Su questo argomento: Introduzione, Caratteristiche del vento, La composizione di un impianto eolico, Scelta del sito e studio anemologico, Studio di fattibilità dell'impianto e verifica dei costi.

Introduzione

I primi mulini a vento in Europa erano adibiti al pompaggio dell’acqua o muovevano grandi macine per la triturazione dei cereali. Il loro sviluppo sia in Europa, che in America crebbe durante il XIX secolo. In Olanda, dove si realizzarono le macchine più grandi per dimensioni, questi divennero e rimasero il simbolo della nazione.
L’epoca dei combustibili fossili a buon mercato e l’avvento della macchina a vapore spinsero questa tecnologia in disparte.
Con lo shock petrolifero degli anni ’70 prima, i cambiamenti climatici poi (che si sono cominciati ad avvertire intensamente dagli inizi degli anni ’90) e l’attuale crisi petrolifera, questa tecnologia è  tornata prepotentemente alla ribalta.
Oggi l’eolico di grande taglia è un mercato con una crescita costante a due cifre e decine di miliardi di dollari in tutto il mondo, e non a caso; infatti l’eolico è in assoluto la tecnologia più pulita per produrre energia elettrica e l’unica in grado di reggere, sotto il piano della competitività economica, il confronto con i più competitivi impianti a combustibili tradizionali come, ad esempio, le centrali CCGT (Combined Cycle Gas Turbines).

Quando si parla di impianti eolici occorre fare alcune distinzioni:

• per posizione dell’asse
• per numero di pale per l’asse orizzontale
• per range di potenza

Gli impianti eolici possono essere ad asse orizzontale, o ad asse verticale. La totalità degli impianti di media - grande taglia, i vecchi mulini olandesi, e una buona parte degli impianti di piccola taglia sono ad asse orizzontale, mentre le applicazioni ad asse verticale restano confinate ad alcune tipologie di impianti di piccola taglia.
L’asse orizzontale rispetto al verticale, a parità di potenza, permette un impiego di materiali minore e dunque un costo decisamente più contenuto, ma in aria occupa più spazio. L’asse verticale, per contro, si adatta di più ad utilizzi cittadini date le contenute dimensioni e continua a produrre energia anche con venti di forte intensità (alcuni modelli fino a 50 m/s e oltre).
Le turbine ad asse orizzontale possono avere una, due o tre pale. Il classico tripala di concezione danese e assolutamente il più diffuso. Le altre due tipologie riguardano applicazioni in contesti assai particolari e comunque assenti in Europa.
Per range di potenza le macchine vengono così definite:

Micro à P < 1 kw  à Tetti, natanti da diporto
Mini à P compresa tra i 1 ed i 20 kw à Giardini, autoconsumo per piccole utenze
Medio à P compreso tra i 20 e gli 800 kw à Autoconsumo per utenze business (industrie, centri commerciali ecc.), piccoli produttori di energia
Grande à P > 800 kw à Medi e grandi produttori di energia

Caratteristiche del vento

Per valutare l’effettiva potenzialità di un impianto è indispensabile un’accurata conoscenza delle caratteristiche del vento nel sito in cui si intende installare gli aerogeneratori.
Uno studio anemometrico accurato prevede l’individuazione dei seguenti elementi:

• distribuzione di frequenza della velocità del vento e dei suoi parametri principali
• distribuzione della frequenza della direzione del vento (rosa dei venti)
• calcolo della producibilità energetica in relazione al tipo di macchina scelta

Più si sale di quota, rispetto al livello del terreno, è più l’intensità del vento aumenta. La legge che governa questa variazione dipende a sua volta dalle caratteristiche orografiche del terreno, ed in particolare dalla rugosità del suolo.

La complessità del fenomeno vento è notevole: la differente densità dell’aria al variare di altezze e temperature, la combinazione dei fenomeni di macroscala con quelli di microscala specialmente in siti ad orografia complessa obbligano i progettisti a lavorare con modelli di fluidodinamica computazionale: occorre infatti una conoscenza profonda del fenomeno in sito e il minimo errore (sia esso nella fase di rilevamento, sia esso nella fase di calcolo) può rischiare di compromettere la stima della producibilità dell’impianto.
Per questo motivo la rilevazione deve essere fatta da un ente accreditato.
Negli impianti di piccola taglia, tuttavia, visti i costi di una campagna ad hoc, si preferisce testare direttamente in sito, valutando possibili futuri spostamenti.

La composizione di un impianto eolico

Un impianto eolico è costituito da uno o più aerogeneratori posti ad adeguata distanza gli uni dagli altri - così da non interferire dal punto di vista aerodinamico tra loro - e secondo un disegno sul territorio in funzione dell’esposizione al vento e dell’impatto visivo (su file, a gruppi, etc…). Gli aerogeneratori sono collegati, mediante cavi interrati alla rete di trasmissione presso cui viene realizzato il punto di consegna dell’energia.
Una tipica macchina eolica, al di là delle particolarità dei modelli e degli sviluppi tecnologici apportati in modo differenziato da alcune aziende costruttrici, è composta come di seguito descritto.
Le pale della macchina sono fissate su di un mozzo e, nell’insieme, costituiscono il rotore. Il mozzo, a sua volta, è poi collegato ad un primo albero - albero lento - che ruota alla stessa velocità angolare del rotore e, dopo il collegamento ad un moltiplicatore di giri, si diparte un albero veloce che ruota invece con velocità angolare data dal prodotto di quella del primo albero per il moltiplicatore di giri. Sull’albero veloce è poi posizionato un freno, a valle del quale si trova il generatore elettrico, da cui si dipartono i cavi elettrici di potenza. 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 è poi completata da un sistema di controllo di potenza e da uno di controllo dell’imbardata. Il primo ha il duplice scopo di regolare la potenza in funzione della velocità del vento istantanea, cos. da far funzionare la turbina il più possibile vicino alla sua potenza nominale, e di interrompere il funzionamento della macchina in caso di vento eccessivo. Il secondo invece consiste in un controllo continuo del parallelismo tra l’asse della macchina e la direzione del vento. L’intera navicella è poi posizionata su di una torre che può essere a traliccio o tubolare conica, ancorata al terreno tramite un’opportuna fondazione in calcestruzzo armato.
Gli aspetti caratteristici che differenziano una tipologia di macchina da un’altra, indipendentemente dalla taglia di potenza e quindi di dimensione, sono i seguenti:

• sistema di controllo della potenza: a passo o a stallo
• velocità del rotore: costante o variabile
• presenza o assenza del moltiplicatore di giri

È importante ricordare inoltre che il periodo di vita di un impianto eolico si aggira intorno ai venti anni.

Scelta del sito e studio anemologico

E’ importante sottolineare come in genere non vi sia l’esatta percezione dell’importanza   
La scelta del sito viene condotta in base a:

• Disponibilità dei terreni (verifica delle proprietà o di vincoli)
• Valutazione del sito (accessibilità, esposizione ai venti)
• Valutazione delle grandezze di riferimento (intensità e direzione del vento).

La verifica della bontà del sito in cui si intende installare l’impianto è essenziale per la sua corretta funzionalità.
La scelta preliminare del sito può essere basata su elementi soggettivi come le esperienze dei residenti, la valutazione di elementi naturali oppure su elementi oggettivi, ma comunque approssimati, quali l’estrapolazione di dati anemometrici disponibili in aree contigue, il ricorso a mappe di ventosità sul territorio nazionale o ai dati dell’Aeronautica Militare o della Marina.

Il vento si caratterizza tra i  “combustibili” naturali per le sue particolarità: la sua intensità non è, a differenza di quella solare o endogena, non solo genericamente nota a priori con sufficiente precisione da determinare dettagli progettuali accurati ma anche non sufficiente da determinare la convenienza economica dell’investimento in sede di fattibilità; inoltre, a differenza di quanto avviene nell’idroelettrico, l’energia non è cumulabile: di conseguenza alcuni interventi come quelli di manutenzione devono essere programmati con cura in modo da coincidere con i periodi a più bassa producibilità (in genere la stagione estiva) e non è possibile ottimizzare (come avviene nell’idroelettrico mediante l’uso di bacini) la produzione nei periodi di maggiore richiesta. 
Se a tutto questo si aggiungono le bande di confidenze sulle stime della producibilità dovute a fattori intrinseci alla natura del vento stessa,  si comprende la necessità di una conoscenza anemometrica del sito che vada ben al di là di una semplice stima.
Per questi motivi l’installazione di una centrale eolica esige sempre a priori una campagna anemometrica nel sito scelto di durata assolutamente non inferiore all’anno e possibilmente accompagnata da correlazione con dati di lungo periodo.
Bisogna però ricordare come le campagne anemometriche richiedano un discreto dispendio di risorse: per questo motivo è bene effettuare a priori tutte le verifiche possibili atte a ridurre al minimo i rischi di un esito negativo della campagna stessa.

Studio di fattibilità dell’impianto e verifica dei costi

Lo studio di fattibilità di un impianto finalizzato alla verifica dei costi e dei rientri economici, e volto alla scelta delle macchine più appropriate ed al loro dimensionamento, è un compito genericamente affidato ai progettisti, ai consulenti o ai costruttori stessi. Si tratta infatti di un’attività piuttosto complessa che deve tenere in considerazione diversi fattori.
Lo Studio di fattibilità di un impianto deve accertare che un determinato layout abbia il rapporto costi/ricavi adeguato ad alle aspettative economiche sostenibili. Gli elementi di costo che vengono considerati sono i seguenti:

• Costo aerogeneratore
• Costo opere accessorie
• Costo progettazione

A fianco di questi costi vengono considerati i costi di natura ricorrente:

• Costi di esercizio
• Costi di manutenzione
• Costi dei canoni

I costi vengono comparati con i ricavi derivanti da:

• Vendita di energia elettrica
• Risparmio (costo evitato) di energia elettrica (nel caso di scambio sul posto)
• Vendita di certificati verdi
• Proventi da altri incentivi

Qualora il risultato economico derivante dall’applicazione al progetto di un business plan con le voci sopra indicate fornisca un risultato accettabile per l’investitore, si può procedere con la fase autorizzativa e di costruzione.

Il costo di un impianto eolico di potenza inferiore a 100 KW può variare da 2000 a 3.500 €/kW chiavi in mano, mentre per i grandi impianti con turbine di potenza pari o superiore agli 800 kw ci si aggira intorno ai 1200-1400 €/kw chiavi in mano.

Ferraloro Energia è disposizione per offrire la giusta consulenza al fine di poter valutare al meglio l’opportunità di realizzare un sistema eolico.