L’energia eolica vanta una storia millenaria e oggi, dopo un periodo di stallo, è tornata decisamente in auge. Le origini dello sfruttamento della “forza” del vento risalgono a tempi antichissimi. L’esempio forse più vetusto e celebre è forse l’uso della vela utilizzata per la prima volta dagli Egizi a partire dal 4000 a.C. In antichità tanti altri usi altrettanto vitali sono testimoniati dalla storia, come la produzione della farina attraverso i mulini a vento, utilizzati circa tre millenni fa in Persia.
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Energia eolica: cos’è
L’energia eolica è, com’è ovvio, l’energia del vento. Una fonte che, nonostante venisse largamente impiegata agli esordi della civiltà, solo grazie all’innovazione tecnologica è diventata protagonista indiscussa del lento e graduale processo di transizione ecologica che sempre più Stati hanno intrapreso con contezza e impegno. Quella eolica è un’energia verde, ossia pulita e rinnovabile: la si sfrutta così come la si trova in natura, senza alterazioni.
Alla lista di energie verdi si aggiungono l’energia solare (oggi considerata come la migliore fonte alternativa in quanto a capacità di approvvigionamento e investimento), l’energia idroelettrica e infine quella geotermica.
Ma come funziona l’energia eolica? Come si sa, sfrutta l’energia cinetica del vento per mutarla in energia meccanica e, a sua volta, in energia elettrica. In poche parole, si tratta di uno sfruttamento di energia cinetica del movimento dell’aria sulla superficie terrestre tra zone di alta pressione e zone di bassa pressione.
La differenza di pressione tiene in considerazione la temperatura, che a sua volta è influenzata da vari aspetti che variano da un luogo ad un altro. Si registra così un livello di temperatura diverso in base a delle precise condizioni: il sole non raggiunge la terra in modo uniforme attraverso l’azione dei suoi raggi, ma cambia a seconda del giorno e della fascia oraria, così come anche la consistenza del terreno può contribuire alla variazione della stessa.
Alcuni suoli si presentano più sabbiosi, altri rocciosi, altri ancora con una densa vegetazione o con molta acqua; dall’altra parte le grandi masse (ossia oceani e bacini idrici naturali in generale) si riscaldano e si raffreddano più lentamente rispetto la terra.
Energia eolica: come funziona l’impianto
Lo sfruttamento dell’energia eolica prevede l’installazione di aerogeneratori (o turbine eoliche) che vanno a sommarsi gli uni agli altri per dar vita ai cosiddetti parchi eolici. Gli impianti eolici consistono in sistemi avanzati di trasformazione della forza del vento in energia elettrica e sono composti di due elementi:
- una meccanica, ossia la pala, spinta dal soffio del vento;
- una elettromagnetica, ossia il generatore, che ha il compito di trasformare il moto rotatorio in elettricità.
Le pale eoliche, che danno vita al sistema chiamato aerogeneratore, grazie alla forza del vento, attivano un movimento rotatorio dando vita all’energia cinetica che viene captata da un rotore. Questo, trasmette l’energia meccanica di rotazione all’albero che le sorregge e quindi al generatore, il quale la trasformerà in energia elettrica.
Generatori di impianti eolici ad asse orizzontale e verticale: i due sistemi a confronto
Di generatori degli impianti eolici esistono due categorie: generatori ad asse orizzontale e ad asse verticale. Nel primo esempio si tratta della tipologia più comune nonché più efficiente, anche se mostra come svantaggio una buona dose di rumore. Questi generatori registrano una potenza variabile da pochi KW fino a 6 MW, variabile perché logicamente si fa appello a condizioni naturali diverse in base alla forza del vento, alle zone e al meteo.
I generatori ad asse orizzontale sono composti da una torre in acciaio con un’altezza che non supera i 100 metri. La cima termina con un involucro che accoglie al suo interno il generatore elettrico attivato da un sistema a pale lunghe detto rotore.
Volendo evidenziare i contro di tale sistema, lo svantaggio è il limite di velocità: il sistema frenante impedisce infatti di superare una determinata soglia di velocità proprio per conformazione e per sicurezza. C’è però anche un secondo svantaggio, se così lo vogliamo definire: per far esprimere al massimo il sistema, l’asse di rotazione di questo deve essere collocato parallelamente alla direzione del vento. Se ciò non accadesse, il tubo dell’impianto, essendo in posizione verticale, ostacolerebbe il passaggio dell’aria e quindi comprometterebbe l’efficienza dell’impianto.
Per quanto riguarda i generatori ad asse verticale, ne si apprezza il poco rumore, ma, di pari passo, si registra tuttavia dall’altra parte anche una minore efficienza. Diversamente dal sistema precedente, in tal caso non si ha un generatore influenzato dalla direzione del vento, poiché possiede poche parti mobili che permettono di resistere alle forti raffiche. La duttilità della forma consente quindi all’impianto di poter beneficiare al massimo della forza verde, evitando così di metter mano alla direzione delle pale.
I parchi eolici on-shore, near-shore e off-shore
Come suggerisce il significato inglese, gli impianti eolici on-shore sono collocati sulla terra ferma, distanti generalmente una decina di km dal mare in zone dove è possibile sfruttare il maggior afflusso di vento.
Si collocano non a caso in zone alte come quelle montuose, o anche in pianure e nei pressi delle coste. Molto diffusi nel cuore degli Stati Uniti, si trovano a dimensioni ridotte in aree spesso disabitate oppure sul tetto o sul balcone di abitazioni (eolico domestico) e sono perfino in grado di generare un surplus di energia che può essere reinserita sul mercato.
Diversamente, gli impianti near-shore sono localizzati sulla costa, generalmente fino a 10 km di distanza. Proprio grazie alla posizione, tendono a mettere a frutto la maggior quantità di forza cinetica dei venti che provengono dal mare e si scagliano con la stessa frequenza durante l’intero anno sulla costa, ottenendo il massimo rendimento in termini di velocità.
Infine, gli impianti off-shore si presentano nelle aree più distanti dal mare o dalle coste degli oceani e si differenziano, quindi, grazie a una maggiore solidità. Hanno a disposizione centinaia di turbine in un appezzamento assai ampio per beneficiare dell’azione del vento e possono trarre profitto da correnti d’aria sempre presenti, riuscendo quindi a produrre quantità molto superiori di energia rispetto a quelli on-shore.
Mostrano certamente il pro nel garantire migliori condizioni di conversione di energia raggiungendo quantitativi più soddisfacenti proprio per la velocità e continua presenza del vento, ma il contro si traduce in costi di realizzazione e mantenimento abbastanza alti in confronto ad altre tipologie di impianti.
L’esposizione al vento continua e costante che rappresenta il punto di forza di tale sistema, causa infatti con il passare del tempo una corrosione più veloce in confronto a quella di altri impianti. L’altro elemento da valutare è il dover installare il sistema tramite una manodopera sottomarina o, come opzione, la creazione di piattaforme galleggianti.
Energie eolica: quali sono i vantaggi
L’energia eolica comporta vantaggi notevoli in termini di efficienza e riduzione dell’impatto ambientale.
- Il primo è che si tratta di energia pulita: l’energia eolica è verde, non responsabile quindi della produzione di sostanze dannose o inquinanti per l’ambiente, in quanto non funziona tramite combustione dei fossili. A tal proposito, è bene specificare che non vengono messe a rischio neanche la specie avicole, come diversamente avviene con altre strutture artificiali;
- È facile da reperire: esiste naturalmente ed è costante e continua, così da garantire l’efficienza dell’impianto;
- Durata dei macchinari: i macchinari eolici, a differenza di quelli geotermici ad esempio, possono essere riciclati e hanno una durata media di circa 25 anni;
- Basso impatto ambientale: la costruzione degli impianti eolici, grazie allo sfruttamento verticale, non intacca le attività agricole e quelle di allevamento del bestiame, sebbene invadendo vaste porzioni di terreno;
- Costi bassi di manutenzione: il prezzo medio di manutenzione strizza l’occhio al portafogli. La forza cinetica del vento registra infatti costi contenuti se paragonati alle fonti tradizionali, sebbene gli investimenti iniziali possano affrontare spese onerose, in certi casi problematici da estinguere nel tempo. Per la manutenzione si parla di una spesa di circa 1 cent per KW-h, che può essere ridotta ancor di più grazie alle continue migliorie messe in campo dall’innovazione tecnologica grazie a pale più lunghe e leggere. A ciò si aggiunga il basso costo di manutenzione, che sembra ridursi mano a mano grazie ad un’efficienza strutturale sempre in via di miglioramento.
Energia eolica: quali sono gli svantaggi
L’energia eolica presenta però, come abbiamo accennato, anche alcuni svantaggi, e, al pari delle altre fonti, deve essere valutata come caso a sé stante.
- Investimento e ricavi: se è vero che la manutenzione nonché gli impianti registrino un costo più che abbordabile, è altresì vero che l’investimento iniziale richiesto deve attendere molto per poter parlare di guadagno. Non essendo prevedibile un pronostico in determinati casi sull’approvvigionamento dell’energia, può risultare difficile stimare l’efficienza.
- Impatto visivo e inquinamento acustico: un altro contro è dettato dall’impatto visivo, da alcuni percepito come una deturpazione del paesaggio nonostante il grande beneficio che il territorio potrebbe trarne. A questo si aggiunge l’aspetto acustico che causa come un ronzio di sottofondo che potrebbe causare disagio alle persone che abitano nei pressi degli impianti.
Il più grande impianto eolico on-shore al mondo si trova in Cina ed è la Gansu Wind Farm: un “colosso” con una capacità (non totalmente sfruttata) di 7,965 MW. Il maggiore parco eolico off-shore è invece Hornsea 2, inaugurato nel 2022 Inaugurato nel Mare del Nord: si estende su un’area di 462 chilometri quadrati ed è composto da 165 turbine eoliche che forniscono 1,3 GW di elettricità rinnovabile (sufficiente a soddisfare il fabbisogno energetico di circa 1,4 milioni di abitazioni del Regno Unito).
