LE FONTI DI ENERGIA
a cura di Caterina Romano
Introduzione
L’energia eolica è una fonte energetica pulita e rinnovabile molto antica. Essa sfrutta l'energia cinetica del vento per trasformarla in energia elettrica. In passato l’energia eolica veniva ampiamente impiegata nel settore nautico e alimentava il meccanismo a pale dei mulini a vento, dai quali poi deriverebbero i moderni impianti eolici.
La forza del vento oggi viene sfruttata da apparecchiature chiamate aerogeneratori, composti da una turbina eolica in cima ad una torre di sostegno ed un generatore elettrico.
Energia Eolica
In che modo le pale eoliche riescono a convertire l’energia cinetica in corrente elettrica?
Gli impianti eolici si compongono essenzialmente di due parti: una meccanica, denominata pala, che segue il movimento del vento, ed una elettromagnetica, chiamata generatore, che ne trasforma il moto rotatorio in elettricità.
Le pale eoliche, grazie alla forza del vento, ruotano e producono energia cinetica che viene immediatamente trasferita ad un rotore ad esse collegate.
Il rotore, a sua volta, trasmette l’energia meccanica di rotazione all’albero che le sorregge e quindi al generatore, che la trasformerà in energia elettrica.
ARGOMENTO 1 - LE BASI
TIPOLOGIE DI STRUTTURE
I generatori degli impianti eolici si possono, a loro volta, suddividere in due categorie:
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Generatori ad asse orizzontale: sono la tipologia più efficiente ma tuttavia la più rumorosa. Essi sono in grado di generare una potenza variabile da pochi Kw fino a 6 MW, sfruttando la diversa forza del vento in base alle zone e al tempo. Questi impianti non possono raggiungere velocità troppo elevate per ragioni di sicurezza, motivo per cui sono dotati di un sistema frenante. Inoltre per non perdere efficienza, l’asse di rotazione di questo sistema deve sempre trovarsi in posizione parallela alla direzione del vento: sono dotati di un sistema che, in modo motorizzato o naturale, posiziona l’asse nel punto ideale per garantirne il corretto funzionamento.
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Generatori ad asse verticale: a differenza di quelli ad asse orizzontale, i generatori eolici ad asse di rotazione verticale non sono influenzati in alcun modo dalla direzione del vento, in quanto dotati di una struttura composta da poche parti mobili e dunque in grado di resistere alle forti raffiche.
Questa caratteristica permette all’impianto di poter sfruttare la forza del vento senza dover modificare l’orientamento delle sue pale e di sopportare anche le velocità più elevate grazie alla sua stabilità costruttiva.
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Gli impianti a energia eolica, chiamati anche parchi eolici, si possono differenziare, come si è visto, per stabilità e velocità nonché per efficienza di funzionamento, ciò avviene anche in relazione alle caratteristiche delle zone in cui le turbine vengono installate.
A seconda che gli impianti eolici siano collocati più o meno vicino al mare o in pianura, è possibile distinguerli in tre principali tipologie:
Parchi eolici on-shore
Si tratta di impianti eolici installati in zone pianeggianti esposte ad una corrente costante, che distano generalmente una decina di km dal mare.
È un tipo di parco eolico molto diffuso nella zona centrale degli Stati Uniti ma, in dimensioni ridotte, questa tipologia di impianto può anche essere installata in zone tendenzialmente isolate oppure essere utilizzata sul tetto o sul balcone di abitazioni private arrivando anche a produrre energia in eccesso da rivendere alle società elettriche.
Parchi eolici near-shore
Questa categoria include gli impianti che trovano collocazione nella costa, generalmente fino a 10 km di distanza. Il parco eolico near-shore tende a sfruttare il più possibile i venti che provengono dal mare e si abbattono in modo costante tutto l’anno sulla costa, da cui traggono elevate velocità.
Parchi eolici off-shore
Gli impianti di questa tipologia sono quelli costruiti in mare lontani dalla costa e si caratterizzano, infatti, per una maggiore stabilità.
Oltre a possedere centinaia di turbine in un’area molto vasta per sfruttare l’azione del vento, questi parchi possono contare su correnti d’aria costantemente presenti, pertanto riescono a produrre quantità molto superiori di energia rispetto ai parchi eolici on-shore.
Il vantaggio di questi impianti consiste nell’offrire migliori condizioni di conversione di energia in quanto la quantità di corrente che viene prodotta è di molto superiore a causa della velocità e della costanza del vento che li raggiunge. Lo svantaggio di questi parchi eolici hanno è quello di richiedere costi di realizzazione e manutenzione piuttosto elevati rispetto ad altri impianti.
La stessa esposizione al vento, continua e costante, e all’acqua rappresenta un problema per il buon funzionamento delle componenti e strutture di questi impianti, che col tempo subiscono un’erosione più rapida rispetto a quelle di altre tipologie di impianti.
La modalità di installazione inoltre richiede un lavoro sottomarino di installazione delle pale eoliche o, in alternativa, la creazione di vere e proprie piattaforme galleggianti.
IMPIANTI EOLICI E TIPOLOGIE
DIFFUSIONE DEL SISTEMA EOLICO
PRINCIPALI VANTAGGI
Gli impianti eolici, essendo fonti di energia alternativa, pulita e rinnovabile, offrono innumerevoli vantaggi, tra questi i più importanti riguardano l’ambiente e i costi.
Basso impatto ambientale
Gli impianti eolici non producono scarti o sostanze dannose e inquinanti per l’ambiente in quanto non funzionano tramite combustione dei fossili, pertanto hanno un impatto ecologico piuttosto basso.
La costruzione degli impianti eolici, grazie alla praticità e al ridotto ingombro offerto dai generatori non compromette le attività agricole e quelle di allevamento del bestiame, pur occupando vaste aree di terreno.
Inoltre studi e ricerche dimostrano che non esistono effetti negativi di queste strutture nemmeno sulle specie avicole, la cui sopravvivenza sembra non essere messa a rischio dalla produzione di energia eolica, come invece avviene nel caso di altre strutture artificiali.
Costi contenuti
La produzione di energia tramite la forza cinetica del vento ha costi piuttosto contenuti rispetto alle fonti tradizionali, per quanto gli investimenti iniziali possano comportare spese elevate, in alcuni casi difficili da ammortizzare nel tempo.
Negli anni 2000, in realtà, l’energia eolica sembra aver raggiunto gli stessi costi di produzione rispetto alle fonti di energia tradizionale e sembra essere destinata a diventare la fonte più economica di energia.
A parte i costi iniziali di costruzione, un impianto di energia eolica richiede una spesa di circa 1 cent per KW-h, che può essere ridotta ulteriormente grazie alla tecnologia sempre più avanzata di questi impianti, molti dei quali sono dotati di maggiore efficienza e migliori prestazioni grazie a pale più lunghe e leggere.
Completano il quadro i bassi costi di manutenzione, che sembrano ridursi progressivamente grazie ad un’efficienza costruttiva sempre migliore.
SVANTAGGI ED EFFETTI NEGATIVI
Pur assicurando energia pulita e costi contenuti, gli impianti eolici presentano alcuni svantaggi, legati soprattutto a costi e ricavi e all’impatto visivo.
Costi e ricavi
Se è vero che gli impianti eolici hanno un costo sempre più contenuto, spesso gli investimenti richiesti per la costruzione degli impianti superano i ricavi ottenuti.
Non essendo possibile, in alcuni casi, prevedere l’intensità della forza del vento o la sua presenza in alcune zone, spesso risulta difficile stimare l’efficienza di alcune tipologie di impianti in termini economici e di resa.
Impatto visivo negativo
Un altro svantaggio legato all’installazione degli impianti eolici riguarda l’aspetto paesaggistico.
Se è vero che la produzione di energia eolica, come si è visto, ha un basso impatto ambientale, spesso l’impatto visivo delle pale eoliche viene visto come una sorta di deturpazione di aree incontaminate e zone paesaggistiche e panoramiche.
Sempre a livello ambientale alcuni parlano di inquinamento acustico in quanto il movimento delle pale, che per funzionare correttamente devono essere installate in alto e ben distanziate, produrrebbe rumore, generando disagio agli animali e causando cambiamenti all’ecosistema.
Si è parlato di effetti negativi legati all’inquinamento sonoro anche per le persone che vivono nei luoghi dove sono installate le turbine eoliche, ma non tutti gli studi confermano queste ipotesi con dati reali.
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UN PO' DI INGLESE - TI SEI MAI CHIESTO IL PERCHE'?
Contenuto originale di RealEngineering qui riproposto a fini divulgativi
ARGOMENTO 3
COSA C'E' DI NUOVO?
Con questo D4Schools abbiamo cercato di farvi scoprire alcuni aspetti dell'energia eolica attraverso giochi, quiz e attività interattive. Per approfondire ulteriormente l'argomento e avere una traccia di ciò che hai imparato, scarica il documento qui sotto, troverai tutte le informazioni che hai incontrato nel corso del modulo.