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Energia Eolica

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.

L’energia eolica è l’energia posseduta dal vento.

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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.

13IMPIANTO 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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Rotore

Sistema frenante

Torre e FondamentaNavicella e

Sistema di imbardata

Sistema di controllo

Generatore

Moltiplicatore di giri

COMPONENTI PRINCIPALI DI UN AEROGENERATORE

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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 TORRELa 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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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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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.

Vantaggi rispetto ai sistemi tradizionali

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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 GENERATORIl 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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ALTRO ESEMPIO DELL’EOLICO DEL FUTURO

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.