Eolico - La Bottega dell'Energia

Cerca
Vai ai contenuti

Menu principale:

Energie rinnovabili
Impianti eolici

Un impianto eolico trasforma l’energia del vento in energia meccanica, la quale, a sua volta, viene trasformata in energia elettrica. Un impianto eolico deve essere quindi installato in località dove il vento è "spesso" presente; in caso contrario la sua redditività energetica e finanziaria sarebbe così bassa da non giustificarne l’installazione.

Le spese da sostenere per la progettazione, l’installazione e la manutenzione di un impianto eolico sono assai significative; in Italia sono a disposizione alcuni
sistemi incentivanti che possono aiutare in questo senso.

Concentreremo la nostra attenzione sui "piccoli" impianti eolici, che costituiscono la miglior soluzione in ambito civile, del terziario e delle PMI.

Come sono fatti?

A differenza di altri tipi di impianto (ad esempio, i solari termici), gli impianti eolici hanno delle strutture costruttive abbastanza "canoniche". Possiamo quindi schematizzare una struttura generale in questo modo:



Ciò che permette la conversione dell’energia eolica (cioè del vento) prima in energia meccanica e poi in energia elettrica è la
turbina eolica. La vera differenza fra le differenti tipologie di impianto è data dal tipo di turbina impiegata.

Una turbina eolica è in generale costituita da:

Pale eoliche: assomigliano, nei casi più diffusi,  a delle pale di elicottero e la loro forma è studiata per massimizzare la "raccolta" del vento. Quella rappresentata in figura è una classica turbina a tre pale e ad asse orizzontale, ma in realtà esistono numerose tipologie di turbine anche molto differenti da questa.

Navicella: è il "cuore" della turbina. Al suo interno contiene il generatore elettrico che, mosso dall’energia meccanica ottenuta grazie al vento, produce energia elettrica. Spesso – ma questo dipende da numerosi fattori, fra cui anche la classe di potenza – al suo interno sono collocati anche altri dispositivi, quali ad esempio:

  • L'inverter, che serve a convertire l’energia elettrica prodotta in corrente continua dal generatore in energia elettrica in corrente alternata. L’inverter può non essere presente se il generatore elettrico produce direttamente in corrente alternata

  • Il moltiplicatore di giri, che serve ad aumentare la velocità di rotazione dell’albero meccanico ottenibile dal movimento delle pale, di modo da rendere "più produttivo" il generatore elettrico. In alcuni tipi di modello il moltiplicatore di giri non è presente e si ha quella che viene definita una "conversione meccanica diretta"

  • Gli organi di comando e controllo, che servono per regolare l’intera macchina ed ottenerne il corretto funzionamento per qualsiasi condizione di vento. Esistono numerosi dispositivi utili e/o necessari allo scopo, anche se non sempre sono tutti presenti. Esempi di regolazione sono le "frenate" della turbina in caso di vento eccessivo, la regolazione della tensione e della frequenza dell’energia elettrica prodotta, ecc.


Torre: è la struttura di sostegno della navicella. Essa serve per poter collocare quest’ultima all’altezza ottimale per la "captazione" del vento e deve essere accuratamente studiata in fase progettuale, dovendo poi sopportare tutti gli sforzi meccanici che si presentano durante il funzionamento ordinario e straordinario dell’intero impianto. Eventi straordinari sono, ad esempio, le forti raffiche di vento, che si presentano molto intense, generalmente per pochissimi secondi

Cavidotto: trasporta l’energia elettrica dal generatore elettrico collocato nella navicella al trasformatore

Trasformatore: permette di variare la tensione e la corrente elettriche prodotte dal generatore, di modo da renderle adeguate ai livelli richiesti dalla rete elettrica di collegamento

Un impianto di questo tipo è detto
connesso in rete (o grid connected): l’energia elettrica prodotta ed adeguata ai livelli di rete grazie al trasformatore può essere in parte autoconsumata per soddisfare le esigenze dei carichi dell’utenza ed in parte immessa nella rete elettrica.

Esistono poi impianti eolici
ad isola (detti anche stand-alone), non connessi alla rete elettrica e che servono dunque esclusivamente per alimentare i carichi dell’utenza. In questo caso è normalmente assente il trasformatore (l’energia elettrica prodotta dal generatore "va già bene così com’è"), ma è necessario introdurre una batteria di accumulatori. Questa ha come scopo l’immagazzinamento dell’energia elettrica prodotta in eccesso rispetto al fabbisogno dei carichi dell’utenza, la quale viene usata per la loro alimentazione in quei periodi durante i quali la turbina eolica non può funzionare. Questo avviene, ad esempio, con assenza di vento oppure con vento troppo "forte", così come indicato dai Produttori delle stesse turbine (nel quale caso la turbina viene arrestata per evitarne il danneggiamento).


Tipologie

Gli impianti eolici possono essere classificati in base a numerosi fattori. Le principali classificazioni disponibili sono:

  • In base al numero di pale (si va da turbine monopola in su)

  • In base al modo in cui è disposto l’insieme delle pale e della navicella rispetto alla direzione prevalente del vento: si parla in questo caso di turbine ad asse orizzontale e ad asse verticale

  • In base al tipo di generatore elettrico presente (a corrente continua, asinrono, sincrono, a magneti permanenti, ecc.)

  • In base alla potenza elettrica nominale prodotta dal generatore elettrico


L’ultima classificazione, in particolare, viene spesso considerata a livello Normativo.

Purtroppo non esiste ancora una classificazione "universale" e condivisa, ragion per cui ci riferiamo a quella prevista dalla Norma IEC 61400/2, che riportiamo nella seguente tabella:



                         

Dove installare?

Non tutti i luoghi sono adatti per l’installazione di impianti eolici. La condizione principale è che "ci sia vento", ma numerosi altri fattori intervengono nella scelta, quali ad esempio la vicinanza di linee elettriche (nel caso di impianti grid-connected), l’assenza di vincoli paesaggistici, ecc.

Quanto alla presenza o meno del vento, questo costituisce comunque senz’altro il fattore principale ed il vincolo più importante sul quale basare la scelta del sito. O con il quale, naturalmente, considerare se l’installazione di un impianto eolico è conveniente o meno.

Nel primo caso ci riferiamo ad un operatore finanziario interessato esclusivamente ad investire del denaro (proprio o di terzi) in un impianto eolico, mentre nel secondo ci riferiamo, ad esempio, ad un proprietario di una villetta che intende valutare se la località presso la quale abita è adeguata all’installazione di un piccolo impianto che gli possa garantire livelli sufficienti di autoconsumo.

È dunque facile capire come la valutazione della
ventosità di un sito sia una delle fasi più delicate dell’intero processo progettuale di un impianto eolico.

Normalmente, in fase di preventivo al cliente, il progettista e/o il consulente energetico effettua una valutazione di massima della ventosità, di modo da poter proporre al proprio cliente un vero e proprio business plan, ossia un documento attraverso il quale vengano previste, con sufficiente accuratezza, tutti i flussi finanziari (entrate ed uscite "di cassa", investimento iniziale) che si presenteranno dal momento dell’affidamento dell’incarico fino ad almeno il termine della vita utile dell’impianto.

Una volta commissionato il lavoro, è molto probabile che la prima fase sia quella del
rilievo anemometrico del sito (o dei siti) prescelto. Si tratta del rilievo in sito della velocità media (oraria, giornaliera e/o mensile) del vento.

Essa dovrebbe durare almeno un anno, ma naturalmente non sempre è possibile o conveniente effettuarla. Particolari condizioni favorevoli di mercato potrebbero ad esempio consigliare di progettare, installare ed allacciare alla rete elettrica il prima possibile l’impianto eolico; in tal caso l’investitore sarà probabilmente disposto ad accettare un margine di errore sulla definizione della ventosità (e quindi sull’energia elettrica che verrà prodotta annualmente dall’impianto).

Allo stesso modo, nel caso di un impianto ad uso residenziale, spesso la campagna anemometrica ha un costo eccessivo rispetto all’intero valore del progetto e della realizzazione e viene dunque evitata.

In quei casi in cui non è possibile effettuare la campagna di rilievo anemometrico (o comunque si intende evitarla), si fa riferimento a serie storiche di valori medie di velocità del vento, registrati su intervalli temporali più o meno lunghi.

Un ottimo riferimento è, ad esempio, l’atlante eolico interattivo realizzato da RSE S.p.A., di cui riportiamo un esempio di mappa, che riproduce i valori delle velocità medie del vento registrate, per tutta l’Italia, a 25 metri di altezza dal suolo:


Effetti ambientali

È innegabile che qualsiasi tipo di impianto eolico ha effetti più o meno consistenti sull’ambiente. È però opportuno considerarli, pur per sommi capi, in modo più imparziale possibile, per fare chiarezza su molte informazioni che, purtroppo, i mass media continuano a fornire in modo spesso errato o tendenzioso.

Occupazione del territorio
Le turbine eoliche e tutte le opere ad esse connesse (trasformatori, strade di accesso, linee elettriche dedicate, ecc.) hanno l’innegabile difetto di occupare fisicamente una parte di territorio, normalmente destinato ad altro.

Questo è un problema di cui soffrono particolarmente i grandi parchi eolici e, in generale, gli impianti di medie/grandi dimensioni. Nel caso di piccoli impianti residenziali (micro o miniturbine), invece, il problema è relativo: in tal caso, infatti, capita spesso che le turbine vengano installate su superfici non destinate ad altri usi (ad esempio, tetti) e che le opere connesse occupino spazi veramente molto contenuti.

Nel caso dei parchi eolici è però opportuno sottolineare come la turbina, che costituisce il problema principale in termini di occupazione del territorio, di fatto occupa normalmente soltanto il 2-3% dello spazio complessivo necessario all’impianto. Tutto il resto del sito è dedicato ad ospitare le opere accessorie (in particolare le cabine di trasformazione), ma gran parte di esso è lasciato libero, di modo da non influire sull’andamento del vento e della sua velocità.

Questa gran parte di territorio risulta dunque completamente libera e dedicabile ad altri tipi di attività, quali l’agricoltura, la pastorizia, ecc.

Impatto visivo
Anche in questo caso l’effetto è innegabile, specie per i grandi parchi eolici.

Risulta invece spesso trascurabile nei contesti dei mini e micro impianti, specie se si effettua un’accurata scelta della forma e dei colori di tutti i componenti (di modo da limitare al minimo la riflessione dei raggi solari).

Rumore
Il rumore prodotto da un impianto eolico è dovuto principalmente all’attrito esistente fra le pale e l’aria e, ove presente, al moltiplicatore di giri.

Solitamente il rumore viene attenuato con un’accurata scelta dell’inclinazione delle pale e della loro forma aerodinamica e, se possibile, scegliendo modelli senza moltiplicatore di giri.

Effetti sulla fauna avicola
Il solo effetto riscontrabile (e dimostrato…) riguarda il possibile impatto di volatili con le pale delle turbine. Chiaramente questo problema generalmente non riguarda gli impianti ad uso residenziale, essendo questi normalmente collocati all’interno delle città, dove la presenza di volatili e ridotta al minimo.

A chi ha fatto di questa problematica il proprio "cavallo di battaglia" per contrastare la diffusione dell’eolico potremmo ricordare che il numero di volatili deceduti a causa del traffico veicolare e della presenza delle linee elettriche aeree è enormemente superiore a quello degli uccelli impattati contro le pale eoliche.

Poiché questa ci pare però una risposta un tantino "disonesta" (nel senso che forse non risolve il problema, lo aggira soltanto…), ricordiamo semplicemente che un modo per mitigare tale effetto sarebbe quello di studiare almeno i possibili flussi migratori normalmente presenti nel sito prescelto; tale studio sarebbe da effettuare in fase di progettazione.

L’introduzione di un impianto eolico dovrebbe infatti limitare al minimo gli effetti sul territorio circostante e sui suoi "abitanti", saltuari o abituali che siano!

Inquinamento elettromagnetico ed interferenze
Gli effetti di inquinamento elettromagnetico e le interferenze sulle reti di telecomunicazione sono un ottimo esempio di come le informazioni passate al pubblico dai detrattori dell’eolico risultino nella maggior parte dei casi distorte e molto tendenziose.

Come noto, qualsiasi circuito o dispositivo elettrico è in grado di produrre campi elettromagnetici indesiderati. E questo, ovviamente, vale anche per un impianto eolico.

I campi elettromagnetici prodotti in questo contesto sono quelli generati dai trasformatori, dai cavidotti e dal generatore elettrico presente a bordo della turbina.

È innegabile che tali campi esistano, non c’è il minimo dubbio. Ma…è logico far credere, come spessissimo avviene, che le emissioni elettromagnetiche causate da un impianto eolico siano molto più pericolose di quelle alle quali siamo sottoposti tutti i giorni, perfino all’interno delle nostre abitazioni?

Solo per fare un esempio, un moderno forno a microonde emette radiazioni elettromagnetiche ben maggiori di quelle emesse da un intero parco eolico! Per non parlare poi delle emissioni dei telefoni cellulari…

Il punto non è quello di sottolineare con insistenza questa problematica, proponendo l’eliminazione dell’eolico per non soffrirne più (altrimenti perché non si vietano per Legge i cellulari?).

Il punto è invece quello di fare in modo che, come deve avvenire per tutti gli impianti ed i dispositivi elettrici, anche per gli impianti eolici vengano garantite le corrette condizioni di posa in termini di distanze minime dalle abitazioni, dai terminali di ponti radio, dalle antenne (ricordando che queste, a loro volta, sono sorgenti di inquinamento elettromagnetico…) ecc.

La cosa incredibile, di fatto, è che queste distanze sono praticamente sempre rispettate. E, dove non lo sono, si può richiedere immediatamente l’intervento degli appositi organi di vigilanza (ad esempio, l’ARPA della propria Regione).

Veramente incredibile, non trovate? Eppure la televisione dice sempre altro…

Qualche considerazione conclusiva
Purtroppo, negli ultimi anni, l’eolico – così come anche il fotovoltaico ed altre energie rinnovabili – è stato oggetto di massicce campagne denigratorie, aventi come unico scopo l’eliminazione di un qualcosa che, come un "bimbo in tenera età", avrebbe ancora bisogno di essere "accudito" per poter giungere alla propria maturità (tecnologica).

L’eolico può, assieme a tutte le altri fonti rinnovabili, contribuire a diminuire la nostra dipendenza dalle fonti fossili. E sappiamo bene quali effetti questo ha su di noi e quali altri effetti avrà sulle generazioni che ci seguiranno. Proprio per questo si parla tanto di "sostenibilità" e di "sviluppo sostenibile".

Che si tratti di un impianto residenziale o di un grande parco, è innegabile che l’eolico, a differenza ad esempio del
fotovoltaico, presenta un forte impatto sul territorio e sulla popolazione.

Al solito, la soluzione a questo tipo di problema non è certo quella di "estirpare alla radice" la causa (mai sentito parlare di "darsi la zappa sui piedi"?), ma di gestire nel modo corretto l’installazione dei nuovi impianti e di obbligare all’adeguamento alla Legge quelli vecchi.

Tutti noi abbiamo a cuore il nostro territorio ed il nostro ambiente (altrimenti non ci interesseremmo di rinnovabili e di temi
green), ma dovremmo anche essere consci che tutto ciò che facciamo per soddisfare i nostri fabbisogni (energetici e non) ha inevitabilmente degli effetti su quanto ci circonda. L’importante è ridurre tali effetti il più possibile (spesso, proprio in questo ambito, si parla di riduzione dell’impronta ecologica).
Facciamo un esempio, considerando la seguente installazione:




La domanda che sorge spontanea è: che bisogno c’era di installare una turbina eolica in prossimità di un invaso destinato alla produzione di energia da fonte idroelettrica, deturpando un territorio che risultava già deturpato dall’invaso stesso?

Ma c’è di più: anche se nella fotografia non è visibile, sulla sinistra della turbina eolica è stata installata un’antenna molto alta…alimentata da un impianto fotovoltaico. E, naturalmente, dietro alla turbina, non visibile nella fotografia, è stato costruito un tratto di strada, necessario per collocare in sito la turbina stessa.

Questo "semplice" esempio probabilmente aiuta a dimostrare che, prima di tante altre considerazioni, dovrebbe valere il buonsenso: basterebbe, da solo, per eliminare (o almeno limitare notevolmente) tutti gli effetti ambientali sopra citati.

Quanto costano? Quanto si risparmia?

Limitandoci agli impianti di tipo minieolico e con potenza elettrica nominale fra 0,5 e 20 kW, maggiormente di nostro interesse, il costo dell’intero impianto "chiavi in mano" (comprensivo cioè di progettazione completa, autorizzazioni, installazione ed imposte) oscilla fra i 3.100 ed i 5.200 Euro per ogni kW installato.

Impianti di questo tipo producono fra i 1.000 ed i 1.800 kWh di energia elettrica all’anno per ogni kW di potenza installata. La producibilità reale dipende da numerosi fattori, prima fra tutte l’effettiva velocità media del vento (i numeri che abbiamo appena dato sono basati su calcoli eseguiti con velocità medie da 5 a 6 m/s).

Come per il fotovoltaico, anche per l’eolico la progettazione viene in genere basata su uno dei seguenti criteri:

  • Massima copertura dei fabbisogni: in questo caso l’impianto viene dimensionato in base alle esigenze dell’utilizzatore, ad esempio per garantire la massimizzazione dell’autoconsumo dell’energia elettrica prodotta. Fondamentale è una corretta analisi preventiva degli andamenti annuali dei consumi elettrici; questi vengono dedotti dalle bollette elettriche archiviate dall’utente, elaborate mediante opportuni algoritmi di calcolo

  • Massimo sfruttamento delle superfici: con questo metodo l’obiettivo è quello di installare il maggior numero di turbine eoliche che possono stare nella superficie disponibile all’utente. In questo caso lo scopo è quello di ottenere la massima produzione di energia elettrica; questo metodo viene dunque in genere seguito in quei casi in cui all’utente non interessa un’ottimizzazione energetica dell’impianto (come accade invece nel caso precedente), bensì una sua ottimizzazione finanziaria. Si cerca cioè di ottimizzare i proventi derivanti dai sistemi di incentivazione disponibili

  • Massimo sfruttamento economico: l’impianto viene dimensionato in base al budget disponibile all’utilizzatore. In questo caso è fondamentale che il progettista e/o il consulente energetico predisponga un vero e proprio business plan, attraverso il quale vengano previste, con sufficiente accuratezza, tutti i flussi finanziari (entrate ed uscite "di cassa", investimento iniziale) che si presenteranno dal momento dell’affidamento dell’incarico fino ad almeno il termine della vita utile dell’impianto


Solitamente, nel settore residenziale, viene seguito il primo metodo. Al contrario, nel settore terziario ed in quello delle PMI i metodi maggiormente impiegati sono il secondo ed il terzo.

Limitandoci al caso residenziale, possiamo farci un’idea della potenza eolica che il progettista ci indicherà di installare tenendo presente che per coprire totalmente il consumo elettrico medio annuale di una famiglia media tale potenza sarà compresa fra 5 kW (Sud dell’Italia, isole e regioni alpine del Nord) e 8 kW (centro e Nord Italia).

Supponiamo quindi di essere al Sud Italia e di voler installare un impianto da 5 kW, di modo da garantire un’efficace copertura dei consumi elettrici di una famiglia di 4 persone. Il costo chiavi in mano dell’impianto si aggira sui 5.200Euro/Kw x 5 kW = 26.000 Euro (avendo considerato il costo unitario più elevato che abbiamo prima indicato).

L’impianto produrrà, ad esempio, 1.400 kWh/kW x 5 kW = 7.000 kWh all’anno (abbiamo considerato il valore medio fra i due prima forniti), che non dovremo "attingere" dalla rete elettrica e che quindi costituiranno un vero e proprio risparmio. Considerando un costo medio di 19 centesimi di Euro al kWh in bolletta elettrica, ciò significa risparmiare circa 1.330 Euro all’anno.

Senza considerare alcun incentivo, l’investimento verrà dunque ripagato in circa 19 anni e mezzo. Da quel momento e fino al termine della vita utile dell’impianto, i 1.330 Euro all’anno costituiranno dei veri e propri guadagni.

Tenendo anche conto di eventuali
sistemi incentivanti, il tempo di rientro dell’investimento si ridurrebbe significativamente, scendendo, ad esempio, ad 8-10 anni. Questo nonostante gli inevitabili aumenti della bolletta elettrica che si susseguiranno negli anni.

Per quanto riguarda, infine, la "vita" degli impianti eolici, è da segnalare che non esistono ancora sufficienti dati storici per poter trarre delle conclusioni in merito. Possiamo però ricordare che, in tutto il mondo, esistono casi di impianti molto datati, con anche più di 30 anni di servizio, che funzionano ancora perfettamente.

Va da sé che per ottenere condizioni di questo tipo la manutenzione dell’intero impianto – ed in special modo della turbina – diventa un’operazione fondamentale.

Nel ricevere un preventivo per un impianto eolico è dunque molto importante valutare se questo contiene al suo interno anche una parte dedicata ai servizi di manutenzione, meglio se più anni (ad esempio, con contratto quinquennale o decennale).

Sistemi incentivanti

Abbandonato il sistema dei certificati verdi, in vigore fino al 31 dicembre 2012, attualmente gli impianti eolici sono incentivati dal Decreto Ministeriale del 26 luglio 2012 (detto "delle rinnovabili elettriche diverse dalla fotovoltaica").

Gli incentivi si applicano agli impianti nuovi, integralmente ricostruiti, riattivati, oggetto di intervento di potenziamento o di rifacimento che entrano in esercizio a partire dal 1 Gennaio 2013 e che hanno una potenza elettrica nominale non inferiore ad 1 kW.

L’incentivo viene riconosciuto sulla sola energia elettrica netta immessa in rete, pari alla differenza fra tutta l’energia prodotta dall’impianto e quella autoconsumata. Sottolineiamo che sono dunque esclusi dal sistema incentivante gli impianti eolici stand-alone, poiché non connessi in rete.

Sono previste due differenti forme di calcolo ed applicazione degli incentivi, in base alla potenza elettrica nominale dell’impianto. La distinzione viene in questo caso fatta fra impianti di potenza fino ad 1 MW (mille kW) compresa ed impianti di potenza superiore.

Il Decreto ha inoltre introdotto dei "contingenti" massimi annuali di incentivi erogabili in termini di potenze totali massime incentivabili.

Esistono inoltre differenti modalità di accesso agli incentivi: accesso diretto, aste, registri per interventi di nuova costruzione, integrale ricostruzione, riattivazione, potenziamento e ibridi, registri per rifacimenti.
Gli incentivi vengono erogati dal GSE per tutta la vita utile dell’impianto, stabilita nel Decreto stesso in base alle specifiche tipologie di impianto.

È innegabile che l’attuale sistema di incentivazione esclude a priori qualsiasi forma di installazione e gestione "fai da te". Le difficoltà dovute alla corretta procedura da seguire, alle quali si aggiungono le complessità della progettazione, dell’analisi della ventosità del sito e dell’installazione, richiedono certamente, anche nei casi meno difficoltosi (ad esempio: piccoli impianti residenziali) l’intervento di un professionista, meglio se consulente energetico, il quale saprà guidarci correttamente in tutte le fasi del nostro investimento.

 
Copyright © Francesco Della Torre, 2013-2019 - Cell.: 340-54.66.462 − E-mail: ingfradt@gmail.com
Informative
Sito web "cookie free" e con scopi non commerciali. Realizzato in proprio.
Torna ai contenuti | Torna al menu