ENERGIA
EOLICA
L’energia
eolica è l’energia posseduta dal vento.
L’uomo ha
impiegato la sua forza sin dall’antichità, per navigare
e per muovere
le pale dei mulini utilizzati per macinare i
cereali, per
spremere olive o per pompare l’acqua.
Solo da pochi
decenni l’energia eolica viene impiegata per produrre
elettricità. I
moderni mulini a vento sono chiamati aerogeneratori.
Il principio di
funzionamento degli aerogeneratori è lo stesso
dei mulini a
vento: il vento che spinge le pale. Ma nel caso degli
aerogeneratori
il movimento di rotazione delle pale viene trasmesso
ad un
generatore che produce elettricità.
GLI AEROGENERATORI
Esistono
aerogeneratori diversi per forma e dimensione. Possono,
infatti, avere
una, due o tre pale di varie lunghezze: quelli
con pale lunghe
quelli con pale
lunghe circa
di erogare una
potenza di 1.500 kW, riuscendo a soddisfare il
fabbisogno
elettrico giornaliero di circa 1.000 famiglie.
Il tipo più
diffuso è l’aerogeneratore di taglia media, alto oltre
circa
kW e soddisfa
il fabbisogno elettrico giornaliero di circa 500 famiglie.
LE POLITICHE A SOSTEGNO DELLO SVILUPPO E DIFFUSIONE
DELLE FONTI RINNOVABILI
Ricordiamo di
seguito le iniziative e i provvedimenti presi negli ultimi anni, sia a livello
nazionale
che
internazionale, che mirano a incentivare lo sviluppo e la diffusione delle
fonti rinnovabili:
• Il Libro Bianco “Una Politica Energetica
per l’Unione Europea” (gennaio 1996), che identifica
come obiettivi
chiave del settore energetico la competitività, la sicurezza
dell’approvvigionamento
e la protezione
dell’ambiente, e che indica come un importante fattore per conseguire
tali scopi la
promozione delle fonti rinnovabili di energia.
• La delibera CIPE3 (3 dicembre 1997), con
cui l’Italia ha ratificato gli impegni di Kyoto assegnando
un
significativo ruolo alle fonti rinnovabili per ridurre le emissioni di gas
serra, e
impegnandosi a
raddoppiare, entro il 2010, il contributo delle fonti rinnovabili di energia
per
il
soddisfacimento dei fabbisogni energetici nazionali.
Il rotore
Il rotore è
costituito da un mozzo su cui sono fissate
le pale . Le
pale più utilizzate sono realizzate in fibra
di vetro.
I rotori a due
pale sono meno costosi e girano a velocità
più elevate.
Sono però più rumorosi e vibrano
di più di
quelli a tre pale. Tra i due la resa energetica
è quasi
equivalente.
Sono stati
realizzati anche rotori con una sola pala, equilibrata
da un
contrappeso.
A parità di
condizioni, questi rotori sono ancor più veloci
dei bipala, ma
hanno rese energetiche leggermente
inferiori.
Ci sono anche
rotori con numerose pale, di solito 24,
che vengono
impiegati per l’azionamento diretto di
macchine, come
le pompe.
Sono stati
messi a punto dei rotori con pale “mobili”.
Variando
l’inclinazione delle pale al variare della velocità
del vento è
possibile mantenere costante la quantità
di elettricità
prodotta dall’aerogeneratore.
Il sistema frenante
È costituito da
due sistemi indipendenti di arresto delle
pale: un
sistema di frenaggio aerodinamico e uno
meccanico.
Il primo viene
utilizzato per controllare la potenza
dell’aerogeneratore,
come freno di emergenza in caso
si
sovravelocità del vento e per arrestare il rotore.
Il secondo
viene utilizzato per completare l’arresto
del rotore e
come freno di stazionamento.
La torre e le fondamenta
La torre
sostiene la navicella e il rotore, può essere a
forma tubolare
o a traliccio. In genere è costruita in
legno, in
cemento armato, in acciaio o con fibre sintetiche.
La struttura
dell’aerogeneratore per poter resistere alle
oscillazioni ed
alle vibrazioni causate dalla pressione
del vento deve
essere ancorata al terreno mediante
fondamenta.
Le fondamenta
molto spesso sono completamente interrate
e costruite con
cemento armato.
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 dell’aerogeneratore
in caso di
malfunzionamento e di sovraccarico
dovuto ad
eccessiva velocità del vento.
La navicella e
il sistema di imbardata
La navicella è
una cabina in cui sono ubicati tutti i componenti
di un aerogeneratore,
ad eccezione, naturalmente,
del rotore e
del mozzo.
La navicella è
posizionata sulla cima della torre e può
girare di 180°
sul proprio asse.
Per assicurare
sempre il massimo rendimento dell’aerogeneratore
è importante
mantenere un allineamento
più continuo
possibile tra l’asse del rotore e la
direzione del
vento.
Negli
aerogeneratori di media e grossa taglia, l’allineamento
è garantito da
un servomeccanismo, detto
sistema di
imbardata, mentre nei piccoli aerogeneratori
è sufficiente
l’impiego di una pinna direzionale.
Nel sistema di
imbardata un sensore, la banderuola,
indica lo
scostamento dell’asse della direzione del
vento e aziona
un motore che riallinea la navicella.
La tecnologia degli
aerogeneratori da utilizzare in siti offshore è in pieno sviluppo: a livello
commerciale
esistono macchine da 1 MW ed esistono prototipi da circa 3 MW.
Secondo alcune
stime, gli impianti eolici nei mari europei protrebbero fornire oltre il 20%
del
fabbisogno
elettrico dei paesi costieri.
Attualmente in
Europa sono operative 5 centrali costruite in Olanda, Svezia e Danimarca con
una potenza
totale di 30 MW. In Italia non esiste ancora alcun impianto offshore, ma è
stato
calcolato un
potenziale sfruttabile di 3.000 MW, pari a quello sulla terraferma, in grado di
soddisfare
il 4% degli
attuali consumi di elettricità.
DOVE INSTALLARE UN IMPIANTO
EOLICO
Per produrre
energia elettrica in quantità sufficiente è necessario che il luogo dove si
installa
l’aerogeneratore
sia molto ventoso.
Per determinare
l’energia eolica potenzialmente sfruttabile in una data zona bisogna conoscere
la
conformazione
del terreno e l’andamento nel tempo della direzione e della velocità del vento.
Come si forma il vento
La terra cede
all’atmosfera il calore ricevuto dal sole, ma non lo fa in modo uniforme.
Nelle zone
in cui viene ceduto meno calore la pressione dei gas atmosferici aumenta,
mentre
dove viene
ceduto più calore, l’aria diventa calda e la pressione dei gas diminuisce. Si
formano così
aree di alta pressione e aree di bassa pressione, influenzate anche dalla
rotazione
della terra.
Quando
diverse masse d’aria vengono a contatto, la zona dove la pressione è maggiore
tende a
trasferire aria dove la pressione è minore. Succede la stessa cosa quando
lasciamo
sgonfiare un
palloncino. L’alta pressione all’interno del palloncino tende a trasferire
l’aria verso
l’esterno, dove la pressione è più bassa, dando luogo a un piccolo flusso.
Il vento è
dunque lo spostamento d’aria, più o meno veloce, tra zone di diversa pressione.
E tanto più
alta è la differenza di pressione, tanto più veloce sarà lo spostamento d’aria,
tanto più
forte sarà il vento.
Più
aerogeneratori collegati insieme formano le wind-farm, “fattorie del vento”,
che sono delle
vere e proprie
centrali elettriche.
Nelle wind-farm
la distanza tra gli aerogeneratori non è casuale, ma viene calcolata per
evitare
interferenze
reciproche che potrebbero causare cadute di produzione.
Di regola gli
aerogeneratori vengono situati ad una distanza di almeno cinque-dieci volte il
diametro
delle pale.
Nel caso di un
aerogeneratore medio, con pale lunghe circa
uno ogni
Qualche dato in più
Una fattoria
del vento, ad esempio, costituita da 30 aerogeneratori da 300 kW l’uno
in una zona
con venti dalla velocità media di
di kWh
all’anno. Vale a dire quanto basterebbe a soddisfare le esigenze di circa
7.000
famiglie.
Per
raggiungere lo stesso risultato con una centrale a carbone si libererebbero
nell’aria
ben 22 mila
tonnellate di anidride carbonica, 125 tonnellate di anidride solforosa e 43
tonnellate
di ossido di azoto.
GLI IMPIANTI OFFSHORE
Sono le
wind-farm costruite in mare. Rappresentano un’utile soluzione per quei paesi
densamente
popolati e con
forte impegno del territorio che si trovano vicino al mare.
IMPIANTO OFFSHORE
La forza del
vento può essere indicata o con la misura della sua velocità, e cioè in nodi,
che
corrispondono
alle miglia orarie (1 nodo =
la scala
proposta da Francis Beaufort.
La scala “Beaufort”
Francis
Beaufort fu un ammiraglio inglese vissuto nei primi anni dell’ottocento.
Egli per
classificare la forza del vento ideò una scala da zero a dodici, crescente a
seconda
della
velocità del vento, dell’altezza delle onde marine e degli effetti prodotti.
Un vento di
forza zero, viene definito da Beaufort “Calma”, e corrisponde alla descrizione
di questi
effetti: “il vento non sposta il fumo che esce dai camini; mare calmo”.
Il vento di
forza dodici, il massimo grado della scala, è invece chiamato “Uragano” e
definito
così:
“Provoca devastazioni gravissime; case seriamente danneggiate o distrutte;
onde alte
fino a
LE WIND-FARM E L’AMBIENTE
L’energia
eolica è una fonte rinnovabile e pulita. I possibili effetti indesiderati degli
impianti
hanno luogo
solo su scala locale e sono: l’occupazione del territorio, l’impatto visivo, il
rumore,
gli effetti
sulla flora e la fauna e le interferenze sulle telecomunicazioni.
La
conformazione di un terreno influenza la velocità del vento. Infatti, il suo
valore dipende,
oltre che dai
parametri atmosferici, anche dalla conformazione del terreno.
Più un terreno
è rugoso, cioè presenta variazioni brusche di pendenza, boschi, edifici e
montagne,
più il vento
incontrerà ostacoli che ridurranno la sua velocità.
Le classi di rugosità
Per definire
la conformazione di un terreno sono state individuate quattro classi di
rugosità:
Classe di
rugosità 0: suolo
piatto come il mare, la spiaggia e le distese nevose.
Classe di
rugosità 1: suolo
aperto come terreni non coltivati con vegetazione bassa e
aeroporti.
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.
In generale la
posizione ideale di un aerogeneratore è in un terreno appartenente ad una bassa
classe di
rugosità e che presenta una pendenza compresa tra i 6 e i 16 gradi.
Il vento deve
superare la velocità di almeno
per gran parte
dell’anno. Mentre i migliori siti eolici offshore sono quelli con venti che
superano la
velocità di 7-
sono situati ad
oltre
COME SI MISURA IL VENTO
Tutti abbiamo
potuto sperimentare che il vento non è costante, cambia di forza e di direzione.
Per
classificare il vento in base alla sua direzione si usa definirlo col luogo da
cui proviene. A
volte si prende
spunto dalla provenienza geografica - Greco, Libeccio se viene dalla Libia,
Scirocco
se viene dalla
Siria -, altre, come nella “Rosa dei venti”, viene indicato con i punti
cardinali
- vento di
Nord-Est, vento di Sud-Ovest -.
L’ENERGIA EOLICA NEL MONDO
Nel 1981 la
produzione di energia eolica mondiale era ancora praticamente nulla.
Oggi la potenza
eolica installata ha superato i 13.000 MW.
Di questi circa
9.000 MW sono prodotti in Europa, soprattutto in Germania e Danimarca, i paesi
europei che per
primi hanno creduto alle opportunità economiche e ambientali offerte dallo
sfruttamento di
questa forma di energia.
In questi due
paesi, così come in Spagna, Olanda e Gran Bretagna, l’occupazione associata
allo
sviluppo e alla
diffusione di tale tecnologia è in continua espansione, anche grazie agli
strumenti
di sostegno
finanziario messi a disposizione dallo Stato.
Un andamento
analogo a quello dell’Europa è stato registrato in Asia, soprattutto in India,
anche
se con uno
scarto temporale di circa dieci anni.
OCCUPAZIONE DEL TERRITORIO
Gli
aerogeneratori e le opere a supporto (cabine elettriche, strade) occupano
solamente il 2-3%
del territorio
necessario per la costruzione di un impianto. È importante notare che nelle
windfarm,
a differenza
delle centrali elettriche convenzionali, la parte del territorio non occupata
dalle
macchine può
essere impiegata per l’agricoltura e la pastorizia.
IMPATTO VISIVO
Gli
aerogeneratori per la loro configurazione sono visibili in ogni contesto ove
vengono inseriti.
Ma una scelta
accurata della forma e del colore dei componenti, per evitare che le parti
metalliche
riflettano i
raggi solari, consente di armonizzare la presenza degli impianti eolici nel
paesaggio.
RUMORE
Il rumore che
emette un aerogeneratore viene causato dall’attrito delle pale con l’aria e dal
moltiplicatore
di giri. Questo
rumore può essere smorzato migliorando l’inclinazione delle pale e
la loro
conformazione, e la struttura e l’isolamento acustico della navicella. Il
rumore proveniente
da un
aerogeneratore deve essere inferiore ai 45 decibel in prossimità delle vicine
abitazioni.
Tale valore
corrisponde ad una conversazione a bassa voce.
I moderni
aerogeneratori soddisfano questa richiesta a partire da distanze di 150/180
metri.
EFFETTI SU FLORA E FAUNA
I soli effetti
riscontrati riguardano il possibile impatto degli uccelli con il rotore delle
macchine.
Il numero di
uccelli che muoiono è comunque inferiore a quello dovuto al traffico
automobilistico,
ai pali della
luce o del telefono.
INTERFERENZE SULLE TELECOMUNICAZIONI ED EFFETTI ELETTROMAGNETICI
Per evitare
possibili interferenze sulle telecomunicazioni e la formazione di campi
elettromagnetici
basta stabilire
e mantenere la distanza minima fra l’aerogeneratore e, ad esempio, stazioni
terminali di
ponti radio, apparati di assistenza alla navigazione aerea e televisori.
EMISSIONI EVITATE
L’utilizzo
dell’energia eolica consente di evitare l’immissione nell’atmosfera delle
sostanze inquinanti
e dei gas serra
prodotti dalle centrali convenzionali. Facciamo il conto delle emissioni
evitate per kWh
prodotto:
Una centrale
elettrica convenzionale emette mediamente
1.000 g/kWh di
CO2 (anidride carbonica)
1,4 g/kWh di SO2 (anidride solforosa)
1,9 g/kWh di NOX (ossidi di azoto)
Prendiamo ora
in considerazione i 700 MW di impianti eolici, che dovranno essere realizzati
in Italia nei
prossimi anni.
Nell’ipotesi che
l’energia annua prodotta sia pari a 1,4 TWh, pari a poco più dello 0,5% del
fabbisogno
elettrico nazionale, le emissioni annue evitate sono del seguente ordine:
1,4 milioni di
tonnellate di CO2
1.960
tonnellate di SO2
2.660
tonnellate di NOX
POTENZA EOLICA INSTALLATA IN EUROPA A FINE 1999
La posizione
geografica dell’Italia, unita alla presenza di catene montuose e di masse
d’acqua,
determina un
diverso andamento dei venti sia nel corso dell’anno che da regione a regione.
L’Italia può
comunque contare, specie nelle zone mediterranee meridionali e nelle isole, su
venti
di buona
intensità, quali il maestrale, la tramontana, lo scirocco e il libeccio.
I risultati di
un’indagine, cui anche l’ENEA ha partecipato, hanno evidenziato che i siti più
idonei
allo
sfruttamento dell’eolico si trovano lungo il crinale appenninico, al di sopra
dei
slm e, in
misura minore, nelle zone costiere. Le regioni più interessanti sono quelle del
Sud, in
particolare
Campania, Puglia, Molise, Sicilia e Sardegna, e il territorio compreso tra le
province
di Trapani,
Foggia, Benevento, Avellino e Potenza è il principale polo eolico nazionale.
Tuttavia la
quantità di energia prodotta da fonte eolica è ancora trascurabile rispetto al
potenziale
sfruttabile
stimato in circa 3.000 MW sulla terraferma e altrettanti in offshore.
IL QUADRO NORMATIVO E GLI INCENTIVI
Gli strumenti
governativi a sostegno delle fonti rinnovabili in generale, e dell’eolico in
particolare,
sono:
• Il Piano Energetico Nazionale del 1988,
che stabiliva un obiettivo di 300-600 MW di eolico
installati al
2000.
• Le leggi 9/91 e 10/91, il provvedimento
Cip 6/92 che per la prima volta ha introdotto tariffe
incentivanti
per la cessione all’ENEL di energia elettrica prodotta con impianti da fonti
rinnovabili.
L’ENERGIA EOLICA IN ITALIA
In Italia le
attività sull’eolico sono iniziate nei primi anni ’80, e furono svolte
principalmente
dell’ENEA,
dall’ENEL e da alcuni operatori privati, con l’obiettivo di sviluppare
tecnologie e
di individuare
il potenziale eolico sfruttabile a livello nazionale.
L’ENEA ha
svolto essenzialmente il compito di sostenere lo sviluppo, la sperimentazione e
la
dimostrazione
di aerogeneratori di tecnologia nazionale. Oggi continua a studiare i siti per
individuarne
le potenziali
risorse eoliche, collabora con le pubbliche amministrazioni fornendo
supporto
tecnico e svolge campagne di informazione rivolte agli amministratori e alla
popolazione
per favorire
l’accettazione sociale di nuovi impianti.
Un po’ di storia
In Italia le
prime macchine eoliche sono state installate nel 1990 ma solo dal 1996 si
è avuto un
significativo numero di impianti collegati alla rete di distribuzione
elettrica.
Il primo
prototipo di aerogeneratore fu installato nel 1989 ad Alta Nurra in Sardegna,
dove è stata
condotta una campagna sperimentale. Oggi a distanza di oltre 10 anni esistono
delle vere
centrali eoliche, alcune delle quali sono costituite da più di 50
aerogeneratori
di media
taglia (600 kW l’uno).
A dicembre
impianti,
per una potenza complessiva di 282 MW. Alcuni di questi impianti sono stati
costruiti a
scopo dimostrativo dall’ENEL, mentre la maggioranza producono energia
elettrica e
sono gestiti da operatori privati che vendono l’energia alla rete elettrica di
distribuzione
nazionale.
• I fondi strutturali europei utilizzati
dalle regioni Puglia, Campania, Umbria e Sicilia per realizzare
impianti
eolici.
• Il decreto Bersani (79/99) che ha introdotto
un nuovo concetto di incentivazione delle fonti
rinnovabili.
Questo decreto obbliga i produttori di energia elettrica da fonti convenzionali
a
immettere
annualmente, nella rete di distribuzione nazionale, una quota di energia
prodotta
da fonti
rinnovabili pari al 2% della loro produzione annua. Tale quota di energia può
essere
prodotta
all’interno stesso dell’impianto o acquistata da altri.
• La legge 394/91, in particolare l’art. 7 -
comma 1 nel quale sono previste misure d’incentivazione
alle amministrazioni
comprese nelle aree protette che promuovano interventi volti a
favorire l’uso
di tali forme di energia.
Esiste inoltre
una legislazione generale che disciplina la pianificazione e la localizzazione
degli
impianti
eolici, anche in termini di tutela del paesaggio, dell’ambiente e della salute,
nonché
di uso del
suolo.
I COSTI DELLA TECNOLOGIA EOLICA
