L’eolico è una fonte rinnovabile pienamente affermata e con ottime prospettive di ulteriore sviluppo nel breve e medio termine.
Il motivo di questo successo è dovuto al fatto che si tratta di una tecnologia affidabile e sicura, in grado di produrre elettricità a costi competitivi rispetto alla generazione elettrica da fonti fossili e nucleari.
Il principio di funzionamento di un generatore eolico si basa sulla trasformazione dell’energia cinetica del vento in energia elettrica e, la presenza di sistemi di regolazione e controllo, assicura la massima produzione elettrica e la protezione della turbina in caso di vento eccessivo.

Anche se non esiste una classificazione condivisa delle taglie dell’eolico, abbiamo individuato quattro grandi famiglie che rispecchiano anche quattro diversi campi di applicazione:

  • micro eolico, di potenza fino a 20 kW, adatto per l’autoconsumo di piccole utenze isolate o connesse alla rete;
  • mini eolico, di potenza compresa tra 20 kW e 200 kW, ideale per scambiare o vendere l’elettricità prodotta;
  • eolico di grande taglia, con turbine di potenza superiore ai 200 kW, si configura sempre più come una delle scelte strategiche per diversificare le fonti di approvvigionamento energetico del nostro paese;
  • eolico offshore,  consente di sfruttare in maniera ottimale i forti venti che spirano in mare aperto, grazie anche all’utilizzo di grandi generatori di potenza superiori a 5 MW.

E’ importante innanzitutto conoscere come è fatto il generatore eolico e quali sono i suoi principali componenti.

generatore-eolico-sezione

Il rotore: è costituito da un mozzo su cui sono fissate le pale, generalmente in fibra di vetro, che possono ruotare anche a una velocità di 200 Km/h. I rotori a due pale sono più economici e girano a velocità più elevate. Sono però rumorosi e vibrano più di quelli a tre pale, mentre la resa energetica è simile. Esistono anche rotori con una sola pala, equilibrata da un contrappeso.
A parità di condizioni, i rotori a una pala sono più veloci dei bipala, ma hanno rese energetiche un poco inferiori.
Alcuni rotori sono dotati di pale in grado di inclinarsi al variare della velocità del vento per consentire di mantenere costante la quantità di elettricità prodotta.
Moltiplicatore di giri: la sua funzione è di trasformare la rotazione lenta delle pale in una più veloce per far funzionare con maggior efficienza il generatore di elettricità.
Il generatore: trasforma l’energia meccanica in energia elettrica. La potenza del generatore viene indicata in chilowatt (kW).
Il sistema di controllo: gestisce le diverse operazioni di lavoro, azionando il dispositivo di sicurezza che blocca il funzionamento dell’aerogeneratore in caso di guasto o di sovraccarico dovuto a una forte velocità del vento.
Il sistema frenante: è composto 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 e come freno di emergenza, in caso di eccessiva velocità del vento, per arrestare il rotore.
Il sistema di frenaggio meccanico, invece, 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 e può essere tubolare o a traliccio; per poter resistere alle oscillazioni causate dalla pressione del vento deve essere ancorata al terreno mediante fondamenta, normalmente interrate e in cemento armato.
La navicella e il sistema di imbardata: la navicella contiene tutti i componenti dell’ aerogeneratore, esclusi il rotore e il mozzo; è collocata in cima alla torre ed è in grado di girare di 180° sul proprio asse.
Per assicurare il massimo rendimento dell’aerogeneratore è importante mantenere un allineamento continuo tra l’asse del rotore e la direzione del vento.
Negli aerogeneratori di media e grossa taglia è garantito da un servomeccanismo (sistema di imbardata) mentre nei piccoli aerogeneratori viene impiegata una pinna direzionale.
Nel sistema di imbardata un sensore (banderuola) indica lo scostamento dell’asse dalla direzione del vento e aziona un motore che riallinea la navicella.

Generatori micro eolici (< 20 kW)

Si tratta di macchine ideali per l’alimentazione di utenze residenziali, agricole e industriali di piccole-medie dimensioni.
A seconda che che siano o meno dotati di un collegamento con la rete elettrica, i micro impianti eolici possono configurarsi come:

  • impianti in rete: l’energia prodotta viene valorizzata attraverso i meccanismi dello Scambio sul posto o della Tariffa onnicomprensiva;
  • impianti in isola: le utenze isolate dalla rete elettrica (baite montane, comunità rurali, ecc.) possono trarre grandi benefici dalla tecnologia eolica, anche in abbinamento ad altre fonti di energia rinnovabili e/o convenzionali.mappa-velocità-media-annua-vento-in-italia

L’installazione di un generatore eolico, anche di piccola taglia, non può prescindere da valutazioni sulle caratteristiche del vento. In linea di massima, l’Italia centro-meridionale presenta le condizioni più favorevoli; tuttavia anche alcune zone dell’Italia settentrionale si prestano allo sfruttamento dell’energia eolica.
Per valutare la ventosità di un sito e stimare quindi la quantità di energia elettrica che se ne può ricavare, si possono percorrere due strade:

    • realizzare campagne anemometriche di misurazione;
    • consultare l’Atlante eolico on-line.

Nel caso del micro eolico ci si affida, nella maggior parte dei casi, agli atlanti eolici o ad altre fonti di dati, dal momento che una campagna di misurazione realizzata ad hoc presenterebbe costi proibitivi.
I micro generatori eolici sono ideali per l’utilizzo in siti caratterizzati da venti a velocità medio-basse, intorno ai 5 m/s.

Una volta appurato che le caratteristiche locali del vento sono sufficienti per un buon numero di ore/anno di funzionamento della turbina, non rimane che procedere con l’installazione. La scelta del sito è spesso il risultato di un indispensabile compromesso tra diverse esigenze.
Se si installa un generatore molto (troppo) vicino all’utenza, c’è il rischio che la presenza di edifici e altri manufatti possa interferire con il vento. Inoltre, il rumore del rotore potrebbe risultare fastidioso.
La qualità di una turbina influisce molto sull’impatto acustico in fase di esercizio. A titolo indicativo, il rumore prodotto da un buon micro impianto di 1 kW, a distanze superiori ai 15-20 metri, non supera i rumori dell’ambiente circostante.
Se invece si installa un generatore molto (troppo) distante dall’utenza, si risolvono i problemi legati al rumore e alle interferenze, ma aumentano considerevolmente i costi per l’interramento e il cablaggio dei cavi elettrici.

Infine un parametro da non sottovalutare è quello dell’altezza della torre: qualche metro in più in altezza consente di sfruttare venti più potenti e regolari, aumentando la producibilità dell’impianto. Per evitare i flussi di aria turbolenta, l’altezza minima consigliata per una torre è di 10 metri.
Un ostacolo di 10 metri, come un edificio o un albero, crea intorno a sé una zona di turbolenza che può essere due volte l’altezza dell’ostacolo stesso, per un funzionamento ottimale della turbina l’altezza della torre deve essere di almeno 20 metri.
L’impatto ambientale del micro eolico è assolutamente limitato, non solo per la taglia ridotta, ma anche perché di norma le turbine sono poste in prossimità dell’utenza, e quindi in un ambiente già modificato dall’uomo.

Micro generatori ad asse orizzontale

La configurazione più diffusa prevede un rotore tripala e una turbina disposta ad asse orizzontale. Le pale sono relizzate con materiale leggero e resistente, solitamente in fibra di vetro e/o carbonio.pala-eolica
La rotazione delle pale è molto veloce; questo consente un collegamento diretto tra rotore e generatore elettrico, senza bisogno di prevedere un moltiplicatore di giri. L’allineamento tra le pale e la direzione del vento avviene grazie ad un timone (o banderuola) direzionale.
La velocità del vento minima per l’avvio è di 3-4 m/s; in molti casi producono energia anche a velocità del vento molto elevate.
In caso di vento eccessivo, ricorrono a sistemi passivi di sicurezza; il sistema più comune prevede la rotazione verticale del rotore sul proprio asse.

Nella tabella seguente sono riportate le principali tecniche di un tipico micro generatore da 3 kW, ideale per soddisfare il fabbisogno elettrico di un piccolo edificio ed eventualmente cedere parte dell’elettricità alla rete.

tabella-micro-impianto-eolico-caratteristiche

Micro generatori ad asse verticale

Alcune case produttrici si sono specializzate nella progettazione e sviluppo di generatori ad asse verticale. A seconda del principio di funzionamento, i micro generatori possono essere del tipo “Savonius” oppure “Darrieus”.
savonius-micro-generatore-ad-asse-verticaleIl generatore Savonius, dal nome dell’ingegnere finlandese che lo brevettò nel 1929, è una macchina ad asse verticale, molto semplice dal punto di vista costruttivo e di funzionamento. Oltre alle caratteristiche di semplicità, essa ha il vantaggio di essere molto robusta e di avere una forte coppia di spunto, cosa che ne consente l’avviamento anche con venti debolissimi. Di contro ha applicazioni solo con potenze ridotte poiché la turbina Savonius lavora bene con venti deboli, mentre il suo rendimento crolla con venti forti ed anzi risulta vulnerabile, poiché le sue dimensioni non consentono di superare certi limiti. Il rendimento globale massimo è pari allo 0,2. Darrieus-turbina-impianto-eolico

La turbina Darrieus fu inventata, nel 1931 da un francese che le diede il nome. Essa viene anche chiamata ibrida perché presenta contemporaneamente caratteristiche di altre macchine: asse di rotazione verticale analogamente alla Savonius e pale di tipo aerodinamico, come gli altri aerogeneratori.
La macchina Darrieus è caratterizzata da grande semplicità di costruzione e da alto rendimento che si attesta intorno a 0.4, riuscendo a combinare i vantaggi di entrambe le tipologie suddette. Il regime di rotazione è molto elevato.

Secondo quanto previsto dal Dm 6 luglio 2012, l’elettricità prodotta ed immessa in rete da impianti eolici fino a 1 MW, entrati in esercizio in data successiva al 1° gennaio 2013, ha diritto a beneficiare del meccanismo incentivante della Tariffa onnicomprensiva per un periodo di 20 anni dall’entrata in esercizio o in alternativa al servizio di Scambio sul posto (fino a una potenza massima di 500 kW).