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Energia eolica orizzontale - Cosa è

30.08.2010 | Author: Marco Rodella | Rev.:30.08.2010 | Rif.:10083001

Pale eoliche orizzontaliIl mulino a vento è un esempio storico di generatore ad asse orizzontale.
Un generatore eolico ad asse orizzontale (HAWT - Horizontal Axis Wind Turbines) è formato da una torre in acciaio sulla cui sommità si trova un involucro (gondola) che contiene un generatore elettrico azionato da un rotore a pale (solitamente 2 o 3).

Una pala eolica nell'arco degli ultimi 20 anni è passata da una produzione di pochi chilowatt di potenza, a punte di 3 Megawatt per le più efficienti e una produzione tipica del mercato attuale di 1,5 MW, con una velocità del vento di 3-4 m/s.

Considerando che la massima corrente erogata alle utenze domestiche è di 3 chilowatt, una pala è in grado di soddisfare il fabbisogno energetico di circa 1000 utenze domestiche, corrispondenti 4000-4500 persone (considerando 4 abitanti medi per nucleo famigliare) e alle dimensioni medie di un comune italiano. Questi standard sono raggiunti sia da aerogeneratori orizzontali che verticali.


Energia eolica orizzontale - Come funziona

Pale eoliche orizzontaliQueste turbine eoliche sono costruite secondo lo schema classico di un generatore mosso da un rotore a pale, montato su un palo verticale di altezza variabile.
Sono adatte a zone aperte con venti a partire almeno da 3-3,5 m/s ma per ottenere una resa accettabile necessitano di venti ad almeno 5-6 m/s.

Disponibili in varie potenze a partire da 300Wp fino a 200 kWp ed oltre sono un ottima soluzione per la produzione di energia specialmente in zone isolate ed in aziende agricole, oppure laddove si vogliono raggiungere elevate potenze di produzione.


Energia eolica verticale - Le tecniche

Pale eoliche orizzontaliNegli ultimi 10 anni rendimento, dimensioni e costi degli aerogeneratori sono migliorati drasticamente.

Gli aerogeneratori tradizionali hanno, quasi senza eccezioni, l’asse di rotazione orizzontale. Questa caratteristica è il limite principale alla realizzazione di macchine molto più grandi di quelle attualmente prodotte: i requisiti statici e dinamici che bisogna rispettare non consentono di ipotizzare rotori con diametri molto superiori a 100 metri e altezze di torre maggiori di 180 metri. Queste dimensioni, per altro, riguardano macchine per esclusiva installazione off-shore.

Le macchine on-shore più grandi hanno diametri di rotore di 70 metri e altezze di torre di 130 metri. In una macchina siffatta il raggio della base supera i 20 metri.La velocità del vento cresce con la distanza dal suolo. Questa è la principale ragione per la quale i costruttori di aerogeneratori tradizionali spingono le torri a quote così elevate.

La crescita dell’altezza, insieme al diametro del rotore che essa rende possibile, sono la causa delle complicazioni statiche dell’intera macchina, che impone fondazioni complesse e costose e strategie sofisticate di ricovero in caso di improvvise raffiche di vento troppo forte. Macchine eoliche ad asse verticale sono state concepite e realizzate fin dal 1920.

La sostanziale minore efficienza rispetto a quelle con asse orizzontale (30%) ne ha di fatto confinato l’impiego nei laboratori. L’unica installazione industriale oggi esistente è quella di Altamont Pass in California, realizzata dalla FloWind nel 1997. L’installazione è in fase di smantellamento, a causa delle difficoltà economiche del costruttore, che è in bancarotta.

Esiste in Italia un progetto radicalmente innovativo (il prototipo è ancora in fase di costruzione) che consiste proprio in una centrale eolica ad asse di rotazione verticale. Si tratta del Kite Wind generator (www.kitewindgenerator.com). Questo elimina tutti i problemi statici e dinamici che impediscono l’aumento della potenza (cioè delle dimensioni) ottenibile dagli aerogeneratori tradizionali. Il problema di “catturare” il vento è risolto dall’idea di impiegare profili alari di potenza (Power Kites) solidali al perimetro della turbina.

I profili alari di potenza volano secondo traiettorie prestabilite, che permettono di trasformare la forza esercitata sui cavi in una coppia complessiva concorde che mette in rotazione la turbina ad asse verticale. In pratica, i profili alari di potenza sono le “pale” della turbina, che le consentono di ruotare intorno ad un asse verticale, semplificando enormemente i problemi di fondazione e di rigidità. Sei profili alari di potenza di potenza guidati secondo traiettorie prestabilite sono in grado di tenere in rotazione una turbina di 1.600 metri di diametro alla velocità di 15 giri all’ora, che permette di generare l’energia di 1 GigaWattora.

L’ulteriore vantaggio dei profili alari di potenza risiede nel fatto che la lunghezza del cavo può permettere loro di raggiungere altezze di 500 o 600 metri, dove il vento può essere due o tre volte più veloce, senza introdurre criticità strutturali. Infatti l’altezza della sommità del corpo centrale è irrilevante ai fini della produzione di energia. Si considera opportuno che sia di almeno 30 metri, per consentire attività sull’area sottostante (agricoltura, pascolo o navigazione, nel caso di installazioni off-shore).


Energia eolica orizzontale - Vantaggi e svantaggi

Un generatore eolico ad asse verticale sfrutta il vento che muove in ogni direzione. Inoltre, a pari velocità del vento, genera una potenza elettrica maggiore di uno ad asse orizzontale.
Poichè funziona in molte più ore l'anno ed ha un rendimento maggiore, attualmente si commerciano generatori ad asse verticale. Quelli ad asse orizzontale sono una tecnologia superata e fuori commercio.

Esistono però generatori a pale mobili che seguono l'inclinazione del vento, e a doppia elica per raddoppiare la potenza elettrica prodotta. Non mancano generatori silenziosi; il problema principale resta la dimensione delle pale e la mancanza di generatori a "micropale" non visibili a occhio nudo che risolverebbero l'impatto negativo sul paesaggio.


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