IL GENERATORE EOLICO

L’Italia si sta avvicinando sempre di più all’ambizioso obiettivo di emissioni zero previsto entro il 2050: aspettando l’inizio del Green Deal dell’Unione Europea, i dati del 2019 mostrano un ulteriore aumento della domanda di energia prodotta da fonti di energia rinnovabile pari al 35,3% (contro il 34,7% del 2018).

L’eolico è una fonte di energia alternativa sempre più diffusa in tutta Europa grazie alla sua anima green e al suo funzionamento efficace e che garantisce prestazioni elevate.

Infatti, le turbine eoliche vengono costruite in aree caratterizzate da un clima ventoso la cui energia viene utilizzata per generare energia elettrica.

Il generatore eolico, in particolare, è il cuore degli impianti che sfruttano l’energia cinetica del vento per produrre corrente elettrica. Quando infatti la velocità del vento supera i 10 km/h, le pale eoliche si mettono in movimento generando - a loro volta - una forza meccanica che permette di attivare i generatori eolici, i quali trasformano questa energia in elettricità.

Tra le numerose tipologie di energia verde, lo sfruttamento della forza del vento è tra le più antiche modalità di sfruttamento delle risorse: basti pensare ai mulini a vento, che da secoli utilizzano l’energia eolica per produrre energia cinetica, oppure, andando ancora indietro nel passato, ai navigatori che da sempre sfruttano la forza dei venti favorevoli per compiere i propri viaggi.

Generatore eolico: che cos'è

Il generatore eolico, noto anche come aerogeneratore, è uno strumento capace di convertire l’energia cinetica del vento in energia elettrica: è certamente il componente di maggior rilievo di un impianto eolico, in quanto permette di sfruttare un’energia rinnovabile come il vento.

Il principio base dello sfruttamento dell’energia eolica è la forza del vento che mette in movimento le pale ancorate ad un perno centrale (detto mozzo) che permette loro di compiere un moto rotatorio intorno alla propria asse; la struttura che comprende il mozzo e le pale - chiamata rotore - è collegata ad un albero di trasmissione che ruota all’interno della navicella.

Grazie ad un generatore elettrico l’energia meccanica rotazionale dell’albero di trasmissione si trasforma in energia elettrica; l’elettricità prodotta viene convogliata nei cavi che corrono all’interno della torre e che provvedono a distribuirla all’utenza o alla rete elettrica.

Sebbene esistano diverse tipologie di generatore di energia eolica, è possibile classificarli in due categorie principali:

• Generatori ad asse orizzontale: questa prima tipologia di generatore di energia eolica ha una potenza variabile da pochi KW fino a 10 MW, e più; la sua caratteristica distintiva è quella di offrire una resistenza minima all’avanzamento del vento. I generatori ad asse orizzontale sono usualmente costituiti da una torre di acciaio al vertice della quale si trova l’aerogeneratore, costituito da un generatore elettrico azionato da un sistema di pale - detto rotore. È importante sottolineare che per ottenere e mantenere prestazioni elevate, l’asse di rotazione viene controllato per trovarsi in posizione parallela alla direzione del vento.
• Generatori ad asse verticale: a differenza della tipologia ad asse orizzontale, il funzionamento dei generatori eolici ad asse di rotazione verticale non è influenzato dalla direzione del vento; per questo, grazie alla struttura composta da un numero esiguo di parti mobili.

Si tratta di un tipo di turbina eolica molto antica, tanto che si hanno testimonianze della sua presenza addirittura in Mesopotamia, dove veniva impiegata nei sistemi di irrigazione. Negli ultimi anni ne è stato riscoperto l’utilizzo e sono stati creati numerosi modelli che si basano sullo stesso principio di funzionamento e che si differenziano dagli altri impianti eolici proprio per la posizione del rotore, il quale, come dice il nome stesso, è posto in posizione verticale.

Altre tipologie di generatori eolici

Sebbene esistano diversi tipi di generatori eolici che trovano applicazione in ambiti disparati, tuttavia sono accomunati dalla funzione che devono svolgere: produrre energia elettrica sfruttando la forza cinetica del vento.

I generatori possono essere classificati in base alla dimensione, alla forma e al numero di pale.

Per quanto riguarda la potenza dei generatori eolici: 

• Generatore eolico da 3kW: è una soluzione adattabile al risparmio sul consumo di elettricità o all’autoconsumo. Un esempio del suo impiego può essere il funzionamento dei lampioni stradali in accoppiata con sistemi di accumulo;
• Generatore eolico da 50kW: questo tipo di impianto è molto utilizzato nell’ambito del Micro Eolico, opportuno valutare con attenzione se la zona di installazione sia sufficientemente ventosa. 
• Generatore eolico 24 volt: questo tipo di impianto eolico è progettato per essere “off-grid” ossia indipendente rispetto alla rete elettrica nazionale.
  Un uso tipico di questo generatore è l’utilizzo come caricabatteria;
• Generatori eolici con potenza tra i 450-500 Watt: sono tra le soluzioni domestiche più economiche, soprattutto nelle zone dove la forza del vento è sufficiente. È possibile scegliere tra generatori ad asse verticale o orizzontale.

Eolico offshore: la nuova frontiera dell'energia eolica

Negli ultimi anni, la nuova frontiera dell’energia eolica sembra essere l’eolico offshore: si tratta di impianti la cui caratteristica è quella di essere installati in mare aperto.

Nell’ottica di poter utilizzare su larga scala l’energia eolica, l’installazione di pale eoliche offshore presenta evidenti vantaggi tra cui maggiore quantità di vento.

Inoltre, il tradizionale eolico onshore, pur costituendo una fonte di energia rinnovabile, ha la necessità di confrontarsi con la morfologia del territorio in cui è sito - la presenza di colline o catene montuose - e con la presenza ravvicinata di centri abitati.

Al contrario, il posizionamento a largo delle coste di grandi impianti eolici riduce nettamente le problematiche legate all’impatto delle installazioni dal punto di vista estetico e acustico, dal momento che le pale vengono posizionate ad almeno 3 km dalla costa. Questo permette non solo di rispettare la fauna - come uccelli e rapaci migratori - ma, come hanno ipotizzato alcuni ricercatori, creare, nel corso del tempo, zone nuove di biodiversità sui fondali come accade tutt'oggi attorno agli ancoraggi delle piattaforme petrolifere.

Come riportato dal rapporto pubblicato dall’International Energy Agency (IEA), l’eolico offshore è destinato a crescere in maniera esponenziale nei prossimi vent’anni tanto che la capacità eolica globale offshore potrebbe aumentare di ben 15 volte grazie alla messa in pratica delle politiche governative europee in fatto di energia rinnovabile.

Impianto eolico: le ultime novità

La produzione di energia elettrica generata dalle cosiddette fonti rinnovabili non programmabili - come appunto il vento - si è diffusa sempre di più nel continente europeo: gli impianti sono aumentati in termini di numero e di potenza, mentre l’energia prodotta è ormai in grado di competere con quella delle centrali fossili o nucleari.

Di pari passo, la ricerca in campo tecnologico è avanzata notevolmente: i materiali delle turbine eoliche, infatti, sono soggette a condizioni meteorologiche estreme date dal continuo impatto del vento a velocità molto alte, dalla presenza dell’acqua per gli impianti offshore o dall’esposizione molto elevata a raggi ultravioletti. È fondamentale quindi creare materiali avanzati e resistenti con l’obiettivo di ridurre i costi di manutenzione e, al tempo stesso, aumentare l’efficienza nella produzione di energia rinnovabile.

Il progetto europeo Aero Extreme, ad esempio, si occupa di sviluppare nuovi materiali eolici per dare vita a soluzioni efficienti sia dal punto di vista tecnico che economico che sappiano far fronte a condizioni ambientali aggressive. Tra le varie proposte, è molto interessante lo sviluppo di un rivestimento dotato di elevata resistenza all’erosione: questa idea innovativa dà luogo a prestazioni di gran lunga superiori rispetto ai materiali utilizzati ad oggi, garantendo una maggiore efficienza in termini di aerodinamicità.