Come scegliere una turbina eolica

Contribuire alla produzione di elettricità con l'eolico è utile e al tempo stesso un'iniziativa socialmente responsabile che permette di risparmiare sui consumi energetici con un occhio alla salvaguardia dell'ambiente.

Il vento è una fonte di energia rinnovabile che offre il grande vantaggio di essere disponibile anche di notte e il cui sfruttamento s'inquadra perfettamente con l'approccio ecologico promosso dalle autorità pubbliche. Come tale beneficia di detrazioni e aiuti finanziari.

Un'energia rinnovabile

Le fonti energetiche rinnovabili sono considerate pulite, inesauribili e naturali. Per le turbine eoliche, è indispensabile la presenza di vento e prima di avviare un progetto è quindi importante assicurarsi che la zona sia costantemente esposta a venti con velocità media sufficiente.

Esistono diversi tipi di turbine eoliche, di dimensioni che vanno dalle più piccole, sufficienti per alimentare singoli dispositivi elettrici o elettronici, fino ad arrivare alle grandi turbine dei parchi eolici offshore.

La più potente turbina eolica offshore, la Haliade-X della General Electric Renewable Energy, è attualmente in funzione a Rotterdam. È alta ben 260 metri, ha un rotore di 220 metri con tre pale lunghe ciascuna 107 metri e una potenza nominale di 12 MW in grado di produrre, con una sola rotazione, l'energia sufficiente ad alimentare una casa per due giorni. Sarà presto superata da altre turbine più potenti la cui realizzazione è imminente.

Piccole o grandi, il principio di funzionamento e gli elementi che le compongono sono in sostanza gli stessi. Le turbine eoliche si dividono in due grandi famiglie:

• turbine eoliche ad asse orizzontale

• turbine eoliche ad asse verticale.

Le turbine eoliche ad asse orizzontale

Le turbine ad asse di rotazione orizzontale possono essere di tipo sopravento (o upwind) e sottovento (o downwind): nel primo caso, che corrisponde alla configurazione della quasi totalità delle pale eoliche ad asse orizzontale, il vento colpisce prima pale e rotore e poi la navicella, mentre nel secondo caso è l'esatto contrario.

Gli elementi che compongono le turbine ad asse di rotazione orizzontale sono:

• la navicella o gondola che contiene un generatore elettrico sincrono o asincrono, gli organi di movimento della turbina, un sistema di orientamento secondo la direzione del vento (timone e anemometri) meccanico o automatico, un riduttore di giri, un freno di sicurezza e le altre componenti elettriche;

• il rotore è il mozzo su cui sono fissate le pale ed è fissato ad un albero, detto albero lento;

• le pale, in vetroresina, fibra di carbonio o materiali compositi, sono in genere tre, ma esistono anche turbine monopala, a due pale o anche a più di tre pale. Sono svergolate e hanno un profilo aerodinamico come l'ala di un aereo;

• la torre, più o meno alta, è il palo che sostiene la navicella e può essere tubolare, a traliccio o strallata.

Le turbine eoliche ad asse verticale

Le turbine ad asse verticale hanno un funzionamento costante che è indipendente dalla direzione del vento. Sono più silenziose, più compatte e meno impattanti delle turbine ad asse orizzontale, resistono meglio alle turbolenze e si mettono in movimento anche con piccole velocità del vento.

Si tratta di una tecnologia che, a differenza degli apparecchi ad asse orizzontale, utilizza la portanza, cioè la stessa forza che permette di mantenere in volo gli aerei, e aumenta notevolmente la rotazione delle pale rispetto alla velocità del vento. Le turbine ad asse verticale sono particolarmente indicate nelle zone con molte turbolenze.

I criteri che giustificano un investimento in questo tipo di impianti si basano anzitutto sulla consultazione dell'Atlante Eolico dell'Università di Genova con le mappe della velocità media del vento alle altezze di 25, 50, 75, e 100 m slm. Le mappe terrestri, con una risoluzione di 1x1 km, sono state realizzate analizzando i dati di 200 stazioni meteo, mentre quelle marine sono basate su dati satellitari e rilevamenti diretti.

Ci si può inoltre rivolgere a studi professionali riconosciuti, in genere costosi ma affidabili che realizzano proiezioni a partire da rilevamenti trimestrali per stabilire la velocità media annuale del vento per le località oggetto di studio.

Sono disponibili anche studi di tecnici certificati realizzati con l'aiuto della cartografia meteorologica o ottenuti dalla sovrapposizione dei dati e delle osservazioni di diversi enti tra cui il Dipartimento della Protezione Civile, le agenzie nazionali per l'ambiente e l'energia come l'ENEA e, ovviamente, i servizi meteorologici.

Non ha molto senso invece fare una ricerca sulla presenza nel passato di mulini a vento: in Italia i mulini a vento erano rarissimi, perlopiù concentrati sul litorale della Toscana e in Sicilia, nella zona di Trapani.

Gli impianti eolici sono particolarmente adatti alla campagna perché la modesta densità di edifici favorisce lo scorrere fluido del vento. In città invece la presenza di edifici più o meno alti genera turbolenze che riducono le prestazioni degli impianti obbligando a installare il dispositivo a un'altezza maggiore con tutti gli inconvenienti che ciò comporta.

Una velocità del vento elevata non rappresenta sempre un vantaggio perché le turbine eoliche hanno condizioni di funzionamento ottimale in un campo piuttosto ristretto di velocità del vento. I siti da preferire sono, inoltre, quelli in cui la velocità del vento non è inferiore a 5m/sec e rimane piuttosto costante, senza sbalzi frequenti.

Per essere efficace, la turbina eolica deve rispondere a bisogni reali ed essere proporzionata all'utilizzo che si intende farne. Se si tratta di alimentare solo alcuni apparecchi in funzione del loro consumo, è abbastanza semplice trovare il modello più adatto.

Gli impianti microeolici e minieolici si stanno rapidamente diffondendo per le utenze domestiche. Si tratta di turbine che possono essere installate, secondo le esigenze dell'utente, ad altezze diverse. Hanno un limitato impatto ambientale e costi contenuti. In ambiente urbano a maggior altezza corrisponderà minor disturbo dovuto alle turbolenze mentre in campagna potrebbe essere rilevante la presenza degli alberi, ma le altezze degli impianti possono rimanere limitate perché le turbolenze sono molto minori che in città.

Non esiste una classificazione univoca degli impianti eolici domestici.

In genere con microeolico si intendono aerogeneratori con potenza inferiore a 3 kW. Si tratta di turbine che hanno un limitato impatto ambientale, l'altezza media è di circa 10 m e il rotore ha diametro non superiore a 6 metri. Sono adatte a zone extraurbane, agricole e industriali. Per questo tipi di impianto è normalmente sufficiente una comunicazione al comune.

Un aerogeneratore minieolico ha invece una potenza compresa tra 3 e 60 kW. L'altezza non supera i 30 metri e il rotore ha un diametro massimo di 10 metri. È la soluzione ideale per piccole imprese agricole, agriturismi, rifugi montani e piccole attività industriali.

La normativa può variare da una regione all'altra. Alcune regioni impongono una distanza minima tra un aerogeneratore e l'altro e stabiliscono le distanze dalle abitazioni, strade ecc. in relazione all'altezza della torre. In mancanza di tali prescrizioni valgono comunque quelle previste dal Codice civile.

In ogni caso bisogna sempre verificare che la zona dove si intende installare una turbina eolica non sia interessata da vincoli ambientali, paesaggistici o idrogeologici.

Sovrapproduzione di elettricità

Potrai produrre energia elettrica e vendere l'eccedenza della tua produzione a ENEL o a qualsiasi altro fornitore di elettricità. Tuttavia, questa modalità è regolamentata ed esige un contratto e un abbonamento specifico.

Il surplus di energia può anche essere immagazzinato tramite batterie. Se hai dei pannelli solari, la produzione eolica può essere abbinata a quella solare. Per l'installazione e per la manutenzione annuale dell'apparecchiatura, conviene sempre rivolgersi a professionisti.

Per quantificare la potenza di una turbina eolica è opportuno conoscere alcuni criteri utili per confrontare e scegliere al meglio.

Potenza in uscita

La potenza in uscita è definita dalla formula seguente.

• P = ½ Rho x S x V³

In questa formula

• Rho rappresenta la massa volumica dell'aria, che si aggira sugli 1.2 kg per metro cubo.

• V rappresenta la velocità del vento.

• S rappresenta la superficie corrispondente al cerchio che ha per raggio la lunghezza di una pala.

Per ottenere S, si applica la seguente formula

• R² x π

ovvero la lunghezza della pala al quadrato x π (3,1416).

Conviene quindi ricordare che la potenza è proporzionale al quadrato della lunghezza della pala. In altri termini, essa si moltiplica per quattro quando si raddoppia la lunghezza della pala. Inoltre, se la velocità del vento raddoppia, la potenza si moltiplica per otto.

Potenza utile

La potenza in uscita è teorica. In effetti, diversi parametri intervengono a modificare questo valore, a cominciare dalle fasce di potenza, cioè la soglia di avvio del rotore, la velocità di plateau e la velocità limite del vento prima dell'interruzione di sicurezza. Va anche tenuta in conto l'efficienza legata al rendimento meccanico del rotore e del generatore.

Il limite di Betz 

Il limite di Betz stabilisce che la potenza massima ricavata da una turbina non supera mai i 16/27 x 100, cioè l'equivalente di circa il 59% della potenza resa disponibile dal vento.

Rendimento globale

Il rendimento globale prende in considerazione, oltre ai parametri precedentemente indicati, le perdite di potenza legate al rendimento del rotore e del generatore. D'altra parte, gli organi di una turbina eolica non sono mai tutti al rendimento massimo allo stesso momento.

Si stima che il rendimento globale di una turbina eolica si aggiri tra il 25 e il 55%. Ecco una tabella che presenta le capacità di alimentazione di una turbina eolica standard con rotore da 1.90 m di diametro.

Si tratta comunque di capacità teoriche. In effetti, in assenza di vento, l'elettricità prodotta è nulla. In questo caso, le batterie possono parzialmente compensare questa mancanza di produzione.

I valori di potenza elettrica delle turbine eoliche comunemente utilizzate sono funzione del diametro del rotore e del loro rendimento meccanico. Eccone alcuni:

• diametro del rotore da 0.60 a 3 m, da 120 W a 1.5 kW;

• diametro del rotore da 3 m a 10 m, da 1.5 kW a 30 kW.

Nell'ambito delle nuove costruzioni, il Decreto Rinnovabili (D.Lgs. 28/2011), accogliendo una direttiva della Comunità Europea, stabilisce che dal 1° gennaio 2017 gli edifici di nuova costruzione o sottoposti a ristrutturazione rilevante devono coprire almeno il 50% dei consumi con le fonti energetiche rinnovabili (FER); questa quota è ridotta del 50% nel caso di edifici costruiti o ristrutturati che si trovano nei centri storici e aumentata del 10% in caso di edifici pubblici. Anche l'energia eolica può essere presa in considerazione per soddisfare questa esigenza.

Nel caso di abitazioni esistenti il ricorso all'eolico è, quando possibile, altrettanto interessante da attuare. Come per le nuove costruzioni, sono spesso previste detrazioni e aiuti finanziari.

Lo stesso decreto semplifica le procedure di autorizzazione per gli impianti FER introducendo la PAS (Procedura Abilitativa Semplificata) per gli impianti fino a 60 kW di potenza. In pratica con questo sistema è sufficiente presentare al Comune, 30 giorni prima dell'inizio dei lavori, una dichiarazione firmata da un progettista con i relativi allegati grafici e la relazione tecnica che dimostrano la compatibilità dell'impianto con gli strumenti urbanistici esistenti.

Nel caso di impianti più potenti è invece necessario chiedere alla Regione l'Autorizzazione Unica (AU) che viene rilasciata dopo una Conferenza dei Servizi degli enti coinvolti.

Con il D.Lgs. n. 387 del 2003 si dà la possibilità di rivendere alle aziende produttrici e distributrici di energia elettrica, la quantità di energia prodotta in eccesso (impianti on grid). Gli impianti connessi alla rete elettrica possono avere un contributo per ogni kW prodotto e immesso in rete. A seconda del tipo di contratto il gestore farà un bilancio tra energia prodotta ed energia consumata per calcolare la bolletta energetica. La connessione alla rete elettrica deve rispettare i requisiti previsti dalla norma CEI 0-21.

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