Energia rinnovabile: un'alternativa possibile, oggi

Cos'è l'energia rinnovabile, come si ottiene e perché è conveniente usarla.

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Energia eolica: cos'è e come funziona.

Nel passato scelte infelici di collocazione di parchi eolici hanno creato in alcune comunità, ed in parte nell' opinione pubblica, una sorta di rigetto verso questa forma di generazione. Un rifiuto provocato anche dalla scarsa conoscenza ed informazione su questo tipo di tecnologia. Cerchiamo quindi di fornire una panoramica sulla tecnologia ed i costi dell' eolico, sfatando i luoghi comuni su questa forma di generazione.

Una forma di energia solare
L' energia eolica, prodotta dalla conversione dell'energia cinetica del vento in energia meccanica e quindi in energia elettrica, è una forma di energia solare. I venti sono generati dal riscaldamento non uniforme dell'atmosfera da parte del sole, dall' irregolarità della superficie della terra e dalla sua rotazione.
I vento passa  su entrambe le facce della pala, più velocemente sul lato superiore, creando un area di bassa pressione: questa differenza di pressione tra le due superfici ha come risultato una forza chiamata portanza aerodinamica. La potenza generata da un aerogeneratore dipende essenzialmente dall'area spazzata dal rotore e dal cubo della velocità del vento.
In verità, a causa del rallentamento che subisce il vento attraversando l'aerogeneratore, si è in grado di convertire solo il 59 per cento dell' energia cinetica in energia meccanica.
Attraverso la curva di potenza di un aerogeneratore si può verificare la potenza elettrica che si è in grado di generare per diverse velocità di vento; la curva di potenza è caratteristica di ogni turbina. L' avviamento della macchina avviene quando è presente un vento di velocità sufficiente, mentre la macchina si ferma quando vi è un vento di velocità superiore a quella massima per la quale la macchina è stata progettata. La maggior parte delle turbine è studiata per generare la massima potenza ad una prefissata velocità del vento, nota come rated power; la velocità del vento a cui viene raggiunta è detta rated wind speed ed è scelta in base alla velocità anemologica locale.

Generatori eolici moderni (guarda video)
I generatori eolici attualmente più diffusi sono diventati parte integrate del nostro paesaggio e le parti che costituiscono una turbina moderna sono essenzialmente le seguenti:
1) Le pale della macchina sono fissate su di un mozzo e vanno a costituire in rotore. Il mozzo è collegato ad un albero rotante che può essere a sua volta collegato, a seconda del tipo di turbine, ad un generatore sincrono o ad un moltiplicatore di giri e quindi ad un generatore asincrono, soluzione attualmente più diffusa.
2) Dal generatore si dipartono i cavi di potenza. I componenti di cui sopra sono ubicati nella navicella, a sua volta posizionata su di un supporto a cuscinetto, in maniera da essere facilmente orientabile a seconda della direzione del vento. L' intera navicella è posizionata su di una torre, che può essere a traliccio o conica tubolare.

Come si regola la potenza generata da una turbina eolica?
Il sistema più diffuso consiste nel far variare l' angolo di incidenza della pala rispetto al vento attraverso sistemi idraulici o elettrici. Quando la potenza generata diventa eccessiva, la pala inizia a girare intorno al proprio asse longitudinale fino ad adottare la posizione a bandiera. In questo modo la resistenza opposta al vento è minima. Un sistema di controllo verifica continuamente la posizione della pala e la potenza generata, modificando continuamente l' angolo di incidenza della stessa. Questo metodo rappresenta un vantaggio significativo rispetto al sistema tradizionale, che presentava un angolo fisso di attacco delle pale al mozzo. Il vantaggio consiste nell'avere un range di funzionamento più alto a diverse velocità del vento e minori sollecitazioni vibrazionali sulla struttura.

Come si ottiene una frequente rete costante a diverse velocità di vento?
Teoricamente, un generatore bipolare dovrebbe girare a trentamila giri al minuto per poter ottenere la frequenza di 50 Hz richiesta dalla rete elettrica; la velocità di rotazione delle pale è però chiaramente molto inferiore e variabile a seconda della velocità del vento (dell'ordine di poche decine di giri al minuto), quindi come si può ricavare una frequenza di rete costante con un elemento così variabile?
- collegamento del rotore all' aerogeneratore direttamente ad un generatore sincrono multiplo: attraverso un converter si ottiene la frequenza di rete.
- generatore asincrono: il rotore viene direttamente collegato ad un moltiplicatore di giri attraverso l' albero. Il rapporto di moltiplicazione è normalmente 1/100m cosicché da un rotore che gira a 10 giri/minuto ottengo una velocità di rotazione dell' albero in uscita di 1.000 giri/minuto. L' albero in uscita viene quindi collegato ad un generatore asincrono (giri variabili). L' utilizzo del converter permette quindi di ottenere la frequenza di rete secondo una delle seguenti modalità:
    •    Attraverso un convertitore di frequenza si fa variare la frequenza di alimentazione del bobinato del rotore del generatore, ottenendo in uscita la frequenza elettrica di 50 Hz. Il convertitore di frequenza è del tipo partial range.
    •    Il convertitore di frequenza adatta la frequenza (variabile) in uscita dal generatore alla frequenza di rete.
Il sistema attualmente più utilizzato dalla maggior parte dei costruttori è il generatore asincrono poiché presenta minori costi e minori perdite nell' elettronica, anche se il gear box rappresenta l' elemento più critico in termini di manutenzione. La soluzione del generatore sincrono è utilizzata raramente dai produttori di turbine per gli alti costi.

Analisi economica impianti eolici (guarda video)
Negli ultimi anni, la crescita del prezzo del petrolio e l' instabilità dell' area medio-orientale hanno accelerato la diffusione dell' energia eolica, grazie anche ad un notevole miglioramento registrato dai generatori eolici negli ultimi vent' anni.
Il miglioramento è avvenuto sia sul piano del rendimento sia su quello delle dimensioni, ma soprattutto in termini di costi. I fattori determinanti in termine dei costi sono:
le crescenti dimensioni delle turbine degli impianti;
le innovazioni tecnologiche ed i sistemi di controllo (migliore efficienza);
i metodi di analisi anemologica più sofisticati;
i materiali più resistenti e leggeri (come torri e pale),
la curva di esperienza e le economie di scala.

Come si garantisce la produzione elettrica quando non soffia il vento?
L' intermittenza è spesso citata come in principale ostacolo allo sviluppo dell' eolico. Sistemi di back up - vale a dire la capacità eccedente di centrali non intermittenti, come le termoelettriche - devono essere approntati e costituiscono un costo aggiuntivo che aumenta quello di pura generazione. Il problema diventa chiaramente superiore nel momento in cui la penetrazione dell' eolico nel sistema produttivo di una nazione diviene considerevole. I risultati di un recente studio indicano come la frequente critica che si muove nel confronto dell' eolico, secondo cui il livello di bak up di un impianto eolico è pari alla potenza eolica installata, non sia corretta.
I risultati di questo studio condotto sono stati pubblicati in un report e dimostrano come, l' impatto che può avere una grande penetrazione dell' eolico  in una nazione, possa essere controllato attraverso un' appropriata rete elettrica e un' adeguata e puntuale predizione della produzione elettrica da fonte eolica nel mercato dell' energia eolica.
Una rete di potenza diffusa su un' ampia area, inoltre, può ridurre la fluttuazione causata dalla generazione eolica e migliorare il grado di predizione, senza contare poi la maggiore disponibilità di riserve di generazione. La capacità di trasmissione tra differenti aree e tra differenti nazioni può ridurre notevolmente i costi. Con una penetrazione nel sistema elettrico nazionale del 10-20 per cento del fabbisogno, i costi addizionali per MWh di energia eolica, che nascono dall' esigenza di bilanciare le fluttuazioni nella produzione di impianti eolici, si stimano essere compresi tra 1 e 4 euro/Mwh.
In Danimarca, per esempio, i costi sono contenuti dall' efficienza del mercato elettrico, dalla possibilità di accumulare energia tramite pompaggio dei bacini idrici norvegesi  e dalla forte interconnessione con la rete elettrica tedesca. Nella parte occidentale della Danimarca, durante le notti di vento intenso, le turbine arrivano ad erogare il 50 per cento del fabbisogno energetico, un picco viene gestito dalla rete senza problemi.

I problemi ambientali dell' eolico
Vediamo quali sono i luoghi comuni legati all' eolico.
I Parchi eolici sono rumorosi. L' impatto acustico è spesso citato come un elemento deterrente. I livelli di rumorosità delle turbine moderne sono stati abbassati drasticamente grazie ad opportune conformazioni delle pale ed all' isolamento acustico della navicella. In ogni caso già a meno di 100 metri da una turbina eolica in movimento, il rumore prodotto non supera i 50 decibel: un' intensità sonora paragonabile a quella di una normale conversazione.
I Parchi eolici distruggono il paesaggio. L' impatto visivo di una torre eolica è innegabile viste le sue dimensioni, ma non è deturpante l' ambiente come si vuol far credere. Si è visto ad esempio che l' uso di turbine dello stesso tipo e della stessa taglia, l' uso ti turbine tripala (ovvero il garantire che la posizione di stop del bipala o monopla non dia sensazione di asimmetria), la disposizione degli aerogeneratori estesa in lunghezza, prevalentemente in file piuttosto che in grandi gruppi, abbiano davvero un effetto notevolmente mitigante.
Per quanto riguarda l' occupazione del territorio, nella pratica risulta relativamente bassa, con valori non maggiori al 3 per cento dell' area di riferimento, e con l' area circostante che non viene intaccata nelle vocazioni precedenti all' installazione, come ad esempio il suo utilizzo per il pascolo o per le coltivazioni agroforestali.
I Parchi eolici distruggono l' avifauna. Studiosi hanno affermato che ricerche e monitoraggi effettuati negli ultimi vent' anni sui parchi eolici, dimostrano che, se posti in luoghi appropriati, i parchi eolici non costituiscono affatto un problema. Nel 2004 uno studio rilevò l' uccisione annuale di 2,2 uccelli per ciascuna delle 15.000 turbine installate negli Stati uniti e dello 0,13 in Spagna. Questi numeri non sono sicuramente paragonabili alle centinaia di milioni di uccelli che annualmente muoiono impattando contro veicoli, edifici ed altre strutture.
L' eolico in definitiva non può certo sostituire totalmente sistemi di generazioni tradizionali, può però contribuire in modo sostanziale a ridurre considerevolmente la dipendenza ed il ricorso ad essi, con notevoli benefici ambientali ed economici, come hanno già dimostrato vari paesi.

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