Cos'è un impianto eolico

Un pò di storia

I primi mulini a vento europei pompavano acqua o muovevano le macine per triturare i cereali. In Olanda erano utilizzati per pompare l'acqua dei polder, 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.

Costi dell'eolico

L'eolico è l'energia meno costosa attualmente disponibile. Un reattore nucleare da 1600 megawatt costa 2,5 mld di euro (dunque, 1.56 euro al watt). All'opposto una pala eolica da 3 megawatt costa 3 mln di euro: l'eolico costa in generale circa 1 euro/Watt, circa il 50% in meno.

Però una pala eolica genera la massima energia solo per circa 1700 ore all'anno in Italia mentre un impianto a combustibili fossili o nucleare genera energia quasi 24 ore su 24 ore 365 giorni all'anno. Quindi supposta la stessa la durata dell'impianto (20 anni) il costo energetico è di 0,8 centesimi di euro per kWh per la centrale nucleare e di 2,9 centesimi di euro per kWh per la pala eolica.

Inoltre l'energia eolica è intermittente ed è pagata meno delle altre forme di energia per questa sua negativa caratteristica. Altra caratteristica negativa è che la rete elettrica può sopportare solo una limitata quantità di energia elettrica intermittente che potrebbe arrivare al 20% con limitate spese.

Secondo l' ENEA la stima delle potenzialità eoliche italiane sono di 10 GW su terraferma e di altri 10 Gw off-shore ovvero in mare. È da ripetere che i 20 GW eolici danno molta meno energia annuale dell'energia data dalla corrispettiva potenza di una centrale convenzionale. Inoltre l'energia eolica ha meno valore commerciale per via della sua intermittenza.

Teoricamente le capacità totali eoliche italiane coprono il 10% del fabbisogno elettrico del 2006. (fabbisogno 2006: 351,6 TWh , potenza eolica: 20 GW , ore di vento/anno: 1700 ore). Oltre ad avere il costo d'istallazione più basso, ha anche il costo di esercizio (o costo di produzione) più basso: 3-4 centesimi di euro al kWh contro i 4 del carbone , e i 6 o più del petrolio il cui prezzo al barile varia con continuità e rende difficile il calcolo. Tale costo d'esercizio è tipicamente basso -circa cioè 30.000 volte inferiore al costo d'acquisto- poiché la fonte energetica-vento è gratuita.

Teoria di Betz

L'aria che si avvicina ad un generatore ad asse orizzontale viene considerata come fluente all'interno di un cilindro di raggio R dove R è il raggio del rotore della turbina. La teoria di Betz dimostra come un aerogeneratore reale non può estrarre più del 59.3% della potenza posseduta da un tubo d'aria di area A che fluisce con velocità v: P_th=-E_k E_kmax=16/27*d*A*v³, dove:

P_th=potenza teorica
E_k=energia cinetica
d=densità nel mezzo (aria)

quindi, il coefficente di Betz --> B=16/27 = 0.593 --> 59%.
In realtà un aerogeneratore che estrae dal 40% al 50% viene considerato ottimo.