Energia Eolica

L’energia eolica diventa col tempo sempre più rilevante: sta guidando la diffusione delle energie verdi in tutto il mondo, rivelandosi essenziale per la costruzione di un futuro carbon-free.
Vista la crescente diffusione del suo impiego, è utile capire cos’è, comprenderne il funzionamento e valutarne vantaggi e svantaggi.

Cos’è l’energia eolica

È opportuno innanzitutto avere un quadro chiaro su che cos’è l’energia eolica.

Quest’ultimo termine deriva dall’antica Grecia: “Eolo” era il dio dei venti nella mitologia della cultura greca.

L’energia eolica è appunto l’energia del vento.
Più precisamente: una massa d’aria in movimento sulla superficie terrestre, tra zone di alta e di bassa pressione, genera energia cinetica, che dipende proprio dal moto dei corpi.

Si tratta di una fonte d’energia pulita e rinnovabile che, come il fotovoltaico, non produce alcun tipo di emissione di gas serra.
È pertanto alternativa a quella prodotta tramite combustione di combustibili fossili, processo che genera inquinamento e rilevante impatto ambientale.

L’energia cinetica del vento può essere sfruttata in vari modi.

• Gli aerogeneratori o pale eoliche sono uno di questi.
  Si tratta di strutture elettro-meccaniche che trasformano l’energia eolica in energia elettrica.

Questi generatori, siano ad asse verticale oppure ad asse orizzontale, richiedono una velocità minima del vento (cut-in) di 3–5 m/s ed erogano 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) le pale eoliche vengono bloccate dal sistema frenante per ragioni di sicurezza.

• Vi sono poi anche le pompe eoliche.
  Queste strutture sfruttano la corrente eolica tramite l’utilizzo di pale che la trasformano in energia meccanica, impiegata per movimentare l’acqua.
• Mulini a vento.
  In tal caso l’energia eolica, trasformata in energia meccanica, viene sfruttata per macinare cereali o altri materiali in ambito agricolo, artigianale o industriale.
• Vele.
  Queste sfruttano l’energia del vento come propulsione per il movimento di veicoli aerei o acquatici.

L’energia eolica in Italia gioca un ruolo centrale: il 5% della potenza eolica europea è proprio nel territorio nazionale.
Secondo i dati pubblicati alla fine del primo semestre del 2019 dall’Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile, le installazioni eoliche nazionali ammontano a 10,7 GW.

Inoltre, nel 2017 la produzione annuale di energia eolica è cresciuta del 17%, fino a coprire il 4,4% del fabbisogno elettrico planetario, fornendo l’11,6% dell’energia elettrica nell’Unione Europea.

Nel 2018 la capacità di generazione elettrica eolica installata nel mondo è aumentata del 9,6%, fino a 591 GW.

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Come funziona l’eolico

Il funzionamento di un generatore eolico, nonostante le possibili differenze tra gli impianti, rimane il medesimo ed è abbastanza semplice:

1. Le pale iniziano a ruotare sotto la forza del vento, quando essa raggiunge la velocità minima di avvio.
   Questo parametro dipende dalla taglia dell’impianto e può variare da minimo 2-3 m/sec per quelli di piccola taglia e 5-6m/sec per quelli più grandi.
2. La rotazione viene poi trasferita, attraverso un apposito sistema meccanico di moltiplicatore di giri, ad un generatore elettrico.
3. Quest’ultimo trasforma l’energia meccanica prodotta dal vento in energia elettrica.
4. L’energia prodotta viene prima regolata, con l’utilizzo di un trasformatore, ad un livello di tensione superiore adeguato e poi immessa nella rete elettrica.

Tutti i generatori eolici hanno una soglia massima di velocità del vento tollerata e, oltre questa soglia, il generatore smette di produrre energia mettendosi in sicurezza per evitare danni alle componenti meccaniche.

Per comprendere ancora più a fondo il funzionamento di un impianto eolico, è bene conoscere gli elementi che lo costituiscono.

Ogni aerogeneratore si compone di:

• Un rotore o turbina eolica.
  Si tratta essenzialmente delle pale, realizzate in genere in fibra di vetro e collegate ad un mozzo.
• La navicella o gondola.
  Essa si trova in cima alla torre e contiene i sistemi di trasformazione (moltiplicatore di giri e generatore elettrico) e di controllo della macchina.
• La torre.
  Si tratta dell’elemento funzionale a sostenere il rotore e la navicella, nonché a resistere a tutte le sollecitazioni.

Gli impianti eolici, a seconda del loro sito d’installazione, possono distinguersi in:

• On-Shore.
  Sono quelli che si trovano fissati al suolo e che conoscono maggior diffusione.
• Off-Shore.
  Questa tipologia è installata a largo dei mari.
  Si tratta di una soluzione meno frequente in quanto il costo dell’impianto è in tal caso superiore, ma lo è anche la capacità di produrre energia.
• Near-Shore.
  Tali impianti sono posti sulla costa, entro dieci chilometri di distanza dal mare.

Le pale eoliche possono inoltre essere ad asse:

• Verticale.
  L’asse di rotazione è verticale rispetto al suolo.
  Queste pale possono sfruttare il vento in qualsiasi direzione.
• Orizzontale.
  In tal caso l’asse di rotazione è orizzontale rispetto al suolo.
  Per poter sfruttare l’energia del vento in più direzioni, nonostante tale configurazione, il rotore viene dotato di un sistema che gli permette di  ruotare orizzontalmente di 180° o, in alcuni casi, di 360°.

Infine, un’ulteriore classificazione è operabile sulla base della potenza dell’impianto:

• Micro Eolico.
  Da 1kW a 20kW di potenza.
• Mini Eolico.
  Da 20kW a 200kW di potenza.
• Grande Eolico.
  Da 200kW di potenza in su.

Vantaggi e svantaggi

L’impiego di energia eolica comporta vantaggi e svantaggi.

I principali vantaggi dell’energia eolica sono:

• Il suo essere una fonte energetica rinnovabile.
  Infatti, il vento è una fonte di energia completamente rinnovabile.
  A differenza di materie prime fossili (come petrolio e carbone), esso non si può esaurire e il suo impiego è perfettamente sostenibile.
• Ridotta occupazione del suolo.
  Infatti le turbine possono essere installate ovunque, persino in mare.
  In ogni caso l’occupazione del suolo è molto contenuta, inferiore a quella del fotovoltaico.
  Inoltre, la zona sottostante può essere impiegata per altre attività, come quella agricola e di pastorizia.
• Completa assenza di emissioni nocive.
  Un impianto ad energia eolica garantisce zero emissioni di CO2 e nessun tipo d’inquinamento di acqua, suolo e aria.
  Dunque è possibile ottenere energia elettrica in modo del tutto ecologico e a basso impatto ambientale.
• Elevata capacità d’integrazione.
  Le turbine eoliche possono essere integrate con altre tecnologie nell’ambito delle rinnovabili, come i sistemi fotovoltaici e gli impianti geotermici.
  La sinergia tra le diverse energie sostenibili consente di risolvere alcune criticità, come la produzione di elettricità anche in inverno e nelle giornate nuvolose, riducendo sempre di più la dipendenza dai combustibili fossili.
• Ridotta manutenzione.
  In confronto ad esempio agli impianti fotovoltaici, i sistemi eolici richiedono meno manutenzione, con una gestione semplificata e meno frequente anche rispetto alle centrali termoelettriche.
• Rendimenti prevedibili.
  Per aumentare la produttività è sufficiente installare l’impianto eolico dove è in grado di offrire le migliori prestazioni, studiando le zone ventose e più convenienti per ottenere una resa elevata.
  Dunque basta una corretta pianificazione per ottenere un ritorno sugli investimenti certo.
• Modularità.
  Gli impianti possono essere composti da singoli generatori così come da un loro vasto insieme (come avviene nei parchi eolici).
  Inoltre, è possibile riscontrare soluzioni adatte ad ogni tipo di fabbisogno energetico, da quello domestico a quello industriale.

Per quanto riguarda invece gli svantaggi dell’energia eolica, i principali sono:

• Impatto paesaggistico.
  Si tratta di un eventuale svantaggio legato all’effetto visivo, per cui gli impianti modificano il paesaggio e il territorio.

• Elevati costi iniziali.
  La spesa per un impianto eolico è significativa e il recupero dell’investimento avviene nel lungo periodo.
• Inquinamento acustico.
  Le grandi turbine, soprattutto di impianti On-Shore, possono rivelarsi rumorose.Questo è il motivo per cui non possono essere installate a meno di 500 metri dai centri abitati e per cui è preferibile la realizzazione di impianti eolici Off-Shore.

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