per l’agricoltura e la pastorizia.
Riguardo l’impatto visivo, gli aerogeneratori, per la loro configurazione, sono visibili in ogni contesto dove vengono inseriti, ma una scelta accurata del colore dei componenti, per evitare che le parti metalliche riflettano i raggi del sole, consente, quanto meno, di armonizzare la presenza degli impianti eolici nel paesaggio, riducendo l’impatto stesso.
L'inquinamento acustico potenziale delle turbine eoliche è legato a due tipi di rumori: quello meccanico proveniente dal generatore e quello aerodinamico proveniente dalle pale del rotore, causato dall’attrito delle pale con l’aria. Questo rumore può essere smorzato migliorando l’inclinazione delle pale e la loro conformazione, la struttura e l’isolamento acustico della navicella, come avviene negli aerogeneratori di ultima generazione. La normativa prevede che il rumore proveniente da un aerogeneratore sia inferiore a 45 decibel in prossimità delle abitazioni. E’ stato calcolato che, ad una distanza superiore a circa 200 metri, il rumore della rotazione dovuto alle pale del rotore si confonde completamente col rumore del vento che attraversa la vegetazione circostante, soddisfacendo la limitazione imposta.
Per quanto riguarda eventuali interferenze elettromagnetiche, per evitarle, basta stabilire e mantenere la distanza minima fra l’aerogeneratore e, per esempio, stazioni terminali di ponti radio, apparati di assistenza alla navigazione aerea, ecc.
