Energia Eolica

energia eolica pale

L’energia eolica è una delle fonti energetiche sfruttate sin dagli antichi. È di per sé, l’energia cinetica del vento e la sua conversione in energia meccanica o elettrica. Sicuramente l’applicazione più antica è quella nautica, tramite l’uso della vela, quella nei mulini a vento, e oggi invece l’energia eolica è sfruttata per la produzione elettrica.

L’energia eolica è l’energia cinetica prodotta dall’aria in movimento e solitamente detta vento. Il vento è il movimento dell’aria sulla superficie terrestre, tra zone di alta pressione e bassa pressione.

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La superficie della Terra è riscaldata in modo non uniforme dal Sole, a seconda di fattori come l’angolo di incidenza dei suoi raggi sulla superficie (che differisce con la latitudine e l’ora del giorno) e del suolo (terreno chiaro o scuro, roccia, sabbia, fitta di vegetazione, acqua). Inoltre grandi masse d’acqua, come ad esempio gli oceani si riscaldano e si raffreddano più lentamente della terra.

Le differenze di temperature quindi generano differenze di pressione. La presenza di due punti con differente pressione atmosferica origina una forza, detta “forza del gradiente di pressione”, che agisce premendo su una massa d’aria per tentare di ristabilire l’equilibrio e dunque dando luogo al fenomeno del vento. Inoltre la rotazione della Terra trascina l’atmosfera intorno ad essa causando movimento di grosse masse d’aria (Forza di Coriolis). Questi effetti naturalmente si combinano tra loro portando alla naturale variabilità dei venti.

Difficilmente un aerogeneratore è “solo”: ci si riferisce dunque spesso a “parchi eolici” quando decine (a volte centinaia) di generatori vengono concentrati in una zona favorevole alla produzione di energia.

Esistono parchi eolici on-shore, near-shore ed off-shore.

  • I parchi eolici on-shore sono riferiti a parchi distanti almeno 10 km dal mare, solitamente in grandi pianure (come quelle della zona centrale degli stati uniti) favorevoli a correnti di vento costanti e sostanziose).
  • L’eolico near-shore comprende tutti gli impianti sulla costa, fino a 10 km di distanza. È caratterizzato dal tentativo di sfruttare i venti che provengono dal mare e si abbattono sulla costa con costanza durante l’arco dell’anno e hanno sufficienti velocità.
  • Per quanto riguarda l’eolico off-shore invece si tratta solitamente di impianti più stabili, che forniscono più energia (poiché velocità e costanza del vento lontano dalla costa forniscono condizioni migliori alla conversione dell’energia) e possiede un minor impatto visivo, tuttavia i costi di realizzazione e manutenzione sono notevolmente più alti.
  • Esistono anche impianti in dimensioni ridotte come piccoli impianti eolici on-shore, che possono fornire elettricità a luoghi isolati; oppure piccoli aerogeneratori domestici che sono in sviluppo e alcuni già in commercio, che possono essere installati sul tetto o a volte addirittura sul balcone, e che possono anche produrre energia in eccesso acquistabile dalle società elettriche.

Di che tipo esistono i generatori eolici?

generatore eolico

I generatori si distinguono principalmente in due tipi, a seconda dell’asse di rotazione del generatore. Esistono poi sottoinsiemi in base ad altre caratteristiche.

  1. Generatori ad asse orizzontale: Un generatore eolico ad asse di rotazione orizzontale al suolo (HAWT, in inglese Horizontal Axis Wind Turbines) è formato da una torre in acciaio di altezze tra i 60 e i 100 metri, sulla cui sommità si trova un involucro (gondola) che contiene un generatore elettrico azionato da un rotore a pale lunghe tra i 20 e i 60 metri. Genera una potenza molto variabile, che può andare da pochi kW fino a 5-6 MW, in funzione della ventosità del luogo e del tempo. Il mulino a vento è l’esempio storico di macchina convertitrice di energia ad asse orizzontale. Solitamente richiedono una velocità minima di 3–5 m/s ed erogano la potenza di progetto ad una velocità del vento di 12–14 m/s. Ad elevate velocità (20/25 m/s) l’aerogeneratore viene invece bloccato dal sistema frenante per ragioni di sicurezza.
  2. Generatori ad asse verticale: un generatore eolico ad asse di rotazione verticale al suolo (VAWT, in inglese Vertical Axis Wind Turbines) è un tipo di macchina eolica contraddistinta da una ridotta quantità di parti mobili nella sua struttura, il che le conferisce un’alta resistenza alle forti raffiche di vento e la possibilità di sfruttare qualsiasi direzione del vento senza doversi orientare di continuo. Anch’esse richiedono una velocità minima di 3–5 m/s circa ed erogano la potenza di progetto ad una velocità del vento anche più alte dei 12–14 m/s. Sopportano le elevate velocità in quanto strutturalmente più stabili.

L’energia eolica in Italia e in Europa

pala eolica

Nel nostro paese l’ANEV è l’associazione di protezione ambientale (riconosciuta ai sensi della Legge 8 luglio 1986 n. 349) nata nel luglio 2002 che vede riuniti circa 70 aziende che operano nel settore eolico.

L’ANEV è membro di Confindustria Energia ed è l’Associazione Italiana presente nel Board direttivo delle corrispondenti associazioni Europee e Mondiali quali il WWEA–GWEC–EWEA oltre ad aderire a UNI–CEI-AIEE. Tra gli scopi dell’Associazione vi è quello di concorrere alla promozione e utilizzazione della fonte eolica in un rapporto equilibrato tra insediamenti e natura, nonché quello di promuovere la ricerca e lo sviluppo tecnologico finalizzato all’utilizzo della risorsa vento e all’uso razionale dell’energia, oltre che alla diffusione di una corretta informazione basata su dati reali.

L’energia eolica ha rappresentato il 51% della nuova potenza installata nel 2016 in Europa, connettendo in totale 12,5 GW alla rete, distribuiti tra i 28 Stati Membri dell’UE, di cui 10.923 MW on-shore e 1.567 MW off-shore.

Il totale della capacità eolica installata oggi in Europa si attesta sui 153,7 GW. L’energia eolica ha coperto il 10,4% dei fabbisogni di energia elettrica lo scorso anno. La Germania ha installato la quota maggiore di nuova energia eolica, ovvero il 44% del totale dell’UE. Cinque stati membri hanno raggiunto l’anno record: la Francia, i Paesi Bassi, la Finlandia, l’Irlanda e la Lituania. Tutte le Rinnovabili insieme hanno aggiunto l’86% di nuova potenza installata nel 2016 – 21,1 GW su 24,5 GW. In Italia installati solo 282,5 MW pari ad un flusso di investimento pari a oltre 350 milioni di euro.

Gli investimenti in nuovi impianti eolici tra on-shore e off-shore hanno raggiunto il record di 27,5 miliardi di euro. L’eolico off-shore è aumentato del 39% ogni anno fino a raggiungere 18,2 miliardi di euro, mentre per l’on-shore gli investimenti sono diminuiti del 29% raggiungendo quota 9,3 miliardi di euro.

L’energia eolica nel mondo e nel futuro

Nel 2010 più della metà di tutta la nuova potenza eolica è stata installata al di fuori dei mercati tradizionali europei e nord americani. Ciò è legato in particolare alla forte crescita di installazioni in Cina che hanno rappresentato quasi la metà dei nuovi impianti eolici (16,5 GW).

Le cifre fornite dal Global Wind Energy Council (GWEC) mostrano che nel 2007 si è registrato un incremento di potenza installata di 20 GW, portando il totale della capacità installata di energia eolica mondiale a 94 GW, contro i 74 GW del 2006. Nonostante i vincoli che affrontano le industrie di produzione delle turbine eoliche, il mercato annuale ha continuato a crescere a un tasso stimato del 37%, dopo una crescita del 32% nel 2006. In termini di valore economico, il settore eolico è diventato uno dei principali attori dei mercati energetici, con un valore totale delle nuove apparecchiature installate nel 2007 di 36 miliardi di dollari.

energia eolica off-shore

Anche se l’industria eolica ha risentito della crisi finanziaria globale nel 2009 e del 2010, la crescita continua. Negli ultimi cinque anni la crescita media di nuovi impianti è stata del 27,6% l’anno. La previsione per il 2013 attestava il tasso di crescita annuo medio al 15,7%.

Il Global Wind Energy Council ha rilasciato il GWE Outlook del 2016, descrivendo scenari secondo i quali l’eolico potrebbe fornire circa il 20% dell’elettricità mondiale entro il 2030. Questo report ipotizza quattro differenti futuri legati all’industria eolica in quattro momenti: 2020, 2030 e 2050.

“Ora che gli accordi di Parigi sono stati definiti le nazioni iniziano ad attivarsi per rispettare gli accordi presi lo scorso dicembre. Riuscire a raggiungere gli obiettivi significa de-carbonizzare completamente la produzione elettrica entro il 2050, e l’eolico giocherà in questo un ruolo fondamentale.” dichiara Steve Sawyer, segretario generale del GWEC.

Entro il 2030 l’energia eolica potrebbe arrivare a produrre 2110 GW annuali, e fornire il 20% dell’elettricità richiesta a livello mondiale, creando 2.4 milioni di posti di lavoro, riducendo le emissioni di CO2 di circa 3.3 miliardi di tonnellate annue, e attrarre investimenti per circa 200 miliardi di euro annui.

Grazie alle diminuzioni nei prezzi per produzione, installazione e manutenzione delle rinnovabile, la GWEC stima che la de-carbonizzazione della produzione di energia non sia più solamente tecnicamente raggiungibile, ma anche economicamente sostenibile e competitiva. Ci sono nuovi forti mercati che si stanno sviluppando in Africa, in Asia e in America Latina, che incentivano la produzione di energia pulita e sostenibile.

“L’eolico è una delle opzioni più competitive per aumentare la capacità elettrica di un sistema, specialmente nei mercati in via di sviluppo” continua Sawyer, “ma per raggiungere gli obbiettivi di Parigi è necessario chiudere impianti di produzione che utilizzano carburanti fossili, non basta installare solo impianti a rinnovabili. Chiaramente chiudere una centrale richiederebbe un rimpiazzo, e l’eolico (così come solare, idroelettrico geotermico o biomasse) stanno diventando anno per anno più competitivi economicamente. I governi devono essere i primi però a credere negli impegni presi e mettere pressione per portare avanti questi obiettivi.”

Il Global Energy Council ha inoltre richiesto ai vari consigli nazionali e internazionali come può essere risolto il problema della de-carbonizzazione dei trasporti. La previsione riguardante il mercato per la mobilità elettrica (sia per quanto riguarda le automobili private, sia per quanto riguarda i trasporto pubblico) indica che il settore continuerà a crescere, indicando così un incremento inevitabile nella domanda di energia.

L’eolico in generale, potrebbe rivelarsi la soluzione a questa costante crescita per diversi motivi. Sven Teske, Direttore di ricerca all’Institute for Sustainable Future dell’università di Sydney, dichiara che la soluzione eolica è in pole position come supplier di energia per il futuro, e nei suoi studi, ci sono scenari possibili in cui più del 20% della produzione mondiale già nel 2030, potrà essere affidata all’eolico: in primis perché i costi di investimento per creare le off-shore wind farms si abbassano annualmente, rendendo possibili e economicamente vantaggiosi gli investimenti in questo campo.

Al 2015, si registrano un 433 GW annuali prodotti da installazioni che sfruttano l’energia eolica, e l’industria dovrebbe crescere di almeno 60 GW entro la fine del 2016.

Per ulteriori informazioni sull’argomento, consigliamo la visione del sito del Global Wind Energy Council (www.gwec.net) e il sito dell’Associazione Nazionale Energia del Vento – ANEV (www.anev.org)

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