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- L’energia eolica è
l’energia posseduta dal vento.
L’uomo ha impiegato la forza del vento o energia eolica sin dall’antichità, per navigare e per
muovere le pale dei mulini utilizzati per macinare i cereali, per spremere
olive o per pompare l’acqua. Solo da pochi decenni l’energia eolica viene
impiegata per produrre energia elettrica. I moderni mulini a vento sono chiamati
aerogeneratori. Il principio di funzionamento degli aerogeneratori è lo
stesso dei mulini a vento: il vento spinge le pale eoliche che azionano una
turbina. Nel caso degli
aerogeneratori il movimento di rotazione delle pale eoliche viene trasmesso
ad un generatore che produce energia elettrica.
Esistono aerogeneratori diversi per forma e
dimensione. Possono, infatti, avere una, due o tre pale eoliche di varie lunghezze:
quelli con pale eoliche lunghe 50 centimetri vengono utilizzati come caricabatterie,
quelli con pale eoliche lunghe circa 30 metri, sono in grado di erogare una potenza di
1.500 kW, riuscendo a soddisfare il fabbisogno elettrico giornaliero di circa
1.000 famiglie. Il tipo più diffuso è l’aerogeneratore di taglia media, alto
oltre 50 metri, con due o tre pale eoliche lunghe circa 20 metri. Questo tipo di
aerogeneratore è in grado di erogare una potenza di 500-600 kW e soddisfa il
fabbisogno di energia elettrica giornaliera di circa 500 famiglie.
Il rotore eolico
Il rotore eolico è costituito da un mozzo su cui sono fissate le pale. Le pale
eoliche più
utilizzate sono realizzate in fibra di vetro. I rotori a due pale eoliche sono meno
costosi e girano a velocità più elevate, sono però più rumorosi e vibrano di più
di quelli a tre pale. Tra i due la resa energetica è quasi
equivalente. Sono stati realizzati anche rotori con una sola pala eolica, equilibrata
da un contrappeso. A parità di condizioni, questi rotori sono ancor più veloci
dei bipala, ma hanno rese energetiche leggermente inferiori. Ci sono anche
rotori con numerose pale eoliche, di solito 24, che vengono impiegati per l’azionamento
diretto di macchine, come le pompe. Sono stati messi a punto dei rotori con pale
eoliche “mobili”. Variando l’inclinazione delle pale al variare della velocità del vento
è possibile mantenere costante la quantità di energia elettrica prodotta
dall’aerogeneratore eolico.
Il sistema frenante dell'aerogeneratore eolico
È costituito da due sistemi indipendenti di arresto delle pale
eoliche: un sistema di
frenaggio aerodinamico e uno meccanico. Il primo viene utilizzato per
controllare la potenza dell’aerogeneratore, come freno di emergenza in caso di velocità del vento
sopra la soglia sopportabile e per arrestare il rotore. Il secondo viene utilizzato
per completare l’arresto del rotore eolico e come freno di stazionamento.
La torre e le fondamenta
La torre sostiene
la navicella e il rotore eolico, può essere a forma tubolare o a traliccio. In genere è
costruita in legno, in cemento armato, in acciaio o con fibre sintetiche. La
struttura dell’aerogeneratore eolico per poter resistere alle oscillazioni ed alle
vibrazioni causate dalla pressione del vento deve essere ancorata al terreno
mediante fondamenta. Le fondamenta molto spesso sono completamente interrate e
costruite con cemento armato.
Il moltiplicatore di giri
Il moltiplicatore
di giri serve per trasformare la rotazione lenta delle pale eoliche in una rotazione più
veloce in grado di far funzionare il generatore di elettricità.
Il generatore eolico
Il generatore
trasforma l’energia meccanica in energia elettrica. La potenza del generatore
viene indicata in chilowatt (kW).
Il sistema di controllo
Il funzionamento di
un aerogeneratore è gestito da un sistema di controllo che svolge due diverse
funzioni. Gestisce, automaticamente e non, l’aerogeneratore nelle diverse
operazioni di lavoro e aziona il dispositivo di sicurezza che blocca il
funzionamento dell’aerogeneratore in caso di malfunzionamento e di sovraccarico
dovuto ad eccessiva velocità del vento.
La navicella e il sistema di imbardata
La navicella è una
cabina in cui sono ubicati tutti i componenti di un aerogeneratore eolico, ad
eccezione, naturalmente, del rotore e del mozzo. La navicella è posizionata
sulla cima della torre e può girare di 180° sul proprio asse. Per assicurare
sempre il massimo rendimento dell’aerogeneratore è importante mantenere un
allineamento più continuo possibile tra l’asse del rotore e la direzione del
vento. Negli aerogeneratori di media e grossa taglia, l’allineamento è garantito
da un servomeccanismo, detto sistema di imbardata, mentre nei piccoli
aerogeneratori è sufficiente l’impiego di una pinna direzionale. Nel sistema di
imbardata un sensore, la banderuola, indica lo scostamento dell’asse della
direzione del vento e aziona un motore che riallinea la navicella.
Più aerogeneratori collegati insieme formano le
wind-farm, “fattorie del vento”, che sono delle vere e proprie centrali
elettriche ad energia eolica. Nelle wind-farm la distanza tra gli aerogeneratori
eolici non è casuale, ma
viene calcolata per evitare interferenze reciproche che potrebbero causare
cadute di produzione. Di regola gli aerogeneratori vengono situati ad una
distanza di almeno cinque-dieci volte il diametro delle pale eoliche. Nel caso di un
aerogeneratore medio, con pale eoliche lunghe circa 20 metri, questo significa
istallarne uno ogni 200 metri circa. La tecnologia degli aerogeneratori da
utilizzare in siti offshore è in pieno sviluppo: a livello commerciale esistono
macchine da 1 MW ed esistono prototipi da circa 3 MW. Secondo alcune stime, gli
impianti eolici nei mari europei potrebbero fornire oltre il 20% del fabbisogno
elettrico dei paesi costieri. Attualmente in Europa sono operative 5 centrali
costruite in Olanda, Svezia e Danimarca con una potenza totale di 30 MW. In
Italia non esiste ancora alcun impianto eolico offshore, ma è stato calcolato un
potenziale sfruttabile di 3.000 MW, pari a quello sulla terraferma, in grado di
soddisfare il 4% degli attuali consumi di energia elettrica.
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