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L'energia Eolica e le centrali
Il principio su cui si basano le centrali eoliche è molto semplice:
le particelle dell'aria del vento, essendo in movimento, posseggono una determinata energia cinetica che può essere ceduta ad un mezzo che venga interposto. L’energia cinetica, viene quindi trasformata in energia meccanica e poi in energia elettrica.
Ovviamente c’è dissipazione in tutto questo scambio, ma il risultato è comunque quello di avere a disposizione una quantità di energia “pulita” da poter sfruttare.
Gli impianti
Esistono varie tipologie di impianti per centrali eoliche, a seconda dell’uso e della potenza da ricavare.
Il seguente schema si riferisce ad un uso in zone moderatamente ventose e in particolare per i casi in cui l'accesso alla rete elettrica è molto distante
I componenti dell'impianto sono i seguenti:
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Rotore
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Generatore
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Coda a banderuola
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Torre
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Controlli elettrici
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Inverter
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Batterie
ROTORE
Il rotore è proprio la parte che impatta con il vento e che trasforma l’energia del vento in energia meccanica. In genere si usano soluzioni a due o tre pale. Le pale devono essere ben bilanciate per evitare fenomeni di vibrazione e di eccessiva fatica dei materiali.
I rotori usati in prevalenza per generare energia elettrica, sono quelli ad asse orizzontale.
L'asse del rotore è parallelo alla direzione del vento e ruota su un piano perpendicolare alla direzione. Le caratteristiche peculiari sono: alta velocità di rotazione, elevato coefficiente di portanza e quindi elevata potenza. Gli svantaggi sono: difficoltà di realizzazione, grandi ripercussioni negative sulla macchina per minimi errori progettuali.
Un esempio di rotore ad asse orizzontale è il mulino ad elica:
La pala dell'elica offre una resistenza minima all'avanzamento, non crea turbolenze pericolose, ha una portanza elevata: tutto ciò si traduce in un alto coefficiente di potenza e in velocità di rotazione molto alte (alcuni rotori hanno eliche con velocità periferiche vicine a quelle del suono ). In conseguenza dell'alta velocità di rotazione tipica di queste macchine è possibile accoppiare dei generatori di elettricità, direttamente o con ingranaggi molto modesti, evitando che la gran parte della potenza estratta sia dissipata in trasmissioni complicate caratterizzate da elevati rapporti di trasmissione. L'elica richiede però una tecnologia più raffinata, maggior cura nella progettazione e costruzione poiché le forze agenti su ogni parte sono elevate e aumentano considerevolmente all'aumentare della forza del vento.
Il generatore ad elica, nel suo complesso, è una macchina che può essere estremamente pericolosa: piccoli errori o leggerezze nella sua costruzione possono creare condizioni tali da distruggere in modo esplosivo tutto il complesso, torre compresa. Durante il funzionamento si cerca di mantenere il numero di giri il più basso possibile e, soprattutto, costante. Per questa ragione vengono utilizzati particolari meccanismi che variano l'angolo di calettamento delle pale al variare della velocità del vento o freni vario tipo. L'elica inoltre, per poter avere un rendimento costante ed elevato, deve sempre potersi orientare nel vento.
Questo tipo di rotore raggiunge una velocità di fino a 1000 g/min, ha un rendimento medio superiore al 40%.
GENERATORE
Il generatore a magnete permanente consente di estrarre la massima potenza dal rotore che gira a basse velocità conciliando la semplicità di costruzione (e quindi i bassi costi) con la migliore efficienza nel caso di utilizzo per piccoli impianti.
CODA A BANDERUOLA
Il meccanismo a banderuola serve a direzionare l'asse della turbina in modo parallelo alla corrente ventosa a maggior velocità. La coda porta anche un sistema molto semplice di protezione dal vento troppo forte. Se il vento supera all'incirca i 10 m/s la coda si abbassa portando l'asse del rotore verso l'alto; in questo modo le pale rallentano e si evitano fenomeni che potrebbero essere distruttivi per l'intero sistema.
TORRE
La torre sostiene il generatore, il rotore e la coda a banderuola ad un'altezza che di solito si aggira nel campo 10-20 metri. Il palo è spesso costituito da un semplice tubo d'acciaio per acqua.
CONTROLLI ELETTRICI
I controlli elettrici che si rendono necessari sono i seguenti:
Controller di carica
Serve a prevenire il danneggiamento delle batterie. Se la batteria è già carica ed il vento soffia ancora in maniera molto forte, il controller devia il flusso della corrente su degli elementi che possano disperdere energia, ad esempio delle lampadine o delle resistenze termiche.
Sconnessione per basso voltaggio
Le batterie se scaricate eccessivamente si danneggiano, per cui è opportuno prevedere un dispositivo che interrompa il collegamento tra l'utenza e la batteria quando il voltaggio divenga troppo basso, oltre un valore di soglia prestabilito. Questo sistema di regolazione è ovviamente opzionale, è sufficiente un po' di attenzione.
INVERTER
L'inverter consente di trasformare la corrente continua a basso voltaggio (di solito 12 V) in corrente alternata a 220-240V.
BATTERIE
Nei sistemi isolati è necessaria una batteria per immagazzinare l'energia in modo da poterla fornire in modo costante nel tempo. Le batteria inoltre regola il voltaggio del sistema che altrimenti varierebbe in modo accentuato con la velocità del vento, danneggiando così il sistema.
COSTI DEI COMPONENTI (i costi variano a seconda dei modelli e delle case produttrici)
Turbina completa: a partire da 1200 Euro
Controller di carica: circa 170 Euro
Inverter: circa 200 Euro
Batteria: costo variabile in base alla capacità di accumulo.
Esempi di impianti in Italia.
Riportiamo delle informazioni generali su tre centrali eoliche in Italia.
La centrale eolica di Acquaspruzza (ISERNIA) è nata nel 1984 inizialmente come stazione anemometrica per la misurazione del vento nell'area. Vista la discreta quantità di vento fu deciso di impiantare un campo eolico che entrò in esercizio nel 1994. Attualmente l'impianto è costituito da 8 torri eoliche di differenti modelli disposti su due file. La potenza installata in totale è 2740 kW.
Il campo eolico di MonteArci (ORISTANO) è composto da 34 torri eoliche per un totale di 10.8 MW.
Gli aereogeneratori utilizzati a Monte Arci sono del tipo bipala con una apertura di 33 metri.
La centrale eolica di Sclafani Bagni (PALERMO) è stata inaugurata nel 2001. L'impianto ha una potenza di 7,26 MW ed è costituito da 11 aereogeneratori tripala, alti 50 mt.
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Saluti Natalia MARSILIA
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