Energia Eolica oggi

Eolo e' nostro amico?

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    Eolo è un personaggio della mitologia greca, indicato come il re o il dio dei venti.
    Per convenzione il suo nome viene utilizzato per tutto cio' che riguarda il vento.

    1. Che cos’è il vento e come si forma?
    2. Come si misura il vento?
    3. Il generatore eolico come funziona?
    4. Cosa sono le wind-farm?
    5. Cosa si intende per mappa eolica?
    6. Quali sono i tipi di impianti eolici?
    7. Che diffusione ha raggiunto l'energia eolica nel mondo? ed il Italia?

    Vediamolo insieme:

    1. 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 a vento, 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.
    La parola “eolica” deriva da Eolo, dio greco del vento, il cui nome “aiolos” significa “veloce”.
    L’energia elettrica si ottiene sfruttando l’energia cinetica del vento che fa girare le pale di un’elica; queste a loro volta sono collegate ad un generatore che trasforma l’energia meccanica (rotazione delle pale) in energia elettrica. Questi moderni mulini a vento sono chiamati aerogeneratori. Il vento è un fenomeno atmosferico dovuto al riscaldamento del Sole. Il Sole irradia sulla Terra 1.74 x 1017 watt di potenza; di questa circa il 2% viene convertita in energia eolica. 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, influenzata 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 d’aria. 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.

    2. Un vento viene descritto attraverso due parametri: la forza (che è in relazione alla velocità) e la direzione.
    Tutti abbiamo potuto sperimentare che il vento non è costante, cambia forza e direzione. La direzione di provenienza si può osservare mediante una banderuola lasciata libera di orientarsi. 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 (Grecale se viene dalla Grecia, Libeccio se viene dalla Libia, Scirocco se viene dalla Siria), altre volte, come nella “Rosa dei Venti”, viene indicato con i punti cardinali (vento di Nord-Est, vento di Sud-Ovest).
    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 = 1 miglio orario = 1,85 chilometri orari), o attraverso la scala proposta da Francis Beaufort. La velocità si misura con l’anemometro, una semplice girandola esposta alla forza del vento: si va a misurare la velocità di rotazione.

    3. La più importante forma di impiego dell'energia eolica è quella relativa alla produzione di energia elettrica attraverso i generatori eolici, ovvero aerogeneratori. L’energia elettrica si ottiene sfruttando l’energia cinetica del vento: le masse d’aria in movimento ad una velocità superiore ai 10 chilometri orari fanno girare le pale di un elica; queste a loro volta sono collegate ad un generatore che trasforma l’energia meccanica in energia elettrica. Esistono aerogeneratori diversi per forma e dimensione. Possono, infatti, avere una, due o tre pale di varie lunghezze: quelli con pale lunghe 50 centimetri vengono utilizzati come caricabatteria, quelli con pale lunghe circa 30 metri sono in grado di erogare una potenza di 1500 chilowatt, riuscendo a soddisfare il fabbisogno elettrico giornaliero di circa 1000 famiglie. Il più diffuso aerogeneratore è costituito da una torre di acciaio di altezze che si aggirano tra i 60 e i 100 metri, con due o tre pale lunghe circa 20 metri e genera una potenza di 600 chilowatt che equivale al fabbisogno elettrico giornaliero di 500 famiglie.
    Le pale del generatore eolico sono fissate su un elemento meccanico chiamato mozzo a formare l’elemento dell’aerogeneratore chiamato rotore. A seconda della posizione dell’asse attorno a cui ruota questo meccanismo, si distinguono rotori ad asse orizzontale e rotori ad asse verticale. I primi sono i più noti e diffusi, i secondi sono stati utilizzati fin dall’antichità, ma solo ultimamente sono oggetto di studi e ricerche per migliorarne l' efficienza (i principali vantaggi dell'asse verticale sono: il costante funzionamento indipendentemente dalla direzione del vento, la migliore resistenza anche alle alte velocità dei venti e alla loro turbolenza).
    La struttura di un generatore eolico con rotore ad asse orizzontale è semplice: un sostegno (formato da fondamenta e torre) che reca alla sua sommità una gondola o navicella. In questo involucro sono contenuti l'albero di trasmissione lento, il moltiplicatore di giri, l'albero veloce, il generatore elettrico e i dispositivi ausiliari (sistema frenante e sistema di controllo).
    All'estremità dell'albero lento è fissato il rotore (costituito dal mozzo sul quale sono montate le pale). (Vedi grafico)
    La forma delle pale è disegnata in modo che il flusso dell'aria che le investe azioni il rotore.
    Dal rotore, l'energia cinetica del vento viene trasmessa a un generatore di corrente. Il generatore eolico funziona a seconda della forza del vento. Al di sotto dei 4/5 metri al secondo non può partire. La velocità minima che permette alla macchina di fornire la potenza di progetto è 10/12 metri al secondo per qualche centinaia di chilowatt. Ad elevate velocità (20/25 metri al secondo) l'aerogeneratore viene spento per ragioni di sicurezza.
    I progressi nel disegno dei rotori eolici degli ultimi 10 anni permettono a questi di operare anche a velocità del vento inferiori, imbrigliando una quantità maggiore di energia e raccogliendola ad altezze maggiori, aumentando la quantità di energia eolica sfruttabile.
    Sono stati messi a punto anche 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.

    4. 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 diminuzioni di produzione di energia. 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 20 metri, questo significa installarne uno ogni 200 metri circa. Esistono sia wind-farm terrestri (on-shore) che in mare aperto (off-shore).
    Le centrali in mare rappresentano un’utile soluzione per quei paesi densamente popolati e con forte impegno del territorio che si trovano vicino al mare. La tecnologia degli aerogeneratori da utilizzare in siti off-shore è in pieno sviluppo: a livello commerciale esistono macchine da 1 megawatt ed esistono prototipi da circa 3 megawatt. I sistemi eolici hanno una ottimale collocazione in mare aperto dove ci siano fondali poco profondi, questo sia per un minor impatto ambientale-paesaggistico, sia per una migliore qualità e costanza del vento. Generalmente tali impianti sono costituiti da grandi torri con pale ad asse orizzontale ma con un occhio di riguardo alla navigazione commerciale che, in acque poco profonde, difficilmente potrebbe transitare. Secondo alcune stime, gli impianti eolici nei mari europei potrebbero fornire oltre il 20% del fabbisogno elettrico dei paesi costieri, secondo altre stime invece potrebbero arrivare a fornire appena la metà che comunque rimane un ottimo valore. Purtroppo i costi in questo caso lieviterebbero esponenzialmente con aggravi importanti per la bolletta energetica. Attualmente in Europa sono operative 5 centrali off-shore installate in Olanda, Svezia e Danimarca con una potenza totale di 30 megawatt.
    In Italia non esiste ancora alcun impianto off-shore, ma è stato calcolato un potenziale sfruttabile di 3000 megawatt, pari a quello sulla terraferma, in grado di soddisfare il 3% degli attuali consumi di elettricità.

    5. Per produrre energia elettrica in quantità sufficiente è necessario che il luogo dove si installa l’aerogeneratore sia molto ventoso.
    La valutazione della potenzialità produttiva di un impianto eolico è un’operazione difficile e complessa, che dipende dalle caratteristiche dei venti che soffiano nel luogo l’impianto verrà realizzato. La conformazione di un terreno influenza la velocità del vento. Eventuali ostacoli possono influenzare profondamente velocità, potenza, direzione e distribuzione dei venti. Per quanto riguarda i rilievi montuosi, si è costatato che, mentre i pendii ripidi creano turbolenze pericolose per la stabilità e negative per il rendimento del generatore eolico, quelli più graduali favoriscono la concentrazione del vento.
    In generale la posizione ideale di un aerogeneratore è in un terreno con un numero non eccessivo di ostacoli con una pendenza compresa tra i 6 e i 16 gradi. Il vento deve superare la velocità di almeno 5,5 metri al secondo e deve soffiare in modo costante per gran parte dell’anno. Per quanto riguarda i siti eolici off-shore, i migliori sono quelli con venti che superano la velocità di 7-8 metri al secondo, che hanno bassi fondali (da 4 a 40 metri) e che distano oltre 3 chilometri dalla costa. La creazione di un impianto presuppone la conoscenza della "mappa eolica" del luogo, indicativa di quanto e come soffia il vento. Inoltre, prima di costruire un impianto, vengono realizzate registrazioni sistematiche e per prolungati periodi di tempo di grandezze, come velocità e traiettorie dei venti che soffiano nei luoghi prescelti.

    6. L'energia elettrica può essere utilizzata attraverso due grandi categorie di impianto:
    a) Impianti per utenze isolate
    b) Impianti concepiti per essere allacciati a reti elettriche già esistenti.

    Un primo tipo di impianto è quello per la produzione di energia elettrica "di servizio" fornita da piccoli aerogeneratori di potenza inferiore a 1 chilowatt (rotore di 1-2 m.) per l'alimentazione di apparecchiature poste in luoghi isolati, come ripetitori radio, rilevatori, impianti di segnalazione, ecc.; questi utilizzi sono spesso concorrenziali o utilizzati insieme ai sistemi fotovoltaici. Inoltre esiste una produzione di elettricità per l'alimentazione di case sparse o insediamenti isolati non allacciati alla rete. Tali impianti sono costituiti da aerogeneratori di piccola taglia (3-20 chilowatt) e un sistema di accumulo (batteria) dell'energia elettrica prodotta nei momenti di vento favorevole. Queste applicazioni hanno diffusione limitata nei paesi industrializzati, ma potrebbero avere prospettive interessanti nei paesi in via di sviluppo con elevata ventosità.
    Il secondo tipo di impianti eolici è connesso alla rete e si suddivide in due categorie: quello per la produzione di elettricità per l'alimentazione di piccole reti di distribuzione dell’energia elettrica e quello collegato alla rete nazionale. Nel primo caso si tratta impianti situati su piccole isole o in aree remote che sono alimentate da sistemi elettrici non connessi con la rete nazionale. Anche per questa tipologia di sistemi si può prevedere l'impiego congiunto di eolico e fotovoltaico (impianti ibridi), che potrebbero, in alcuni casi, integrarsi a vicenda su base annua.
    L'applicazione di maggior interesse per l'eolico è invece l'alimentazione delle grandi reti nazionali; per questo scopo sono utilizzate macchine di taglia medio-grande installate singolarmente o in gruppi di unità (wind-farm) con potenze totali dell'ordine di alcuni megawatt o di alcune decine di megawatt.

    7. Negli ultimi anni la produzione di energia eolica si è molto sviluppata soprattutto in Europa e sta crescendo sempre più. L’ultimo rapporto (anno 2004) indica una capacità di produzione elettrica dell’eolico in tutto il mondo che ha ormai superato i 31.000 megawatt, tanto da poter soddisfare i bisogni di 35.000 milioni di individui. L’Europa da sola rappresenta i tre quarti (74,3%) della capacità mondiale con i suoi 23.291 megawatt prodotti, con una crescita del 33% rispetto all’anno precedente. Del resto l’eolico, attualmente, contribuisce soltanto al 2% del totale del fabbisogno di energia in Europa. La Germania è il vero leader mondiale con 12.000 megawatt, seguita dalla Spagna (4.830 megawatt) e dagli Stati Uniti (4.685 megawatt).
    Ancora moltissimi territori potrebbero essere utilizzati per generare energia eolica in aree scarsamente popolate e in regioni ventose come le grandi pianure del Nord America, il nordovest della Cina, la Siberia Orientale e le regioni argentine della Patagonia, oltre all'enorme potenziale degli impianti off-shore (in mare aperto).
    Nel nostro Paese, i venti sono condizionati da diversi fattori: il clima dell'area mediterranea, la posizione geografica dell'Italia, la sua forma allungata e circondata dal mare e i numerosi rilievi montuosi disposti in maniera irregolare che funzionano spesso da barriera e talvolta da elemento incanalatore. Tutti questi aspetti fanno sì che la quantità d'energia disponibile entro i primi 100 metri dal suolo (quelli che interessano lo sfruttamento mediante impianti eolici) in Italia sia molto inferiore a quella riscontrabile nei paesi europei che si affacciano sull'oceano. L’Italia può comunque contare, specie nelle zone meridionali e nelle isole, su venti di buona intensità, quali il maestrale, la tramontana, lo scirocco e il libeccio. L’Italia occupa il sesto posto della classifica europea di produzione di energia eolica (780 megawatt; secondo uno studio attendibile la potenza installabile di centrali eoliche in Italia è di circa 15.000 megawatt,) con oltre 12.000 aerogeneratori concentrate soprattutto in: Abruzzo, Molise, Campania, Puglia e Sardegna. I risultati di un’indagine hanno evidenziato che i siti più idonei allo sfruttamento dell’eolico si trovano lungo il crinale appenninico, al di sopra dei 600 metri sul livello del mare, e, in misura minore, nelle zone costiere. Le regioni più interessanti sono quelle del sud già nominate; in particolare il territorio compreso tra le province di Trapani, Foggia, Benevento, Avellino e Potenza che è il principale polo eolico nazionale.
    La maggiore diffusione dell’eolico nel nostro paese si è registrata tra il 1999 e il 2006, quando gli impianti sono più che raddoppiati, grazie anche ad una normativa che obbliga le imprese elettriche a generare il 2% di energia da fonti rinnovabili.
    (varie fonti fra cui ENEL, ENEA e altri)
     
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