Fonti di energia rinnovabile: Energia eolica

L’energia eolica è il prodotto della conversione dell’energia cinetica del vento in altre forme di energia (elettrica o meccanica). Oggi viene per lo più convertita in energia elettrica tramite una centrale eolica, mentre in passato l’energia del vento veniva utilizzata immediatamente sul posto come energia motrice per applicazioni industriali e pre-industriali (come nei mulini a vento).

Prima tra tutte le energie rinnovabili per il rapporto costo/produzione, è stata la prima forma di energia rinnovabile scoperta dall’uomo dopo il fuoco.

Verso la fine del 2009, la capacità di generazione mondiale degli aerogeneratori era di 157,9 gigawatt, pari al 1,5% dell’elettricità consumata nel mondo e sta crescendo rapidamente, raddoppiandosi nei tre anni tra il 2005 e il 2008. Alcuni paesi hanno raggiunto un coefficiente di penetrazione della potenza eolica molto elevato (anche con incentivi governativi); ad esempio, nel 2008, il 19% della produzione elettricità di base raggiunto dalla Danimarca, il 13% della produzione in Spagna e in Portogallo, il 7% in Germania e nella Repubblica d’Irlanda. Nel maggio del 2009, otto paesi del mondo avevano centrali elettriche che vendevano a scopi commerciali raggiungendo con profitti.

I parchi eolici sono connessi alle reti elettriche; le istallazioni più piccole sono usate per fornire elettricità a luoghi isolati.
Le compagnie elettriche stanno utilizzando sempre più spesso il sistema del conto energia che consiste nel comprare l’energia in eccesso prodotta dai piccoli aerogeneratori domestici. Per alcuni aspetti l’energia eolica è una fonte attraente, come alternativa al combustibile fossile, dal momento che è abbondante, rinnovabile, ampiamente distribuita, pulita e praticamente non produce gas a effetto serra (se non durante la produzione di componenti base, come le pale in alluminio).
Comunque, la costruzione di “fattorie eoliche” non riceve unanime consenso a causa del loro impatto paesaggistico e altre problematiche, come la rumorosità e la pericolosità degli impianti per gli uccelli.
I primi mulini a vento europei trasportavano acqua o muovevano le macine per triturare i cereali; in Olanda erano utilizzati per pompare l’acqua dei polder, migliorando notevolmente il drenaggio dopo la costruzione delle dighe. I mulini olandesi erano i più grandi del tempo, divennero e rimasero il simbolo della nazione. Questi mulini erano formati da telai in legno sui quali era fissata la tela che formava così delle vele spinte in rotazione dal vento.

Nel corso del XIX secolo entrarono in funzione migliaia di mulini a vento sia in Europa, sia in America, soprattutto per scopi di irrigazione. In seguito, con l’invenzione delle macchine a vapore, vennero abbandonati per il costo del carbone, allora a buon mercato.

Negli anni settanta l’aumento dei costi energetici ha ridestato l’interesse per le macchine che utilizzano la forza del vento; così, molte nazioni hanno aumentato i fondi per la ricerca e lo sviluppo dell’energia eolica.

Un pò si storia..

Tra il 2000 e il 2006, la capacità mondiale installata è quadruplicata.
Nel 2005 la nuova potenza installata è stata di 11.000 megawatt, nel 2006 di 15.000 e nel 2007 di 20.000 megawatt.
Nonostante la crisi economica, il 2008 è stato un anno record per l’energia eolica, con oltre 27.000 megawatt di nuova potenza installata in tutto il mondo.
Questa crescita esponenziale ha portato ad avere già alla fine del 2008 una potenza cumulata totale di oltre 120.000 megawatt, producendo elettricità pari ad oltre l’1,5% del fabbisogno mondiale di energia, e si prevede che già alla fine del 2009, si possa arrivare al 2%.
Con questi alti tassi di crescita si stima che ogni tre anni si possa incrementare di 1 punto percentuale la copertura del fabbisogno mondiale di energia tramite questa fonte di energia.

Funzionamento

Il suo sfruttamento, relativamente semplice e poco costoso, è attuato tramite macchine eoliche divisibili in due gruppi distinti in funzione del tipo di modulo base adoperato definito generatore eolico:

  • Generatori eolici ad asse verticale, indipendenti dalla direzione di provenienza del vento;
  • Generatori eolici ad asse orizzontale, in cui il rotore va orientato (attivamente o passivamente) perpendicolarmente alla direzione di provenienza del vento.

I generatori eolici a partire dal 1985 hanno migliorato drasticamente il rendimento, dimensioni e costi. Tali generatori sono riusciti a passare da una produzione di pochi kilowatt di potenza a punte di 3 megawatt per i più efficienti e una produzione tipica del mercato di 1,5 MW, con una velocità del vento minima di 3-4 m/s.

Costi

Il costo di installazione è di circa 1,5 euro per watt. Per le turbine ci sono stati aumenti notevoli a causa dell’aumento delle materie prime. Nel 2008 il costo in terraferma è di 1.38 milioni di euro per megawatt, con un aumento del 74% negli ultimi 3 anni. Off shore il costo è di 2.23 milioni di euro, con un incremento del 48% negli ultimi tre anni.

Secondo il rapporto dell’International Energy Agency del 2005, il costo medio di produzione dell’energia eolica è di circa 90 dollari per megawatt/ora, contro i circa 35 dell’energia nucleare. Il costo non tiene conto degli aggravi dovuti alla soluzione di alcuni problemi tecnici che le fonti rinnovabili hanno in generale, come ad esempio la necessitá di predisporre impianti di generazione back-up necessari per assicurare lerogazione di energia elettrica nel caso si verificasse assenza di vento.

Il costo di installazione in Italia, facendo riferimento ad impianti con una potenza nominale superiore ai 600 kilowatt, varia tra i 1500 e i 2000 euro per chilowatt/ora; il prezzo varia secondo la complessità dell’orografia del terreno in cui l’impianto è installato, della classe di macchina installata, della difficoltà di connessione alla rete elettrica. Una centrale di 10 megawatt, allacciata alla rete in alta tensione, costerebbe tra i 15 e i 20 milioni di euro, mentre per una centrale allacciata alla rete di media tensione (3-4 megawatt) il costo si comprime tra 1,2 e 1,5 milioni di euro al megawatt. Gli unici capitoli di spesa totale riguardano l’installazione e la manutenzione, dato che non ci sono costi di approvvigionamento della fonte produttrice di energia. In relazione alla superficie occupata, una centrale eolica non toglie la possibilità di continuare le precedenti attività su quel terreno

Efficienza

L’efficienza massima di un impianto eolico può essere calcolata utilizzando la Legge di Betz, che mostra come l’energia massima che un generatore qualunque possa produrre (ad esempio una pala eolica) sia il 59,3% di quella posseduta dal vento che gli passa attraverso. Tale efficienza è il massimo raggiungibile, e un aerogeneratore con un’efficienza compresa tra il 40% al 50% viene considerato ottimo.

Gli impianti eolici consentono grosse economie di scala, che abbattono il costo del chilowattora elettrico con l’utilizzo di pale lunghe ed efficienti dalla produzione di diversi megawatt ciascuna. Una maggiore potenza elettrica in termini di megawatt significa grossi risparmi sui costi di produzione, ma anche pale più lunghe e visibili da grandi distanze, con un maggiore impatto ambientale sul paesaggio. Un colore verde, nel tentativo di mimetizzare gli aerogeneratori all’interno del paesaggio, attenua in minima parte il problema, date le altezze degli impianti. Per questo motivo, nonostante la maggiore economicità ed efficienza degli impianti di grossa scala, per lo più si decide per una soluzione di compromesso tra il ritorno economico, che spinge verso impianti più grandi, e l’impatto paesaggistico.

Aspetti negativi

Considerato che, per motivi di sicurezza ed efficienza, i generatori eolici possono operare solo in particolari condizioni di vento, l’energia eolica viene prodotta a intermittenza ed è non programmabile.
Tale situazione fa si che il settore eolico non possa sostituire completamente fonti tradizionali quali i combustibili fossili o l’energia idrolettrica, per i quali la potenza erogata è costante o direttamente controllabile in base alle esigenze.
L’energia eolica trova quindi il suo ruolo principalmente nell’integrazione alle reti esistenti.

Sulla terraferma, i luoghi più ventosi e quindi più adatti alle installazioni eoliche sono generalmente le cime, i crinali di colline e montagne o le coste. Gli impianti moderni, sebbene siano anche esteticamente apprezzabili, per le loro grandi dimensioni risultano visibili da grande distanza e possono causare un turbamento del paesaggio. Tuttavia le installazioni eoliche sono totalmente reversibili (bassi costi di smantellamento, completo ripristino delle condizioni ambientali preesistenti e assenza di alterazioni permanenti del paesaggio), diversamente da altre tipologie di centrali elettriche come termoelettrico, nucleare e idroelettrico, il cui impatto ambientale, sia estetico che ecologico, è di fatto irreversibile sia per gli alti costi (dighe, impianti nucleari) che per i tempi lunghi (scorie radioattive).

Il rischio di mortalità da impatto per gli uccelli migratori è certamente realistico, in particolare per gli impianti più grandi. È stato comunque rilevato una mortalità molto inferiore a quella normalmente causata dalle finestre degli edifici e dalle automobili.

Il rumore di una turbina eolica, dovuto essenzialmente al vento incidente sulle pale, secondo alcuni studi favorirebbe, nei residenti di abitazioni nelle immediate vicinanze, la cosiddetta “sindrome da pala eolica”, un insieme di disturbi a sfondo neurologico.