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Don Chisciotte e le turbine: l’energia eolica

Don Chisciotte e le turbine: l’energia eolica

Nel quinto capitolo della serie Energie diamo uno sguardo all’energia eolica e alle sue applicazioni

di Diego Michielin

Infografiche di Viola Madau

Lo sfruttamento dell’energia del vento è conosciuto fin dall’antichità. Le vele per le imbarcazioni hanno fornito all’uomo uno dei primi mezzi di trasporto e hanno permesso di navigare i fiumi e i mari fin dai tempi dell’antico Egitto. I primi utilizzi del vento come vettore meccanico vengono invece datati al IX secolo dopo Cristo ovvero quando in Persia, l’odierno Iran, si ha riscontro del primo mulino a vento. Tali costruzioni sono state utilizzate ampiamente nel medioevo per macinare cereali e farine oppure per pompare l’acqua del mare. 

 

Le turbine eoliche

Bisogna però aspettare la fine del XIX secolo per avere i primi tentativi di sfruttamento dell’energia del vento per la produzione di elettricità. E questo è accaduto all’incirca nel 1887, quando lo scozzese James Blyth inventò la prima turbina eolica e la installò nel giardino di casa, nella cittadina di Marykirk. Da lì in avanti, per circa un secolo, si sono susseguiti una serie di trattazioni teoriche, sperimentazioni e studi pilota, che hanno portato alla nascita del primo vero e proprio parco eolico, composto da 20 turbine, a New Hampshire (Stati Uniti) nel 1980. Ma come funziona nel dettaglio un aerogeneratore, colloquialmente detto turbina eolica?”

 

Innanzitutto, per ricavare elettricità da una turbina eolica, bisogna convertire l’energia cinetica del vento, vale a dire l’energia associata al suo moto,  in energia meccanica – in questo caso energia rotazionale – e infine trasformare questa in energia elettrica tramite un alternatore. La turbina eolica è costituita da tre principali elementi: le pale, la navicella e la torre. Innanzitutto troviamo le pale, l’elemento più iconico di un aerogeneratore; le stesse hanno un diametro indicativo intorno ai 100 metri e vengono installate sull’estremità della navicella.

 

All’interno di questo locale si trova un moltiplicatore di velocità accoppiato con il rotore dell’elica (e di conseguenza con le pale) a un’estremità; all’altra estremità invece si trova l’alternatore che converte l’energia meccanica in elettrica. Sulla navicella sono inoltre presenti vari sistemi di controllo, per monitorare in continuazione i parametri di funzionamento della pala. La navicella è installata in cima alla torre tubolare, che serve a innalzare verso il cielo la struttura e ad avere quindi maggiori velocità del vento.

 

 

Passando alle tipologie di aerogeneratori, la tipologia più diffusa è la pala eolica per antonomasia nell’immaginario comune: è ad asse orizzontale e all’estremità sono poste solitamente tre pale, denominate anche lame. Esistono però anche delle turbine eoliche ad asse verticale, ma sono poco utilizzate per problemi di resistenza all’aria e minore efficienza energetica.

 

Guardando il rendimento medio, la potenza estraibile è proporzionale alla velocità del vento e all’area spazzata dalle eliche. L’efficienza teorica è del 60% mentre quella reale, considerando gli attriti e le turbolenze, si aggira attorno al 42%.

 

Il sito dove vengono installate e concentrate diverse turbine viene denominato parco eolico. Esso nella maggior parte delle installazioni è onshore, vale a dire sulla terraferma, ma può essere anche offshore quando sono in mare aperto, a diverse miglia dalla costa. Nel parco gli aerogeneratori sono interconnessi da cavi interrati che convergono in una sottostazione elettrica, da dove poi parte la trasmissione e la distribuzione dell’energia elettrica.

 

Quanto vento e dove

La generazione elettrica italiana da fonte eolica è stata nel 2022 pari a 20,5 TWh che rappresenta il 7% della produzione nazionale totale. La distribuzione geografica degli impianti eolici è diametralmente opposta a quella degli impianti idroelettrici: se la quasi totalità dell’energia idroelettrica italiana è concentrata al Nord, i principali parchi eolici italiani si trovano al Sud che con 11,4 GW installati (al 2022) rappresenta la quasi totalità della potenza nazionale (11,8 GW). Le regioni con la maggior produzione sono in ordine Puglia, Sicilia e Campania.

 

Guardando invece all’Europa la capacità installata al 2022 è pari a 250 GW per una produzione annuale di circa 500 TWh che rappresenta il 17% dell’elettricità prodotta nel Vecchio Continente. I maggiori paesi per produzione di energia eolica sono Germania, Regno Unito, Francia e Spagna.

 

Per concludere con i dati a livello mondiale, nel 2022 la produzione da impianti eolici è cresciuta in maniera sostanziale fino a 2100 TWh. Seppur il dato sia positivo, per raggiungere gli obiettivi della strategia delle Nazioni Unite denominata Net Zero Emission (in italiano, “zero emissioni nette”) la strada è ancora lunga considerando che al 2030 la capacità installata di energia eolica dovrebbe raggiungere i 7400 TWh. I maggiori attori a livello globale si confermano le grandi nazioni, con Cina, Stati Uniti, Brasile e India a fare da capofila.

 

Dando uno sguardo alla manifattura, i principali produttori di aerogeneratori sono la danese Vestas (con un importante stabilimento anche in Italia, a Taranto), la ispanico-tedesca Siemens Gamesa, la tedesca Nordex SE e la cinese Goldwind. A livello italiano troviamo l’altoatesina Leitwind con sede a Vipiteno (BZ) e, per il minieolico, l’emiliana Tozzi Nord con sede a Mezzano (RA).

 

 

Energia eolica: vantaggi e svantaggi

Tra gli svantaggi troviamo innanzitutto l’occupazione del suolo considerando che un parco eolico richiede una quantità di spazio considerevole. Questo punto è però parzialmente controverso, dato che in realtà la richiesta di terra può venire integrata e coesistere con l’agricoltura e risulta non eccessiva se comparata ai benefici della generazione elettrica che verrebbe prodotta. Un secondo svantaggio è l’impatto visivo in termini estetici: l’evidente gigantismo delle turbine può deturpare ambienti naturali incontaminati. Infine la costruzione e l’esercizio delle pale eoliche devono tenere conto della vita animale: alla tutela dell’avifauna si somma, nel caso dei parchi offshore, quella della fauna ittica.

 

 

L’energia del vento presenta però numerosi vantaggi. Come primo punto, l’economicità. Guardando i dati del 2021, un kWh prodotto con l’eolico costa 1,6€ nel caso di parco onshore e 4,4€ nel caso di parco offshore. Per fare un paragone, un kWh generato da una centrale a carbone costa 3,7€ mentre un kWh generato da una centrale idroelettrica 2,8€. Secondo punto, la rinnovabilità considerando che il vento è una fonte rinnovabile, diffusa e gratuita. La generazione di elettricità è inoltre pulita dato che avviene senza emissioni di gas serra. Infine, in termini di circolarità, gran parte dei materiali di una turbina eolica a fine vita possono essere riciclati per nuovi scopi.

 

In conclusione l’energia eolica rappresenta una delle fonti chiave per il contrasto al cambiamento climatico. Il suo utilizzo contribuirebbe a una generazione elettrica pulita e rinnovabile e, in definitiva, alla riduzione delle emissioni inquinanti. Per raggiungere la strategia “Zero emissioni nette” prevista dalle Nazioni Unite, è necessario un paniere energetico vario ed equilibrato e, in questo, il contributo dell’energia del vento è quanto mai fondamentale.

 

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