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Il nuovo gigante cinese

I semafori smart – Parte 3

luglio 27, 2018 Commenti (0) Ingegneria, Ingegneria Energetica Tempo di Lettura:

Il mini-eolico

In questo articolo continuiamo la nostra parentesi sull’ energia eolica iniziata con La turbina eolica  e Come sfruttare il vento, andando ad approfondire le caratteristiche degli impianti che sfruttano la tecnologia del mini -eolico.

Generalità sul mini-eolico

In un periodo in cui ricorrere alle energie pulite sta diventando un’esigenza a livello internazionale, il panorama delle green energy si arricchisce di nuovi mezzi per lo sfruttamento delle risorse rinnovabili, tra cui i sistemi domestici di sfruttamento del vento, denominati sistemi mini-eolici, (proprio a rimarcare le ridotte dimensioni rispetto ai sistemi eolici odierni, più largamente impiegati).

Il funzionamento è in linea con quello dell’eolico industriale, il vantaggio di una struttura mini-eolica risiede però nella maggiore leggerezza dell’impianto nel suo complesso, che permette di utilizzarla anche in momenti di intensità ventosa ridotta. Questo assicura maggiore costanza nella produzione energetica.

Gli impianti di mini-eolico per uso domestico possono produrre energia fino a 3 kW e perciò più che sufficienti per utenze di questo genere.

Ovviamente ci sono diversi tipi di sistemi mini-eolici, in base alle esigenze del cliente, così anche in questo campo, come nel campo dell’abbigliamento il mini-eolico ha le sue taglie, associate agli ingombri dell’impianto e alle potenze prodotte, come riportato nella tabella di seguito:

Taglie associate a turbine mini-eoliche a seconda delle potenze prodotte e degli ingombri

 

Le diverse tipologie di turbina mini-eolica

Una prima distinzione sommaria ma efficace, passa per la posizione dell’asse della turbina. Infatti si possono incontrare turbine ad asse orizzontale (horizontal axis wind turbine) o ad asse verticale (vertical axis wind turbine).

Le turbine ad asse orizzontale (HAWT) sono le più diffuse e prevedono un rotore che si orienta inseguendo la direzione del vento. Forma e numero delle pale variano notevolmente da una tecnologia all’altra, come si nota dagli esempi di turbine sotto riportate.

 

Tipologie di turbine impiegate, ad asse orizzontale, con relative potenze prodotte

Nella configurazione più diffusa, specie per i sistemi più piccoli, le turbine HAWT vengono installate sopravento e, per allineare al vento l’asse del rotore, viene previsto un sistema costituito da una coda solidale al rotore. La spinta del vento fa ruotare tutto il corpo del rotore (navicella) su una ralla ad asse verticale, che ha lo scopo di non permettere la trasmissione del moto rotatorio alla torre.

Configurazione di una turbina sopravento

Le turbine installate sottovento hanno invece il rotore posizionato sul retro e il ruolo di timone è svolto dalle pale stesse che hanno una conformazione inclinata particolare per assolvere a questa funzione.

Configurazione di una turbina sottovento

La configurazione VAWT presenta il vantaggio, legato alla posizione del generatore elettrico, posto nella base, quindi il suo peso non deve essere sostenuto dalla torre. Le pale sono realizzate in materiale composito, rinforzato in fibre di vetro o di carbonio, oppure in alluminio. Le turbine VAWT sono inoltre più adatte a un utilizzo in aree urbane in quanto generano livelli di rumore inferiori a quelli delle HAWT, in genere compresi tra i 35 e i 45 dB.

Tipologie di turbine impiegate, ad asse verticale, con relative potenze prodotte

 

La torre di sostegno: componente fondamentale del sistema mini-eolico

Lo scopo della torre è duplice: sostenere i carichi generati dalla turbina e portare la turbina stessa all’altezza più opportuna per catturare meglio l’energia cinetica del vento.

La torre rappresenta un elemento essenziale dell’impianto, a cui va dedicata un’attenzione particolare in fase di progetto e un’adeguata quota dell’investimento complessivo. Non bisogna, infatti, né correre il rischio di sottostimare i carichi del vento a cui il generatore si può trovare sottoposto, né realizzare una torre troppo bassa per il contesto in cui la turbina si trova ad operare. Infatti la velocità del vento cresce con l’altezza e l’elevazione dal terreno consente di risentire in minore misura di turbolenze dovute alla presenza di ostacoli naturali e non (alberi, edifici, etc.).

Per quanto riguarda l’aspetto economico, aumentare l’altezza della torre comporta un aggravio limitato dell’investimento, inferiore rispetto all’aumento di produzione ottenibile. Ad esempio passare da una torre di 18m a una di 25m comporta un aumento del 10% dell’investimento, ma determina un aumento del 25-30% della produzione.

Nelle installazioni la torre rappresenta in genere la quota più rilevante dell’investimento (30-35%), mentre la turbina incide per il 15-20%. Questa importanza relativa riguarda anche la fase di installazione, in cui il montaggio della torre rappresenta la quota di lavoro più onerosa, molto superiore al montaggio della turbina stessa. In generale, quindi, è bene dedicare alla torre un progetto accurato e prevedere una torre sufficientemente alta e robusta.

 

Balance of System

Un altro organo meccanico fondamentale è il generatore mini-eolico, esso va corredato da un insieme di dispositivi che consentono di regolare la produzione e di riversarla in rete oppure nell’impianto elettrico dell’utenza con gli standard di qualità e sicurezza necessari. Tali dispositivi, denominati anche BOS (Balance of System), sono differenti a seconda che l’impianto sia in isola oppure connesso alla rete. Nella configurazione connesso alla rete, il BOS è costituito da:

  • convertitori e sistemi di controllo: i dispositivi elettronici che controllano il generatore e convertono la corrente in modo adeguato alle caratteristiche della rete;
  • dispositivi di sicurezza e di allaccio: i dispositivi che garantiscono la qualità e sicurezza dell’energia riversata in rete;
  • contatore fiscale: misura la quantità di energia riversata in rete.

Nella configurazione in isola il BOS deve comprendere anche uno o più dispositivi per garantire il servizio nelle condizioni in cui il vento manca o non è sufficiente. A questo scopo si possono prevedere diverse soluzioni. La più semplice consiste nell’installare un sistema di accumulo dell’energia elettrica (batterie di accumulatori), che vengono ricaricati dall’aerogeneratore quando la produzione eccede il fabbisogno e da cui si prende l’energia quando invece il generatore non è sufficiente.

Scopo di un impianto mini-eolico

L’idea di installare un impianto eolico di piccola taglia nasce da motivazioni prevalentemente legate all’autoconsumo, che possono essere dettate dall’esigenza di produrre energia in una zona non servita dalla rete elettrica (e.g. rifugio alpino) oppure, più comunemente, dall’esigenza di migliorare la propria bolletta energetica e impronta ambientale (e.g. azienda agricola). Per tali caratteristiche e la potenza limitata, anche in termini fiscali un impianto mini-eolico non è classificato come una centrale di produzione vera e propria (officina elettrica). Essendo finalizzato all’autoconsumo, l’impianto mini-eolico è quindi fisicamente collegato a un sito specifico di installazione e intrinsecamente abbinato a un obiettivo di efficienza energetica ed economica. Pertanto il suo progetto deve essere accuratamente valutato in termini di fattibilità da parte dell’utilizzatore al fine di assicurare che esso svolga il ruolo atteso per tutta la sua durata in funzionamento.

 

Conclusioni

A seguito di quanto detto fino ad ora si possono fare le seguenti considerazioni:

  1. Per determinare se sia conveniente l’istallazione di sistemi mini-eolici bisogna effettuare campagne orografiche, che daranno esiti diversi a seconda della zona d’interesse;
  2. Uno studio economico non può prescindere da quello orografico, poiché il flusso ventoso è fortemente influenzato dalla morfologia del terreno e dalle barriere presenti nel sito d’istallazione;
  3. A seguito del costo d’istallazione l’energia proveniente da sistemi mini-eolici è a costo zero, anche se la sua  produzione non può essere considerata costante, poiché fortemente dipendente dalla variazione del flusso ventoso;
  4. In Italia tale tecnologia non trova ancora largo impiego, ma è destinata ad aumentare in modo significativo nei prossimi anni.

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