L`ENERGIA EOLICA - InnovationStudy

L’ENERGIA EOLICA
L’energia eolica è attualmente generata da svariati dispositivi-macchina, ma i più
diffusi sono le pale eoliche on-shore (almeno 3Km dalla costa più vicina) e nearshore (entro 10Km dalla costa sempre con una produzione tra i 20KW e i 20MW,
in una connessione grid-connected: nel Regno Unito esiste il più grande parco eolico
di questo tipo, che supera i 300MW, ma già stanno progettandone uno da 20GW)
in quanto forniscono una energia maggiore e più stabile.
Però il parco-macchine eoliche è ben più vario, alcune sono storiche (capostipite
forse la ruota a pale di Erone), come i mulini a vento e le vele, ed altri più
recenti: mini-eolico, micro-eolico, eolico d’alta quota, turbine ad asse verticale ed
orizzontale, pompe a vento ecc..
Alcune di queste ultime applicazioni risolvono qualche caratteristica problematica
dell’eolico tradizionale, ma solitamente a scapito dell’energia fornibile.
Il nostro sistema eolico risolve tutte le caratteristiche sotto elencate senza avere
nessuna limitazione nella forza applicabile, quindi dell’energia fornibile, pur essendo
molto più ‘versatile’.
Ormai conosciamo tutti i vantaggi dell’energia eolica: nel 2010 la produzione di
energia eolica nel mondo ha partecipato con il 2,5% alle forniture elettriche, con
una crescita stimata del 25% annuale. La Danimarca produce più del 25% della sua
consumo elettrico dall’eolico. Si valuta che il costo monetario sia rapportabile al
costo dei nuovi impianti a gas naturale e a carbone. Però la quantità totale di
energia economicamente estraibile dal vento è molto maggiore rispetto a quella
attualmente fornibile da tutte le altre fonti. Axel Kleidon del Max Planck Istitute
in Germania ha effettuato il calcolo della quantità di energia eolica disponibile in
toto, concludendo che potrebbero essere estratti dai 18 ai 68 TW. Cristina
Archer e Mark Z. Jacobson, in un calcolo differente da Kleidon, hanno calcolato
che ad un'altitudine di 100 metri sopra il livello del mare, vi sono 1700 TW di
energia eolica. Di questi "80 TW potrebbero essere estratti in modo pratico ed
economicamente competitivo". Anche se una ricerca effettuata presso l'Università
di Harvard stima 1 Watt/m2 in media e tra i 2 e i 10 MW/km2 la capacità per i
parchi eolici di grandi dimensioni, il che suggerisce che queste stime del totale
delle risorse eoliche mondiali siano troppo alte per un fattore di circa 4.
Dobbiamo a La Cour l’intuizione (1904) che un minor numero di pale è la soluzione
più efficiente nella produzione di energia elettrica dall’eolico. A George Darrieus
(1931) dobbiamo il primo prototipo di turbina a profilo alare in grado di produrre
una potenza 100KW con un generatore eolico orizzontale. Uno studente di La Cour,
Johannes Juul poi (1956), raddoppiò la potenza (200KW) con un sistema a 3 pale,
che ancor oggi influenza il design di molte turbine attuali: la Enercon E-126 è in
grado di erogare fino a 7,5 MW di potenza. Già nel 2008 la potenza mondiale
generata dall’eolico arrivava ad oltre 120GW.
Quasi tutte le grandi turbine eoliche hanno lo stesso disegno - una turbina eolica
ad asse orizzontale, con un rotore di bolina con tre lame, collegati a una navicella
sulla cima di una torre tubolare. In un parco eolico, le singole turbine sono
interconnesse con una linea di media tensione (spesso 34,5 kV) e reti di
comunicazione. In una sottostazione la corrente elettrica di media tensione viene
poi elevata ad alta tensione (60 kV e fino a 380kVca) con un trasformatore per
poi essere immessa nella rete di distribuzione.
Cerchiamo ora di sintetizzare quali sono le caratteristiche problematiche dell’eolico
tradizionale:
1. Impatto visivo.
2. Costo di realizzazione.
3. Costo e frequenza di manutenzione.
4. Costo economico ed energetico di stoccaggio.
5. Costo stazioni di pompaggio.
6. Costo economico ed energetico di trasporto dell’energia alla più vicina
connessione di rete.
7. Limiti all’intercettazione delle pale fisse e ad assetto mobile.
8. Limiti all’impatto con fenomeni metereologici di particolare rilevanza (tornado
che possono generare venti anche di 500Km/h, uragani, cicloni tropicali ecc.)
e basso fattore di capacità (15-20%).
9. Effetti ambientali.
10.Anche se l'energia eolica ha raggiunto la grid parity rispetto alle altre fonti
tradizionali e se i costi in continua discesa fanno supporre che l'energia
eolica diventerà la fonte di energia più economica tra quelle disponibili su
larga scala, tuttavia, una quantità significativa di risorse di energia eolica
del Nord America rimane sopra la grid parity a causa delle lunghe distanze
di trasmissione.
Queste invece sono le caratteristiche del nostro sistema eolico:
1. Il nostro generatore è invisibile ad occhio nudo risolvendo così l’impatto
negativo sul paesaggio, esigenza che si sentiva da sempre. Il nostro
generatore è racchiuso da una protezione alta 2 metri e con un diametro di
poco superiore ai 4 metri per le versioni più economiche: versioni studiate
appositamente per erogare potenze maggiori richiedono solo un maggiore
diametro. Ricordiamo che le attuali pale eoliche possono arrivare a torri alte
più di 180 metri, rotori di diametro superiore a 100 metri, con pale in fibra
di vetro o in leghe di
alluminio lunghe fino a 80 metri e fondazioni
complesse e costose oltre che strategie sofisticate di protezione in caso di
improvvise raffiche di vento troppo forte.
2. Il costo di realizzazione è considerevolmente ridotto (intorno ai 5000 Euro
per la struttura locale di produzione meccanica, dopo l’industrializzazione),
mentre abbiamo i dati complessivi del costo stimato negli USA (50$ al
MW/h) e del costo italiano, di circa 20 milioni di euro per 10 MW allacciata
alla rete ad alta tensione e 1,5 milioni di euro per allacciamento alla rete a
media tensione. Inoltre anche il minor costo complessivo del nostro modello è
dovuto non solo alle sue caratteristiche costruttive, completamente diverse,
ma anche per l’originalità del sistema di trasporto e di stoccaggio locale
dell’energia. Infine, come già accennato il nostro modello può essere
utilizzato come pura forza meccanica, ad esempio in agricoltura, collegato
ad una pompa meccanica può tirar su l’acqua dai pozzi e fornire l’energia
meccanica necessaria all’irrigazione.
3. Anche il costo di manutenzione è ridotto (anzi quasi del tutto assente) in
quanto pur ricevendo sempre frontalmente il vento da qualsiasi direzione esso
provenga, però non ha parti in movimento per consentire questo risultato,
inoltre il supporto di rotazione non è di tipo meccanico, ma magnetico, con
considerevoli vantaggi anche rispetto all’impatto dei venti più forti.
4. Il sistema di stoccaggio non prevede accumulatori elettrici, né convertitori
né trasformazioni di tensione: il sistema utilizzato è più economico, elastico
(puà funzionare a due o tre pale a profilo alare) e versatile (puà erogare da
pochi KW a decine di MW in funzione della ventosità e del clima del luogo).
5. Il pompaggio (75% di efficienza e alti costi di installazione), che risolve
nella maggior parte dei sistemi tradizionali di produzione eolica il problema
dell’intermittenza e dei picchi, con il nostro sistema non serve in quanto
l’energia prodotta è indipendente dall’energia ‘stoccata’ fino a quel momento
pur producendo tensioni in corrente continua (gli alternatori sincroni o
asincroni a frequenza costante sono posti altrove, in prossimità degli accessi
alla rete pubblica o privata di utilizzo), cioè significa che riduzioni di
pressioni del vento non necessitano di adattamenti: per spiegare meglio il
funzionamento del nostro sistema di stoccaggio occorre immaginare un
contenitore senza limiti dimensionali in grado di raccogliere acqua dal suo
coperchio superiore sempre aperto, che quindi può raccogliere senza alcuna
difficoltà sia un diluvio che una singola goccia, o, per essere più attinenti al
sistema effettivo, all’accumulo di calorie o alla diretta produzione di
combustibile. Pertanto il nostro sistema risolve il problema della generazione
istantanea di energia elettrica con conseguente difficoltà di equilibrare i
consumi per mantenere in equilibrio la stabilità della rete. Ricordiamo che,
superati i problemi di intermittenza, l’energia eolica potenziale può produrre
una quantità di energia superiore al fabbisogno elettrico mondiale, rendendo
obsoleti anche gli impianti di generazione di energia idroelettrica o l’uso del
gas. Oltretutto altre metodologie di produzione di energia elettrica, possono
risentire, anche in maniera grave, di interruzioni imprevedibili, mentre un
grande parco eolico riduce statisticamente a valori molto limitati questo
fattore.
6. Il costo economico per il trasporto prevede la costruzione di un viadotto di
piccolo diametro, tecnicamente anche in pvc, anche se altre considerazioni
suggeriscono una maggiore protezione, ma non vi è quasi alcun costo in
perdita energetica anche su distanze di decine di chilometri. Inoltre la
particolare forma di trasporto non richiede trasformatori-elevatori di
tensioni. Infine l’energia prodotta può essere anche stoccata localmente sia
con i tradizionali accumulatori che con la produzione di idrogeno da
elettrolisi (efficienza tra l’80% e il 94%). Non vi è pertanto mai necessità di
impianti a gas di supporto della costanza di erogazione.
7. Non vi è alcun attrito del rotore sull'asse né sollecitazioni meccaniche sulla
struttura che possano consigliare l’arresto del sistema oltre certe velocità
del vento per motivi di sicurezza. Quindi non è previsto nessun controllo di
stallo per svergolamento o di imbardata passiva. Né sono previste, in quanto
non necessarie, pale a passo variabile, in modo da poter adeguare la loro
inclinazione in base alla velocità del vento per migliorarne la resa (con o
senza servomotori che agiscano sull’angolo di calettamento delle pale e
sull’angolo tra la navicella e vento). Non necessita infine di alcun apparato
frenante. Il nostro cut-in è inferiore a 3m/sec. (senza l’utilizzo di
ingranaggi a planetarie per aumentare e rendere costante la velocità del
rotore del generatore e per permettere un avvio più facile con venti deboli)
e teoricamente non esiste un cut-off. Non necessita neppure di sistemi
refrigeranti.
8. Il nostro fattore di capacità è sempre superiore al 40% proprio per la sua
flessibilità, per merito della drastica riduzione degli attriti e del sistema di
‘stoccaggio’. Per gli stessi motivi non teme neppure tornado, uragani e
cicloni: in ogni caso eventuali danni sarebbero di limitatissima entità data la
semplicità ed economicità costruttiva.
9. Anche se il dato è contrastato, circa la pericolosità dell’eolico sulla
popolazione aviaria, in particolare rispetto ad alcune specie di rapaci in via
d’estinzione, il nostro sistema riduce drasticamente questa possibilità.
Inoltre l’impatto sonoro è praticamente nullo ed è completamente annullato
l’impatto luminoso anche rispetto alla popolazione umana locale
10.Il problema è elegantemente risolto dal nostro sistema eolico attraverso
l’originale trasporto dell’energia.