Progettazione impianti eolici

Una turbina eolica o aerogeneratore trasforma l’energia cinetica posseduta dal vento in energia elettrica senza l’utilizzo di alcun combustibile e passando attraverso lo stadio di conversione in energia meccanica di rotazione effettuato dalle pale.

 

Le turbine possono essere a “portanza” o a “resistenza” in funzione di quale sia la forza generata dal vento e sfruttata come “forza motrice”.

 

Per capire il principio di funzionamento di un aerogeneratore facciamo riferimento alle turbine attualmente più diffuse, ossia quelle a “portanza”; in esse, rispetto a quelle a “resistenza”, il vento scorre su entrambe le facce della pala, che presentano profili geometrici differenti, creando così in corrispondenza della superficie superiore una zona di depressione rispetto alla pressione sulla faccia inferiore.

 

 

  • Questa differenza di pressione produce sulla superficie della pala eolica una forza chiamata portanza aerodinamica, analogamente a quanto accade per le

     

    ali degli aerei. La portanza sulle ali di un aereo è in grado di sollevarlo da terra e di sostenerlo in volo, mentre in un aerogeneratore, poiché le pale sono vincolate a terra, determina la rotazione attorno all’asse mozzo.

     

    Contemporaneamente si genera una forza di resistenza che si oppone al moto ed è perpendicolare alla portanza.

     

    Nelle turbine correttamente progettate, il rapporto portanza-resistenza è elevato nel campo del normale funzionamento.

     

    Un aerogeneratore richiede una velocità minima del vento (cut-in) di 3-5 m/s ed eroga la potenza di progetto ad una velocità del vento di 12-14 m/s. A velocità elevate, generalmente superiori a 25 m/s (cut-off) la turbina viene arrestata dal sistema frenante per ragioni di sicurezza.

     

    Il blocco può avvenire con veri e propri freni meccanici che arrestano il rotore o, per le pale ad inclinazione variabile “nascondendo” le stesse al vento mettendole nella cosiddetta posizione a “bandiera”.

     

    I principali vantaggi degli impianti eolici possono riassumersi in:

     

  • generazione distribuita;
  • conversione efficiente dell’energia eolica in energia elettrica (rendimentoteorico del 59%);
  • assenza di emissione di sostanze inquinanti;
  • risparmio di combustibili fossili;
  • ridotti costi di esercizio (non ci sono costi per l’approvvigionamento delcombustibile) e di manutenzione;
  • facile smantellamento degli aerogeneratori a fine vita (20/25 anni);
  • la capacità di produzione dell’aerogeneratore varia da poche centinaia diW ad alcuni MW, venendo incontro alle esigenze sia delle singoleabitazioni, sia dell’uso industriale o dell’immissione in rete (tramite centrali eoliche).
  • La variabilità e l’aleatorietà del vento rappresentano invece gli svantaggi preponderanti dell’energia elettrica ricavata a fonte eolica.

 

 

Per stimare la producibilità energetica di una turbina eolica non è sufficiente conoscere la velocità media del vento in un determinato sito, ma è altrettanto importante è avere a disposizione dei dati che riportino, per un determinato periodo (es. 1 anno), l’istogramma della durata percentuale delle diverse velocità del vento, che sono generalmente il valore medio misurato nei 10min attraverso anemometri installati su torri anemometriche.

 

La producibilità energetica complessiva di una centrale eolica è ottenuta sommando la producibilità delle singole turbine installate e moltiplicando il risultato per opportuni coefficienti correttivi al fine di tener in considerazione le possibili interferenze aerodinamiche tra le turbine e le perdite nel collegamento tra le varie unità e tra l’impianto e la rete elettrica.

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