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L'energia eolica è l'energia ottenuta dal vento ovvero il prodotto della conversione dell'energia cinetica, ottenuta dalle correnti d'aria, in altre forme di energia (elettrica o meccanica). Oggi viene per lo più convertita in energia elettrica tramite una centrale eolica, mentre in passato l'energia del vento veniva utilizzata immediatamente sul posto come energia motrice per applicazioni industriali e pre-industriali (come ad esempio nei mulini a vento). Di fatto è stata la prima forma di energia rinnovabile, assieme a quella idraulica, scoperta dall'uomo dopo il fuoco (si pensi alle vele delle navi) e una tra quelle a sostegno della cosiddetta economia verde nella società moderna. Le applicazioni più tipiche sono i parchi eolici, sebbene possa essere sfruttata anche in installazioni stand-alone su piccola scala.

Sotto diversi aspetti l'energia eolica è una fonte di energia molto valida come energia alternativa ai tradizionali combustibili fossili, dal momento che è abbondante, rinnovabile, ampiamente distribuita, pulita e praticamente non produce gas a effetto serra (se non durante la produzione di componenti base, come le pale in alluminio). Il maggior svantaggio è rappresentato dalla sua caratteristica intrinseca di intermittenza nella produzione, associata alla necessaria presenza della giusta quantità di vento. Tuttavia la sua diffusione in termini di kilowattora prodotti al mondo è comunque in continua crescita.

I parchi eolici sono connessi alle reti elettriche, mentre le installazioni più piccole sono utilizzate invece per fornire elettricità a luoghi isolati. La costruzione di "fattorie eoliche" non riceve però unanime consenso a causa del loro impatto paesaggistico e altre problematiche, come la rumorosità e la pericolosità per i volatili.

Storia 

 

Un tipico mulino a vento nei Paesi Bassi

La prima forma di sfruttamento dell'energia eolica in energia meccanica si ha sin dall'antichità nella propulsione navale con l'utilizzo nelle vele delle navi sprovviste all'epoca dei moderni e comuni motori a scoppio.

I primi mulini a vento europei trasportavano invece acqua o muovevano le macine per triturare i cereali; in particolare in Olanda erano utilizzati per pompare l'acqua dei polder (che sono delle parti di terra sotto il livello del mare), migliorando notevolmente il drenaggio dopo la costruzione delle dighe. I mulini olandesi erano i più grandi del tempo, divennero e rimasero il simbolo della nazione. Questi mulini erano formati da telai in legno sui quali era fissata la tela che formava così delle vele spinte in rotazione dal vento.

Nel corso del XIX secolo entrarono in funzione migliaia di mulini a vento sia in Europa, sia in America, soprattutto per scopi di irrigazione. In seguito, con l'invenzione delle macchine a vapore, vennero abbandonati per il costo del carbone, allora a buon mercato.

Negli anni settanta l'aumento dei costi energetici ha ridestato l'interesse per le macchine che utilizzano la forza del vento; così, molte nazioni hanno aumentato i fondi per la ricerca e lo sviluppo dell'energia eolica.

Tra il 2000 e il 2006, la capacità mondiale installata è quadruplicata. Nel 2005 la nuova potenza installata è stata di 11.000 megawatt, nel 2006 di 15.000 e nel 2007 di 20.000 megawatt. Nonostante la crisi economica, il 2008 è stato un anno record per l'energia eolica, con oltre 27.000 megawatt di nuova potenza installata in tutto il mondo. Da allora una grande crescita esponenziale ha portato ad avere già alla fine del 2008 una potenza cumulata totale di oltre 120 gigawatt, producendo elettricità pari ad oltre l'1,5% del fabbisogno mondiale di energia, e si prevede che ogni tre anni si possa incrementare di 1 punto percentuale la copertura del fabbisogno mondiale di energia tramite questa fonte di energia.

Funzionamento 

Il suo sfruttamento, relativamente semplice e poco costoso, è attuato tramite macchine eoliche divisibili in due gruppi distinti in funzione del tipo di modulo base adoperato definito generatore eolico o aerogeneratore:

  • Generatori eolici ad asse orizzontale, in cui il rotore va orientato (attivamente o passivamente) parallelamente alla direzione di provenienza del vento.
  • Generatori eolici ad asse verticale, indipendenti dalla direzione di provenienza del vento;

Generatori eolici

I generatori eolici a partire dal 1985 hanno migliorato drasticamente il rendimento, dimensioni e costi. Tali generatori sono riusciti a passare da una produzione di pochi kilowatt di potenza a punte di 3 megawatt per i più efficienti e una potenza installata tipica di mercato pari a circa 1,5 MW, con una velocità del vento minima di 3-4 m/s.

Un generatore sia ad asse verticale che orizzontale 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. Ad elevate velocità (20–25 m/s, velocità di cut-off) l'aerogeneratore viene bloccato dal sistema frenante per ragioni di sicurezza. Il bloccaggio può avvenire con freni che bloccano il rotore o con metodi che si basano sul fenomeno dello stallo e "nascondono le pale al vento".

Esistono anche generatori a pale mobili che seguono l'inclinazione del vento, mantenendo costante la quantità di elettricità prodotta dall'aerogeneratore, e a doppia elica, per raddoppiare la potenza elettrica prodotta. I generatori eolici possono essere silenziosi; il problema principale è la dimensione delle pale e la mancanza di generatori a micropale non visibili a occhio nudo che risolverebbero l'impatto negativo sul paesaggio.

I giri al minuto del rotore dell'aerogeneratore sono molto variabili, come lo è la velocità del vento; in genere si utilizzano delle scatole d'ingranaggi (planetari) per aumentare e rendere costante la velocità del rotore della dinamo e per permettere un avvio più facile con venti deboli.

La frequenza immessa nella rete deve essere costante a 50 hertz in Europa (in America sono 60 Hz), perciò i rotori della dinamo vengono collegati a una serie di inverter prima di immettere l'energia in rete. Esiste un sistema diverso, più efficiente nei generatori elettrici della Enercon.

La cinematica del generatore eolico è caratterizzata da bassi attriti, moderato surriscaldamento che necessita di un sistema di refrigeranti (olio oppure acqua che disperdono il calore grazie a radiatori) e un costo di manutenzione relativamente basso (pressoché nullo soprattutto per il magnetoeolico).

I principali produttori mondiali di aerogeneratori sono aziende americane, cinesi, danesi, tedesche, spagnole: Vestas, Enercon, Siemens, Gamesa Eólica, GE Wind Energy (ex Enron Wind), Liberty, Nordex, NedWind. Sono circa 26 le aziende che producono gli aerogeneratori.

Generatore ad asse orizzontale

Un generatore eolico ad asse di rotazione orizzontale al suolo (HAWT, in inglese Horizontal Axis Wind Turbines) è formato da una torre in acciaio di altezze tra i 60 e i 100 metri sulla cui sommità si trova un involucro (gondola) che contiene un generatore elettrico azionato da un rotore a pale lunghe tra i 20 e i 60 metri (solitamente 3, quasi mai 2, raramente 1). Esso genera una potenza molto variabile, che puo andare da pochi kW fino a 5-6 MW, in funzione della ventosità del luogo e del tempo.

Come i generatori ad asse verticale anche quelli ad asse orizzontale richiedono una velocità minima di 3–5 m/s ed erogano la potenza di progetto ad una velocità del vento di 12–14 m/s. Ad elevate velocità (20/25 m/s) l'aerogeneratore viene invece bloccato dal sistema frenante per ragioni di sicurezza.

Il mulino a vento è un esempio storico di generatore ad asse orizzontale.

Gli aerogeneratori tradizionali hanno, quasi senza eccezioni, l'asse di rotazione orizzontale. Questa caratteristica è il limite principale alla realizzazione di macchine molto più grandi di quelle attualmente prodotte: i requisiti statici e dinamici che bisogna rispettare non consentono di ipotizzare rotori con diametri molto superiori a 100 metri e altezze di torre maggiori di 180 metri. Queste dimensioni riguardano macchine per esclusiva installazione off-shore. Le macchine on-shore più grandi hanno diametri di rotore di 70 metri e altezze di torre di 130 metri. In una macchina così costruita il raggio della base supera i 20 metri. La velocità del vento cresce con la distanza dal suolo; questa è la principale ragione per la quale i costruttori di aerogeneratori tradizionali spingono le torri a quote così elevate. La crescita dell'altezza, insieme al diametro del rotore che essa rende possibile, sono la causa delle complicazioni statiche dell'intera macchina, che impone fondazioni complesse e costose e strategie sofisticate di protezione in caso di improvvise raffiche di vento troppo forte.

Rotore o turbina 

I rotori sono ad asse orizzontale, del tipo:

  • monopala, con contrappeso: sono le più economiche, ma essendo sbilanciate generano rilevanti sollecitazioni meccaniche e rumore; sono poco diffusi
  • bipala: hanno due pale poste a 180° tra loro ovvero nella stessa direzione e verso opposto. Hanno caratteristiche di costo e prestazioni intermedie rispetto alle altre due tipologie; sono le più diffuse per installazioni minori
  • tripala: hanno tre pale poste a 120° una dall'altra: sono costose, ma essendo bilanciate, non causano sollecitazioni scomposte e sono affidabili e silenziose

L’albero del rotore che trasmette il moto è chiamato “albero lento” o principale. Le pale più utilizzate sono realizzate in fibra di vetro o lega di alluminio ed hanno un profilo simile ad una ala di aereo.

Navicella o gondola 

È posizionata sulla cima della torre e può girare di 180° sul proprio asse. Nella cabina sono ubicati i vari componenti di un aerogeneratore:

  • il moltiplicatore di giri. Per sistemi interfacciati a reti locali o nazionali, la velocità dell’asse del rotore non è sufficiente perché il generatore elettrico produca elettricità alla frequenza della rete elettrica (50 Hz in Europa), quindi un sistema di moltiplicazione trasferisce il movimento a un “albero veloce”, dotato di freno per lo stazionamento.
  • il generatore elettrico, azionato dall’albero veloce. Negli impianti di piccola taglia non collegati alla rete possono essere del tipo a corrente continua, o a corrente alternata, senza vincoli restrittivi di costanza della frequenza. Nel caso di sistemi interfacciati con reti, locali o nazionali, servono alternatori sincroni o asincroni a frequenza costante.
  • il sistema di controllo. Dispositivo di interfaccia del generatore con la rete e/o con eventuali sistemi di accumulo; controlla il funzionamento della macchina, e gestisce l’erogazione dell’energia elettrica e l'arresto del sistema oltre certe velocità del vento per motivi di sicurezza dovuti al calore generato dall'attrito del rotore sull'asse e/o a sollecitazioni meccaniche della struttura.

Gli aerogeneratori di piccola taglia, in condizioni di normale regime si autodirezionano attraverso un semplice timone. Solo nei più sofisticati sono installate pale a passo variabile, in modo da adeguare la loro inclinazione alla velocità del vento per migliorarne la resa. Nelle macchine di piccola taglia il sistema di controllo è solitamente di tipo passivo, senza servomotori che agiscono sull’angolo di calettamento delle pale e sull’angolo tra la navicella e il vento:

  • Controllo di stallo: le pale sono costruite “svergolate”, in modo che a velocità elevate del vento inizi uno stallo sulle pale, a partire dalla punta propagandosi verso il centro. L'area attiva delle pale cala, facendo così calare anche la potenza.
  • Controllo di imbardata passivo: il sistema è dimensionato in modo da abbandonare automaticamente l’assetto frontale, oltre una certa spinta del vento.
Torre 

L'ultimo elemento dell'aerogeneratore è la torre per la sospensione del rotore e della navicella. La torre può raggiungere dimensioni notevoli in altezza fino anche a 180 metri; tipicamente tanto più alta è la torre tanto migliori sono le condizioni di ventosità in termini di intensità e costanza, tanto più grande può essere il rotore con aumento dell'energia prodotta, tanto più larga è la sezione, tanto più stabile e ben progettata deve essere la fondazione nel terreno, tanto maggiori sono i costi e peggiore è l'impatto paesaggistico. I materiali utilizzati sono frequentemente di tipo metallico che garantiscono la massima robustezza a stress interni meccanici dovuti alle sollecitazioni esterne durante il funzionamento dell'aerogeneratore.

Generatore ad asse verticale 

  
Generatore ad asse verticale.

Un generatore eolico ad asse di rotazione verticale al suolo (VAWT, in inglese Vertical Axis Wind Turbines) è un tipo di macchina eolica contraddistinta da una ridotta quantità di parti mobili nella sua struttura, il che le conferisce un'alta resistenza alle forti raffiche di vento, e la possibilità di sfruttare qualsiasi direzione del vento senza doversi riorientare continuamente. È una macchina molto versatile, adatta all'uso domestico come alla produzione centralizzata di energia elettrica nell'ordine del megawatt (una sola turbina soddisfa il fabbisogno elettrico mediamente di circa 1000 case).

Macchine eoliche ad asse verticale sono state concepite e realizzate fin dal 1920. La sostanziale minore efficienza rispetto a quelle con asse orizzontale (30%) ne ha di fatto confinato l'impiego nei laboratori. L'unica installazione industriale oggi esistente è quella di Altamont Pass in California, realizzata dalla FloWind nel 1997. L'installazione è in fase di smantellamento, a causa delle difficoltà economiche del costruttore, che è in bancarotta.

Si è cercato di ottimizzare molto queste macchine, rendendole molto competitive; gli ultimi prototipi, funzionando in molte più ore l'anno rispetto a quelle ad asse orizzontale, hanno un rendimento complessivo maggiore.

La turbina a vento di Savonius è un tipo di turbina a vento ad asse verticale, utilizzata per la conversione di coppia dell'energia del vento su un albero rotante. Inventata dall'ingegnere finlandese Sigurd J. Savonius nel 1922 e brevettata nel 1929, è una delle turbine più semplici.

Tipologie 

Eolico on-shore

Si tratta dell'eolico più diffuso, anche per motivi storico-tecnologici, con parchi eolici posti sulla terraferma in prossimità della costa o in qualunque altro posto ventoso dell'entroterra, tipicamente in zone aperte o su rilievi collinari o montuosi.

Eolico off-shore

  
Middelgrunden, impianto eolico da 40 MW nello stretto di Oresund al largo di Copenaghen.

Con l'espressione "eolico off-shore" si intendono gli impianti installati ad alcune miglia dalla costa di mari o laghi, per meglio utilizzare la forte esposizione alle correnti di queste zone.

La Spagna ha effettuato uno studio di fattibilità della durata di un anno sull'intero territorio nazionale per determinare le aree maggiormente ventilate e con continuità, e quindi i siti candidati all'installazione di centrali di taglia medio-grande. La Spagna ha esteso le misurazioni mediante centraline fisse e mobili anche a tutta la costa, oltre che a zone collinari e di montagna, preferendo l'eolico off-shore. Dopo aver diffuso microimpianti nelle singole abitazioni, e un decentramento energetico, ora si realizzano pochi impianti centralizzati per la produzione di alcuni gigawatt per parco eolico.

Ad Havsui, in Norvegia, sorgerà il più grande impianto eolico off-shore al mondo, che potrà fornire 1,5 gigawatt di potenza elettrica.

Nel Regno Unito verrà realizzata un'estesa serie di generatori off-shore in grado entro il 2020 di produrre abbastanza corrente elettrica da alimentare le utenze domestiche. Il piano prevede impianti per 20 gigawatt che si aggiungeranno agli 8 gigawatt di impianti già deliberati. Nel 2008 il Fondo di inversioni della corona britannica, che possiede le aree marittime della Gran Bretagna, fino a circa 20 km dalla costa, con il programma Clipper's Britannia Project, ha deciso di investire in grandi aerogeneratori off-shore di potenza superiore ai 5 megawatt.

Le turbine offshore flottanti potranno essere installate anche nei siti marini molto profondi. Imitando la tecnologia delle piattaforme petrolifere, le turbine eoliche galleggianti vengono installate in mare aperto e sfruttano i venti costieri. Il progetto usa un sistema di ancoraggio a tre punti (cavi in acciaio ancorati al fondale), simile a quello utilizzato nelle piattaforme petrolifere. La Hydro, società norvegese che opera nel settore energia, ha collocato un prototipo di questa turbina vicino Karmøy, isola a sud est della Norvegia ed eventualmente vicino ad una installazione petrolifera con l'obiettivo di rifornirla di energia rinnovabile.

Minieolico e microeolico

Si tratta di impianti di piccola taglia, adatti ad un uso domestico o per integrare il consumo elettrico di piccole attività economiche tipicamente in modalità stand-alone, cioè sotto forma di singoli generatori, connesse poi alla rete elettrica o ad impianti di accumulazione.

Di solito questi impianti sono costituiti da aerogeneratori del tipo ad asse orizzontale con diametro del rotore da 3 a 20 metri e altezza del mozzo da 10 a 20 metri. Solitamente per minieolico si intendono impianti con una potenza nominale fra 20 kW e 200 kW, mentre per microeolico si intendono impianti con potenze nominali inferiori ai 20 kW.

Per questi impianti di piccole dimensioni il prezzo di installazione risulta più elevato, attestandosi attorno ai 1500-3000 euro per kW installato, in quanto il mercato di questo tipo di impianti è ancora poco sviluppato; tra le cause, le normative che, a differenza degli impianti fotovoltaici, in quasi tutta Europa non ne sostengono la diffusione. Questi impianti possono sfruttare le specifiche condizioni del sito in cui si realizza l'installazione. Sono impianti adattabili, che riescono a sfruttare sia venti deboli che forti e che riescono ad intercettare le raffiche improvvise tipiche dell'Appennino.

Per la valutazione dell’idoneità del luogo non si effettua solitamente una campagna di misure in situ (come avviene per installazioni medio-grandi), per l’elevata incidenza che tale costo potrebbe avere sull’investimento globale.

La valutazione, nel caso si ritenga sufficiente la disponibilità di vento (come velocità e continuità), deve considerare altri fattori quali:

  • l’interferenza con altre strutture (edifici o altre turbine eoliche);
  • l’inquinamento acustico;
  • la semplicità di installazione;
  • la lunghezza del percorso elettrico (costi interramento e dispersioni d’energia);
  • esigenze di sicurezza ed incolumità fisica;
  • eventuali vincoli ecologici (presenza di specie protette) o storico-archeologici.

Progettazione

Il progetto di un'installazione eolica prevede tipicamente, almeno per impianti di media-grande potenza, una fase iniziale di valutazione delle caratteristiche di ventosità del sito scelto attraverso il monitoraggio dell'intensità e della costanza/regolarità del vento con installazione di anemometri per un tempo statisticamente significativo (almeno un anno). Tale fase fa parte dunque dello studio di fattibilità tecnico-economico volto a garantire l'efficacia del progetto in termini di ritorno dell'investimento. Una volta validato il sito si passa alla fase di pianificazione e dimensionamento cioè alla scelta del tipo di impianto ovvero del numero massimo di aerogeneratori in funzione anche della potenza elettrica desiderata, del loro posizionamento ottimizzato sull'area di interesse in funzione delle caratteristiche di ventosità e di non interferenza tra generatori, dell'altezza della torre, del tipo di aerogeneratore, della dimensione del rotore ecc... concludendosi infine con la fase di realizzazione vera e propria. Completano l'infrastruttura gli inevitabili componenti elettrici per l'allaccio alla rete elettrica (cavi elettrici) fino alla cabina elettrica con le relative opere civili o gli eventuali sistemi di accumulo.

Valutazione

Aspetti positivi 

  • Il vento è una fonte di energia rinnovabile e sostenibile, a basso impatto ambientale rispetto ad altre fonti energetiche.
  • Non viene prodotto il gas serra CO2, se non in quantità minime in rapporto alla costruzione dell'impianto.
  • Le dimensioni dei parchi eolici sono facilmente scalabili nella potenza, particolarmente adatte a soddisfare la domanda di piccole città o province poco popolate.
  • Non si verifica una variabilità dei costi dovuta ad aumenti del prezzo del combustibile.
  • Una volta determinato il costo di costruzione dell'impianto risulta fattibile determinare i tempi di ammortamento (un grosso impianto elettrico comincerà a pagarsi soltanto finita la costruzione, dopo circa 6-10 anni, accumulando interessi del 24-50% rispetto all'investimento iniziale).
  • I costi di mantenimento e smantellamento sono relativamente bassi, molti componenti sono riciclabili e riutilizzabili.
  • Esiste un ampio margine di miglioramento nei costi (razionalizzazione dei processi produttivi), nella trasformazione della potenza meccanica in corrente elettrica (gestione elettronica della trasformazione) e nell'immagazzinamento della corrente (utilizzo di nuovi tipi di batterie più efficienti, di serbatoi d'acqua sopraelevati e di generatori "mini-hydro" ad alta efficienza).
  • Nel Texas (e in altri stati degli USA), l'eolico si è dimostrato una fonte di reddito ulteriore per allevamenti e colture in difficoltà economica, permettendo la sopravvivenza di agricoltori che ricevendo un reddito fisso mensile dalle società elettro-eoliche (come canone per l'utilizzo del relativamente piccolo spazio occupato al suolo) possono alleviare problemi quali la variabilità del prezzo di vendita dei prodotti agricoli e la perdita dei raccolti.

Aspetti negativi 

  • Dato che, per motivi di sicurezza ed efficienza, i generatori eolici possono operare solo in particolari condizioni di vento, l'energia eolica viene prodotta a intermittenza e perciò non è programmabile. Tale situazione fa sì che il settore eolico non possa sostituire completamente fonti tradizionali quali i combustibili fossili o l'energia idroelettrica, per i quali la potenza erogata è costante o direttamente controllabile in base alle esigenze. Tale fonte di energia trova quindi il suo ambito applicativo principalmente nell'integrazione alle reti esistenti affiancata a impianti programmabili per soddisfare la necessità di potenza di picco ad ogni istante durante il giorno. Così come avviene per l'energia fotovoltaica, il problema dell'intermittenza o variabilità aleatoria di tale fonte energetica nelle esigenza energetiche a livello locale può essere superato in linea teorica con una produzione ampiamente distribuita e sovradimensionata e con l'appoggio a sistemi di distribuzione elettrica automatizzati e a larga scala (le cosiddette smart grid) cioè sistemi di distribuzione in grado di smaltire i flussi di energia intermittenti che altrimenti genererebbero sovraccarichi e improvvisi cali di tensioni con ripercussioni sulla produzione, trasmissione e distribuzione dell'energia stessa.
  • Sulla terraferma, i luoghi più ventosi e quindi più adatti alle installazioni eoliche sono generalmente le cime, i crinali di colline e montagne o le coste. Gli impianti moderni, sebbene siano anche esteticamente apprezzabili, per le loro grandi dimensioni risultano visibili da grande distanza e possono causare un turbamento del paesaggio. Tuttavia le installazioni eoliche sono totalmente reversibili (bassi costi di smantellamento, completo ripristino delle condizioni ambientali preesistenti e assenza di alterazioni permanenti del paesaggio), diversamente da altre tipologie di centrali elettriche come termoelettrico, nucleare e idroelettrico, il cui impatto ambientale, sia estetico che ecologico, è di fatto irreversibile sia per gli alti costi (dighe, impianti nucleari) che per i tempi lunghi (scorie radioattive).
  • Esiste il rischio di mortalità da impatto per gli uccelli migratori, in particolare per gli impianti più grandi. È stato comunque rilevato una mortalità molto inferiore a quella normalmente causata dalle finestre degli edifici e dalle automobili.
  • Il rumore di una turbina eolica, dovuto essenzialmente al vento incidente sulle pale, secondo alcuni studi favorirebbe, nei residenti di abitazioni nelle immediate vicinanze, la cosiddetta "sindrome da pala eolica", un insieme di disturbi a sfondo neurologico.
  • Le autorità preposte al controllo del traffico aereo di alcuni paesi sostengono che gli impianti possono interferire con l'attività dei radar, sia perché l'elevata RCS (Radar Cross Section) delle torri produrrebbe un'eco radar difficile da eliminare, sia perché le pale in continua rotazione potrebbero essere scambiate per velivoli in movimento. Costituiscono un pericolo anche per piloti che si affidino a sistemi di visione notturna (a infrarossi o a intensificatori di luce. Principalmente danneggiati sono i radar meteo.

Efficienza 

L'efficienza massima di un impianto eolico può essere calcolata utilizzando la Legge di Betz, che mostra come l'energia massima che un generatore qualunque possa produrre (ad esempio una pala eolica) sia il 59,3% di quella posseduta dal vento che gli passa attraverso. Tale efficienza è il massimo raggiungibile, e un aerogeneratore con un'efficienza compresa tra il 40% al 50% viene considerato ottimo.

Gli impianti eolici consentono grosse economie di scala, che abbattono il costo del chilowattora elettrico con l'utilizzo di pale lunghe ed efficienti dalla produzione di diversi megawatt ciascuna. Una maggiore potenza elettrica in termini di megawatt significa grossi risparmi sui costi di produzione, ma anche pale più lunghe e visibili da grandi distanze, con un maggiore impatto ambientale sul paesaggio. Un colore verde, nel tentativo di mimetizzare gli aerogeneratori all'interno del paesaggio, attenua in minima parte il problema, date le altezze degli impianti. Per questo motivo, nonostante la suddetta maggiore economicità ed efficienza degli impianti di grossa scala, per lo più si decide per una soluzione di compromesso tra il ritorno economico, che spinge verso impianti più grandi, e l'impatto paesaggistico.

Costi

Il costo di installazione si aggira attorno agli 1,5 euro per watt (per confronto, un impianto fotovoltaico ha un costo di circa 5 euro per watt).

Per le turbine negli anni passati ci sono stati aumenti dei costi a causa dell'aumento del prezzo delle materie prime, ossia dei materiali ferrosi di cui sono composte. Nel 2008 il costo in terraferma era di 1,38 euro per watt, con un aumento del 74% relativo ai tre anni precedenti. Off shore il costo era di 2,23 euro, con un incremento del 48% rispetto ai tre anni precedenti[17]. Tuttavia oggi nel mondo e particolarmente negli Stati Uniti il costo delle turbine sta diminuendo velocemente per vari motivi tra cui la forte competizione del settore. Oggi si è arrivati nel secondo semestre del 2010 a prezzi medi per grandi commesse inferiori a 1 euro per watt . Dopo anni in cui il costo è salito, adesso (2010/2011) siamo in presenza di prezzi calanti.

Il costo di produzione varia a seconda della velocità media del vento nella zona, e risulta ottimale, quando nella zona si hanno venti abbastanza costanti con velocità medie che superano i 5 metri al secondo (18 km/h). Secondo il rapporto dell'International Energy Agency del 2005, il costo medio di produzione dell'energia eolica è di circa 90 dollari per megawattora. Il costo non tiene conto che in grandi installazioni potrebbe essere necessario predisporre degli impianti di generazione di riserva per assicurare l'erogazione di energia elettrica nel caso si verificasse assenza di vento.

Il costo di installazione in Italia, facendo riferimento ad impianti con una potenza nominale superiore ai 600 kilowatt, varia tra i 1,5 e i 2 euro per wattora; il prezzo varia secondo la complessità dell'orografia del terreno in cui l'impianto è installato, della classe di macchina installata, della difficoltà di connessione alla rete elettrica. Una centrale di 10 megawatt, allacciata alla rete in alta tensione, costerebbe tra i 15 e i 20 milioni di euro, mentre per una centrale allacciata alla rete di media tensione (3-4 megawatt) il costo si comprime tra 1,2 e 1,5 milioni di euro al megawatt. Gli unici capitoli di spesa totale riguardano l'installazione e la manutenzione, dato che non ci sono costi di approvvigionamento della fonte produttrice di energia. In relazione alla superficie occupata, una centrale eolica non toglie la possibilità di continuare le precedenti attività su quel terreno (pastorizia, colture, ecc.).

Costi mini-eolico 

Negli Stati Uniti il costo della potenza installata per impianti micro-eolici e mini-eolici varia da 3000 a 5000 $ per kilowatt. Molto spesso le turbine domestiche vengono installate in luoghi e posizioni inadeguate, che comportano una bassa resa (5-15%), comunque in generale, a maggiore altezza si ha un maggiore fattore di capacità.

Se un'utenza come una villa o fondo agricolo installa un aerogeneratore da 20 kW (con un costo complessivo tra generatore, torre e allacciamento di circa 40.000-100.000 euro) e questo fornisce un output pari al 20% della potenza nominale avremo un costo effettivo di 40.000-100.000 euro per 4 kW medi di potenza media effettiva (10.000-25.000 euro/kilowatt). Questo costo della potenza media corrisponde a circa 2-10 volte quello del nucleare (Il mini-eolico non beneficia della produzione di massa, inoltre necessita di molta manutenzione, e il costo dell'energia elettrica effettivamente prodotta dall'eolico tende ad essere ancora meno conveniente), ma per un'utenza domestica non industriale potrebbe essere accettabile in quanto consente l'autosufficienza energetica. Con il conto energia si possono ricuperare 5.000-10.000 euro all'anno, se l'apparato viene posizionato in una zona adeguata, su di un pilone molto alto.

Per l'ottimizzazione economica dell'impianto micro o mini-eolico è necessario scegliere un'altezza adeguata dell'asse delle pale (l'ideale va dai 30 ai 100 metri in pianura, ma può essere minore su di un colle). Le zone dove è stata misurata la maggiore costanza di venti economicamente sfruttabili sono la Sardegna, la Sicilia, l'Appennino tosco-emiliano, l'Appennino nella Basilicata e nella zona di confine tra Campania, Calabria, Molise, Puglia.

Costi micro-eolico 

Sono in corso di sviluppo nuovi sistemi di aerogeneratori "da tetto", di basso costo (500 $) e bassa resa (40 kilowattora al mese) come quello di Chad Maglaque, che non necessita del costoso inverter e che dunque può essere collegato alla rete elettrica domestica, alimentando direttamente altri apparecchi elettrici a basso consumo

Diffusione 

  
Capacità mondiale installata e previsioni 1997-2010.

Alla fine del 2009, la capacità di generazione mondiale degli aerogeneratori era di 157,9 gigawatt, pari a circa il 2% dell'elettricità consumata nel mondo e sta crescendo rapidamente, notandosi un raddoppio nei tre anni tra il 2005 e il 2008. Alcuni paesi hanno raggiunto un coefficiente di penetrazione della potenza eolica molto elevato (a volte con incentivi governativi); ad esempio, nel 2008, il 19% della produzione elettricità di base raggiunto dalla Danimarca, il 13% della produzione in Spagna e in Portogallo, il 7% in Germania e nella Repubblica d'Irlanda. Nel maggio del 2009, otto paesi del mondo avevano parchi eolici che vendevano energia elettrica aerogenerata a scopi commerciali raggiungendo profitti.

Nel 2008, gli Stati Uniti d'America hanno portato la nuova potenza installata a oltre 8.300 megawatt (il precedente record mondiale, sempre detenuto dagli USA, era di 5.200 megawatt, nel 2007), diventando così il leader mondiale del settore con una potenza eolica cumulata di oltre 25.000 megawatt; in precedenza il leader era la Germania, ora in seconda posizione con una potenza totale di 23.900 megawatt avendo installato 1.665 megawatt nel 2008, in linea con l'anno precedente quando ne erano stati installati 1.667.

La Spagna detiene la terza posizione mondiale con 16.700 megawatt di potenza cumulata e nel 2008 ha installato 1.600 MW in diminuzione rispetto al 2007 dove se ne erano prodotti oltre 3600. Nella notte del 5 novembre del 2009 la produzione di energia eolico-elettrica ha raggiunto il 45% della produzione totale di energia elettrica in Spagna.

La Cina ha quasi raddoppiato rispetto al 2007 la nuova potenza installata, passando dai 3.600 megawatt ai 6.300 del 2008, che rappresentano il secondo record mondiale dopo quello degli USA, consentendo alla Cina di superare l'India e di attestarsi in quarta posizione con 12.200 megawatt totali. L'India è in quinta posizione con una potenza cumulata che si avvicina ai 10000 megawatt; nel 2008 ha installato 1800 megawatt in linea il 2007, quando ne aveva installati 1700.

Gli USA, la Germania, la Spagna, la Cina e l'India da sole rappresentano oltre il 70% della potenza eolica mondiale.

Nel 2009 la nuova potenza installata in Italia è stata di 1100 megawatt, per la Francia di 950 e per il Regno Unito di 836. Questi tre paesi si collocano rispettivamente al sesto, settimo e ottavo posto con una potenza cumulata di 4850 megawatt (Italia), 3400 megawatt (Francia) e 3200 megawatt (Regno Unito).

In Danimarca, la corrente prodotta con questo sistema ha raggiunto il 23% del fabbisogno nazionale, in Spagna il 9% e in Germania il 7%.

Potenziale eolico italiano 

L'ANEV ha calcolato nel 2008 il potenziale eolico italiano: se per l'anno 2020 si installassero 8.000 aerogeneratori da 2000-2500 kW (per 16.200 MW di potenza massima totale), si potrebbero generare mediamente 27,2 TWh all'anno, pari a circa l'8.5% dei consumi elettrici italiani. Nel 2007 il costo per un aerogeneratore di scala commerciale variava da 1,2 a 2,6 milioni di dollari per megawatt di capacità nominale installata. La costruzione di questi 8.000 aerogeneratori (per un totale di 16 GW di potenza massima) costerebbe da 20 a 40 miliardi di euro.

La risorsa vento non è distribuita omogeneamente in Italia, ma si concentra in alcune zone montuose dell'Appennino. Il fattore di capacità, variabile nei luoghi, nel tempo e per classe di aerogeneratore (in Italia mediamente dal 19 al 25%), risulta difficile da valutare e la localizzazione degli impianti richiede uno studio molto accurato con torri dotate di anemometri disposti a varie altezze.

Le compagnie elettriche stanno utilizzando sempre più spesso il sistema del conto energia che consiste nel comprare l'energia in eccesso prodotta dai piccoli aerogeneratori domestici.

Impianti eolici in Italia 

 
Produttori di energia elettrica da fonte rinnovabile in Italia.

In Italia, l'energia eolica è pensata tenendo presente sia una produzione centralizzata in impianti da porre in luoghi alti e ventilati, sia un eventuale decentramento energetico, per il quale ogni comune italiano ha impianti di piccola taglia, composti da un numero esiguo di pale (1-3 turbine da 3 o 4 megawatt) con le quali genera in loco l'energia consumata dai suoi abitanti. Il tempo di installazione di un impianto è molto breve; fatti i rilievi sul campo per misurare la velocità del vento e la potenza elettrica producibile, si tratta di trasportare le pale eoliche e fermarle nel terreno. Il tempo di progettazione e costruzione di altre centrali (idroelettriche, termoelettriche, ecc.) è superiore a 4 anni. Tuttavia, la mancanza di una legge quadro o di un testo unico sulle energie eoliche, diversamente dall'energia solare, è considerata una delle cause della lenta diffusione della tecnologia rispetto all'estero.

  • Abruzzo
    • Castiglione Messer Marino (CH), 44 aerogeneratori pari a 26,4 MW
    • Cocullo (AQ), 37 aerogeneratori pari a 11,9 MW (Aprile 2005)
    • Collarmele (AQ), 5 aerogeneratori pari a 7,5 MW
    • Fraine (CH), 15 aerogeneratori pari a 9 MW
    • Montazzoli (CH), 16 aerogeneratori pari a 9,6 MW
    • Monteferrante (CH), 41 aerogeneratori pari a 24,6 MW
    • Roccaspinalveti (CH), 23 aerogeneratori pari a 13,8 MW
    • Roio del Sangro (CH), 10 aerogeneratori pari a 6 MW
    • Schiavi di Abruzzo (CH), 15 aerogeneratori pari a 9 MW
    • Tocco da Casauria (PE), 4 aerogeneratori (2010)
  • Basilicata
    • Brindisi Montagna (PZ), 1 aerogeneratore pari a 2 MW (Dicembre 2007)
    • Brindisi Montagna (PZ), 21 aerogeneratori pari a 42 MW (Novembre 2006)
    • Gorgoglione (MT), capacità totale 3,3 MW*
    • Montemurro (PZ), capacità totale 29,1 MW*
    • Grottole (MT), capacità totale 54 MW*, generati da 2 parchi
  • Calabria
    • Cortale (CZ), Bando per la costruzione (Maggio 2012)
    • Melissa (KR), 16 aerogeneratori pari a 32 MW (Dicembre 2010)
    • Melissa e Strongoli (KR), 25 aerogeneratori pari a 50 MW (Dicembre 2009)
    • Isola Capo Rizzuto (KR), 48 aerogeneratori pari a 120 MW (Febbraio 2008)
    • Tarsia (CS), 16 aerogeneratori pari a 32 MW (Settembre 2007)
    • Terranova da Sibari (CS), 6 aerogeneratori pari a 12 MW (Settembre 2007)
    • Jacurso (CZ), 21 aerogeneratori pari a 42 MW (Novembre 2007)
    • San Pietro a Maida (CZ), 23 aerogeneratori pari a 46 MW (Dicembre 2007)
  • Campania
    • Albanella (SA), 10 aerogeneratori pari a 8,5 MW
    • Ciorlano (CE), 10 aerogeneratori pari a 20 MW
    • Ricigliano (SA), capacità totale 36 MW*
    • Lacedonia (AV), capacità totale 40 MW
    • Bisaccia (AV), capacità totale 48 MW*
    • Andretta (AV), capacità totale 22 MW*
    • Scampitella (AV), capacità totale 32 MW
    • Frigento (AV), capacità totale 16 MW
    • Durazzano (BN), 7 aerogeneratori pari a 14 MW (Ottobre 2005)
    • Montefalcone di Val Fortore (BN), capacità totale 25,8 MW
    • San Giorgio la Molara (BN), capacità totale 19,8 MW
    • Foiano di Val Fortore (BN), capacità totale 5,4 MW
    • Baselice (BN), capacità totale 7,2 MW
    • Molinara (BN), capacità totale 14,4 MW
    • San Marco dei Cavoti (BN), capacità totale 11,4 MW
  • Emilia-Romagna
    • San Benedetto Val di Sambro (BO), 10 aerogeneratori pari a 3,5 MW
    • Monterenzio/Castel del Rio (BO), 16 aerogeneratori pari a 12,8 MW
  • Molise
    • San Martino in Pensilis (CB), 29 MW
    • Lucito (CB), 17 aerogeneratori pari a 34 MW
    • Ripabottoni (CB), 24 aerogeneratori pari a 15,84 MW
    • Acquaspruzza (CB), 2 aerogeneratori pari a 0,8 MW
    • Campolieto (CB), 21 aerogeneratori pari a 19,14 MW e 3 aerogeneratori pari a 2,55 MW
    • Civitacampomarano (CB), 5 aerogeneratori pari a 7,5 MW
    • Frosolone (IS), 21,3 MW, costruiti dall'Enel
    • Macchiagodena (IS), 19 aerogeneratori pari a 16,15 MW
    • Montarone (CB), 15,3 MW
    • Roccamandolfi (IS), 12 aerogeneratori pari a 10,2 MW
    • Vastogirardi (IS), 23 aerogeneratori pari a 19,55 MW
    • San Giovanni in Galdo (CB), 9 aerogeneratori pari a 13,5 MW
    • Macchia Valfortore (CB), 12 aerogeneratori pari a 10,2 MW
    • Monacilioni (CB), 23 aerogeneratori pari a 15,18 MW
    • Pietracatella (CB), 15 aerogeneratori pari a 9,9 MW
    • Sant'Elia a Pianisi (CB), 3 aerogeneratori pari a 1,98 MW
    • Rotello (CB), 20 aerogeneratori pari a 40 MW
    • Capracotta (IS), 13 aerogeneratori pari a 9,35 MW
    • Longano (IS), 14 aerogeneratori pari a 10,2 MW
  • Piemonte
    • Colle San Bernardo (Garessio - CN), 5 aerogeneratori pari a 12,5 MW[37]
  • Puglia
    • Accadia (FG), 24 aerogeneratori pari a 15,9 MW
    • Lecce (LE), 18 aerogeneratori pari a 36 MW
    • Copertino (LE), 1 aerogeneratore pari a 0,9 MW
    • Sant'Agata di Puglia (FG), capacità totale 139 MW*, generati da 102 aerogeneratori
    • Minervino (BT), capacità totale 32 MW*, generati da 3 parchi
    • Tricase (LE), Parco off-shore da 24 aerogeneratori, 90 MW, (maggio 2010)
  • Sardegna
    • Alta Nurra (SS), 7 aerogeneratori pari a 12,3 MW
    • Aggius/Viddalba/Bortigiadas (SS), 93 aerogeneratori pari a 67,8 MW
    • Ulassai (OG), 48 aerogeneratori pari a 96 MW (previsto aumento di 13 aerogeneratori)
    • Florinas (SS), 10 aerogeneratori pari a 20 MW (Febbraio 2004)
    • Nurri (CA), capacità totale 22,1 MW*
    • Nulvi - Tergu (SS), capacità totale 29,8 MW*
    • Pianura di Campidano, capacità totale 70 MW*, generati da 3 parchi
    • Portoscuso (CA/CI), 39 aerogeneratori da 2,3 MW ciascuno, potenza installata 90 MW (Enel Green Power).
  • Toscana
    • LiguriaMontecatini Val di Cecina (PI), 6 aerogeneratori pari a 9 MW (previsto ampliamento con 5 aerogeneratori)
    • Montemignaio (AR), 3 aerogeneratori pari a 1,8 MW
    • Chianni (PI), 7 aerogeneratori pari a 5,95 MW
    • Pontedera (PI), 4 aerogeneratori pari a 8 MW (previsto ampliamento con 3 aerogeneratori)
    • Scansano (GR), 10 aerogeneratori pari a 20 MW (Dicembre 2005)
    • Lajatico (PI), 10 aerogeneratori pari a 20 MW (autorizzato/non realizzato)
    • Firenzuola (FI), 17 aerogeneratori pari a 13,6 MW, in costruzione (Dicembre 2012)
    • Santa Luce (PI), 13 aerogeneratori pari a 26 MW, in costruzione (Dicembre 2012)
    • Santa Luce/Casciana Terme (PI), 11 aerogeneratori pari a 22 MW (autorizzato/non realizzato)
    • Riparbella (PI), 10 aerogeneratori pari a 20 MW, in costruzione (Novembre 2012)
    • Zeri (MS), 7 aerogeneratori pari a 10,5 MW (autorizzato/non realizzato)
    • Piombino (LI), 6 aerogeneratori pari a 18 MW (autorizzato/non realizzato)
    • Rialto (SV), 3 aerogeneratori pari a 2.4 MW
    • Calice Ligure (SV) 3 aerogeneratori



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