Eolico
- Che cosa è il vento
- Centrali eoliche
- Impatti ambientali delle grosse centrali
- Sviluppo dell’eolico in Italia
- Ricerca e sviluppo nel settore
- Incentivi per la produzione eolica
L’energia eolica è una fonte di energia rinnovabile in quanto basata sull’azione del vento. Opportune macchine denominate aerogeneratori trasformano l’energia cinetica del vento in energia elettrica.
Quando si parla di energia eolica, storicamente vengono in mente i mulini a vento tipici degli olandesi. In realtà, già nell’antica Mesopotamia, il vento era una fonte di energia che gli uomini dell’antico Medio Oriente avevano imparato ad intrappolare in grosse tele ed a sfruttare come forza motrice alternativa a quella animale. L’invenzione della dinamo, da parte del belga Gramme, nella metà del diciannovesimo secolo, aprì nuovi orizzonti all’utilizzazione dell’energia idraulica ed eolica e nel 1887 il francese Duc de La Peltrie costruì il primo aero generatore realizzato in Europa e destinato alla produzione di energia elettrica.
CHE COSA E’ IL VENTO
In meteorologia il vento rappresenta una variabile climatica importante e consiste nello spostamento, originato in natura, di masse d’aria nell’atmosfera. Esso viene innescato da differenze di pressione atmosferica tra due località ed ha ten-denza a direzionarsi dalle zone di alta pressione verso le zone di bassa pressione. I venti possono essere quindi provocati in maniera casuale oppure possono essere venti fondamentalmente periodici come ad e-sempio i regimi di brezza che si instaurano con periodicità giornaliera a causa del diverso riscaldamento (che causa disparità di pressione delle masse d’aria sovrastanti) ad esempio tra la terra e il mare per le brezze marine, o tra la valle e le montagne per quelle che si sviluppano nelle aree montuose. Le brezze grazie alla loro intensità non eccessiva (limitata in ge-nere a 15-20 m/s cioè 54-72 Km/h) e alla loro ripetibilità risultano particolarmente adatte ad azionare i generatori eolici.
Altro modo di formazione del vento si ha quando le masse d’aria provenienti da Nord in movimento a causa di perturbazioni atmosferiche incontrano una barriera orografica ; in tale situazione, sul versante sottovento opposto, si origina il Föhn che è un vento secco e molto piu’ caldo della temperatura media stagionale. Que-sti venti hanno quasi sempre regime tempestoso e irregolare (oltre a una durata temporale limitata) e sono quindi inadatti per l’azionamento delle turbine eoliche perché l’intensità eccessiva è potenzialmente dannosa per la loro integrità. La Val di Susa in Piemonte è, ad esempio, una zona dove nel periodo invernale questo fenomeno è tipico e assume forme talora particolarmente violente.
L’analisi della ventosità di un sito ai fini dell’installazione di un impianto eolico (piccolo o grosso che sia) è un’operazione che richiede un campionamento lungo diversi mesi per poter acquisire un numero sufficiente di dati che abbiano un valore statisticamente significativo. La potenzialità di un sito per un’installazione di un impianto eolico puo’ essere sintetizzata dal numero di ORE EQUIVALENTI annue di funzionamento alla potenza nominale, cioè dal numero di ore in cui il vento soffia alla velocità nominale (in genere 6 m/s) di progetto o superiori . Gli impianti efficienti hanno un numero di ore equivalenti di funzionamento superiori alle 1800-2000 ore/anno (in un anno ci sono circa 8500 ore) Prima di fare analisi dettagliate di un potenziale sito si può ad esempio consultare (per avere una indicazione di massima delle potenzialità disponibili)l’ Atlante Eolico interattivo d’Italia (pubblicato dalla società di ricerca e certificazione CESI ), dove sono riportate per tutta Italia le velocità medie del vento a varie altezze dal suolo. Appare evidente che in generale i siti migliori sono localizzati sulle isole (Sardegna e Sicilia) e nelle località costiere del sud Italia (Puglia Campania Molise). Tutte le località della Pianura Padana sono fondamentalmente inadatte all’installazione di im-pianti eolici, per avere una produttività soddisfacente.
Come detto i siti validi sono quelli dove la velocità media è dell’ordine almeno dei 6 m/s con una distribuzione che oscilla tra un minimo di circa 3,5 m/s (minima velocità sotto la quale il generatore non produce) e un massimo di circa 15-16 m/s al di sopra della quale i sistemi di controllo elettroni-co della velocità limitano la potenza erogata al valore massimo nominale. Per velocità ancora supe-riori (nell’intorno dei 25 m/s cioè 90 Km/h), per evitare danneggiamenti, intervengono freni di sicu-rezza (sulle grosse turbine) che bloccano la rotazione o sistemi di stallo che diminuiscono la super-ficie utile esposta al vento.
CENTRALI EOLICHE
Attualmente le centrali eoliche si sono configurate come impianti di potenza nominale anche di decine di Mw costituiti da un certo numero di turbine eoliche (collegate elettricamente tra loro) ad asse orizzontale, montate su torri in acciaio che raggiungono altezze dell’ordine del centinaio di metri (equivalente a un palazzo di 33 piani!). Si raggiungono tali altezze per ridurre quanto piu’ possibile l’influenza del suolo sul vento: tanto maggiore è l’altezza dal suolo tanto minore è la perturbazione del flusso ventoso e maggiore la sua velocità perché non influenzata dall’attrito col terreno. Rimandando ai link utili i dettagli costruttivi dei generatori eolici, ricordiamo che i rotori sono costituiti normalmente da 3 pale (costruite con materiali e forme altamente tecnologiche) e arrivano nei modelli di maggior po-tenza a diametri di circa 100 m. Senza entrare nei dettagli teorici possiamo dire che la potenza massima ottenibile da un flusso di vento a velocità è proporzionale all’area spazzata dal rotore cioè al quadrato del raggio del rotore (ecco perché si usano rotori sempre piu’ grossi al crescere delle potenze). La potenza è proporzionale al cubo della velocità del flusso ventoso (cioè raddoppiando la velocità la potenza aumenta di un fattore 8, sempre entro i limiti di massima potenza). In realtà non tutta l’energia posseduta dal vento può essere assorbita dal rotore, ma solo una parte (preci-samente il 59,3%). Infatti, per cedere tutta la sua energia il vento dovrebbe ridurre a zero la sua velocità immediatamente dopo il rotore e quindi ci troveremmo con una massa d’aria perfettamente immobile alle spalle del rotore che impedirebbe all’altra massa d’aria in movimento di entrare nel rotore. Perdite di potenza avvengono naturalmente anche nelle parti meccaniche e nella conver-sione elettromagnetica, portando il rendimento complessivo ad un valore compreso tra il 25% e il 50%, variabile in funzione della velocità del vento incidente.
IMPATTI AMBIENTALI DELLE GROSSE CENTRALI
Una delle maggiori perplessità sulla installazione di centrali eoliche, da parte dei politici e delle popola-zioni locali, dipende dalle preoccupazione per il loro impatto ambientale, che in questo caso è prevalen-temente paesaggistico. E’ però opportuno sottolineare che gli svantaggi degli impatti ambientali sono nettamente trascurabili rispetto agli innegabili vantaggi ecologici, specialmente curando la progettazio-ne, vincolando la costruzione a rigorose valutazioni di impatto ambientale.
L’energia eolica è una fonte rinnovabile, in quanto non richiede alcun tipo di combustibile, utilizzando l’energia cinetica del vento che è una forma di energia gratuita e pulita, perché non provoca emissioni dannose (in particolare CO2 ) per l’uomo e per l’ambiente. Gli aero generatori non hanno alcun tipo di impatto radioattivo o chimico, visto che i componenti usati per la loro costruzione sono materie plastiche e metalliche.
Gli aspetti critici ambientali che vengono presi in considerazione sono invece correlati a possibili effetti indesiderati, che hanno luogo su scala locale e che sono concentrati in particolare nella fase di costruzione e della messa in opera iniziale; essi sono:
- occupazione del territorio (sono richieste opere di supporto in calcestruzzo delle torri ed edifici di supporto spesso però su territori destinati altrimenti a rimanere incolti e inutilizzati tipo crinali montuosi lontani da abitati)
- impatto visivo (attenuato ad esempio ricorrendo ad impianti off-shore)
- rumore
- interferenze elettromagnetiche
- effetti su flora e fauna (numerose ricerche mostrano che la mortalità dei volatili è trascurabile rispetto ad altre attività umane come il volo aeronautico soprattutto se si cura di non intercettare rotte migratorie; le normali attività tipo pastorizia e agricoltura possono proseguire inalterate ove già sviluppate)
SVILUPPO DELL’EOLICO IN ITALIA
Lo sfruttamento dell’energia eolica in Italia e nel mondo (in particolare negli USA ) è in grande crescita, sia in termini di potenza che di energia prodotta.
In Italia siamo passati in dieci anni da zero a 2,6 GW installati mentre la produzione di energia elet-trica ha superato la rispettabile cifra di 4000 GWh all’anno (dati Terna). E’ una produzione che ci avvicina alla produzione della Danimarca (storicamente il primo paese a sfruttare in maniera mas-siccia l’energia eolica e attualmente il maggiore produttore mondiale di turbine eoliche) che è stata di 6600 Gwh.L’Italia è al settimo posto nel mondo per potenza installata davanti a paesi come Francia, Gran Bretagna, Giappone, Ca-nada, Australia e al quarto posto in Europa dopo Germania, Spagna e Danimarca. La potenzialità (come si può leggere qui ) di crescita sono stimate in 31 GW corrispondenti a una produzione annua di 60000 Gwh (pari a circa il 19% del fabbisogno energetico elettrico!). Ricordiamo che il costo di produzione dell’energia elettrica da fonte eolica è stato stimato, in un recente studio commissionato da APER (Associazione Produttori Energie Rinnovabili), intorno ai 0,13-0,14 €/Kwh . Pertanto risulta assolutamente comparabile con i costi dell’energia ricavata da fonte nucleare (0,103 €/Kwh) o termoe-lettrica (0,116 €/Kwh con costo petrolio di 70 $/barile) stimata in questo documento. Senza considerare che per queste fonti strettamente correlate al costo del petrolio i valori saran-no destinati a salire ulteriormente mentre i costi degli impianti eolici sono concentrati nella fase di costruzione e poi si limitano a 2-3 % di costi di manutenzione annui, essendo il “combustibile” gra-tuito.
RICERCA E SVILUPPO NEL SETTORE
Anche nel settore dell’energia elettrica ricavata dal vento è in corso una vivace attività di ricerca intorno a soluzioni innovative per migliorare l’efficienza produttiva e ridurre i costi. Particolarmente interessante è la ricerca di soluzioni innovative che cercano di superare o almeno attenuare il maggiore problema dell’eolico che è l’incostanza e la aleatorietà della sorgente.
Le turbine ad asse verti-cale . , rispetto alle tradizionali turbine ad asse orizzontale, cercano già di risolvere l’aleatorietà legata alla direzione del vento in quanto il loro funzionamento è indipendente dalla direzione del vento e consentono di sfruttare intervalli di velocità del vento piu’ ampi .
Tra i progetti realmente innovativi citiamo solo il progetto canadese MAGENN AIR ROTOR SYSTEM (M.A.R.S.) e il progetto italiano KITEGEN perché supportati da prototipi realizzati fisi-camente e in qualche maniera funzionanti. Entrambi cercano di utilizzare il vento a quote elevate (dai 150 agli 800m) perché a tali quote il vento spira con maggiore costanza ed intensità.
Il Magenn Power Air Rotor System (MARS) è un innovativo dispositivo ideato e svilup-pato da una società canadese (Magenn Power Inc. . ) costituito da un leggero cilindro gonfiato ad elio che funziona come un dirigibile sospeso in aria che ruota attorno ad un asse orizzontale. Il cilindro legato a terra da cavi di sostegno viene lasciato sospeso libero nel movimento ad altezze variabili dai 150 ai 300 m e ruotando genera, tramite un gene-ratore elettrico calettato sul suo asse, energia elettrica che viene trasferita tramite cavi conduttori a terra. Dalla stazione di terra l’energia elettrica non utilizzata per il consumo immediato può essere accumulata in batterie o immessa in rete. L’ effetto Magnus. fornisce ulteriore azione ascensionale contribuendo a mantenere il dispositivo stabilizzato all’in-terno di un posizionamento controllato. I vantaggi rispetto ad una generazione tradizionale sono nel funzionamento più regolare (come sono più regolari i venti a quella quota) anche per venti a bassa velocità (in un range compreso comunque tra i 1 e i 28 metri al secondo). Altro grosso van-taggio sta nella semplicità costruttiva (non necessita di costose infrastrutture fisse come le torri eo-liche) , nella trasportabilità e nella possibilità di scegliere con maggiore libertà siti non vincolati alla ventosità a bassa quota e piu’ comodi per la connessione alla rete.
Il Kite Wind generator o KiteGen è un innovativo progetto italiano gestito da una società. appositamente costituita, che ha tra i suoi fondatori un professore del Politecnico di Milano e uno di Torino. Questo sistema assolutamente innovativo e molto promettente sfrutta i venti ad alta quota (oltre 800 m di altezza dal suolo) che spirano in maniera molto piu’ costante (pari a un numero di ore equivalenti di 7000 ore contro le 1800-2000 ore equivalenti dei migliori siti a terra) e con mag-giore potenza dei venti tradizionali a bassa quota. Questo eliminerebbe tutti i problemi statici e di-namici che impediscono l’aumento della potenza (cioè delle dimensioni) ottenibile dagli aerogene-ratori tradizionali.
Il problema di “catturare” il vento è risolto dall’idea di impiegare profili alari di potenza (Power Ki-tes) solidali al perimetro della turbina. I profili alari di potenza volano secondo traiettorie prestabili-te, che permettono di trasformare la forza esercitata sui cavi in una coppia complessiva concorde che mette in rotazione la turbina ad asse verticale. In pratica, i profili alari di potenza sono le “pale” della turbina, che le consentono di ruotare intorno ad un asse verticale, semplificando enormemen-te i problemi di fondazione e di rigidezza.
Sei profili alari di potenza controllati automaticamente, nel progetto finale previsto, sarebbero in grado di tenere in rotazione una turbina di 1.600 metri di diametro alla velocità di 15 giri all’ora, il che permetterebbe di generare la potenza di 1 GigaWatt, l’equivalente di una centrale nucleare di media potenza.
L’ulteriore vantaggio dei profili alari di potenza risiede nel fatto che la lunghezza del cavo può per-mettere loro di raggiungere altezze di 700 o 800 metri, dove il vento può essere due o tre volte più veloce, senza introdurre criticità strutturali.
A giugno 2006 il kitegen ha ricevuto un finanziamento di 15 milioni di euro a cui ha contribuito an-che la regione Piemonte. Con i primi 4 milioni di euro è partita una prima sperimentazione di un kitegen da 1 megawatt di bassa quota (800m massimi) che è stato sperimentato con successo nel settembre 2007 all’aeroporto di Casale Monferrato. In seguito partirà la sola progettazione di un kitegen di potenza usando i restanti 11 milioni di euro del contributo pubblico. Il wind kite generator di potenza sarà probabilmente da 20 MW e si suppone sarà costruito sulle ceneri dei reattori di Trino (VC). L’area è ideale perché è già protetta da una “no fly zone” (data l’altezza e le dimensioni della superficie di lavoro è indispensabile l’autorizzazione dell’ENAC l’ente nazionale per l’aviazione civile).
INCENTIVI PER LA PRODUZIONE EOLICA
Ricordiamo che La Legge n° 244 del 24/12/07 (Finanziaria 2008 – art. 2 comma 145) ha introdotto un innovativo sistema incentivante che riconosce per la durata di 15 anni una tariffa onnicom-prensiva di 30 eurocent/kWh per la produzione di energia da fonte eolica fino a 200 kW di po-tenza installata. Questo sistema di incentivo è alternativo al piu’ tradizionale sistema dei certificati verdi. , che dal 1999 (Decreto Legislativo 16/3/1999 n. 79 e successive modifiche) regolamenta l’incentivazione della produzione di energia da fonti rinnovabili. La stessa Legge 244/2007 ha altresì esteso lo scambio sul posto sino a 200 kW di potenza eolica installata ed introdotto per potenze inferiori a 60 kW (comma 161 – tabella A – fonte eolica) l’applicazione della disciplina di Denuncia Inizio Attività (D.I.A.) di cui agli art. 22 e 23 del Testo Unico D.P.R. 6 giugno 2001 n. 380 e successive modificazio-ni.
Per impianti oltre i 200 Kw di potenza rimane valido esclusivamente l’incentivo dei certificati verdi che ha subito con la finanziaria 2008 una serie di modifiche volte a ricompensare in misura piu’ certa e remunerativa le produzione da fonte rinnovabili. Dal sito del Gse. è possibile conoscere il dettaglio della normativa e scaricare la modulistica per la richiesta.