Energia Eolica
L’energia eolica è l’energia posseduta dal vento.
Il vento si genera dalle differenze di pressione atmosferica tra due punti
della terra. Esso è infatti il movimento di una massa d’aria da una zona
ad alta pressione (anticiclonica) ad una zona di bassa pressione
(ciclonica). Questo movimento è frutto di una forza (forza di gradiente)
che tende a ristabilire le condizioni di equilibrio tra le pressioni delle
varie zone dell’atmosfera.
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Il vento come fonte di energia è caratterizzato da:
•Continua variabilità in velocità e direzione
• Impossibilità di accumulo immediato
Questa tecnologia è caratterizzata da due importanti pregi:
• Agevole conversione
• Diffusione su tutto il pianeta
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Le prime macchine che sfruttavano l’energia eolica per convertirla in
energia meccanica furono i mulini a vento.
Lo sfruttamento del vento come
fonte energetica sembra avere
origini nel 1.700 a.c. . Si dice
infatti che Hammurabi, re di
Babilonia, utilizzasse mulini a
vento per pompare acqua da
destinare all’irrigazione dei
campi: sempre per questo
scopo venivano utilizzati dagli
Arabi e dai Cinesi.
In Europa i primi mulini a vento
per la macinazione del grano
sono arrivati intorno all’anno
mille: ne è testimonianza il “Don
Chisciotte”.
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Agli albori del XX secolo,
cominciarono a svilupparsi gli
aerogeneratori, versione evoluta dei
mulini a vento, atti a trasformare
energia eolica in energia meccanica
e quindi in energia elettrica per
mezzo di un generatore. Nonostante
ciò, la stragrande maggioranza
serviva ancora per l’irrigazione
(pompe eoliche).
Tra le due guerre mondiali, grazie
agli sviluppi della tecnologia
aeronautica, si ebbe un grande
incremento degli aerogeneratori.
Negli anni a venire si preferì
l’utilizzo dei combustibili fossili,
dopodichè, a partire dalla metà degli
anni settanta, a causa della crisi
petrolifera, si ebbe un ritorno
all’energia eolica.
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CAPACITA’ TOTALE DI ENERGIA EOLICA INSTALLATA NEL MONDO (GW)
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CLASSIFICA DEI PRIMI 10 PAESI CHE SFRUTTANO L’ENERGIA EOLICA
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Il vento è influenzato da molti fattori, alcuni dei quali sono fondamentali per la
scelta del sito di installazione degli aerogeneratori.
La resistenza d’attrito opposta dal terreno genera grandi dispersioni di energia.
Questa resistenza dipende dalla rugosità del suolo.
Le classi di rugosità
Classe di rugosità 0: suolo
piatto come il mare, la
spiaggia e le pianure.
Classe di rugosità 1: suolo
aperto come terreni non
coltivati con vegetazione
bassa.
Classe di rugosità 2: aree
agricole con rari edifici e pochi
alberi.
Classe di rugosità 3: suolo
rugoso in cui vi sono molte
variazioni di pendenza del
terreno, boschi e paesi.
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La scelta del sito di installazione è fondamentale, soprattutto per il seguente motivo.
La potenza del vento aumenta in maniera proporzionale al cubo
della sua velocità.
Ad esempio, se la velocità del vento raddoppia, la sua potenza
diviene otto volte maggiore.
Essere a conoscenza
delle caratteristiche
anemologiche del
territorio diventa
quindi fondamentale.
Sono molto affidabili
stime della velocità
media ottenute su
lunghi periodi
( almeno 10 anni).
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VALORI MEDI ANNUI VELOCITA’ DEL VENTO
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Essere a conoscenza delle caratteristiche anemologiche permette inoltre
di realizzare aerogeneratori proporzionali alla ventosità del luogo.
A questo scopo vengono usati diagrammi come il sottostante.
ISTOGRAMMA DELLA DISTRIBUZIONE DEL VENTO
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In generale la posizione ideale
di un aerogeneratore è in un
terreno appartenente ad una
bassa classe di rugosità che
presenta una pendenza
compresa tra i 6 e i 16 gradi.
Il valore della ventosità media
deve superare i 5,5 m/s e il
vento deve soffiare in modo
costante per gran parte
dell’anno.
I migliori siti eolici off-shore
sono quelli con venti che
superano la velocità di 7-8 m/s
e che hanno bassi fondali (da 5
a 40 metri) situati ad oltre 3
chilometri dalla costa.
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Come si è visto, la
configurazione orografica
del territorio influisce sulla
ventosità. Per questo
motivo sono nati gli
impianti off-shore,
consistenti in una serie di
aerogeneratori posti a
qualche miglio dalla costa,
la dove i venti sono di
maggiore intensità e
frequenza.
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IMPIANTO EOLICO OFF-SHORE
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Con grande probabilità l’eolico off-shore costituirà l’eolico del futuro,
poiché gli aerogeneratori potranno essere più grandi di quelli utilizzati
nell’on-shore ed inoltre i siti disponibili sono numerosi e non vi sarebbero
interferenze con altre attività umane come l’agricoltura o l’urbanistica
(a parte la navigazione).
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COMPONENTI PRINCIPALI DI UN AEROGENERATORE
Moltiplicatore di giri
Rotore
Generatore
Sistema frenante
Torre e Fondamenta
Sistema di controllo
Navicella e
Sistema di imbardata
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IL ROTORE
Il rotore è formato delle pale dalla macchina (di norma tre) e dal mozzo. A
seconda del suo orientamento, si hanno rotori ad asse:
ORIZZONTALE
VERTICALE
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Rotori ad asse orizzontale
I rotori ad asse orizzontale sono i più diffusi e ciò è dovuto ad un maggior
rendimento degli stessi. Le pale, quasi sempre tre e con passo variabile, sono
generalmente realizzate in fibra di vetro o lega di alluminio, anche se talvolta si
utilizzano materiali come la fibra di carbonio. Esistono anche aerogeneratori mono o
bipala. Il diametro del rotore può superare i 100 metri e la velocità periferica delle
pale arriva a superare i 200 km/h
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Rotori ad asse verticale
Questi tipi di rotori sono meno utilizzati per via del modesto rendimento.
Nonostante ciò hanno il vantaggio di non doversi orientare a seconda della
direzione del vento.
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LA NAVICELLA E IL SISTEMA DI IMBARDATA
Per navicella si intende la cabina posta sulla sommità della torre. Essa, oltre a
sostenere il rotore, contiene il generatore e i vari sistemi di controllo. Essendo di
norma adagiata su di un cuscinetto, può ruotare attorno al proprio asse (imbardata)
di 180° o addirittura 360°. Negli aerogeneratori di media e grossa taglia questo
movimento è garantito da un meccanismo elettro-meccanico, mentre in quelli di
piccole dimensioni è sufficiente un timone direzionale.
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LA TORRE
La torre ha il compito di sostenere il peso di
navicella e rotore e di resistere a tutte le
sollecitazioni. La sua forma è generalmente
tubolare (cava all’interno) oppure a traliccio; i
materiali per la realizzazione possono essere
l’acciaio o materiali compositi. Fondamenta in
cemento armato assicurano la torre al terreno.
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SISTEMA FRENANTE
Gli aerogeneratori sono caratterizzati da
una velocità minima di avvio (cut-in) e da
una soglia massima (cut-off). Per far si
che non si superi quest’ultima, sono
presenti due tipi di freni: uno aerodinamico
ed uno meccanico.
Il primo si attua mediante pale a passo
variabile (si regola la potenza di un
aerogeneratore).
Il freno meccanico consiste generalmente
in un freno idraulico a disco.
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PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO
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EOLICO IN ITALIA
La posizione geografica dell’Italia e la sua
configurazione orografica determinano un
diverso andamento della ventosità da
regione a regione.
Nonostante ciò possiamo contare su venti
di buona intensità come lo
Scirocco e il Libeccio.
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2500
2175.831
2000
1500
1000
411.2
500
156.3
0.2
0
7.3
3.5
27.8
1.5
0
10.9
54.6
514.2
449.8
370.2
153.3
6.5
0
ENERGIA EOLICA INSTALLATA NELLE REGIONI D’ ITALIA
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ASPETTI POSITIVI DELL’EOLICO
• Il vento è una fonte di energia rinnovabile e sostenibile
• Non vengono prodotti gas inquinanti
• Le potenze ottenibili da parchi eolici soddisfano l’intero fabbisogno di
piccole città
• I costi sono indipendenti dall’aumento del prezzo del petrolio
• I costi della manutenzione e dello smantellamento sono relativamente
bassi (gran parte dei materiali sono riciclabili).
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ASPETTI NEGATIVI DELL’EOLICO
• L’energia elettrica ottenuta non è mai costante a causa dell’intermittenza dei venti
• L’impatto visivo
• L’impatto acustico
• Le interferenze radio
• L’interferenza con le rotte migratorie degli uccelli
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Riguardo al disturbo nei confronti degli uccelli, un recente studio della Royal
Society for the Protection of Birds afferma che i generatori eolici non arrecano
alcun danno all’avifauna, tant’è che hanno intenzione loro stessi di investire
nell’energia eolica come fonte di energia rinnovabile del futuro.
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COSTI
Sia i costi di installazione che di
manutenzione di un aerogeneratore
sono molto competitivi rispetto a
quelli relativi ad altre fonti rinnovabili
di energia.
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MINIEOLICO
MICROEOLICO
Per Minieolico si intendono gli
impianti la cui taglia di potenza è
inferiore a 50 kW.
Per Microeolico si intendono gli
impianti la cui taglia di potenza è
inferiore a 1 kW.
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APPLICAZIONI DEL MINIEOLICO
Questo tipo di aerogeneratore può essere usato per garantire l’autosufficienza a
comunità e piccoli villaggi isolati. Ad esempio si usa il minieolico nelle piccole isole
con insediamenti, nei rifugi isolati oppure nei paesi del terzo mondo dove allacciarsi
ad una rete elettrica esistente è ancor più difficile.
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APPLICAZIONI DEL MICROEOLICO
Gli impianti microeolici sono utilizzati per:
• imbarcazioni da diporto
• segnaletica luminosa sulle strade
• ripetitori per la telecomunicazione
• piccole stazioni meteo
• utenze domestiche
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Vantaggi rispetto ai sistemi tradizionali
 Macchine più semplici
 Possibilità di lavorare per molti anni anche con assenza di
manutenzione data la semplicità costruttiva
 Possibilità di essere accoppiati con altri tipi di generatori (solari o
diesel) per garantire l’autosufficienza di luoghi remoti.
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INNOVAZIONI FUTURE
Proposte innovative prevedono la realizzazione del cosiddetto eolico
d’alta quota, che sfrutta appunto i venti di alta quota. Essi sono
d’intensità e di frequenza notevolmente più elevate rispetto ai venti che
si hanno a bassa quota.
Tra i progetti attualmente in studio troviamo:
• Kite Wind Generator
• Twind Technology
• Skymill
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KITE WIND GENERATOR
Il Kite Gen è un progetto italiano per la trasformazione di energia eolica in
energia elettrica sfruttando venti di alta quota ad almeno 1.000 m da terra.
E’ per ora in stato di prototipazione.
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TWIND TECHNOLOGY
La Twind Technology si basa
sull'utilizzo di una coppia di
palloni aerostatici, con delle
vele ad apertura comandata,
che stazionano a quote
superiori agli 800 metri,
frenati a terra da cavi che
fungono anche da elemento
di trasmissione del moto per
generare corrente elettrica.
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SKYMILL
Questo sistema consiste in un rotore, realizzato in materiali molto leggeri,
che viene sostenuto in quota (a circa 1 km da terra) dal vento stesso oppure
da dei palloni aerostatici. Il generatore è invece posto a terra, dal momento
che è la parte più pesante. Avrebbe il vantaggio di essere esposto a venti di
maggiore intensità.
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Negli ultimi anni, l’eolico ha avuto un grande sviluppo sia in Italia che nel
resto del mondo. Le opportunità che ci vengono offerte dalla natura sono
notevoli e il vento è una di queste. Al di là di quelli che possono essere
piccoli svantaggi rispetto ad altre fonti, l’energia eolica ha molto da offrire.
ALTRO ESEMPIO DELL’EOLICO DEL FUTURO
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