Eolico
L'energia amica dell'aria

Cos'è
È l'erede dei vecchi mulini, sfrutta l'energia del vento per produrre energia meccanica o elettrica.
Vengono chiamate micro-centrali le macchine eoliche che generano potenze fino a 20 kW destinate all'autoconsumo di energia e le macchine da 20 a 100 kW, che sono considerate di uso "industriale" per la produzione di energia elettrica.
L'energia prodotta con macchine eoliche di piccola taglia, singole o collegate tra loro, è generalmente utilizzata sul posto. Macchine eoliche non connesse alla rete elettrica possono alimentare utenze isolate come ad esempio sistemi di telecomunicazione, stazioni di pompaggio, utenze rurali e isole; in questi casi l'energia prodotta e non consumata viene immagazzinata in un sistema di accumulo formato, nella maggior parte dei casi, da batterie.

Come funziona
Le pale delle macchine eoliche vengono messe in rotazione dal movimento dell'aria. L'energia così ottenuta può azionare generatori elettrici (in questo caso si dicono aerogeneratori) o azionare macchine operatrici quali ad es. le pompe (in questo caso si dicono aeromotori).
Le pale della macchina (comunemente tre) sono fissate su un mozzo e nell'insieme costituiscono il rotore che normalmente si posiziona controvento. Il mozzo, a sua volta, è collegato a un albero a valle del quale si trova il generatore elettrico da cui dipartono i cavi elettrici diretti alle utenze da alimentare o alla rete. Tutti questi elementi sono ubicati in una cabina detta navicella o gondola la quale a sua volta è posizionata su di un supporto-cuscinetto, orientabile in base alla direzione del vento. La navicella viene completata da un sistema di controllo di potenza, che interrompe il funzionamento della macchina in caso di vento eccessivo. Un timone posto in coda garantisce la migliore posizione della navicella in relazione alla direzione del vento. L'intera navicella è poi posizionata su di una torre.

Requisiti
La macchina eolica deve essere installata in un luogo ventoso, in generale quelle attualmente in commercio necessitano di una velocità minima del vento di almeno 3 metri al secondo per poter entrare in funzione.
E' ovvio che prima di procedere con un installazione eolica sarà necessario effettuare una vere e propria analisi anemologica del sito misurando per un lasso di tempo abbastanza lungo la potenza media del vento e la velocità minima, parametri molto importanti per stimare la produttività energetica del sito.
La potenza estraibile dal vento per mezzo di un aerogeneratore cresce all'aumentare della velocità del vento e dell'area spazzata dalle pale; dipende inoltre dalla densità dell'aria, funzione delle caratteristiche condizioni meteo del luogo.
Per valutare l'effettiva potenzialità di un impianto è indispensabile conoscere le ORE EQUIVALENTI annue di funzionamento alla potenza nominale, tale parametro è determinato da:

• frequenza della velocità del vento
• durata della velocità del vento

Per determinare le ore equivalenti di un impianto in un sito è possibile svolgere delle campagne di misura sul posto o consultare l'Atlante Eolico; in Italia le zone favorevoli sono situate al centro-sud e sulle isole.
Gli impianti micro-eolici di potenza non superiore ai 20 kW generalmente non sono soggetti a Valutazione di Impatto Ambientale (VIA), é però opportuno che il soggetto intenzionato a realizzarli si informi presso la propria Regione o Provincia per conoscere la normativa in vigore.

Benefici
Spesso i generatori eolici sono un ottima soluzione per coprire i consumi di energia elettrica, in quanto a fronte di una spesa contenuta spesso garantiscono un ottima produttività.
Dobbiamo ricordare, che come per le altre fonti rinnovabili, ogni Kwh di energia elettrica prodotta consente di non immettere in atmosfera 0,5 Kg di anidride carbonica, altrimenti prodotta dalla combustione di materiale fossile.

Componenti
Una macchina eolica è molto semplice ed è composta da:

• Rotore (pale)
• Torre di sostegno
• Moltiplicatore di giri
• Generatore
• Sistema di controllo
• Trasformatore

Per l'alimentazione utenze isolate occorrono:

• Batterie di Accumulo
• Inverter DC/AC (corrente continua/corrente alternata)
• Carica batterie (convertitore AC/DC) e sistema di controllo

Incentivi
Le turbine eoliche, come tutti gli impianti da fonte rinnovabili di piccola taglia, sono soggetti ad una distinzione in base alla soglia di potenza dei 20 kw.
La delibera 28/06 dell'Autorità per l'energia elettrica e il gas prevede lo scambio sul posto per i microimpianti al di sotto dei 20 kW.
Per le incentivazioni degli impianti eolici bisogna fare riferimento a due diversi regimi, a cui corrispondono diversi benefici e finalità:

Impianti con potenza inferiore a 20 kW. Dal 13 febbraio 2006 tutti gli impianti per la produzione di enrgia elettrica, alimentati da fonti rinnovabili, con potenza fino a 20 kW possono accedere al meccanismo di scambio sul posto dell'energia elettrica prodotta, cioè la possibilità di cedere alla rete elettrica locale la produzione da fonte rinnovabile e di prelevare dalla stessa rete i quantitativi di elettricità nelle ore e nei giorni in cui gli impianti rinnovabili non sono in grado di produrre; tutto ciò pagando solo la differenza, su base annua, tra i consumi totali del cliente e la produzione del suo piccolo impianto.

Impianto con potenza nominale compresa tra 20 Kw e 100 Kw.
Sono impianti in grado di auto consumare l'energia prodotta, tutta o in parte, ma anche di vendere le eccedenze. Sono considerate officine elettriche e quindi è richiesta denuncia all'U.T.F e conseguente imposizione fiscale.
Possibilità della vendita dei certificati verdi (CV) per i primi otto anni di esercizio dell'impianto, qualora la produzione di energia superi i 26 MWh l'anno.
In alternativa ai CV esiste la possibilità di ottenimento dei certificati RECS (link al www.recs.com), del valore ciascuno di 1 MWh di energia prodotta.

Quanto costa
Il costo per installare un sistema completo di un decresce in funzione della potenza installata, possiamo parlare di circa 1000 € al kW per impianti di macro generazione mentre può raggiungere 5000 € al kW per impianti domestici molto piccoli (alcune centinaia di watt).
Per macchine di potenza compresa tra 10 e 20 kW il costo di un sistema installato "chiavi in mano" varia dai 2000- 2500 € per kW installato.
I costi di gestione e manutenzione crescono con il tempo: per i primi 10 anni si può ipotizzare una spesa di circa il 2% dell'investimento, mentre per gli anni successivi il costo può aumentare.

TIPOLOGIE

La tipologia di turbine eoliche è ampia, una prima suddivisione è data dalla posizione dell'asse: le turbine ad asse orizzontale, quelle più note e diffuse, e le turbine ad asse verticale, utilizzate fin dall'antichità ma solo ultimamente oggetto di studi e ricerche per migliorarne l' efficienza.

Turbina ad elica
La pala dell'elica, come un'ala sottile offre una resistenza minima all'avanzamento, non crea turbolenze pericolose, ha una portanza elevata: tutto ciò si traduce in un alto coefficiente di potenza e in velocità di rotazione molto alte (alcuni rotori hanno eliche con velocità periferiche vicine a quelle del suono).
In conseguenza dell'alta velocità di rotazione tipica di queste macchine è possibile accoppiare dei generatori di elettricità, direttamente o con ingranaggi molto modesti, evitando che la gran parte della potenza estratta sia dissipata in trasmissioni complicate caratterizzate da elevati rapporti di trasmissione.
L'elica, per poter avere un rendimento costante ed elevato, deve sempre potersi orientare nel vento. I metodi utilizzati sono due: con un timone di opportune dimensioni che orienta tutto il complesso (elica controvento o up-wind), oppure , ponendo l'elica posteriormente al complesso generatore-perno di rotazione e utilizzando la coppia giroscopica del motore stesso per orientare il mulino (elica sottovento o down-wind).
L'elica ha un profilo aerodinamico facilmente ricavabile da libri e pubblicazioni molto diffuse; in pratica per applicazioni modeste vengono impiegati profili standard.

Turbina multipala
Il suo rotore è costituito da un alto numero di pale in lamiera metallica, generalmente 18 o più, disposte a raggiera su un mozzo e ad angolo rispetto al piano di rotazione, come una grande ventola. Il diametro medio è di circa 1.5-3 metri. La rotazione dell'asse viene trasformata in moto alternativo per mezzo di un albero a gomito, oppure rinviata alla base del traliccio tramite una coppia di ingranaggi conici.
Questo tipo di mulini viene utilizzata nella grande maggioranza dei casi per pompare acqua dai pozzi. Il rotore è rigido e la sua superficie ed inclinazione non possono essere variate al variare della forza del vento; infatti oltre ad una certa velocità deve essere fermato manualmente oppure piegato in modo da disporre il rotore parallelo alla direzione del vento. Il grande numero di pale comporta una solidity elevata, per cui si ha una coppia molto alta anche a basso numero di giri; è sufficiente un vento debole per far lavorare il rotore in condizioni ottimali. Le pale sono leggermente incurvate e con angolo di calettamento variabile dal mozzo all'estremità. Per micro-generatori si possono utilizzare un numero inferiore di pale sagomate.

Rotore Windside
Un aerogeneratore ad asse verticale innovativo è quello proposto dalla Winside, una società finlandese.
Nell' immagine una coppia di generatori eolici elicoidali ad asse verticale, usati per climatizzare un centro commerciale a Raisio, nei pressi di Turku in Finlandia, potenza dell'impianto: 50 kW.
Questa tecnologia, relativamente nuova, è molto promettente, con rese superiori all'eolico tradizionale (ad asse orizzontale) anche del 30-50%, adatta sopratutto per impianti di potenza media e piccola.
(Fonte ed immagini Windside).

Turbina Darrieus
Nella prima immagine un esempio classico di turbina eolica Darrieus. È un sistema da 60 kW in un sito di prova ai laboratori di Sandia (foto: Dipartimento per l'energia degli Stati Uniti).
(Fonte ed immagine Re-Focus).
Oltre alla tipica forma a fuso le turbine ad asse verticale Darrieus possono essere anche nella configurazione ad "H", altri rotori ideati da Darrieus possono avere una forma ad "A".
Fonte ed immagine solwind.co.nz. Un rotore derivato dal Darrieus ad "H" ma più sofisticato nell'aerodinamica, è commercializzato da una ditta di Bolzano, si attiva con un vento minimo (2-3 m/s) e non deve essere disattivato neanche con i più forti venti tra quelli possibili in Italia.
(Fonte ed immagine: ropatec.com).

Rotore Savonius
Rotore Savonius, il più semplice degli aerogeneratori ad asse verticale: la sua semplicità concettuale lo rende particolarmente adatto all' autocostruzione.

Tempo di vita
Il tempo di vita dell'impianto può essere variabile, comunque si considera di circa 20 anni.