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Impianti Eolici

 

L'energia eolica è il prodotto della conversione dell'energia cinetica del vento in altre forme di energia. Attualmente viene per lo più convertita in elettrica tramite una centrale eolica, mentre in passato l'energia del vento veniva utilizzata immediatamente sul posto come energia motrice per applicazioni industriali e pre-industriali. 
Prima tra tutte le energie rinnovabili per il rapporto costo/produzione, è stata anche la prima fonte energetica rinnovabile usata dall'uomo.

Il suo sfruttamento, relativamente semplice e poco costoso, è attuato tramite macchine eoliche divisibili in due gruppi ben distinti in funzione del tipo di modulo base adoperato definito generatore eolico:

  • Generatori eolici ad asse vertica
  • Generatori eolici ad asse orizzontale

 MICRO EOLICO


Vengono considerate MICRO le macchine eoliche che generano potenze  fino a 20 kW destinate all'autoconsumo di energia mentre le macchine da 20 a 100 kW, che sono considerate di uso "industriale".

L'energia prodotta con macchine eoliche di piccola taglia, singole o collegate tra loro, è generalmente utilizzata sul posto. Macchine eoliche non connesse alla rete elettrica possono alimentare utenze isolate come ad esempio sistemi di telecomunicazione, stazioni di pompaggio, utenze rurali e isole; in questi casi l'energia prodotta e non consumata viene immagazzinata in un sistema di accumulo formato, nella maggior parte dei casi, da batterie.
Macchine eoliche allacciate alla rete elettrica di bassa
tensione possono integrare l'energia prodotta con l'energia della rete elettrica oppure vendere alla rete l'energia prodotta (la vendita di energia è consentita solo per macchine eoliche di potenza nominale superiore ai 20 kW).

Le pale delle macchine eoliche vengono messe in rotazione dal movimento dell'aria. L'energia così ottenuta può azionare generatori elettrici (in questo caso si dicono aerogeneratori) o azionare macchine operatrici quali ad es. le pompe (in questo caso si dicono aeromotori).
Le pale della macchina (comunemente tre) sono fissate su un mozzo e nell'insieme costituiscono il rotore che normalmente si posiziona controvento. Il mozzo, a sua volta, è collegato a un albero sul quale è posizionato un freno a valle del quale si trova il generatore elettrico da cui dipartono i cavi elettrici diretti alle utenze da alimentare o alla rete. 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 viene completata da un sistema di controllo di potenza, che interrompe il funzionamento della macchina in caso di vento eccessivo. Un timone posto in coda garantisce la migliore posizione della navicella in relazione alla direzione del vento. L'intera navicella è poi posizionata su di una torre che può essere a traliccio, tubolare o ad aste strallate.

Gli aspetti caratteristici che differenziano una tipologia di macchina da un'altra, indipendentemente dalla taglia di potenza e quindi di dimensione, sono i seguenti:

  • Sistema di controllo della potenza: a passo o a stallo.
  • Velocità del rotore: costante o variabile.
  • Presenza o assenza del moltiplicatore di giri.

 PRE-REQUISITI 

La macchina eolica deve essere installata in un luogo ventoso, quelle attualmente in commercio necessitano di una velocità minima del vento di circa 3 metri al secondo per poter entrare in funzione.
La potenza estraibile dal vento per mezzo di un aerogeneratore cresce all'aumentare della velocità del vento e dell'area spazzata dalle pale; dipende inoltre dalla densità dell'aria, funzione delle caratteristiche condizioni meteo del luogo. 
Per valutare l'effettiva potenzialità di un impianto è indispensabile conoscere le ORE EQUIVALENTI annue di funzionamento alla potenza nominale, tale parametro è determinato da:

  • Distribuzione di frequenza della velocità del vento.
  • Curva di durata della velocità del vento.
  • Distribuzione di frequenza della velocità del vento.

Per determinare le ore equivalenti di un impianto in un sito è possibile svolgere delle campagne di misura sul posto o consultare l'Atlante Eolico interattivo; in Italia le zone favorevoli sono situate al centro-sud e sulle isole.

Gli impianti micro-eolici di potenza non superiore ai 20 kW generalmente non sono soggetti a Valutazione di Impatto Ambientale (VIA), è però opportuno che il soggetto intenzionato a realizzarli si informi presso la propria Regione o Provincia per conoscere la normativa in vigore.
Le macchine eoliche di potenza superiore ai 20 kW sono assoggettate a verifica di esclusione dalla procedura di Valutazione di Impatto Ambientale, quindi i siti di installazione vanno selezionati tenendo in considerazione i vincoli ambientali, archeologici, demaniali esistenti.

DIMENSIONAMENTO

Il dimensionamento di un impianto domestico (max 200 kW destinato all'autoconsumo) è funzione di: 
ventosità del sito;

  • area disponibile per la macchina eolica
  • energia utilizzabile dalle utenze; 
  • capitale disponibile di chi fa l'investimento

Anche se la ventosità del sito e lo spazio a disposizione consentono di installare potenze elevate, bisogna tenere in considerazione l'effettivo fabbisogno energetico dell'utenza che si intende servire, poichè l'energia elettrica prodotta e non consumata non gode della tariffa incentivante prevista dallo scambio sul posto.
I rotori più piccoli adatti a minime applicazioni domestiche, si attestano attorno a una potenza di 500W a cui corrisponde un diametro minimo del rotore pari a poco più di un metro, fino ad arrivare a 8 metri per taglie da 15 a 20 kW.

Il dimensionamento degli impianti di potenza nominale superiore ai 20 kW viene fatto per sfruttare al massimo il vento e lo spazio a disposizione e quindi per massimizzare la quantità di energia prodotta e immessa in rete.
Gli aerogeneratori fino a 100 kW di potenza sono dotati di rotori di diametro fino a 20 metri e possono raggiungere 20 metri di altezza


COMPONENTI

Una macchina eolica è molto semplice ed è composta da:

  • Rotore (pale); 
  • Torre di sostegno
  • Moltiplicatore di giri.

Se la macchina viene utilizzata per produrre energia elettrica è composta anche da:

  • Generatore; 
  • Sistema di controllo; 
  • Trasformatore.

Per l'alimentazione utenze isolate occorrono:

  • Batterie di Accumulo; 
  • Inverter DC/AC (corrente continua/corrente alternata); 
  • Carica batterie (convertitore AC/DC) e sistema di controllo.

Per il collegamento alla rete elettrica deve essere provvista di:

  • Quadro elettrico completo di dispositivo di interfaccia alla rete elettrica di bassa tensione; 
  • Sistema di controllo del parallelo alla rete elettrica di bassa tensione; 
  • Inverter AC/DC/AC.

 

Il tempo di vita di un impianto ammonta a circa 20 anni.