VENTO PER L'ENERGIA - ENERGIA DAL VENTO, ENERGIA MECCANICA PER AZIONARE POMPE DELL'ACQUA, ENERGIA ELETTRICA, ENERGIA ELETTRICA "DI SERVIZIO", ENERGIA

L'uomo a causa del suo sviluppo tecnologico ricava molta energia, per lui indispensabile, da combustibili fossili (ad esempio il petrolio). Questi non sono inesauribili e quindi si preannuncia una gran crisi energetica in un prossimo futuro. Perciò si è alla ricerca di nuove fonti d'energia pulite, economiche e rinnovabili. Quella più ambita è la fusione nucleare (ricava energia facendo fondere due nuclei di deuterio, l'isotopo pesante dell'idrogeno, ricavandone un nucleo d'elio), ma il suo traguardo è per il momento irraggiungibile a causa dell'enorme calore liberato dalla reazione. Per il momento si conoscono altre possibili fonti d'energia come quell'idroelettrica, geotermica, solare, eolica. Esse non hanno impatti ambientali e sono inesauribili, però l'uomo deve imparare ad usarle senza impiegare ingenti somme di denaro, che certamente le rendono sconvenienti rispetto a combustibili fossili.

ENERGIA DAL VENTO

I "sistemi di conversione da fonte eolica", permette di sottrarre energia utile dal vento. Essi sono presenti e distribuiti sul mercato. Inoltre danno un rendimento elevato e a costo bassissimo, in grado di sostenere la concorrenza dei sistemi di conversione da altre fonti energetiche.

ENERGIA MECCANICA PER AZIONARE POMPE DELL'ACQUA

L'energia meccanica per azionare pompe dell'acqua, è il metodo più antico per trasformare l'energia cinetica del vento in un'altra energia. Il sistema è costituito da aeropompa, condotte e serbatoio d'accumulo. Con i mulini a vento sono state bonificate molte zone e il medesimo sistema può essere applicato anche per l'irrigazione. E' utilizzato in regioni isolate dei paesi in via di sviluppo e dove sono resi disponibili energia elettrica e combustibili fossili.

ENERGIA ELETTRICA

Una fonte energetica è competitiva se riesce a produrre energia elettrica, che è facile da trasportare e anche da convertire in energia meccanica e termica. E' già noto fin dall'inizio del secolo che dal vento si può ricavare, ma solo con la tecnologia d'oggi questo sistema può essere competitivo.

ENERGIA ELETTRICA "DI SERVIZIO"

Sono davvero tante le microsituazioni in cui si può utilizzare il vento per l'energia elettrica. Ad esempio, quando la rete elettrica è lontana e/o difficile da raggiungere si fa uso delle batterie. Per ricavarle si usano piccoli areogeneratori, con un rotore (che consente di catturare l'energia eolica e di convertirla in altre fonti d'energia) di diametro non superiore ai due metri e potenze dell'ordine dei Chilowatt. E' il caso in cui bisogna alimentare apparecchiature piccole (ripetitori radio, rilevatori, impianti per segnalazioni e protezione catodica di gasdotti) che richiedono moderati prelievi d'energia.

ENERGIA ELETTRICA PER INSEDIAMENTI ISOLATI

In Italia, come negli altri paesi industrializzati, gli insediamenti isolati sono molti. Le difficoltà tecniche e gli elevati costi, rendono proibitivo l'allacciamento, ricorrendo a sconvenienti (rumorosi, costosi e inefficienti) elettrogeni con motore a combustibile interno (benzina o diesel), o facendo a meno dell'energia elettrica: però in alcune zone, quando il regime dei venti è favorevole e la produzione d'energia elettrica dalla fonte eolica e realizzabile, nonostante l'elevato onere d'acquisto dell'impianto e la difficoltà di manutenzione (soprattutto in zone remote) è possibile risolvere il problema.

BATTERIE PER ACCUMULARE L'ENERGIA DEL VENTO

Essendo il vento discontinuo e imprevedibile, gli impianti eolici devono avere un sistema d'accumulo dell'energia prodotta. Il sistema più pratico ed efficiente è la batteria elettrochimica. Se si desidera alimentare ad esempio degli elettrodomestici normalmente in commercio, occorre installare dispositivi di conversione (inverter) dalla corrente continua, così com'è accumulata nella batteria, alla corrente alternata. Per evitare un accumulo elevato, si può integrare la fonte eolica con piccoli generatori a combustibile che entrino in funzione quando, sia il vento sia l'energia accumulata nelle batterie, scarseggiano. La potenza nominale dell'areogeneratore (da poche decine di scatti a 20W, con diametro massimo del rotore di 10 metri), e la capacità d'accumulo variano a seconda del numero d'ore annue di disponibilità dell'alimentazione che si vuole avere.

IL SISTEMA MISTO VENTO/DIESEL

Nel caso di reti poco estese con generatori di potenza non superiore a qualche megawatt, è possibile impiegare una o più unità eoliche di diametro di rotore fino a 35 metri e potenza massima di 300 o 400 KW. Per integrarsi al meglio col sistema diesel, la fonte eolica non può superare la soglia del 20-25% della potenza di rete. La flessibilità del diesel non è molto elevata, e le continue e ampie fluttuazioni del vento costringono il diesel in ogni momento a variare il proprio carico per far fronte alla richiesta dell'utenza. Se la potenza del vento è eccessiva possono essere compromessi i valori delle frequenze e della tensione di rete. Sistemi vento/diesel con quota maggiore di potenza da fonte eolica sono in fase di progettazione e di sperimentazione. In questi prototipi il motore eolico e quello diesel sono interconnessi meccanicamente, creando un vero e proprio generatore ibrido.

MACCHINE EOLICHE

Fin dai tempi dei greci si riusciva a sfruttare Eolo tramite il motore eolico, che catturava la forza del vento, e la trasmetteva attraverso un albero per far funzionare una pompa o un mulino. Ma bisogna aspettare fino ai primi anni del nostro secolo perché nascano gli aereogeneratori (macchine eoliche capaci di azionare capace di azionare un generatore d'energia elettrica). Questi si svilupparono solo negli anni 70, quando il petrolio e gli altri combustibili fossili, che avevano avuto successo durante la seconda guerra mondiale grazie all'elevato rendimento e al basso costo, cominciarono a dar meno. Quindi le vecchie tecnologie del vento tornano in primo piano e furono in breve sviluppate. Le nuove macchine eoliche non sono diverse da quelle del passato: l'energia cinetica del vento è catturata da pale che, ruotando, mettono in moto un albero il quale a sua volta aziona un generatore d'energia elettrica (ma ci sono anche nuove aeropompe). La novità è soprattutto nel rendimento elevato.

C'è però un problema: il vento è una fonte d'energia discontinua. Le macchine più efficienti sono quelle più flessibili, non vincolate ad una particolare velocità di rotazione, macchine cioè che producono energia in corrente continua o in corrente alternata a frequenza variabile, utilizzata in genere per alimentare piccole utenze isolate.

Per alimentare la rete elettrica nazionale l'energia prodotta da fonti eoliche deve essere in corrente alternata alla frequenza di 50 Hertz. In linea di principio gli aerogeneratori devono ruotare a velocità costante anche quando il vento cambia forza e/o direzione. Tra tutte le fonti rinnovabili d'energia, quella delle macchine eoliche è considerata la più matura ed affidabile. Per costruire questi sistemi, per le pale si utilizzano nuovi materiali specifici, tutti gli altri componenti si sono da qualche tempo affermati in altri settori. Resta chiaro che queste macchine possono svilupparsi ancora molto.

LA STORIA DELLE MACCHINE EOLICHE

Fin dall'antichità l'energia eolica è stata sfruttata ampiamente: barche a vela, ventilazione dei cereali, essiccamento dei prodotti agricoli, pesca ecc. L'uso della vela per lo spostamento d'imbarcazioni, apparve in rafurazioni egiziane del 2.500 a.C., e costituisce il primo esempio d'utilizzazione d'energia matura come forza motrice.

I mulini a vento vero per la prima volta in Mesopotamia, Cina, Egitto. E' tramandato che il re di Babilonia, Hammurabi, progettò nel XVII secolo a.C., di irrigare la pianura Mesopotamia per mezzo di mulini a vento. Solo con il regno del califfo Omar I nel 630 d.C. si ha la certezza che il mulino a vento fosse una macchina d'uso corrente. In Europa questi apparvero solo nel Medioevo, con le crociate. Erano di concezione del tutto diversa, con ruota e asse orizzontale e di dimensioni maggiori, tecnologicamente più complessi e di maggior rendimento. I mulini furono utilizzati nel corso dei secoli per i più svariati usi (spremitura delle olive, macinazione dei cereali, pomgio dell'acqua, azionamento di segherie, ecc.). In Olanda i mulini furono impiegati dal 1350 per il drenaggio delle paludi, e a metà del 1800 se ne contavano ancora 9000 in funzione.

Nel secolo scorso si diffusero aereopompe con giranti multiple di piccolo diametro, utilizzato soprattutto nelle fattorie di territori di nuova colonizzazione. I primi generatori di energia elettrica azionati dal vento risalgono al 1900-l914 con potenza compresa tra i 3 e i 30 KW.

Tra le due guerre mondiali si arrivò a generatori da 40-48 KW. In Danimarca si soddisfò gran parte del fabbisogno nazionale con generatori di media potenza applicato a fattorie e villaggi.

Con il secondo dopoguerra, i combustibili fossili producevano energia a costi bassissimi e quindi le vie di Eolo furono abbandonate. Con una futura crisi energetica, abbiamo ripreso di mira l'energia eolica e si stanno ancora sviluppando nuove macchine per la produzione di energia elettrica da una fonte eolica.

LE MODERNE MACCHINE EOLICHE

Le macchine eoliche più moderne per la produzione d'energia elettrica (aereogeneratori) sono di due tipi:

Ad asse orizzontale: l'asse del rotore è parallelo alla direzione del vento e al terreno;

Ad asse verticale: l'asse del rotore è perpendicolare alla direzione del vento e al terreno.

Le macchine ad asse orizzontale hanno avuto maggior sviluppo tecnologico essendo state storicamente le prime a ire in scena. Esse sono state soggette a programmi di ricerca che ne hanno esaltato le qualità consentendo il raggiungimento di rendimenti superiori a quelli delle macchine ad asse verticale.

Oltre il 95% della potenza erogata da centrali eoliche proviene da aereogeneratori ad asse orizzontale.

Le macchine ad asse verticale possono semplificare le operazioni di manutenzione, essendo le apparecchiature di generazione e di controllo a livello del terreno, e non richiedono l'orientamento rispetto alla direzione del vento. Sono però ancora prototipi, o comunque alle prime fasi di sviluppo. D'altra parte hanno più difficoltà di avviamento autonomo e presentano irregolarità della coppia.

PRINCIPALI COMPONENTI DI UNA MACCHINA AD ASSE ORIZZONTALE

Le macchine ad asse orizzontale sono composte da:

Un sostegno a tuiliccio oppure di tipo tubolare;

Un involucro chiamato navicella o gondola che, nel caso di un aereogeneratore, contiene il generatore elettrico, il moltiplicatore di giri, e alcune apparecchiature di controllo;

Il rotore, che può essere collegato sopravvento o sottovento rispetto al sostegno ed è costituito da un mozzo, su cui su cui è montato un certo numero di pale (da1 a 3 nei moderni aereogeneratori);

Il dispositivo di orientamento della macchina secondo la direzione del vento;

I sistemi di controllo, la strumentazione ed opportuni cavi per convogliare al suolo l'energia elettrica prodotta (nel caso degli aereogeneratotri) e per trasmettere i segnali necessari.

PRINCIPALI COMPONENTI DI UNA MACCHINA AD ASSE VERTICALE

Per quanto riguarda le macchine ad asse verticale, oggi sono sviluppate soprattutto quelle di tipo Davieus, costituite da:

Un albero tubolare mantenuto verticale da stralli;

Due o tre pale incurvate in modo che entrambe le loro estremità siano collegate all'albero;

Un basamento, che racchiude il moltiplicatore di giri e l'eventuale generatore elettrico.

COME INTERROGARE EOLO

Come si fa a misurare il "potenziare eolico" di un'area e verificare se il regime dei venti è effettivamente quello giusto per costruire una centrale eolica? Occorre un'analisi in due tempi. Nella prima, detta "prequalificazione", bisogna esaminare grandi aree e sulla base di dati già disponibili (ad esempio un aeroporto) e scegliere quelle più favorevoli. Nella seconda fase, di "qualificazione", ogni sito candidato è sottoposto ad una verifica specifica, attraverso la rivelazioni di dati sul regime dei venti, e una complessa valutazione ambientale che tenga conto delle caratteristiche del territorio e degli aerogeneratori disponibili.

IL POTENZIALE EOLICO

La quantità di energia elettrica che può essere prodotto in una zona dipende:

Dal regime dei venti;

Dall'area disponibile per la centrale;

Dalle caratteristiche delle macchine disponibili.

IL VENTO

La raccolta e l'elaborazione dei dati anemetrici sul regime dei venti, in particolare sulla loro intensità e costanza, prevede:

Una stazione per la misura della velocità e della direzione del vento;

Un tempo di rilevamento sufficientemente lungo (2 o 3 anni almeno) per ottenere dati statisticamente significativi.

NESSUNA EMISSIONE INQUINANTE

L'energia eolica non inquina al contrario delle centrali elettrotermiche a carbone, gas, o petrolio.

I PROBLEMI DA RISOLVERE

Chiaramente anche questa ha degli effetti collaterali: l'impatto visivo, l'inquinamento acustico, interferenze elettromagnetiche, impatto sulla fauna e sull'agricoltura. Certo però che noi ci guadagniamo, rinunciando a contribuire all'effetto serra, alle piogge acide, o alle patologie delle vie respiratorie. Comunque ai problemi delle fonti eoliche si cercano le soluzioni, che non tarderanno a venire.

L'IMPATTO VISIVO

La gente di solito non riceve un'immagine gradevole delle macchine eoliche. Però adesso, quando l'istallano si fanno scelte accurate della forma e del colore dei principali componenti, e si bada in particolare che il prodotto usato per pitturare le parti ferrose non dia, se possibile; un effetto riflettente.