L’energia eolica è una fonte energetica molto antica che sfrutta la forza cinetica del vento per trasformarla in energia elettrica.
L’energia meccanica del vento, che rappresenta una fonte di energia pulita e rinnovabile, in passato trovava la sua massima applicazione nel settore nautico e alimentava il meccanismo a pale dei mulini a vento, da cui deriverebbero i moderni impianti eolici.
Le apparecchiature con cui si sfrutta la forza del vento oggi sono invece chiamate aerogeneratori, composti da una turbina eolica in cima ad una torre di sostegno ed un generatore elettrico che funziona esattamente con lo stesso principio dei mulini a vento.
Vediamo nel dettaglio come funzionano le pale eoliche e in che modo riescono a convertire l’energia cinetica nella produzione elettrica.
Indice dei contenuti
Energia eolica: come funzionano gli impianti
Gli impianti eolici moderni sono sistemi avanzati di trasformazione della forza del vento in energia elettrica che si compongono essenzialmente di due parti: una meccanica, denominata pala, che segue il movimento del vento, ed una elettromagnetica, chiamata generatore, che ne trasforma il moto rotatorio in elettricità.
Le pale eoliche, che compongono questo sistema definito aerogeneratore, mantengono lo stesso meccanismo di funzionamento dei mulini a vento ovvero sfruttano la forza del vento e la sua energia cinetica per convertire l’energia eolica in energia elettrica.
Più in particolare, le pale eoliche, grazie alla forza del vento, ruotano e producono energia cinetica che viene immediatamente trasferita ad un rotore ad esse collegate.
Questo, a sua volta, trasmette l’energia meccanica di rotazione all’albero che le sorregge e quindi al generatore, che la trasformerà in energia elettrica.
I generatori degli impianti eolici si possono, a loro volta, suddividere in due categorie:
- Generatori ad asse orizzontale. Questa tipologia è la più comune e la più efficiente, per quanto abbia lo svantaggio di essere particolarmente rumorosa.
Si tratta di generatori in grado di generare una potenza variabile da pochi Kw fino a 6 MW, sfruttando la diversa forza del vento in base alle zone e al tempo.
I generatori ad asse orizzontale sono costituiti da una torre in acciaio di altezza massima di 100 metri, in cima alla quale si trova un involucro all’interno del quale è contenuto appunto il generatore elettrico azionato da un sistema a pale lunghe detto rotore.
Lo svantaggio principale legato a questa categoria di impianti è che non possono raggiungere velocità troppo elevate in quanto dotati di un sistema frenante che blocca il funzionamento dell’aerogeneratore per ragioni di sicurezza.
Inoltre per ottenere la resa massima e non perdere efficienza, l’asse di rotazione di questo sistema deve sempre trovarsi in posizione parallela alla direzione del vento.
Proprio per questo motivo gli impianti eolici ad asse orizzontale sono provvisti di un sistema che, in modo motorizzato o naturale, posizionano l’asse nella posizione ideale per garantirne il corretto funzionamento.
Questo per evitare che il tubo dell’impianto, trovandosi erroneamente in posizione verticale, impedisca il passaggio dell’aria e ostacoli il buon funzionamento dell’impianto. - Generatori ad asse verticale. Questa tipologia di impianti è meno rumorosa per quanto caratterizzata da minore efficienza. A differenza di quelli ad asse orizzontale, i generatori eolici ad asse di rotazione verticale non sono influenzati in alcun modo dalla direzione del vento, in quanto dotati di una struttura composta da poche parti mobili e dunque in grado di resistere alle forti raffiche.
Questa caratteristica permette all’impianto di poter sfruttare la forza del vento senza dover modificare l’orientamento delle sue pale e di supportare anche le velocità più elevate grazie alla sua stabilità costruttiva.
Oltre che in funzione del tipo di generatori, gli impianti eolici si possono distinguere anche in funzione del luogo in cui sono costruiti, ecco quali sono le principali tipologie di parchi eolici e in cosa si differenziano l’uno dall’altro.
Impianti eolici e tipologie: on-shore, near-shore ed off-shore
Gli impianti a energia eolica, chiamati anche parchi eolici, si possono differenziare, come si è visto, per stabilità e velocità nonché per efficienza di funzionamento, ciò avviene anche in relazione alle caratteristiche delle zone in cui le turbine vengono installate.
A seconda che gli impianti eolici siano collocati più o meno vicino al mare o in pianura, è possibile distinguerli in tre principali tipologie:
Parchi eolici on-shore
Si tratta di impianti eolici installati in zone pianeggianti esposte ad una corrente costante, che distano generalmente una decina di km dal mare.
È un tipo di parco eolico molto diffuso nella zona centrale degli Stati Uniti ma, la stessa tipologia di impianti, in dimensioni ridotte, può anche essere installata in zone tendenzialmente isolate oppure essere utilizzata sul tetto o sul balcone di abitazioni private arrivando anche a produrre energia in eccesso da rivendere alle società elettriche.
Parchi eolici near-shore
Questa categoria include gli impianti che trovano collocazione nella costa, generalmente fino a 10 km di distanza.
Proprio in virtù della sua posizione, il parco eolico near-shore tende a sfruttare il più possibile la forza cinetica dei venti che provengono dal mare e si abbattono in modo costante tutto l’anno sulla costa, da cui traggono elevate velocità.
Parchi eolici off-shore
Gli impianti di questa tipologia sono quelli costruiti in zone più lontane dal mare o dalle coste degli oceani e si caratterizzano, infatti, per una maggiore stabilità.
Oltre a possedere centinaia di turbine in un’area molto vasta per sfruttare l’azione del vento, questi parchi possono contare su correnti d’aria costantemente presenti, pertanto riescono a produrre quantità molto superiori di energia rispetto ai parchi eolici on-shore.
Per quanto offrano il vantaggio di offrire migliori condizioni di conversione di energia producendone quantità superiori a causa della velocità e della costanza del vento che li raggiunge, questi parchi eolici hanno lo svantaggio di richiedere costi di realizzazione e manutenzione piuttosto elevati rispetto ad altri impianti.
La stessa esposizione al vento, continua e costante, e all’acqua rappresenta un problema per il buon funzionamento delle componenti e strutture di questi impianti, che col tempo subiscono un’erosione più rapida rispetto a quelle di altre tipologie di impianti.
L’altro problema che intacca l’efficienza del sistema è la modalità di installazione che richiede un lavoro sottomarino di impianto delle pale eoliche o, in alternativa, la creazione di vere e proprie piattaforme galleggianti.
Il più grande impianto eolico del mondo si trova a Thanet in Gran Bretagna, con una potenza installata di 300 MW, al secondo posto troviamo quello di Homs Rey, in Danimarca, dove il 43,4% del consumo elettrico nel 2017 sarebbe derivato dal vento.
Spagna e paesi Scandinavi hanno intrapreso la strada dell’eolico con successo installando parchi eolici offshore grazie all’introduzione di specifici regolamenti, ma sono almeno 83 i paesi del mondo che ormai utilizzano l’energia eolica per soddisfare il fabbisogno di elettricità.
Secondo dati e ricerche, nel 2017 la produzione annuale di energia eolica avrebbe raggiunto una percentuale di crescita pari al 17%, coprendo così il 4,4% del fabbisogno elettrico globale e l’11,6% di quello dell’Unione Europea. Nel 2018 la produzione mondiale di energia eolica è cresciuta del 9,6%.
In Italia siamo ancora lontani da questi risultati, per quanto siano stati presentati ben 15 progetti eolici al governo, che ancora sembrano non poter essere realizzati a breve per motivi burocratici.
Quella dell’energia eolica è una strada da percorrere per salvaguardare l’ambiente, innumerevoli sono i vantaggi di cui è possibile godere con l’installazione degli impianti, anche se non mancano le perplessità, ecco una piccola sintesi dei pro e dei contro dell’energia eolica.
Energia eolica: principali vantaggi
Gli impianti eolici, essendo fonti di energia alternativa, pulita e rinnovabile, offrono innumerevoli vantaggi, tra questi i più importanti riguardano l’ambiente e i costi, analizziamoli uno ad uno.
Basso impatto ambientale
Gli impianti eolici non producono scarti o sostanze dannose e inquinanti per l’ambiente in quanto non funzionano tramite combustione dei fossili, pertanto hanno un impatto ecologico piuttosto basso.
La costruzione degli impianti eolici, grazie alla praticità e al ridotto ingombro offerto dai generatori, inoltre, non compromette le attività agricole e quelle di allevamento del bestiame, pur occupando vaste aree di terreno.
Inoltre studi e ricerche dimostrano che non esistono effetti negativi di queste strutture nemmeno sulle specie avicole, la cui sopravvivenza sembra non essere messa a rischio dalla produzione di energia eolica, come invece avviene nel caso di altre strutture artificiali.
Costi contenuti
La produzione di energia tramite la forza cinetica del vento ha costi piuttosto contenuti rispetto alle fonti tradizionali, per quanto gli investimenti iniziali possano comportare spese elevate, in alcuni casi difficili da ammortizzare nel tempo.
Negli anni 2000, in realtà, l’energia eolica sembra aver raggiunto gli stessi costi di produzione rispetto alle fonti di energia tradizionale e sembra essere destinata a diventare la fonte più economica di energia.
A parte i costi iniziali di costruzione, un impianto di energia eolica richiede una spesa di circa 1 cent per KW-h, che può essere ridotta ulteriormente grazie alla tecnologia sempre più avanzata di questi impianti, molti dei quali sono dotati di maggiore efficienza e migliori prestazioni grazie a pale più lunghe e leggere.
Completano il quadro i bassi costi di manutenzione, che sembrano ridursi progressivamente grazie ad un’efficienza costruttiva sempre migliore.
Energia eolica: svantaggi ed effetti negativi
Pur assicurando energia pulita e costi contenuti, gli impianti eolici presentano alcuni svantaggi, legati soprattutto a costi e ricavi e all’impatto visivo.
Costi e ricavi
Se è vero che gli impianti eolici hanno un costo sempre più contenuto, spesso gli investimenti richiesti per la costruzione degli impianti superano i ricavi ottenuti.
Non essendo possibile, in alcuni casi, prevedere l’intensità della forza del vento o la sua presenza in alcune zone, spesso risulta difficile stimare l’efficienza di alcune tipologie di impianti in termini economici e di resa.
Impatto visivo negativo
Un altro svantaggio legato all’installazione degli impianti eolici riguarda l’aspetto paesaggistico.
Se è vero che la produzione di energia eolica, come si è visto, ha un basso impatto ambientale, spesso l’impatto visivo delle pale eoliche viene visto come una sorta di deturpazione di aree incontaminate e zone paesaggistiche e panoramiche.
Sempre a livello ambientale alcuni parlano di inquinamento acustico in quanto il movimento delle pale, che per funzionare correttamente devono essere installate in alto e ben distanziate, produrrebbe rumore, generando disagio agli animali e causando cambiamenti all’ecosistema.
Si è parlato di effetti negativi legati all’inquinamento sonoro anche per le persone che vivono nei luoghi dove sono installate le turbine eoliche, ma non tutti gli studi confermano queste ipotesi con dati reali.
Pertanto, nonostante alcuni effetti negativi, l’energia eolica continua ad essere considerata come una delle forme energetiche migliori per l’ambiente e per la salute dell’uomo.
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