Valutazione della produttività di piccoli aerogeneratori con i

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Valutazione della produttività di piccoli aerogeneratori con i
dati ricavati dall’Atlante Eolico d’Italia.
Dati disponibili.
L’atlante Eolico d’Italia, redatto dal CESI e dall’Università di Genova e disponibile anche in
versione interattiva all’indirizzo http://atlanteeolico.cesiricerca.it/viewer.htm, consente una molto
semplice valutazione della ventosità e della producibilità di impianti eolici su tutto il territorio
nazionale.
I dati, presentati in forma di cartografia a colori, sono tuttavia valutati su grande scala e non
sono in grado di tenere conto della variabilità della ventosità locale, dovuta alla particolare
conformazione orografica dell’area di interesse.
In media le valutazioni contenute nell’Atlante costituiscono una buona stima della ventosità
nelle aree pianeggianti o comunque relativamente uniformi, quando i rilievi abbiano una estensione
orizzontale notevole, mentre non sono in grado di tenere in considerazione, ad esempio, l’incremento
di velocità del vento che si riscontra sui crinali collinari, che può risultare anche del 50% rispetto alla
velocità del vento misurata a distanza dal crinale.
Considerando che la potenza disponibile aumenta in ragione del cubo della velocità del vento,
un incremento anche solo del 30% della velocità corrisponderebbe ad un raddoppio della potenza
disponibile. D’altro canto una posizione scelta in modo inadeguato, ad esempio su di un versante
sopra- o sottovento, potrebbe portare ad una notevole riduzione della potenza disponibile, con
rendimenti molto inferiori alle attese. Queste considerazioni aiutano a comprendere l’estrema
importanza di una corretta valutazione delle particolari caratteristiche orografiche del sito di
installazione previsto.
Le mappe di ventosità dell’Atlante, che riportano le velocità per intervalli di 1 m/s, lasciano
una eccessiva incertezza sul calcolo della produzione attesa dall’impianto.
Se il sito è ubicato su di un’area orograficamente uniforme si può cautelativamente utilizzare
la velocità inferiore, se invece il sito si trova ben esposto in corrispondenza di un crinale collinare, tale
da far ritenere che possa realizzarsi l’effetto di accelerazione descritto per le direzioni dei venti
dominanti, è più corretto utilizzare la velocità superiore.
In ogni caso questo metodo porta a valutazioni molto approssimate, poiché una stima corretta
è possibile soltanto se, oltre alla velocità media del vento, si conosce anche il suo coefficiente di
distribuzione (K di Weibull). A questo proposito bisogna tenere conto che, se pur il coefficiente K
standard viene normalmente considerato pari a 2, l’Atlante Eolico riporta, per il territorio italiano, un
valore medio di K pari a circa 1.5.
L’Atlante Eolico riporta anche mappe di producibilità specifica in ore/anno valutate, tenendo
conto sia delle velocità del vento che della distribuzione del coefficiente K sul territorio, sulla base
delle caratteristiche medie degli aerogeneratori di medio/grande taglia.
Questi aerogeneratori sono in genere dotati di rotori dimensionati in modo da garantire una
superficie spazzata specifica As pari a circa 2.50 m2/kW, dove la superficie spazzata specifica As è
definita come il rapporto tra l’area totale spazzata dal rotore (corrispondente alla superficie utile di
vento “catturato” dal rotore) diviso la potenza nominale dell’aerogeneratore:
As = Arotore / Pnominale = π * Rrotore2 / Pnominale
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A titolo di esempio, il diffuso aerogeneratore Vestas V52 di potenza nominale pari a 850kW e
con rotore dia 52m, presenta appunto un valore di As = 2.50. Il prodotto Enercon nella stessa gamma
ha una potenza pari a 800kW, ed è disponibile in due versioni: con rotore dia 48m per siti generici (As
= 2.26) e con rotore dia 53m per siti poco ventosi (As = 2.76).
Le valutazioni di producibilità sono quindi valide nell’ipotesi che gli aerogeneratori presi in
considerazione non si discostino molto, come parametri progettuali, dalle caratteristiche suesposte.
Caratteristiche dei piccoli aerogeneratori.
La producibilità degli aerogeneratori di piccola taglia è fortemente influenzata dalla altezza
delle torri utilizzate, che risulta limitata per lo meno se confrontata con le altezze medie utilizzate per i
grandi aerogeneratori.
Nella progettazione di questi aerogeneratori, destinati ad essere installati su torri di altezza
inferiore a quelle previste per il grande eolico e quindi molto più soggetti alle perdite di potenza
causate dai fenomeni di turbolenza, si preferisce normalmente un dimensionamento più generoso del
diametro del rotore, in modo da avere una superficie spazzata specifica almeno pari a As = 3.00-3.50.
A seconda del grado di rugosità del sito (e quindi alla maggiore o minore presenza di ostacoli
nell’aera circostante) si può valutare che le perdite per turbolenza possano variare dal 10% al 30% per
torri intorno ai 20m di altezza e dal 5% al 20% per torri intorno ai 30m di altezza, rispetto alla
producibilità calcolata senza tenere conto di queste perdite.
Considerando un valore medio del 20% per aerogeneratori da 20m e del 10-15% per
aerogeneratori da 30m si vede che il rapporto As = 3.00-3.50 appare appropriato per garantire una
producibilità specifica in ore/anno approssimativamente pari a quella riportata sull’Atlante Eolico per
aerogeneratori di grande taglia.
Aerogeneratori di piccola taglia con rotori tali da non garantire una adeguata area spazzata
specifica (As almeno pari a 3.00) sono da prendere in considerazione soltanto per siti particolarmente
ventosi, poiché potranno fornire risultati inferiori a quelli riportati sulle mappe dell’Atlante Eolico.
In aggiunta mettiamo in evidenza l’estrema importanza di una corretta scelta della posizione di
installazione, per sfruttare gli effetti di accelerazione del vento che si hanno sui crinali collinari, e che
non sono generalmente tenuti in conto dalle mappe dell’Atlante Eolico.
Viceversa, sono assolutamente da evitare installazioni sui versanti, sia sopravvento ma ancor
più sottovento, che metterebbero l’aerogeneratore in condizioni di funzionare con elevatissimi gradi di
turbolenza, con elevate sollecitazioni meccaniche e con rendimenti bassissimi in termini di energia
prodotta.
Caratteristiche peculiari di Libellula 55 kW.
Libellula 55 kW è dotato di un rotore di notevole diametro (ben 18 m) in proporzione alla sua
potenza nominale e di una torre di 30 m di altezza, che ne consente il funzionamento al di fuori della
turbolenza più intensa.
Con una area spazzata di ben 254 m2, cattura 5 volte più vento di un aerogeneratore medio da
20 kW con un rotore di 8 m.
L’area spazzata specifica risulta quindi particolarmente elevata (As = 4.63) e ciò lo rende
capace di garantire producibilità mediamente del 30-50% superiori a quelle riportate dalle mappe
dell’Atlante Eolico d’Italia.
Questo vantaggio si evidenzia particolarmente nei siti poco ventosi.
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