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OrizzontEnergia

Eolico

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I principi dell'eolico

Energia eolica - Mulino a vento eolico

Il vento è aria in movimento generatosi a causa del riscaldamento non omogeneo che il sole fornisce alle diverse zone della superficie terrestre.

Questa differenza di temperatura genera moti convettivimoti convettivi
Meccanismo di trasmissione del calore a cui è associato un trasporto di massa tipico dei fluidi (gas o liquidi le cui molecole hanno legami più deboli). Consiste nello spostamento di materia dovuto alla differenza di temperatura di 2 sistemi che entrano in contatto. In particolare, quando una sorgente di calore riscalda un fluido, gli strati più vicini, che hanno densità minore, migrano e si portano al di sopra degli strati di fluido che si trovano più lontani ( a temperatura minore e densità maggiore), instaurando una serie di moti circolari che favoriscono il mescolamento della materia stessa fino a quando tutto il sistema si porta alla stessa temperatura (condizioni di equilibrio termico).
 che creano quello che chiamiamo vento.

Di notte il fenomeno è il medesimo, ma al contrario è dovuto al raffreddamento della superficie terrestre che rilascia il calore assorbito durante la giornata: per questo i venti avranno direzione contraria.

I venti si possono generare sia in corrispondenza di un differenziale di temperatura tra terraferma e mare, ma anche tra terre stesse.

Il meccanismo descritto fa riferimento alla formazione delle brezze e non ai venti di perturbazione, che talora risultano essere di grande importanza e che si formano in condizioni climatiche particolari, spesso in associazione a forti temporali.

L'eolico è considerato una fonte rinnovabile in quanto il vento sarà sempre presente fin tanto che ci sarà l'irraggiamentoirraggiamento
Meccanismo di trasmissione del calore per mezzo di onde elettromagnetiche. A differenza della conduzione e della convezione, l'irraggiamento può anche avvenire nel vuoto (è così che si propaga il calore dal Sole alla Terra).  Tutti i corpi emettono delle radiazioni perché tutti i corpi possiedono una determinata temperatura; tuttavia l'entità dello scambio termico dipende dalla natura dei corpi, dalla loro reciproca posizione, dall'eventuale assorbimento del mezzo interposto e dalla temperatura delle loro superfici. La quantità di calore emessa da un corpo per irraggiamento, infatti, è proporzionale alla quarta potenza della temperatura. Questo significa che al crescere della temperatura l'irraggiamento diventa il meccanismo di conduzione del calore preponderante, rispetto alla conduzione e alla convezione.
 solare.

L’idea di far muovere qualcosa grazie al vento, nonostante abbia trovato applicazione tecnologica nelle pale eoliche in tempi relativamente “giovani” – solo qualche decennio fa – ha in realtà origini molto antiche, che risalgono ai tempi dei mulini a vento.

Il principio fisico che sta alla base della produzione di energiaenergia
Fisicamente parlando, l'energia è definita come la capacità di un corpo di compiere lavoro e le forme in cui essa può presentarsi sono molteplici a livello macroscopico o a livello atomico. L'unità di misura derivata del Sistema Internazionale è il joule (simbolo J)
 elettrica dal vento
 è esattamente il medesimo dei mulini: una certa quantità di energia cineticaenergia cinetica
Energia di movimento, ovvero l'energia che un corpo possiede in virtù del fatto che si sta muovendo. La massa d'acqua di una cascata possiede energia cinetica, per esempio. Un corpo di massa M, infatti, muovendosi a velocità V, ha in sé la capacità di compiere un lavoro, ovvero di 'far muovere' qualcos'altro mentre cade o si muove. L'energia cinetica è data dall'espressione: Ec=1/2 x M x V2.
 (dovuta alla velocità con cui si muove il vento) viene trasformata in energia meccanicaenergia meccanica
Somma dell'energia potenziale e dell'energia cinetica che in un mondo ideale privo di attriti rimarrebbe costante. In realtà in tutti i processi fisici parte dell'energia meccanica viene dissipata dalle forze d'attrito, ma non scompare nel nulla: essa si trasforma nell'energia interna delle molecole che costituiscono i corpi tra cui c'è stato attrito ed è accompagnata da un aumento di temperatura. Facciamo l' esempio di un sasso che cade. Durante il moto dell'oggetto l'energia cinetica e l'energia potenziale assumono valori diversi istante per istante. In particolare, l'energia cinetica aumenta (perché cresce la velocità) e quella potenziale gravitazionale diminuisce (perché l'altezza diminuisce). Nonostante queste grandezze cambino continuamente, la loro somma rimane costante in assenza di attriti. Ma visto che gli attriti esistono, parte del l'energia meccanica viene dispersa e, alla fine, si ritrova sotto forma di calore del sasso e dell'aria che, sebbene in modo impercettibile, si sono portati ad una temperatura maggiore.
 (rotazione delle pale).

A differenza di quanto accadeva in passato però, un impianto eolico è in grado di convertire tale energia meccanica in energia elettricaenergia elettrica
Forma di energia ottenibile dalla trasformazione di altre forme di energia primaria (combustibili fossili o rinnovabili) attraverso tecnologie e processi di carattere termodinamico (ovvero che coinvolgono scambi di calore) che avvengono nelle centrali elettriche. La sua qualità principale sta nel fatto che è facilmente trasportabile e direttamente utilizzabile dai consumatori finali. Si misura in Wh (wattora), e corrisponde all'energia prodotta in 1 ora da una macchina che ha una potenza di 1 W.
, mentre i vecchi mulini si limitavano a sfruttare solo l'energia meccanica.

Come funziona un impianto eolico

Le pale eoliche sono collegate ad un rotore (ovvero un organo di movimento rotazionale) che trasmette all'alberoalbero
Organo meccanico attraverso cui si trasmette un moto rotatorio.
 la rotazione e quindi, mediante una serie di ingranaggi meccanici chiamati moltiplicatori, si raggiungono velocità rotazionali elevate che azionano un generatoregeneratore
Dispositivo che traforma l'energia meccanica in energia elettrica.
 di corrente
.

La velocità rotazionale è un parametro molto importante: al di sotto di una certa soglia minima, infatti, la macchina è incapace di azionarsi. Di contro, se la velocità del vento è troppo elevata le turbine eoliche attivano un sistema frenante in grado di impedire che le pale possano girare troppo velocemente e quindi subire dei danneggiamenti.

Componenti di un aerogeneratore (o turbina eolica)

Componenti di un aerogeneratoreaerogeneratore
Sistema formato dall'accoppiamento di un motore eolico con un generatore elettrico. Il primo trasforma l'energia del vento nell'energia meccanica di un albero rotante; il secondo trasforma l'energia meccanica in energia elettrica.
(o turbina eolicaturbina eolica
Macchina che trasforma l'energia posseduta dal vento in energia elettrica.
)

L’aerogeneratore è il componente di un impianto eolico che impatta maggiormente sui costi di investimento, circa per il 60-70%, la restante parte dell’investimento è destinata ai costi di consulenza tecnica e sviluppo del progetto, alle spese di realizzazione delle infrastrutture civili ed elettriche necessarie per garantire il collegamento dell’impianto alla rete.

Lo sfruttamento del vento per generare energia elettrica è però possibile unicamente laddove si verifichino delle favorevoli condizioni anemometriche, ovvero vi siano condizioni della ventosità tali per cui risulti fattibile procedere all’installazione di un impianto.

Va infatti tenuto conto che la quantità di energia che il vento trasferisce al rotore è proporzionale al cubo della velocità del vento, il che significa che raddoppiando la velocità la potenzapotenza
Grandezza data dal rapporto tra il lavoro (sviluppato o assorbito) e il tempo impiegato a compierlo. Indica la rapidità con cui una forza compie lavoro. Nel Sistema Internazionale si misura in watt (W).
aumenta di otto volte; alla densità dell’aria, per cui ad una maggiore densità corrisponde maggiore potenza; ed all’area spazzata dal vento che in altri termini corrisponde al raggio delle pale. Da qui ci è chiaro come piccole differenze nelle caratteristiche anemometriche possano tradursi in notevoli differenze nella resa energetica.

Alle tre variabili appena citate va poi applicato il cosiddetto Coefficiente di potenza - Cp introdotto dalla legge di Betz, secondo il quale non è fisicamente possibile “estrarre” più del 59,3% dell’energia cinetica contenuta in una massa d’aria, infatti se tutta l’energia cinetica del vento potesse essere assorbita dal rotore eolico e trasformarsi così in energia rotazionale e di conseguenza in elettricità, vi sarebbe un arresto completo del flusso d’aria.

La legge di Betz stima quindi un valore di efficienza teorica al quale vanno poi “sottratte” le perdite che si verificano durante la trasformazione da energia meccanica ad elettricità (10-15%).

 

SVILUPPI TECNOLOGICI DELL'EOLICO

INTERVENTO DEL PROF. ROMANO GIGLIOLI, UNIVERSITÀ DI PISA
CONVEGNO ORIZZONTENERGIA "EOLICO: ENERGIA, UOMO E TERRITORIO"

Le taglie dell’eolico

Sebbene non vi siano delle classificazioni standard, generalmente le taglie impiantistiche dell'eolico onshore sono identificabili in base alla potenza e ad alcune dimensioni specifiche.

Taglia

Altezza torre

Diametro rotore

Impiego

1-5 kWkW
Unità di misura della potenza equivalente a 1.000 Watt.
, micro eolico

 6-9 m

1-7 m

Generalmente impiegate singolarmente, le micro turbine vengono utilizzate per alimentare utenze isolate dalla rete. Esse possono ad esempio coprire le esigenze elettriche di una barca o di un camper o anche solamente alimentare un computer portatile o un frigorifero da campo.

20-200 kW, mini eolico

10-30 m

1-20 m

Generalmente impiegate singolarmente, le mini turbine, sono in linea di massima rivolte a soddisfare od integrare il fabbisogno di famiglie o per l’alimentazione di utenze industriali, commerciali o agricole di limitate dimensioni. Esse vengono generalmente collegate alla rete elettricarete elettrica
Insieme delle linee elettriche, delle stazioni elettriche e delle cabine elettriche adibite alle operazioni di trasmissione e distribuzione dell'elettricità. La rete elettrica può essere ad alta tensione (da 40 a 380 kV), a media tensione (da 1 a 30 kV) o bassa tensione (380 V).
in bassa tensionebassa tensione
Tensione inferiore a 1000 V in corrente alternata ed inferiore a 1500 V in corrente continua.
o anche utilizzate per alimentare utenze isolate dalla rete (anche se più generalmente tale funzione spetta al micro eolico).

1-3 MW, eolico tradizionale onshore

60-120 m

55-80 m

Parchi eolici, collegati alla rete di media/alta tensionetensione
Grandezza fisica che rappresenta l'energia necessaria a far fluire una carica elettrica tra due punti, per creare una corrente. Nel Sistema Internazionale si misura in Volt. Le linee elettriche possono essere ad altissima tensione (tensione nominale superiore a 150 kV), alta tensione (compresa fra 35 e 150 kV), media tensione (compresa fra 1 e 35 kV) e a bassa tensione (tensione inferiore a 1 kV).
.

Le singole pale in mare, lungo la costa, possono invece raggiungere e superare la potenza di 6 MW, (parchi eolici offshore).

Il mare infatti, pur considerando la maggior difficoltà tecnologica nella costruzione degli impianti e gli elevati costi di manutenzione, ha un potenziale enorme per lo sviluppo della tecnologia eolica in quanto permette di sfruttare al meglio la ventosità dei siti.

La caratterizzazione della ventosità, come si è detto in precedenza, è infatti uno tra gli elementi determinanti nella scelta del sito e della tipologia di impianto da installare, ed occorre tenervi conto, così come occorre prestare attenzione ad altri fattori critici:

  • la ventosità del sito: in assenza di campagne anemometriche di misurazione ad hoc, spesso si fa riferimento alla velocità media annua del vento calcolata in metri al secondo (m/s) e misurata a diverse altezze dal suolo.

Dati di riferimento e cartografie nazionali, regionali e locali sono rintracciabili consultando l’Atlante Eolico dell’RSE – Ricerca sul Sistema Energetico;

  • la distanza tra il generatore e gli eventuali edifici circostanti: per evitare disturbi in termini di rumorosità la distanza minima consigliata è di almeno 40-50 metri;
  • la distanza tra il generatore e la rete elettrica: in questo caso minore è la distanza minori sono i costi per collegare l’impianto alla rete;
  • l'impatto ambientaleimpatto ambientale
    L'insieme degli effetti (diretti e indiretti, nel breve o nel lungo termine, positivi o negativi, ecc..) che l'avvio di una determinata attività ha sull'ambiente naturale circostante.
    : pur essendo, l’energia eolicaenergia eolica
    Energia ricavata dal vento in virtù della velocità con cui soffia. Questa forma di energia viene prodotta grazie a macchine eoliche (dette anche aerogeneratori) che convertono l'energia cinetica del vento in energia meccanica di rotazione, e, successivamente, in energia elettrica utilizzabile per differenti scopi.
    completamente pulita (non essendoci una combustionecombustione
    Processo chimico esotermico (ovvero che comporta sviluppo di calore) in cui il combustibile si combina con l'ossigeno presente nell'aria oppure appositamente separato (comburente). La reazione di combustione avviene previo innesco localizzato (accensione).
    essa non genera nessun tipo di inquinante, né alcun gas serra), gli impianti eolici possono avere un impatto ambientale sia dal punto di vista paesaggistico, che sull’avifauna circostante, comunque regolamentato e tutelato dalle vigenti norme ambientali (valutazione strategica - VAS; d’impatto ambientale - VIA; d’incidenza - VincApaesaggistica).

I costi dell’eolico

Una volta appurata l’idoneità del sito prescelto per l’installazione dell’impianto, il passo successivo è valutarne la portata dell’investimento.

Come abbiamo visto in precedenza, l’aerogeneratore è il componente che più impatta sui costi di investimento (CAPEX - Capital Expenditures*) che possono essere così suddivisi:

  • 10-20% - spese progettuali che includono oltre al progetto dell’impianto, eventuali studi anemometrici o analisi della ventosità del sito, valutazioni di impatto ambientale, procedure autorizzative, etc…
  • 20-25% - spese per le opere civili ed elettriche
  • 60-70% - spese per gli aerogeneratori (trasporto, installazione ed avvio operativo inclusi)

In linea generale si può comunque affermare che il costo di ogni kW installato diminuisce all’aumentare della taglia dell’impianto, per cui l’installazione di un mini impianto eolico richiederà in proporzione un investimento iniziale più oneroso rispetto all’installazione di un parco eolico di media-grande dimensione. Questo vale anche per quanto riguarda i costi di esercizio e manutenzione.

Eolico - Pale eoliche - Energia eolica

L’investimento richiesto per impianti che vanno da 1 a 3 MW è di circa 1.350 €/kW, mentre per mini impianti da 20 a 200 kW è pari a 3.200 €/kW.

costi di gestione dei primi si aggirano invece attorno ai 28.000 €/anno MW, mentre per i secondi siamo attorno ai 45.000 €/anno MW.

Analoga è invece la durata di vita dell’impianto che si attesta attorno ai 20 anni, mentre i tempi di costruzione si dimezzano per gli impianti di piccola taglia: 9 mesi per gli impianti da 20-200 kW contro i 18 degli impianti da 1-3 MW.

Per quanto riguarda invece il cosiddetto Fattore di Utilizzo o Capacity Factor gli impianti da 20-200 kW in Italia si attestano attorno alle 1.950 ore equivalenti di funzionamento alla potenza nominalepotenza nominale
Potenza massima a cui una macchina può funzionare in determinate condizioni, generalmente specificate dal costruttore.
, contro le 1.800 degli impianti da 1-3 MW, dove per ore equivalenti di funzionamento si intende il rapporto tra la produzione elettrica e la potenza installata (kWhkWh
Unità di misura dell'energia elettrica equivalente a 1.000 Wh (wattora), ovvero 1.000 W forniti o richiesti in un'ora.
/kW), mentre per potenza nominale si intende la potenza massima a cui una macchina può funzionare in determinate condizioni generalmente specificate dal costruttore.

Sul fronte dei costi di dismissione/bonifica fine vita per gli impianti mini eolici essi sono trascurabili, mentre per quelli da 1-3 MW ci aggiriamo attorno ai 5.500 €/MW.

Infine, secondo quanto si evince dai dati elaborati da ANEV - Associazione Nazionale Energia del Vento per il 2014, in Italia, l'energia prodotta da fonte eolica ha un costo di produzione che può oscillare tra i 100 e i 130 €/MWh a fronte di un costo in bolletta pari a circa il doppio. Ciò a riconferma che l’energia eolica è una delle energie rinnovabilienergie rinnovabili
Una risorsa è detta rinnovabile se, una volta utilizzata, è in grado di rigenerarsi attraverso un processo naturale in tempistiche paragonabili con le tempistiche di utilizzo da parte dell'uomo. Sono considerate quindi risorse rinnovabili:
- il sole
- il vento
- l'acqua
- la geotermia
- le biomasse
maggiormente competitive dopo l’idroelettrico ed il geotermico.

*CAPEX - Capital Expenditures: rappresentano flussi di cassa in uscita per la realizzazione di investimenti in attività immobilizzate di natura operativa. Si tratta cioè di investimenti in capitale fisso.

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Gli incentivi all’eolico

Il Decreto Ministeriale 6 luglio 2012 che regola gli incentivi alla rinnovabili non fotovoltaiche,  offre una tariffa omnicomprensiva di 291 euro/MWh al microeolico (sotto 20 kW) e 268 al minieolico (fra 20-200 kW) a partire dal 1° gennaio 2013, considerando una vita utile dell’impianto di 20 anni.

Le tariffe scendono considerevolmente con l’aumento della potenza dell’impianto: i grandi impianti, sopra i 5 MW, vedono la tariffa più che dimezzata (127 euro/MWh).

Incentivi eolico DM 6 luglio 2012

Tra le altre modalità di incentivazione alle rinnovabili elettriche non fotovoltaiche vi sono poi i Certificati VerdiCertificati Verdi
I certificati verdi, introdotti con il cosiddetto decreto Bersani sulla liberalizzazione del settore elettrico, costituiscono una forma di incentivazione dell'energia prodotta con fonti rinnovabili. Essi vengono assegnati agli impianti rinnovabili entrati in funzione dopo il 1° aprile 1999 che producono energia elettrica, ad esclusione della fonte solare. Dal 2002, produttori e importatori di energia elettrica prodotta da fonti non rinnovabili hanno l'obbligo di immettere ogni anno in rete una certa quota di energia elettrica prodotta da impianti alimentati da fonti rinnovabili. L'obbligo può essere soddisfatto anche attraverso l'acquisto di CV da altri soggetti. La quota imposta (cioè la percentuale di energia da rinnovabili rispetto a quella prodotta con fonti tradizionali) è decretata per legge.
, titoli negoziabili rilasciati dal GSE che costituiscono una forma di incentivazione dell’energia prodotta con impianti qualificati IAFR (impianti alimentati da fonti rinnovabilifonti rinnovabili
Una risorsa è detta rinnovabile se, una volta utilizzata, è in grado di rigenerarsi attraverso un processo naturale in tempistiche paragonabili con le tempistiche di utilizzo da parte dell'uomo. Sono considerate quindi risorse rinnovabili:
- il sole
- il vento
- l'acqua
- la geotermia
- le biomasse
), e la Tariffa Omnicomprensiva, un meccanismo di incentivo previsto dalla Legge Finanziaria 2008 riservato agli impianti IAFR entrati in esercizio dopo il 31 dicembre 2007, di potenza nominale media annua non superiore ad 1 MW o 0,2 MW per gli impianti eolici.

Clicca qui per saperne di più.

L'eolico in Europa

A partire dai primi anni Novanta la capacità installata europea ha registrato una costante crescita che ha visto le installazioni annue crescere da 814 MW (1 MW = 1.000 kW) del 1995 agli 11.159 MW del 2013 (investimenti che approssimativamente vanno tra i 13 e i 18 miliardi di euro), raggiungendo così una capacità installata a fine 2013 di 117.289 MW che rappresenta il 13% della capacità totale installata in Europa.

Operando per un numero minore di ore all’anno rispetto alle centrali a fonti fossili il cui funzionamento è soggetto alle condizioni di mercato, ma non ovviamente alla disponibilità del vento, la percentuale dell’eolico nel fuel mix è inferiore, ma ugualmente indicativa di un trend in decisa salita.

La Germania rimane il Paese europeo con la maggiore potenza installata, seguita da Spagna, Regno Unito, Italia e Francia, che da sole rappresentano i ¾ delle installazioni europee.

EWEA_Annual Report 2013_Wind industry in 2013_Map

Fonte: “Wind in power 2013 - European statistics” February 2014, EWEA | European Wind Energy Association

La quasi totalità degli impianti sono onshore (capacità installata 117 GW) ovvero su terra ferma, anche se gli impianti offshore (6.562 MW), particolarmente nel Regno Unito e in Danimarca, stanno dimostrando un notevole potenziale.

Secondo i dati EWEA relativi al 2013, con un investimento tra i 4,6 e i 6,4 miliardi euro, nel 2013 in Europa sono state installate e collegate alla rete 418 turbine eoliche offshore pari a 1.567 MW - facendo registrare un incremento del 34% rispetto alle installazioni avvenute nel 2012 – per un totale a fine 2013 di 2.080 turbine dislocate su 69 parchi eolici distribuiti in undici Paesi.

Offshore2013Infographic_EWEA

Fonte: “The European offshore wind industry - key trends and statistics 2013”, January 2014 - EWEA | European Wind Energy Association

L'eolico in Italia

Eolico in EU: Nuove installazioni 2013

 

 

Degli oltre 11 GW di nuovi impianti installati in Europa nel 2013, all'Italia vanno attribuiti 444 MW, per una potenza eolica totale installata nel nostro Paese di 8.551 MW.

Si tratta di circa un terzo delle installazioni registrate nel 2012, anno in cui la nuova potenza installata era stata di circa 1,2 GW.

 

 

 

 

Fonte: “The European offshore wind industry - key trends and statistics 2013", January 2014 - EWEA | European Wind Energy Association

Aerogeneratori per potenza in Italia_ANEV 2014

 

Sul territorio nazionale sono ad oggi distribuiti 6.299 aerogeneratori di diversa potenza, come riportato nel grafico, dai quali è stato possibile produrre nel 2013 circa 15 TWh, in grado di coprire i fabbisogni domestici di circa 15 milioni di persone e di apportare benefici ambientali grazie ai circa 10 milioni di tonnellate di emissioni di CO2CO2
Gas inodore, incolore e non infiammabile, la cui molecola è formato da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno. È uno dei gas più abbondanti nell'atmosfera, fondamentale nei processi vitali delle piante e degli animali (fotosintesi e respirazione).

risparmiate, corrispondenti a circa 19 milioni di barili di petroliopetrolio
Combustibile di colore da bruno chiaro a nero, costituito essenzialmente da una miscela di idrocarburi. Si è formato per azioni chimiche, fisiche e microbiologiche da resti di microorganismi (alghe, plancton, batteri) che vivevano in ambiente marino addirittura prima della comparsa dei dinosauri sulla terra. I principali composti costituenti del petrolio appartengono alle classi delle paraffine, dei nafteni e degli aromatici, che sono composti organici formati da carbonio e idrogeno e le cui molecole sono disposte secondo legami di varia natura.
.

In Italia l’eolico crea ogni anno un flusso finanziario di circa 3,5 miliardi di euro, fra investimenti diretti e indiretti, e conta oggi circa 34.000 addetti, coprendo una quota pari al 5% del fuel mix nazionale.

 

Eolico in Italia a fine 2013_Anev


 

 

 

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