ppppppppp Energia Eolica - Dipartimento di Ingegneria dell`Energia

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BOLOGNA
Anno Accademico 2006/2007
ESAME DI PRINCIPI DI INGEGNERIA ELETTRICA LS
Prof. Negrini Francesco
IMPIANTI DI PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA MEDIANTE
GENERATORI EOLICI E MICRO-EOLICI
Lo scenario energetico
Oltre l’80% dell’energia utilizzata nel mondo viene prodotta
bruciando combustibili fossili, quali petrolio, carbone e metano.
È ormai accertato che proprio negli impianti in cui si utilizzano
combustibili fossili si generano quei gas inquinanti che,
una volta immessi nell’atmosfera, danneggiano l’ambiente.
Uno sviluppo sostenibile
Per fronteggiare i diversi problemi ambientali è
necessario adottare un modello di sviluppo sostenibile
per conciliare la crescente domanda di energia, e quindi
il crescente consumo di combustibili fossili, con la
salvaguardia dell’ambiente.
L’unica soluzione possibile è comunque la
DECARBONIZZAZIONE DELL’ENERGIA
IMPEGNO ALLA
DECARBONIZZAZIONE
l’uso più esteso delle
FONTI DI ENERGIA RINNOVABILI,
in quanto sono in grado di garantire un impatto
ambientale più contenuto di quello
prodotto dalle fonti fossili.
Tra le fonti rinnovabili, l’impiego dell’energia
eolica per la produzione di energia elettrica
è ormai una realtà consolidata, e rappresenta un
caso di successo tra le nuove fonti rinnovabili.
Le fonti rinnovabili di energia
Le fonti “rinnovabili” di energia sono quelle fonti
che, a differenza dei combustibili fossili e nucleari
destinati ad esaurirsi in un tempo definito, possono
essere considerate inesauribili.
Sono fonti rinnovabili di energia l’energia solare e quelle
che da essa derivano:







l’energia idraulica,
del vento,
delle biomasse,
delle onde e delle correnti,
l’energia geotermica,
l’energia dissipata sulle coste dalle maree,
i rifiuti industriali e urbani.
Con opportune tecnologie è possibile convertire queste
fonti in energia termica, elettrica, meccanica o chimica.
Le caratteristiche
delle fonti rinnovabili
VANTAGGI



Rinnovamento della disponibilità
in tempi brevi
Inquinamento ambientale
trascurabile
non provoca effetti irreversibili
sull’ambiente e il ripristino delle
aree utilizzate non ha costi
eccessivi
LIMITI



Forniscono energia in modo
intermittente (soprattutto
eolico e solare)
Il loro utilizzo può contribuire
a ridurre i consumi di
combustibile nelle centrali
convenzionali, ma non può
sostituirle completamente.
per produrre quantità
significative di energia, spesso è
necessario impegnare rilevanti
estensioni di territorio
La nascita delle fonti rinnovabili
1973 - Paesi arabi produttori di petrolio aumentarono
improvvisamente il suo prezzo + nel mondo della ricerca crebbe la
consapevolezza della esauribilità dei combustibili fossili.
si diffusero i termini di risorse “alternative” e “rinnovabili”:
ALTERNATIVE all’idea che l’energia potesse prodursi solo
facendo bruciare qualcosa
RINNOVABILI nel senso che, almeno virtualmente, non si
potessero mai esaurire.
La situazione oggi
Oggi, l’utilizzo delle fonti rinnovabili di energia è ormai
una realtà consolidata e il loro impiego per la
produzione di energia è in continuo aumento.
Questo è reso possibile non solo dal continuo sviluppo
tecnologico, ma soprattutto perché gli Stati hanno
attribuito a tali fonti un ruolo sempre più strategico
nelle scelte di politica energetica, sia nel tentativo di
ridurre la dipendenza economica e politica dai paesi
fornitori di combustibili fossili, sia per far fronte alla
loro esauribilità e alle diverse emergenze ambientali.
Il contributo delle fonti di energia
rinnovabile nel mondo
Nel 1996 le fonti rinnovabili hanno contribuito per circa il
17% al soddisfacimento del fabbisogno di energia elettrica
mondiale; nell’Unione Europea il dato scende a circa il 6%,
mentre in Italia se si includono i grandi impianti idroelettrici è
di circa il 20%.
Il contributo delle fonti rinnovabili in Italia
Il fabbisogno energetico nazionale è di circa 173 Mtep/anno.


oltre l’80% viene soddisfatto con fonti fossili importate.
Il contributo delle fonti rinnovabili, se si escludono i grandi impianti idroelettrici, è del
7,4%, pari a circa 12,8 Mtep di cui:



9,5 Mtep sono prodotti dai piccoli impianti idroelettrici,
1 Mtep da impianti geotermici
circa 2,15 Mtep dall’uso domestico delle biomasse per la produzione di calore
Rispetto al potenziale sfruttabile e allo stato dell’arte a livello internazionale, è ancora
trascurabile il ricorso alle altre fonti rinnovabili (solare, eolico, biocombustibili,
rifiuti, ecc.).
L’energia eolica
Fra le fonti energetiche rinnovabili, il vento è una
risorsa disponibile, ecologica e sostenibile.
Tra le fonti rinnovabili derivanti dal Sole, l’energia posseduta dal vento è stata la prima ad essere
stata utilizzata dall’uomo sotto forma di energia meccanica (navigazione ed energia prodotta dai
mulini a vento per le applicazioni più svariate, dal pompaggio dell’acqua, alla macinazione dei
cereali, alla spremitura delle olive, alle industrie manifatturiere)
Tra il 1880 e il 1930 nacquero i primi generatori di energia elettrica, con la costruzione nel 188788 a Cleveland (Ohio)del primo impianto eolico ad opera dell'americano Charles F.Brush iniziò la
produzione di elettricità sfruttando il vento, gli aerogeneratori avevano potenza variabile fra i 3 ed
i 30 kW. Successivamente, con la realizzazione di aerogeneratori di potenze crescenti (dai 50 kW ai
4500 kW dei più grandi di oggi) si giunse alla costruzione di macchine tecnologicamente evolute,
ad asse orizzontale e basso numero di pale (da 1 a 3) con sezione a profilo alare, ed in alcuni paesi,
come la Danimarca, si arrivò a soddisfare una consistente parte del fabbisogno nazionale di
energia elettrica.
Gli sviluppi più moderni
In questi ultimi anni in Europa sono notevolmente aumentati i siti per la produzione di energia elettrica
dal vento (Wind Farm), nei luoghi dove le condizioni climatiche, orografiche e ambientali permettono il
migliore sfruttamento della risorsa vento.
ha contribuito ad affinare le tecnologie ed a ridurre i costi delle attrezzature eoliche: attualmente infatti
sono disponibili sul mercato macchine eoliche di tutte le taglie, sicure e tecnologicamente affidabili.
La produzione di energia elettrica eolica è normalmente associata all’immagine di grandi di siti con
numerose ed enormi macchine sui crinali o in mare aperto: impianti spesso non graditi dalle
popolazioni per l’impatto visivo sul paesaggio e, quando sono vicini alle abitazioni, per il continuo
rumore che provocano.
Gli impianti eolici di piccole e piccolissime dimensioni, invece, hanno un impatto visivo ed ambientale
sostanzialmente nullo, di poco superiore a quello di un’antenna parabolica. Essi possono essere
utilizzati, da soli o accoppiati con i pannelli fotovoltaici, per fornire elettricità a zone remote o
difficilmente raggiungibili dalla rete elettrica (abitazioni isolate, riserve naturali, stazioni meteo, rifugi
alpini, ecc.).
Piccoli generatori eolici vengono impiegati anche per alimentare le piccole utenze di bordo delle
imbarcazioni da diporto (frigorifero, quadro di controllo, luci, etc.).
Collegati alla rete nazionale, infine, possono integrare l’energia occorrente alle infrastrutture turistiche
(campeggi, hotel, porti turistici, agriturismi, ecc.) e a tutte le altre utenze situate in zone ventilate.
Con i microimpianti eolici c’è quindi uno spazio significativo per produrre energia elettrica su
piccola scala, in modo sostenibile e compatibile con l’ambiente.
L’origine del vento
Dal sole giungono sulla Terra 1367W/m2 di energia radiativi il
flusso totale netto è di 117000MW.
Quest’enorme quantità di energia che si ripartisce fra:
aria formazione dei venti
acqua  correnti marine
terra  fotosintesi clorofilliana
Si stima che circa il 2% dell’energia irradiata dal sole si converta
in energia eolica.
Al movimento di masse d’aria generato dalle differenze di pressione viene
comunemente dato il nome di vento. I fattori che ne determinano l’intensità e
la direzione sono molteplici, tuttavia, fra esse prevale certamente la variabilità
dell’irraggiamento solare: in uno stesso momento, fra le zone equatoriali e
quelle polari; in uno stesso luogo, nelle differenti ore della giornata.
Le cause
1.
2.
3.
4.
5.
6.
variabilità della radiazione solare che genera un gradiente termico: i venti, al
livello del suolo, si muovono dalle zone di alta pressione verso le zone di
bassa pressione la formazione del vento si può spiegare con
l’accelerazione subita dalla parte di atmosfera esposta alla radiazione solare,
che è contemporanea al rallentamento della restante parte in ombra, e con
il movimento di masse d’aria calda equatoriale che, salite verso le parti alte
dell’atmosfera, si dirigono verso i poli richiamando altra aria dai tropici.
l’inclinazione dell’asse terrestre
il moto di rivoluzione attorno al Sole, che spostano stagionalmente le fasce
di maggiore insolazione tra i due tropici
la disomogeneità della superficie terrestre caratterizzata da aree con
differente capacità di assorbimento e cessione del calore (terre, mari,
deserti, ghiacciai,...)
l’orografia dei suoli che modifica la direzione delle masse d’aria in
movimento
la forza di Coriolis, dovuta alla rotazione terrestre e che agisce sulle masse
in moto relativo rispetto alla Terra, e la variazione della velocità periferica
dei punti della Terra a diversa latitudine provocano ulteriori deviazioni che
determinano il caratteristico “moto a spirale”
Meccanismo di formazione del vento per
differenze di pressione atmosferica
Circolazione dei venti dovuta alle fasce di
alta e di bassa pressione che si creano alle
diverse latitudini terrestri
A livello locale i fattori determinanti sono quelli di natura climatica, a cui sono legati l’intensità e la frequenza
del vento, e quelli derivanti dall’orografia e dal tipo di superficie terrestre che può essere più o meno rugosa: si
passa da superfici lisce quali ghiaccio, fango, neve, mare, a superfici molto rugose, quali le aree boschive ed
urbane.
Alla rugosità è legata la forza d’attrito che il vento incontra a livello del suolo, in particolare nei primi 100 metri
(che sono quelli d’interesse per lo sfruttamento attraverso macchine eoliche).
La corrente d’aria nel vincere tale forza dissipa energia, per cui si instaurano dei gradienti di velocità
Orografia
+
Tipo di superficie
h è la quota generica, H è la quota a
cui la velocità del vento risulta
indisturbata, v e V sono le velocità del
vento alle quote h e H, α è il
coefficiente di rugosità del terreno,
Rugosità
Attrito
Andamenti della velocità del vento al variare
della quota e della “rugosità” della superficie
terrestre
Dissipazione di energia
Analisi anemometrica
L’energia eolica disponibile dipende da:
• velocità del vento (al cubo)
• sezione di passaggio (ovvero dal quadrato del diametro della turbina)
• densità dell’aria  dalla sua temperatura e dalla sua pressione
Le difficoltà che si incontrano nel valutare l’energia disponibile (e di conseguenza quella
producibile dalla turbina eolica, una volta che ne siano note le caratteristiche) sono legate alla
aleatorietà della sorgente eolica, essendo il vento una grandezza fortemente dipendente dal
tempo (con variazioni a livello stagionale, giornaliero ed istantaneo) e dal luogo, con differenze
anche sostanziali in relazione alla distanza dal suolo ed alle caratteristiche orografiche del sito.
La velocità del vento
La velocità istantanea del vento u’(t) può essere scomposta in una componente responsabile del trasporto
di massa u e in una componente legata ai moti turbolenti u*:
Poichè le componenti turbolente nelle tre direzioni spaziali sono per loro natura casuali, il loro valore
medio tende ad annullarsi considerando un intervallo temporale sufficientemente elevato.
Ai fini della valutazione delle potenzialità energetiche
dei siti eolici, viene di solito utilizzata una velocità del
vento mediata su intervalli di tempo dell’ordine di 10
minuti.
Per rilevare la velocità del vento si usa uno strumento
detto ANEMOMETRO, solitamente del classico tipo
a coppa, la cui velocità di rotazione è legata alla velocità
del vento.
La variabilità nel tempo
Le rilevazioni giornaliere evidenziano che, nella maggior parte dei luoghi, il vento ha una
maggiore intensità durante il giorno rispetto alla notte; in particolare i maggiori valori si
rilevano nelle prime ore del pomeriggio.
Le figure evidenziano la differenza di velocità del vento tra il giorno e la notte, nonché quella
tra l’estate e l’inverno.
Ai fini della produzione di energia elettrica con impianti eolici, la presenza
di vento prevalentemente durante il giorno è un aspetto estremamente
positivo, dato che anche i consumi di energia seguono tale distribuzione
La variabilità con la quota
La presenza di ostacoli e di rugosità superficiali determina una progressiva diminuzione (strato limite) della
velocità del vento rispetto alla velocità del flusso indisturbato.
L’andamento della velocità del vento u in funzione della quota z (profilo verticale di velocità, o wind shear)
viene solitamente espresso attraverso relazioni del tipo:
dove u1 è la velocità del vento misurata alla quota z1 (un valore tipico è 10 m) e α (wind shear
exponent) è un parametro che dipende dalla classe di rugosità del suolo e dalle condizioni di stabilità
dell’aria, ed è generalmente compreso tra 0,1 e 0,4
Gli anemometri utilizzati dalle classiche stazioni meteorologiche sono di solito posizionati a 10 m
dal suolo, mentre quelli utilizzati per specifiche campagne di misura sui siti eolici sono posizionati a
20-30 metri.
In ogni caso, poiché l’altezza dei moderni aerogeneratori è dell’ordine di 40-60 m, risulta sempre
necessario fare ricorso alla relazione sopra citata, e quindi occorre conoscere l’esponente α.
Ovviamente tale esponente può essere facilmente determinato sempre attraverso la citata relazione
se si dispone di sufficienti misure a due diverse quote, ragion per cui, su una stessa torre, vengono
spesso installati due anemometri a diversa altezza (per esempio 15 e 30 m):
La variabilità con l’orografia
L’orografia rappresenta un elemento estremamente rilevante ai fini della valutazione delle potenzialità
eoliche di un sito. Infatti, a parità di vento geostrofico, (vento ad alta quota che si suppone non
influenzato dall’orografia e dalla rugosità del suolo) un suolo liscio determina velocità maggiori al
suolo. Inoltre, a causa dell’aumento di velocità del vento indotto dalla presenza di rilievi collinari, si
preferisce installare le turbine eoliche sulla cresta delle colline piuttosto che nelle vallate.
Immediatamente a monte e a valle del rilievo risulta notevolmente inferiore (20-40%) alla velocità del
flusso indisturbato.
Effetto di un rilievo collinare sul profilo di velocità del vento.
La Misura della velocità del vento
Ai fini di una corretta valutazione delle potenzialità energetiche di un sito eolico risulta estremamente
importante effettuare precise misurazioni della velocità del vento.
Infatti, poiché la potenza resa disponibile dal tubo di flusso che investe il rotore di una turbina eolica è
proporzionale al cubo della velocità, un errore sulla misura della velocità del 10% comporta un errore sul
calcolo della potenza, e quindi dell’energia producibile, del 33%.  anemometri con tolleranze di misura
inferiori all’1-2%.
Rilievi Sperimentali:
Velocità misurata su intervalli di 10 min
Valori Mediati
Organizzazione in classi
definite dal valore medio +/- 1-2%
Istogramma
Velocità Media
Dalla distribuzione della velocità
del vento si può facilmente
calcolare la velocità media annua
del vento uM, che rappresenta un
primo parametro per la valutazione
delle potenzialità eoliche di un sito.
Essa è infatti la media pesata
delle velocità del vento essendo
pesi le relative frequenze.
Potenza Disponibile
La Potenza Disponibile è sempre crescente con la velocità del vento:
Densità di potenza in funzione della velocità del vento.
Energia Disponibile
La corrispondente energia messa a disposizione annualmente dipende dalla distribuzione
di frequenza del vento e presenta un andamento prima crescente poi decrescente:
Densità di energia in funzione della velocità del vento.
Potenza ed Energia Effettiva
La potenza PE effettivamente prodotta (in forma meccanica o elettrica) da un convertitore
eolico è correlata alla potenza disponibile mediante un coefficiente di potenza CP, che definisce
una sorta di rendimento globale di conversione dell’energia eolica in energia meccanica
attraverso il relativo aerogeneratore.
L’energia utile EE effettivamente prodotta dal convertitore eolico risulta poi legata, oltre che alla
potenza PE, anche al tempo di effettivo utilizzo dell’aerogeneratore, e pertanto alla
distribuzione di frequenza del vento ed alla disponibilità stessa della turbina eolica, ovvero:
Una turbina eolica riesce a convertire annualmente in energia elettrica circa il 20-25%
dell’energia globalmente messagli a disposizione dal vento.
Le moderne turbine eoliche lavorano in genere per circa 2000-2500 ore/anno equivalenti, ovvero
una turbina avente una potenza nominale di 1 MW produce annualmente circa 2000-2500
MWh/anno di energia elettrica.
Energia Utile
L’energia utile prodotta da una turbina eolica dipende:
 dal sito nel quale è installata
 densità dell’aria
 la pressione
 la temperatura ambiente
 dalla distribuzione di velocità del vento
 dalla macchina
 dimensioni
 coefficiente di potenza (varia con la velocità del
vento)
 disponibilità.
Massima Energia estraibile dal vento
è minore di 1 anche in assenza di qualunque tipo di
perdita nel convertitore eolico, essenzialmente perché la
velocità del flusso non può essere di fatto completamente
azzerata.
Schematizzazione del disco attuatore inserito in un tubo di flusso.
Dalla Conservazione dell’energia…
essendo trascurabile la variazione di quota e di entalpia (la pressione e la temperatura
sono di fatto costanti), ed essendo la trasformazione adiabatica, si evidenzia che la
potenza meccanica scambiata con l’esterno attraverso il disco attuatore dipende soltanto
dalla variazione di velocità:
per aumentare la potenza scambiata dal disco attuatore occorrerebbe ridurre la velocità u2
rispetto alla velocità u1, con un valore minimo della u2 pari a zero (che corrisponderebbe al
massimo di potenza)
Dall’ Equazione di Continuità…
Dall’equazione di continuità fra le sezioni 1 e 2, si ha:
Considerando che la densità ρ nelle diverse sezioni del tubo di flusso risulta
sostanzialmente costante, la condizione u2<u1 si traduce anche nella condizione
S2>S1  tubo di flusso con sezione crescente.
dalla quale si evince che la condizione u2=0, che da un lato renderebbe
massima l’energia specifica estratta dal flusso d’aria, renderebbe però nulla
anche la portata elaborata (da una superficie finita), e di conseguenza la
potenza P estratta.
Dovendo pertanto risultare u2>0, la potenza massima ottenibile sarà
sicuramente inferiore a quella disponibile ( P<PD) cp<1
Nell’attraversare il tratto compreso fra le due sezioni 1 e 2 l’aria modifica la sua quantità di
moto. La variazione della quantità di moto di un fluido risulta pari alla risultante FE delle
forze esterne che agiscono sul fluido
Per il principio di azione e reazione, la risultante F delle forze che il fluido applica sul disco
attuatore è uguale alla FE ma ha segno opposto
Tale forza F, che agisce nella direzione del vento, è applicata dal fluido sul disco. Indicata
con u la velocità del vento (compresa fra u1 e u2) misurata in corrispondenza del disco, si
avrà pertanto una potenza scambiata pari a:
Poiché le due espressioni che forniscono la potenza estratta dal disco attuatore non possono
che essere uguali, risulterà anche:
Ossia la velocità del vento misurata in corrispondenza del disco attuatore è la media
fra quella misurata a monte e a valle della turbina.
La portata massica che attraversa il disco attuatore (di superficie S) è allora pari a:
Il coefficiente Teorico di potenza
Il valore teorico del coefficiente di potenza risulta pertanto pari a:
Il quale può essere diagrammato in funzione del rapporto cinetico u2/u1, come
mostrato nella figura:
Coefficiente di potenza teorico in funzione del rapporto cinetico u2/u1
CP Massimo
Derivando la funzione che esprime l’andamento del coefficiente di potenza rispetto al
rapporto cinetico, ed uguagliando a zero tale derivata si determina il rapporto cinetico
u2/u1 che rende massimo tale coefficiente. Nella fattispecie, tale rapporto risulta pari a:
Ossia la velocità a valle della turbina deve essere 1/3 di quella a monte (flusso
indisturbato). Poiché poi la velocità del vento in corrispondenza del disco è la media fra
le velocità nelle due sopraccitate sezioni, questa velocità sarà pari a 2/3 della velocità
del vento a monte della turbina.
Il valore del coefficiente di potenza ottenuto in tali condizione è infine pari a:
Tale coefficiente viene comunemente indicato come limite di Betz, e consente di valutare
la massima potenza che può essere estratta da una vena fluida tramite una turbina
eolica.
Andamento velocità e pressione
nel tubo di flusso
La velocità del vento diminuisce progressivamente dalla sezione 1 alla sezione 2, a valle della quale essa cresce
nuovamente per riportarsi su un valore pari a quello iniziale grazie alla miscelazione con l’aria circostante dovuta ai moti
turbolenti. Il vento riacquista la velocità del flusso iniziale indisturbato solo ad una distanza pari a diversi diametri palari
della macchina. È questa la ragione per cui non è conveniente disporre altre macchine entro questa zona del tubo di
flusso.
La pressione aumenta nel tratto compreso fra la sezione 1 e il disco attuatore a causa della diminuzione di velocità; tra
monte e valle del disco, avendosi uno scambio di lavoro, la pressione presenta una discontinuità per poi aumentare
ancora a causa della continua diminuzione di velocità.
Una volta valutato il valore massimo della potenza estraibile dal vento, occorre
individuare la forma più conveniente per il dispositivo di conversione, che fino ad
ora è stato rappresentato come un generico disco attuatore.
Le prime macchine eoliche erano ad asse verticale e di fatto sfruttavano
semplicemente la spinta prodotta dal vento.
Alla luce delle attuali conoscenze in campo aerodinamico, si può dimostrare che
questo non è il modo migliore per ricavare energia da una vena fluida, ma risulta
molto più conveniente utilizzare un profilo alare, ossia sfruttare l’effetto della
portanza piuttosto che l’effetto indotto dalla resistenza.  pale realizzate secondo
profili alari.
La valutazione della produzione
annua di energia
Dati:
• distribuzione di frequenza della velocità del vento, valutata all’altezza media del rotore,
• la curva di potenza della macchina.
Per ciascuna classe di velocità, il prodotto della potenza prodotta dalla turbina eolica per il
corrispondente numero di ore/annue di persistenza di tale velocità del vento fornisce
direttamente la produzione netta di energia. La somma delle produzioni energetiche
relative a tutte le classi di velocità del vento è pari alla produzione energetica annua totale:
Rendimento di schiera
Fattore molto rilevante per la valutazione della produzione di energia e della
redditività dell’iniziativa è il cosiddetto “rendimento di schiera” del parco eolico.
Infatti, per effetto del disturbo aerodinamico creato da ciascuna macchina sulle
altre, la produzione di energia di una turbina inserita in un gruppo di macchine è
minore della produzione energetica della stessa macchina installata in posizione
isolata.
Al fine di evitare l’interferenza fra le macchine, la distanza fra le stesse dovrebbe
essere superiore ad almeno 40-50 volte il diametro palare, cosicché macchine con
diametro di 50 metri dovrebbero essere installate a distanze maggiori di 2-3 km
l’una dall’altra.
Allo scopo di ottenere efficienze di schiera superiori a circa il 95%, le turbine debbano
essere posizionate a distanze superiori a circa 15 volte il diametro nella direzione del vento
e a circa 5 volte il diametro nella direzione trasversale. In linea di massima, il rendimento
di schiera di un parco eolico assume valori dell’ordine del 90-95%.
Fattore di disponibilità
Un altro parametro da considerare per la produzione di energia è il fattore di
disponibilità dell’impianto fDISP che tiene conto del fatto che la macchina, pur
avendo vento di sufficiente intensità, può non essere disponibile a cause di stati
di fermo per riparazione o manutenzione. La disponibilità di una turbina eolica è
valutata in base al rapporto tra le ore di effettivo funzionamento e le ore teoriche di
funzionamento considerate in base alla disponibilità di vento con sufficiente velocità
e, nelle macchine recenti, assume valori dell’ordine del 95-98%.
Calcolo finale dell’energia
Fattore di
disponibiltà
Numero
di macchine
Energia Effettiva
singola macchina
Rendimento
di schiera
Variazione di T e p
rispetto alle
condizioni di
riferimento
Obbiettivo: Ottimizzare il risultato
economico derivante dalla realizzazione
di un parco eolico  RIDUZIONE DEL
COSTO DI PRODUZIONE DEL KWh
Fattori di progetto
La progettazione di una turbina eolica non segue solo i criteri dettati dalle esigenze
tecnologiche, ma piuttosto anche quelli legati ad una combinazione di specifiche tecniche ed
economiche  massimizzare la produzione annua non è lo scopo primario se questo
comporta un aumento troppo elevato dei costi di costruzione.
L’ottimizzazione sito-turbina coinvolge numerose scelte a livello di:
• taglia della singola macchina
• numero e disposizione delle turbine,
• altezza del mozzo,
• velocità di rotazione del rotore,
• tipo e potenza del generatore elettrico, ecc.
Installando un generatore di potenza maggiore sulla stessa turbina si raggiunge una maggiore
potenza nominale ma in corrispondenza anche di una velocità nominale del vento più
grandebisogna tenere conto della distribuzione della velocità del vento, la quale mette in
evidenza che al crescere della velocità la frequenza prima cresce ma poi diminuisce.
 è importante conoscere la distribuzione delle velocità del vento e la rispettiva
densità di energia, affinché si possa scegliere una combinazione di ottimo tra la taglia
del generatore e del rotore.
Impianto Eolico: Aerogeneratori
Un impianto eolico è costituito da uno o più aerogeneratori (Fig. 3.1) posti ad adeguata
distanza gli uni dagli altri così da non interferire dal punto di vista aerodinamico
Gli aerogeneratori sono collegati, mediante cavi interrati alla rete di trasmissione presso
cui viene realizzato il punto di consegna dell’energia.
Elementi costitutivi
• Pale della macchina + Mozzo = Rotore
• Primo albero - albero lento – collegato al mozzo ruota alla stessa velocità angolare del
rotore + moltiplicatore di giri + albero veloce ruota con velocità angolare data dal
prodotto di quella del primo albero per il moltiplicatore di giri.
Sull’albero veloce è poi posizionato un freno, a valle del quale si trova il generatore
elettrico, da cui si dipartono i cavi elettrici di potenza.
Tutti questi elementi sono ubicati in una cabina detta navicella o gondola la quale a sua
volta è posizionata su di un supporto-cuscinetto, orientabile in base alla direzione del
vento.
• La navicella è poi completata da:
• un sistema di controllo di potenza: duplice scopo di regolare la potenza in
funzione della velocità del vento istantanea, così da far funzionare la turbina il più
possibile vicino alla sua potenza nominale, e di interrompere il funzionamento della
macchina in caso di vento eccessivo
• da uno di controllo dell’imbardata: consiste in un controllo continuo del
parallelismo tra l’asse della macchina e la direzione del vento.
L’intera navicella è poi posizionata su di una torre che può essere a traliccio o tubolare
conica, ancorata al terreno tramite un’opportuna fondazione in calcestruzzo armato.
Aerogeneratore
L’aerogeneratore è composto dai
seguenti componenti:
 rotore
 moltiplicatore di giri
 alternatore
 sistema di controllo
 supporto cuscinetto
 anemometro
 torre
 trasformatore
Rotore
Moltiplicatore di giri
Alternatore
Sistemi di controllo
Anemometro
Supporto
Trasformatore
Il trasformatore è una macchina
elettrica statica atta a trasferire,
sfruttando il fenomeno dell’induzione
elettromagnetica, energia elettrica e
corrente alternata da un circuito a un
altro modificandone le caratteristiche.
Schematicamente un trasformatore è
costituito da due avvolgimenti,
ciascuno formato da un certo numero
di spire di filo di rame avvolte su un
nucleo di ferro di elevata permeabilità
magnetica, dei quali uno riceve
energia dalla linea di alimentazione,
mentre l’altro è collegato ai circuiti di
utilizzazione.
Classificazione delle turbine
Dal punto di vista delle tipologie di impiego, le turbine eoliche possono attualmente
essere raggruppate in due grandi categorie:
• le macchine per la produzione di energia elettrica da immettere in rete :
sono di solito anche quelle di maggiore potenza (da circa 600 kW fino a circa 2
MW, pur se iniziano ad affacciarsi sul mercato macchine ancora più potenti) e che
hanno contribuito maggiormente allo sviluppo del settore eolico a livello
mondiale. Il loro impiego prevalente è la realizzazione di impianti a terra o a mare
(impianti off-shore), costituiti da più macchine (in genere 10-20 in Italia) e
collegati alla rete di media-alta tensione.
• le macchine per la produzione di energia per l’alimentazione di utenze
isolate : sono mediamente più piccole (al massimo 100-200 kW) ed utilizzate
singolarmente in sistemi che prevedono una qualche forma di accumulo
energetico (accumulatori elettrici o sistemi idraulici) o l’integrazione con altre
fonti primarie di energia (generatori diesel, fotovoltaico)
Classificazione delle macchine
In relazione alla tipologia della macchina, le turbine eoliche possono essere classificate in
funzione di diversi parametri:
 Tipo di energia prodotta
 Aeromotori quando la catena cinematica collegata al rotore eolico viene impiegata
direttamente per azionare una macchina operatrice, ad esempio una pompa per acqua.
 Aerogeneratori quando azionano invece un generatore elettrico
 Posizione dell’asse
 Asse orizzontale (la maggioranza)
Asse verticale
 Taglia delle macchine
 Macchine di piccola taglia (minieolico), costituite da turbine con potenza fino a
circa 100 kW o diametro del rotore fino a circa 20 metri,
 Macchine di media taglia, costituite da turbine con potenza fino a circa 800 kW
e diametro rotorico fino a circa 50 metri
 Macchine di grande taglia, con potenza superiore a circa 800 kW e diametro
rotorico superiore a 50 metri.
Il potenziale eolico
1998 Conferenza Nazionale di Roma su energia e ambiente
tracciare le basi per lo sviluppo del settore energetico, per
ciascuna fonte per il 2008-2012
Obiettivi eolico: 2500-3000 MW (pianificazione nazionale)
Pianificazione Regionale
la nota di maggiore preoccupazione riguarda le connessioni alla rete
elettrica, le quali appaiono come il principale collo di bottiglia del sistema.
Non essendo avvenuta negli ultimi anni alcuna pianificazione specifica volta
alla facilitazione e al supporto del collegamento degli impianti da fonti
rinnovabili alla rete, nell’immediato futuro si sconterà questo ritardo con forti
limitazioni alla possibilità di connessioni alle reti di trasmissione e
distribuzione, specialmente a livello insulare.
Energia eolica in Italia
Potenza installata a Novembre 2004
 Campania
286 MW
 Puglia
243 MW
 Sardegna
208 MW
 Sicilia
127 MW
 Abruzzo
126 MW
 Basilicata
85 MW
 Molise
35 MW
Velocità media annua del vento
Velocità media annua del vento a 50 metri sul livello
del terreno (Fonte: “Atlante Eolico dell’Italia”
realizzato dal CESI e dall’Università degli studi di
Genova nell’ambito della Ricerca di Sistema nel
settore elettrico)
Perché un sito possa essere
considerato interessante ai
fini eolici occorrono
velocità medie annue
superiori ai 5 m/s
Problemi che rallentano l’utilizzo
dell’energia eolica
Mancanza di capacità di rete in località adatte
allo sfruttamento del vento
 Incertezze effetti sulla distribuzione della rete
 Processo di programmazione e
approvazione  ritardi amministrativi
 Interferenze radio e radar

Priorità di ricerca IEA Wind
creare valore aggiunto e ridurre le incertezze
 diminuire i costi
 consentire l'utilizzo su vasta scala
(integrazione di sistema)
 ridurre al minimo gli impatti ambientali
 integrare l'energia eolica nei futuri sistemi di
approvvigionamento energetico stoccaggio,
idrogeno, altre energie rinnovabili)

Fasi di realizzazione impianto eolico






Scelta del sito (disponibilità dei terreni, verifica delle
proprietà, dei vincoli, ecc.)
Studio anemologico per valutare l’intensità del vento
Analisi delle autorizzazioni richieste, chiedendo
informazioni ai costruttori o ai professionisti del luogo
che conoscono le realtà locali
Studio di fattibilità dell’impianto e verifica dei costi,
per accertare che l’impianto abbia un rapporto
costi/ricavi adeguato alle aspettative
Scelta del progettista e del costruttore
Gestione e manutenzione dell’impianto
Studio di fattibilità
Lo studio di fattibilità di un impianto di potenza superiore a qualche kW deve accertare
che un determinato layout di impianto abbia il rapporto costi/ricavi adeguato alle
aspettative del futuro produttore.
COSTI DI IMPIANTO
 Costo aerogeneratore
 Costo opere accessorie
 Costo progettazione
COSTI DI NATURA RICORRENTE
 Costi di esercizio
 Costi di manutenzione
 Costi dei canoni
RICAVI
Vendita di energia elettrica
Risparmio (costo evitato) di energia el.
Vendita di certificati verdi
Proventi da altri incentivi
Qualora il risultato economico derivante dall’applicazione al progetto di un business plan
fornisca un risultato accettabile per l’investitore, si può procedere con la fase autorizzativa
e di costruzione. Il costo di un impianto eolico di potenza inferiore a 100 KW può variare
da 1.000 a 3.000 €/kW.
Valutazione economica degli
impianti eolici
La redditività economica di un impianto eolico dipende fortemente dai
costi di investimento iniziale >>> costi annui di gestione e manutenzione
assenti i costi relativi all’approvvigionamento del “combustibile”
scelta del sito al fine di assicurare all’impianto un numero di ore annue di funzionamento
sufficiente a ripagare l’investimento iniziale.
L’investimento complessivo richiesto per la realizzazione di un impianto eolico può
assumere valori dell’ordine di 900-1200 €/kW con un valore medio di circa 1050 €/kW
900€/KW
impianti con numerose turbine installate
(almeno 10-20) e a siti con orografia non
complessa, facile accessibilità e limitata
.
distanza
dalle linee di trasporto dell’energia
elettrica.
1050€/KW
1200€/KW
impianti con poche macchine installate,
orografia complessa e elevata distanza
dalle linee dell’alta tensione.
Valutazione economica
Investimento iniziale
Costi annui di gestione
Costi annui di manutenzione
Stima della produzione annua di energia elettrica
Flussi di Cassa annui
REDDITIVITA’
DELL’INVESTIMENTO
Investimento iniziale





Il costo degli studi di fattibilità e dello sviluppo del progetto - comprende gli
studi relativi alla individuazione del sito, la valutazione anemometrica del sito (acquisizioni per
almeno 1 anno), le valutazioni della potenziale produzione di energia, il procedimento per
ottenere le autorizzazioni, il reperimento dei finanziamenti, lo studio di impatto ambientale, la
progettazione preliminare ed esecutiva, la stipula dei contratti con i fornitori, etc. Nel complesso,
tale voce di costo incide dal 3 al 5% dell’investimento totale e risulta distribuito sull’intero
periodo di realizzazione dell’impianto (di solito almeno 2-3 anni).
Il costo di acquisto, trasporto e installazione delle turbine - Tale costo è
correlato alla potenza delle macchine. Il costo per l’acquisto e l’installazione delle turbine
rappresenta mediamente il 65-80% dell’investimento complessivo.
Il costo delle opere civili - include le fondazioni delle macchine, le strade di accesso
all’impianto e di collegamento fra le turbine, i cavidotti interrati e gli edifici di servizio. In media
tale costo può essere stimato pari a circa il 3-8% dell’investimento totale.
Il costo delle opere elettriche. - include le spese relative alla realizzazione della
sottostazione dell’impianto (quadri elettrici, trasformatore, apparecchiature di controllo, ecc.), al
collegamento elettrico fra le macchine ed alla linea di trasporto (in media o alta tensione)
dell’energia prodotta fino al punto di consegna. A seconda della tensione e della lunghezza della
linea elettrica, tale voce di costo risulta pari a circa 100-150 €/kW, ovvero dall’8% al 16% del
costo totale.
Costi vari, corrispondenti alle spese sostenute per il pagamento degli interessi sul capitale
investito durante il periodo di realizzazione dell’impianto, per gli imprevisti e per le modifiche
all’impianto durante la costruzione, le licenze, le royalties, ecc. Questa voce di costo è molto
variabile e può incidere per una quota pari al 3-8% del totale.
ESEMPIO DI STRUTTURA COSTI
La struttura dei costi di
investimento per un
impianto eolico
composto da 10 turbine
da 850 kW per un sito di
media complessità.
L’investimento specifico
risulta pari a 1080 €/kW
Struttura dei costi per un impianto eolico da 8,5 MW.
Ammortamento investimento iniziale
Inv. Iniziale=980’000€
Tasso di Attualizzazione = 8%
Vita Utile = 20 anni
QUOTA AMMORTAMENTO:
930’000 € /anno
Gestione e Manutenzione
I costi annui di gestione e manutenzione di un impianto eolico sono dovuti a:




amministrazione (dell’ordine dello 0,5-1% dell’investimento iniziale),
costi assicurativi (circa l’1% del valore dell’impianto),
canoni annui per l’utilizzo del terreno
(solitamente dell’ordine di 2000-3000 €/anno a macchina, oppure pari a circa 12% dei ricavi derivanti dalla vendita dell’energia elettrica)
manutenzione ordinaria e straordinaria delle macchine.
I costi annui variano dall’1% al 6% del costo delle turbine, soprattutto in relazione alle
ore di funzionamento accumulate dalle macchine. In particolare, tali costi sono di circa
l’1% del costo delle turbine per i primi 2-3 anni di funzionamento, aumentano a circa il
2-3% entro i primi 10 anni e poi a circa il 5-6% fino al ventesimo anno di
funzionamento. Infatti, nella seconda metà della vita utile delle turbine (che è
mediamente di 20 anni) si rende spesso necessario un intervento di manutenzione
straordinaria per la sostituzione delle principali parti della turbina soggette ad usura
(albero, cuscinetti, moltiplicatore, ecc.). Nel complesso, la gestione dell’impianto
richiede una spesa media dell’ordine del 3-5% dell’investimento iniziale.
Spese di gestione e manutenzione
Spese gestione e manutenzione
3 ÷ 5% di 9’180’000€
350 ÷ 400’000 €/anno
Stima della produzione annua di
energia elettrica
Se si considera un sito caratterizzato da una
disponibilità eolica per 2200 ore/anno
equivalenti, la produzione elettrica media annua
sarà di circa 18,7 GWh/anno
Costo specifico di produzione = 0,07 €/kWh.
Certificati Verdi
Tale costo risulta in realtà molto inferiore in quanto durante i primi 8 anni di
funzionamento, l’impianto può contare sugli introiti derivanti dalla vendita dei
certificati verdi. Sulla base dei recenti scambi sul mercato dei certificati verdi si
può ipotizzare un prezzo medio di vendita dell’ordine di 6000-8000 € per
certificato (100 MWh), ovvero circa 0,06-0,08 €/kWh.
Per l’impianto in esame, la vendita dei certificati verdi si
traduce in un ricavo medio di circa 1,1-1,5 M€/anno per 8
anni, il quale contribuisce a ridurre il costo medio annuo
di produzione sull’intera vita utile fino a valori di circa
0,03-0,04 €/kWh.
Certificati Verdi= titoli emessi dal GSE che attestano la produzione di energia da fonti
rinnovabili. La Legge n. 239 del 23/08/2004 (Legge Marzano) ha ridotto a 50 MWh la taglia
del "certificato verde", che in precedenza era pari a 100 MWh.
Nel mercato dei Certificati Verdi, la domanda è costituita dall'obbligo per produttori e
importatori di immettere annualmente una "quota" di energia prodotta da fonti rinnovabili
pari al 2% di quanto prodotto e/o importato da fonti convenzionali nell'anno precedente. A
partire dall'anno 2004 e fino al 2006, la quota d'obbligo è incrementata annualmente di 0,35
punti percentuali (art.4 comma 1 del D.Lgs. 387/2003). Gli incrementi della quota minima
d'obbligo per il triennio 2007-2009 e 2010-2012 verranno stabiliti con decreti emanati dal
Ministero dello Sviluppo Economico.
L'offerta, invece, è rappresentata dai Certificati Verdi emessi a favore degli Operatori con
impianti che hanno ottenuto la qualificazione IAFR dal Gestore dei Servizi Elettrici, così
come dai Certificati Verdi che il GSE stesso emette a proprio favore a fronte dell'energia
prodotta dagli impianti Cip 6.
Per l'anno 2005, il valore della domanda, pari a 4,3 TWh, è stato quasi interamente
soddisfatto dall'offerta dei privati.
Il prezzo di riferimento individuato dal GSE per i certificati verdi per l'anno 2005 è pari a
108,92 €/MWh ( al netto dell'IVA del 20 %)
Minori costi “esterni”
I costi esterni nella produzione di energia elettrica sono quei costi che non rientrano nel
prezzo di mercato e non ricadono sui produttori e sui consumatori ma sono globalmente
imposti alla società.
I costi esterni includono tutti i costi non direttamente computati nella valutazione del
costo di produzione dell’energia, e legati alle spese sostenute dalla collettività in funzione
del tipo di produzione dell’energia elettrica, come le spese del servizio sanitario nazionale
per far fronte alle malattie causate dall’inquinamento, oppure i finanziamenti a sostegno
alle zone colpite da calamità naturali quali siccità e uragani, dovute essenzialmente ai
cambiamenti climatici per effetto serra.
Secondo un recente studio della Unione Europea (Progetto Externe), i costi esterni
derivanti dalla produzione di energia mediante impianti eolici (valutati pari a circa
0,5-2,5 €/MWh), risultano notevolmente inferiori a quelli relativi agli impianti
alimentati con gas naturale (10-30 €/MWh) e soprattutto a quelli relativi agli impianti
alimentati con carbone (20-150 €/MWh).
Inserimento ambientale dell’eolico
TRADE-OFF DISTANZA DALL’UTENZA
VICINANZA
 Funzionalità penalizzate della
macchina
 Rumore
 Occupazione del suolo
 Disturbo alle
telecomunicazioni
 Impatto visivo
 Effetti negativi sulla fauna e
sulla vegetazione
 Effetti elettromagnetici
LONTANANZA
 Aumento costi di cablaggio
 Maggiore sicurezza per
minori danni da possibile
cedimento
Occupazione del territorio
Il rapporto fra la potenza installata e la
superficie
del territorio complessivamente richiesto dagli
impianti eolici è dell’ordine di 10 W/m2, ovvero
circa 100 kW/ha. Tuttavia, la superficie di
territorio effettivamente sottratta agli altri usi
(pascolo, agricoltura, ecc.) è dell’ordine del 2-3%
del totale (essenzialmente quella occupata dalle
strade e dalle piazzole delle turbine), in relazione
alla notevole spaziatura fra le macchine.
Interferenze con flora, fauna
ed ecosistema
Le interferenze con la flora sono di solito molto
modeste e limitate alla fase di realizzazione
dell’impianto.
La presenza di impianti eolici non arreca disturbo ad animali domestici, greggi,
mandrie e quanti altri animali abbiano un contatto con l’uomo. I possibili
problemi sulla fauna sono riconducibili a:
• perdita di esemplari di uccelli per collisione
• perdita di esemplari di uccelli per elettrocuzione (folgorazione su linee
elettriche)
In sede di verifica dell’area d’installazione dell’impianto dovranno essere inoltre
individuate le unità ecosistemiche presenti nel territorio interessato dal progetto
d’impianto e dovrà essere effettuata la caratterizzazione, almeno qualitativa,
della struttura degli ecosistemi stessi ed il loro valore naturalistico.
Disturbi di altra natura
Disturbi di natura aerodinamica:
la presenza di uno schieramento di turbine eoliche di grandi dimensioni altera il campo del
flusso sulla zona in modo notevole generando appunto una perturbazione aerodinamica.
• a monte della turbina si instaura un campo di sovrapressioni e le linee di flusso vengono
deflesse verso l’esterno dell’elica,
• dietro l’elica si installa una scia turbolenta vorticosa caratterizzata da una velocità locale minore
della velocità del vento libero.
Disturbi di natura elettromagnetica:
dovuti alla presenza di grandi rotori sono limitati alla zona appena circostante il parco eolico e
prevalentemente interferiscono con le onde radio. L'interferenza elettromagnetica causata dagli
impianti eolici è molto ridotta in quanto nella maggior parte dei casi per trasportare l’energia da
essi prodotta si utilizzano linee di trasmissione esistenti.
Con le telecomunicazioni la presenza degli aerogeneratori può influenzare: le caratteristiche di
propagazione; la qualità del collegamento (rapporto segnale/disturbo); la forma del segnale
ricevuto, con eventuale alterazione dell’informazione
Impatto visivo
L’impatto paesaggistico è considerato in letteratura come il più rilevante fra quelli prodotti
dalla realizzazione di un impianto eolico.
intrusione visiva, esercita il suo impatto non solo “esteticamente”, ma su un complesso
di valori oggi associati al paesaggio, che sono il risultato dell’interrelazione di fattori
naturali e fattori antropici nel tempo.
l’impatto visivo è legato all’altezza e al numero delle macchine installate
Esempi di impatto visivo negativo: effetto “selva”
Soluzioni di mitigazione
Per ridurre l’impatto visivo si possono utilizzare alcune soluzioni di mitigazione:
 la scelta delle torri a traliccio per ridurre l’impatto visivo da lunga distanza (che si
confonde con lo sfondo), oppure di quelle tubolari per l’impatto a breve distanza.
 colori neutri e antiriflesso, al fine di armonizzarli con l’ambiente circostante.
 introdurre appositi filari alberati.
2 tecniche:
 l’assimilazione : limitare la visibilità delle torri eoliche giocando sulla topografia, sulla funzione di schermo della vegetazione , sull’altezza e
posizionamento delle torri eoliche, creando anche apposite alberature.
L’integrazione : inserire nel modo migliore l’impianto nella struttura del paesaggio, valutando la complementarietà della forma delle torri con il
rilievo del terreno, o di integrarlo con infrastrutture già presenti (es. dove sono presenti elementi verticali importanti come torri, ciminiere, gru ecc. )
Esempi di positivo inserimento degli aerogeneratori
simulazioni
Nella valutazione dell’impatto visivo assumono fondamentale importanza le simulazioni
che possono dividersi in:
 fotomontaggi;
 immagini virtuali
Effetto visivo delle
 animazioni
torri tubolari di
 modelli
colore verde
Immagine virtuale di un paesaggio con un
impianto eolico con osservatore posto a 4,5 km di
distanza
“Screen shot” da animazione riproducibile a video con
rendering a 30 frame/s e compressione MPEG-4
Impatto acustico
Nelle moderne turbine eoliche le problematiche legate all’impatto acustico si sono
fortemente ridotte, in quanto il livello di emissione acustica può anche essere programmato
in sede di scelta delle macchine a velocità variabile.
Il rumore emesso dagli impianti eolici è di tre tipi:
aerodinamico: dipende dall'interazione della vena fluida con le pale del rotore in
movimento;
meccanico: legato alla tecnologia adottata e ai materiali isolanti utilizzati; è dovuto
principalmente al moltiplicatore di giri e al generatore elettrico ma, grazie a basamenti
e smorzatori elastici e all'insonorizzazione della navicella, tale fonte di rumore si
considera pressoché abbattuta
rumore in fase di cantiere.
Le macchine più recenti sono attualmente caratterizzate da
livelli di potenza sonora dell’ordine di 100-105 dB(A).
In relazione alle specifiche caratteristiche del sito, è possibile ottimizzare la macchina al fine
di ottenere un basso livello di emissione sonora, con penalizzazioni molto modeste sul
fronte delle prestazioni.
Suono e vibrazioni
Importante è anche il controllo del livello di vibrazioni prodotte dall’impianto, possibile ad
esempio attraverso i recettori residenziali più prossimi, da confrontare con i livelli di
disturbo per la popolazione riportati dalla normativa tecnica internazionale.
è opportuno localizzare gli impianti eolici lontano dalle zone
urbane (in realtà già a qualche centinaio di metri di distanza è
molto difficile distinguere il rumore prodotto dalle turbine dal
rumore di fondo).
Sicurezza
Un altro aspetto che condiziona il posizionamento delle turbine è infatti quello legato alla
rischio derivante dalla probabilità, se
pur minima, che si verifichi la rottura di una pala. Studi specifici si
sicurezza, necessaria per far fronte al
occupano di valutare la distanza che coprirebbe la pala in caso di distacco.
La distanza di sicurezza sia di circa 200-300 m per macchine con altezza del mozzo di circa 50
metri.
Traiettoria di una pala di
turbina eolica.
Emissioni evitate
emissioni evitate che derivano dal non dover produrre l’energia elettrica mediante impianti
alimentati con fonti fossili.
Impianto eolico
Centrale termoelettrica a carbone
Rendimento 40%, carbone bituminoso
10 turbine da 850kW , 2200 ore/anno
(avente l’1% di zolfo, il 10% di ceneri e
la realizzazione dell’impianto eolico eviterebbe dipotere calorifico di 25 MJ/kg) +moderni
sistemi di controllo degli inquinanti al fine di
consumare circa 6800 t/anno di carbone e
rispettare gli attuali limiti di emissione
l’emissione in atmosfera di:
25,9 t/anno di SOX
13,0 t/anno di NOX
3,2 t/anno di particolato
16450 t/anno di CO2
FSOX=1,39 g/kWh
FNOX= 0,69 g/kWh
FPTS= 0,17 g/kWh
FCO2= 879,57 g/kWh
Tempo di recupero
Stima del tempo che l’impianto stesso impiega per produrre il quantitativo di energia che è
necessario utilizzare per costruire, realizzare, gestire e dismettere l’impianto, tenendo conto dei
consumi di energia primaria richiesti per la produzione di ciascuno di questi materiali
turbina eolica da 850 kW,
 85 tonnellate di acciaio (per la struttura della navicella, l’albero, la torre, etc.),
circa 8 tonnellate di fibra di vetro (per le pale e per la navicella),
circa 3 tonnellate di rame (per il generatore elettrico e per i cavi)
 80 tonnellate di calcestruzzo (essenzialmente per le fondazioni).
richiede circa 1,6 GWh di energia primaria (circa 160 tep/MW), che corrispondono a circa 0,65
GWh in termini di energia elettrica. si ottiene un tempo di recupero dell’energia utilizzata per la
realizzazione dell’impianto pari a circa 4
mesi.
Tale risultato risulta molto interessante, specie se confrontato con quello relativo ad altre fonti
rinnovabili come per esempio il solare fotovoltaico, il quale presenta tempi di rientro dell’energia
primaria dell’ordine di 7-10
anni.
Conclusioni
Il futuro energetico appartiene al vento.
Nell'ultimo decennio fonte energetica mondiale che è cresciuta più
velocemente, aumentando di sei volte: da 4.800 MW nel 1995 a 31.100
MW nel 2002.
Il vento è abbondante, economico, inesauribile, ampiamente
distribuito, non danneggia il clima ed è pulito: attributi questi
che nessun'altra fonte energetica può eguagliare.
Anche i costi sono scesi, e ora possono considerarsi vantaggiosi.
I progressi operare anche a velocità del vento inferiori,
Moltissimi territori potrebbero essere utilizzati per generare energia
 Il vento è presente in pratica ovunque, al contrario del
petrolio.
Il futuro dell’eolico in Europa
L'Europa sta guidando il mondo nell'era dell'energia eolica. Nelle ultime previsioni del 2003,
l'EWEA (European Wind Energy Association) stima che la capacità generativa dell'eolico in
Europa si espanderà dai 28,400 MegaWatt del 2003 ai 75,000 MW del 2010 e ai 180,000 MW
nel 2020. Entro il 2020 l'energia eolica soddisferà la domanda energetica residenziale di
195 milioni di Europei, metà della popolazione nella regione.
La capacità generativa installata nel mondo, che cresce più del 30% all'anno, è passata
da meno di 5,000 MW nel 1995 a 39,000 MW nel 2003, aumentando di 8 volte.
La sola Germania, leader in Europa con una potenza installata di 14,600 MW ha superato gli
USA nel 1997. La piccola Danimarca adesso soddisfa il 20% del suo fabbisogno energetico dal
vento, ed è anche il primo produttore ed esportatore di turbine eoliche del mondo.
La spinta verso lo sviluppo dell'eolico in Europa viene in parte dalle preoccupazioni per il
riscaldamento climatico. L'ondata record di caldo che ha colpito l'Europa nel 2003 e che ha
distrutto intere piantagioni e causato 35,000 morti ha accelerato la sostituzione del carbone con
fonti energetiche pulite.