Micro-eolico:Elettricità dal vento

Cos’è

E’ l’erede dei vecchi mulini, sfrutta l’energia del vento per produrre energia meccanica o elettrica.
Vengono considerate MICRO le macchine eoliche che generano potenze fino a 20 kW destinate all’autoconsumo di energia e le macchine da 20 a 100 kW, che sono considerate di uso “industriale”.

Per analogia con l’idroelettrico vengono considerate MICRO le macchine eoliche di potenza nominale non superiore ai 100 kW, tenendo presente che quelle fino a 20 kW sono destinate all’autoconsumo di energia, mentre quelle di potenza superiore sono considerate Officine Elettriche (decreto 504 del 1995) per la produzione industriale di energia e sono soggette a un apposito regime normativo e fiscale.

L’energia eolica è una risorsa fornita dal Sole; il vento si crea principalmente per le differenze di temperatura tra la terra l’aria e il mare, e tra le calotte polari e l’Equatore.

A cosa serve

A produrre energia elettrica o meccanica; utile per utenze isolate o collegate alla rete elettrica.

L’energia prodotta con macchine eoliche di piccola taglia, singole o collegate tra loro, è generalmente utilizzata sul posto. Macchine eoliche non connesse alla rete elettrica possono alimentare utenze isolate come ad esempio sistemi di telecomunicazione, stazioni di pompaggio, utenze rurali e isole; in questi casi l’energia prodotta e non consumata viene immagazzinata in un sistema di accumulo formato, nella maggior parte dei casi, da batterie.
Macchine eoliche allacciate alla rete elettrica di bassa tensione possono integrare l’energia prodotta con l’energia della rete elettrica oppure vendere alla rete l’energia prodotta (la vendita di energia è consentita solo per macchine eoliche di potenza nominale superiore ai 20 kW).

Come funziona

Le pale delle macchine eoliche vengono messe in rotazione dal movimento dell’aria. L’energia così ottenuta può azionare generatori elettrici (in questo caso si dicono aerogeneratori) o azionare macchine operatrici quali ad es. le pompe (in questo caso si dicono aeromotori).

Le pale della macchina (comunemente tre) sono fissate su un mozzo e nell’insieme costituiscono il rotore che normalmente si posiziona controvento. Il mozzo, a sua volta, è collegato a un albero sul quale è posizionato un freno a valle del quale si trova il generatore elettrico da cui dipartono i cavi elettrici diretti alle utenze da alimentare o alla rete. 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 viene completata da un sistema di controllo di potenza, che interrompe il funzionamento della macchina in caso di vento eccessivo. Un timone posto in coda garantisce la migliore posizione della navicella in relazione alla direzione del vento. L’intera navicella è poi posizionata su di una torre che può essere a traliccio, tubolare o ad aste strallate.

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.

Prerequisiti utente

La macchina eolica deve essere installata in un luogo ventoso, quelle attualmente in commercio necessitano di una velocità minima del vento di circa 3 metri al secondo per poter entrare in funzione.

La potenza estraibile dal vento per mezzo di un aerogeneratore cresce all’aumentare della velocità del vento e dell’area spazzata dalle pale; dipende inoltre dalla densità dell’aria, funzione delle caratteristiche condizioni meteo del luogo.

Per valutare l’effettiva potenzialità di un impianto è indispensabile conoscere le ORE EQUIVALENTI annue di funzionamento alla potenza nominale, tale parametro è determinato da:

distribuzione di frequenza della velocità del vento;
curva di durata della velocità del vento;
distribuzione di frequenza della velocità del vento.

Per determinare le ore equivalenti di un impianto in un sito è possibile svolgere delle campagne di misura sul posto o consultare l’Atlante Eolico; in Italia le zone favorevoli sono situate al centro-sud e sulle isole.

Gli impianti micro-eolici di potenza non superiore ai 20 kW generalmente non sono soggetti a Valutazione di Impatto Ambientale (VIA), è però opportuno che il soggetto intenzionato a realizzarli si informi presso la propria Regione o Provincia per conoscere la normativa in vigore.
Le macchine eoliche di potenza superiore ai 20 kW sono assoggettate a verifica di esclusione dalla procedura di Valutazione di Impatto Ambientale, quindi i siti di installazione vanno selezionati tenendo in considerazione i vincoli ambientali, archeologici, demaniali esistenti.

Quanto costa

Il costo per installare un sistema completo di un aerogeneratore decresce in funzione della potenza installata: circa 1000 € al kW per impianti intorno ai 100 kW e può raggiungere 5000 € al kW per impianti molto piccoli di alcune centinaia di watt.

Il costo per installare un sistema completo di un aerogeneratore di 20 kW di potenza è circa 1.500/1.800 €kW
Per macchine di potenza compresa tra 10 e 20 kW il costo di un sistema installato “chiavi in mano” varia dai 2000- 2500 € per kW installato. Per macchine di taglia più piccola (centinaia di watt- pochi kW) esso può raggiungere 4000 – 5000 € per kW installato.
I costi di gestione e manutenzione crescono con il tempo: anni 1-10, ~ 2% ; anni 10 – 20, ~ 3% (% sull’investimento).

Incentivi economici

Incentivi nazionali

Un impianto eolico fino a 20 kW beneficia dal 13 Febbraio 2006 del regime di scambio sul posto tra l’energia prodotta dall’impianto e quella consumata attraverso la rete elettrica.
Impianti eolici oltre i 20 kW godono di un regime di incentivazione costituito sostanzialmente dalla possibilità di emettere certificati verdi e certificati RECS, che attestano la produzione di energia elettrica da impianti alimentati da fonti rinnovabili.

Incentivi regionali: cerca sul sito della tua regione

Impianti eolici di potenza non superiore a 20 kW

Dal 13 febbraio 2006 tutti gli impianti alimentati da fonti rinnovabili con potenza fino a 20 kW possono accedere al meccanismo di scambio sul posto dell’energia elettrica prodotta, cioè la possibilità di cedere alla rete elettrica locale la produzione da fonte rinnovabile e di prelevare dalla stessa rete i quantitativi di elettricità nelle ore e nei giorni in cui gli impianti rinnovabili non sono in grado di produrre; tutto ciò pagando solo la differenza, su base annua, tra i consumi totali del cliente e la produzione del suo piccolo impianto.

Impianti micro-eolico di potenza nominale superiore a 20 kW fino a 100 kW

Sono impianti a cui è concesso di autoconsumare l’energia prodotta, ma anche di venderne le eccedenze. Sono considerati Officine Elettriche e quindi è richiesta denuncia all’Ufficio Tecnico di Finanza, con la conseguente imposizione fiscale. Gli incentivi interessano la vendita dell’energia e sono uguali a quelli di cui godono anche gli impianti di taglia maggiore, e cioè:

priorità di dispacciamento (priorità di transito dell’energia sulla rete) in quanto impianti da Fonti Energetiche Rinnovabili.
possibilità di ottenimento dei Certificati Verdi (Dlgs 16 Marzo 1999n. 79, Decreto 11 Novembre 1999 n. 292, Decreto 24/10/05 n.265) per i primi otto anni di esercizio dell’impianto, qualora la produzione di energia elettrica annua superi i 25 MWh (Ogni Certificato Verde ha il valore di 50 MWh, ma viene concesso dal GRTN adottando il criterio commerciale di arrotondamento, e può essere commercializzato in un apposito mercato).
possibilità di ottenimento e relativa vendita dei certificati RECS, del valore ciascuno di 1 MWh di energia prodotta

Benefici

Benefici economici

Gli impianti per autoconsumo possono risultare economicamente convenienti per alimentare utenze isolate in zone ventose.
Gli impianti molto più grandi riescono a sfruttare economie di scala e incentivi alla produzione di energia elettrica che ne fanno la tecnologia più competitiva rispetto alle fonti tradizionali.

Benefici ambientali

La produzione di energia elettrica attraverso generatori eolici esclude l’utilizzo di qualsiasi combustibile, quindi azzera le emissioni in atmosfera di gas a effetto serra e di altri inquinanti.
L’energia impiegata nel processo di fabbricazione degli impianti viene recuperata in pochi anni di funzionamento.
Il micro-eolico rispetta l’ambiente perchè ha dimensioni contenute e non disturba il paesaggio.

Dimensionamento

Il dimensionamento di un impianto domestico (max 20 kW dwstinato all’autoconsumo) è funzione di:

ventosità del sito;
area disponibile per la macchina eolica;
energia utilizzabile dalle utenze;
capitale disponibile di chi fa l’investimento.

Anche se la ventosità del sito e lo spazio a disposizione consentono di installare potenze elevate, bisogna tenere in considerazione l’effettivo fabbisogno energetico dell’utenza che si intende servire, poichè l’energia elettrica prodotta e non consumata non gode della tariffa incentivante prevista dallo scambio sul posto.
I rotori più piccoli adatti a minime applicazioni domestiche, si attestano attorno a una potenza di 500W a cui corrisponde un diametro minimo del rotore pari a poco più di un metro, fino ad arrivare a 8 metri per taglie da 15 a 20 kW.

Il dimensionamento degli impianti di potenza nominale superiore ai 20 kW viene fatto per sfruttare al massimo il vento e lo spazio a disposizione e quindi per massimizzare la quantità di energia prodotta e immessa in rete.
Gli aerogeneratori fino a 100 kW di potenza sono dotati di rotori di diametro fino a 20 metri e possono raggiungere 20 metri di altezza.

Componenti

Una macchina eolica è molto semplice ed è composta da:

Rotore (pale);
Torre di sostegno;
Moltiplicatore di giri.

Se la macchina viene utilizzata per produrre energia elettrica è composta anche da:

Generatore;
Sistema di controllo;
Trasformatore.

Per l’alimentazione utenze isolate occorrono:

Batterie di Accumulo;
Inverter DC/AC (corrente continua/corrente alternata);
Carica batterie (convertitore AC/DC) e sistema di controllo.

Per il collegamento alla rete elettrica deve essere provvista di:

Quadro elettrico completo di dispositivo di interfaccia alla rete elettrica di bassa tensione;
Sistema di controllo del parallelo alla rete elettrica di bassa tensione;
Inverter AC/DC/AC.

Rappresentazione schematica di un aerogeneratore.

Tempo di vita dell’impianto

Il tempo di vita di un impianto ammonta a circa 20 anni.

Alternative teconogiche

Generatori ad asse orizzontale.
Generatori ad asse verticale.

Generatori ad asse orizzontale

Esistono diverse configurazioni di turbine eoliche ad asse orizzontale: monopala, bipala, tripala, multipala. All’aumentare del numero di pale diminuisce la velocità di rotazione, aumenta il rendimento e cresce il prezzo.
La maggior parte delle turbine costruite attualmente è ad asse orizzontale, a tre pale, caratterizzate da una coppia motrice più uniforme (con sollecitazioni minori e quindi di durata maggiore), energia prodotta leggermente superiore (cioè rendimento maggiore in linea di principio), nonchè, minore disturbo visivo, in virt? di una minore velocità di rotazione.

Generatori ad asse verticale

La macchina Savonius caratterizzata da un rendimento globale molto basso (20% dell’energia posseduta dal vento) lavora bene con venti deboli ma il suo rendimento crolla con venti forti. » molto robusta e ha una forte coppia di spunto che ne consente l’avviamento con venti debolissimi.

La macchina Darrieus è caratterizzata da grande semplicità di costruzione e da alto rendimento che si attesta intorno al 40% dell’energia del vento, e riesce a combinare i vantaggi della macchina Savonius e delle pale aerodinamiche delle macchine ad asse orizzontale. Il regime di rotazione è molto elevato mentre la coppia di spunto molto bassa non permette a questa tipologia di macchine di avviarsi spontaneamente.

Schema di funzionamento e confronto di alcune tipologie di aerogeneratori.

Modalità di utilizzo

L’impianto funziona in modo autonomo senza richiedere interventi operativi. Periodicamente occorre verificare il buon funzionamento di tutti i componenti. Per gli impianti da qualche decina di kW si procede annualmente a una verifica di corretto funzionamento.

Domande frequenti

Sostituisce il collegamento alla rete?
Solo gli impianti situati in luoghi molto ventosi e dotati di un accumulo adeguato possono garantire un buon livello di servizio senza un collegamento alla rete elettrica, ma questa soluzione è conveniente solo per applicazioni molto particolari (ad es. pompe) o per utenze difficilmente raggiungibili dalla rete elettrica.
E se va via il vento?
L’energia viene integrata da appositi accumuli o dalla rete.

Testi conigliati

Eolico: paesaggio e ambiente
Gianni Silvestrini e Mario Gamberale
2004 Franco Muzzio Editore
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Le vie del vento
Tecnica, economia e prospettive del mercato dell’energia eolica
Luciano Pirazzi e Roberto Vigotti
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