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EOLICA

Nell'ambito dell'utilizzo delle fonti di energie rinnovabili, con specifico riferimento all'energia eolica, la societa' RUWA fornisce servizi di consulenza per la progettazione e l'installazione di:

  • Pompe eoliche: pompe alternative per il sollevamento dell'acqua azionate direttamente da pale mosse dal vento;
  • Generatori eolici: generatori di corrente elettrica di piccole, medie e grandi dimensioni azionati da pale mosse dal vento.

Nell'ambito di tale settore la societa' e' inoltre in grado di supportare Enti Pubblici e Privati per la redazione di analisi sulle risorse disponibili in termini di energia eolica su un dato territorio in modo da effettuare quindi un'analisi costi-benefici anche alla luce della normativa attualmente in vigore in Italia.

L'energia eolica è una delle cosiddette energie rinnovabili. L'energia può essere tratta dal sole (energia fotovoltaica), dal moto ondoso (marina), dalle masse di scarto (biomasse), dalle acque calde delle viscere della terra (geotermica); l'energia che invece viene tratta dal vento è definita energia eolica (il termine "eolico" deriva da Eolo, il Dio dei venti).

Si parla di energia eolica riferendosi alla conversione dell'energia cinetica del vento in altre forme di energia; attualmente, la stragrande maggioranza dell'energia eolica viene convertita in energia elettrica. La conversione avviene tramite le cosiddette centrali eoliche.

Lo sfruttamento dell'energia del vento non è nuovo per l'uomo; basti pensare ai mulini a vento che venivano utilizzati per il pompaggio dell'acqua o per la macinazione dei cereali. I mulini a vento ebbero il loro periodo d'oro durante il XIX secolo per essere poi quasi totalmente abbandonati dopo l'invenzione delle macchine a vapore e lo sfruttamento del carbone. Attualmente lo sfruttamento dell'energia eolica avviene tramite i cosiddetti generatori eolici (anche aerogeneratori); ne esistono sostanzialmente due tipologie:

  • generatori di energia eolica ad asse verticale
  • generatori di energia eolica ad asse orizzontale.

Entrambi i tipi di generatore richiedono una velocità minima del vento (si parla di cut-in), dai 3 ai 5 m/s; la velocità ideale si aggira tra i 12 e i 14 m/s; nel caso la velocità diventi eccessiva (oltre i 25 m/s, velocità di cut-off) entra in funzione il sistema frenante dell'aerogeneratore. Gli impianti esistenti sono quasi tutti ad asse orizzontale (HAWT, Horizontal Axis Wind Turbines) e sono costituiti da torri di acciaio la cui altezza varia dai 60 ai 100 m circa; sulla cima della torre è posizionato un generatore di energia elettrica che viene azionato da un rotore a pale; solitamente un aerogeneratore è provvisto di due o tre pale lunghe circa 20 metri. Le dimensioni degli impianti a energia eolica variano a seconda delle esigenze che devono soddisfare. Quelli più piccoli sono denominati impianti minieolici e microeolici; gli impianti minieolici hanno una potenza nominale che va dai 20 ai 200 kW; gli impianti microelici invece sono quelli la cui potenza nominale non raggiunge i 20 kW; sono impianti utilizzati per usi domestici o per esigenze di piccole imprese. Non sono molto diffusi a causa del loro elevato costo di installazione e delle ristrettezze normative relative a quest'ultima. Gli impianti più grandi sono invece denominati wind-farm (fattorie del vento) o anche parchi eolici; le wind-farm sono vere e proprie centrali elettriche costituite da più aerogeneratori tra loro collegati e posizionati a distanze ben precise l'uno dall'altro allo scopo di evitare il cosiddetto fenomeno dell'interferenza aerodinamica, fenomeno che può creare due tipi di problemi; il primo è legato all'incremento della turbolenza sui generatori che fanno parte del parco eolico; il secondo è invece legato alle perdite di potenza. Solitamente la distanza raccomandata è sette volte il diametro della macchina per gli aerogeneratori posti in parchi eolici con venti multidirezionali, mentre è di circa tre-cinque volte il diametro della pala per le file degli aerogeneratori perpendicolari alla direzione del vento. Quando gli impianti si trovano sulla terraferma si parla di impianti eolici on-shore, mentre si parla di impianti eolici off-shore quando vengono collocati a una certa distanza dalla costa di mari o laghi.

Principi di funzionamento

Il vento passa su entrambe le facce della pala, più velocemente sul lato superiore, creando un’area di bassa pressione. questa differenza di pressione tra le due superfici ha come risultato una forza chiamata portanza aerodinamica (lift).

La portanza sull’ala di un aereo lo fa alzare da terra, in un aerogeneratore, poiché le pale sono vincolate a muoversi su di un piano, causa la rotazione intorno al mozzo. contemporaneamente si genera una forza di trascinamento (drag), perpendicolare alla portanza che si oppone al moto. il primo obiettivo nel progetto di una turbina eolica è quello di avere un alto rapporto portanza-trascinamento.

La maggior parte delle turbine è progettata per generare la massima potenza ad una prefissata velocità del vento. questa è nota come rated power e la velocità del vento a cui viene raggiunta è detta rated wind speed. La rated wind speed è scelta in base alla velocità anemologica locale e di solito è circa 1,5 volte la velocità media.

Configurazione generale di una turbina eolica

Le pale (blades) della macchina sono fissate su un mozzo (hub) e nell’insieme costituiscono il rotore (rotor), il mozzo a sua volta è collegato a un primo albero (main shaft), o albero lento, che ruota alla stessa velocità angolare del rotore.

L’albero lento è collegato ad un moltiplicatore di giri (gearbox), da cui si diparte un albero veloce (drive shaft) che ruota con velocità angolare data da quella dell’albero lento per il rapporto di moltiplicazione del moltiplicatore. sull’albero veloce è posto un freno (brake) a valle del quale c’è il generatore elettrico (generator) da cui si dipartono i cavi elettrici di potenza.

Tutti i componenti menzionati sono ubicati nella navicella (nacelle), a sua volta, posizionata su un supporto cuscinetto (yaw ring) in maniera da essere facilmente orientabile a seconda della direzione del vento. L’intera navicella è posizionata su una torre (tower) che può essere a traliccio o conica tubolare.

oltre a tali componenti, è presente un sistema di controllo che ha diverse funzioni:

  • il controllo della potenza, che può essere eseguito ruotando le pale intorno al loro asse principale (sistema di attuazione del passo, pitch regulation), in modo da aumentare o ridurre la superficie esposta al vento, o anche tramite la scelta di un opportuno profilo delle pale (stall regulation);
  • il controllo dell’orientamento della navicella, detto controllo dell’imbardata (yaw control), che serve a mantenere la macchina orientata nella direzione del vento, ma che può anche essere utilizzato, in linea di principio, per il controllo della potenza;
  • l’avviamento della macchina quando è presente un vento di velocità sufficiente (cut-in wind speed) e la fermata della macchina, quando vi è un vento di velocità superiore a quella massima per la quale la macchina è progettata (cut-off wind speed).

BTT