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Eredi dei mulini a vento, i sistemi eolici di piccola taglia, anche detti per semplicità mini eolici, sfruttano la risorsa “vento” per produrre energia elettrica. Si dà a questi sistemi il nome di “mini” per differenziarli dai grandi impianti che costituiscono le centrali eoliche, le cosiddette "wind farm". Proprio per effetto delle ridotte dimensioni e della semplicità di installazione si adattano molto bene all’inserimento presso insediamenti esistenti di privati e aziende. In questa vasta famiglia di impianti rientrano sistemi dalle caratteristiche e applicazioni più svariate.
Un impianto eolico è costituito da uno o più aerogeneratori posti ad adeguata distanza gli uni dagli altri - così da non interferire dal punto di vista aerodinamico tra loro – e secondo un disegno sul territorio in funzione dell’esposizione al vento e dell’impatto visivo (su file, a gruppi, …).
Gli aerogeneratori sono collegati, mediante cavi interrati alla rete di trasmissione presso cui viene realizzato il punto di consegna dell’energia.

La tabella sotto fornisce una prima indicazione delle diverse tipologie di turbine eoliche classificate per potenza elettrica nominale e per applicazione.

 

Una tipica macchina eolica,al di là delle particolarità dei modelli e degli sviluppi tecnologici apportati in modo differenziato da alcune aziende costruttrici, è composta come di seguito descritto.


Le pale della macchina (comunemente in numero da uno a tre) sono fissate su di un mozzo e, nell’insieme, costituiscono il rotore. Il mozzo, a sua volta, è poi collegato ad un primo albero – albero lento – che ruota alla stessa velocità angolare del rotore e, dopo il collegamento ad un moltiplicatore di giri, si diparte un albero veloce che ruota invece con velocità angolare data dal prodotto di quella del primo albero per il moltiplicatore di giri. Sull’albero veloce è poi posizionato un freno, a valle del quale si trova il generatore elettrico, da cui si dipartono i cavi elettrici di potenza. Tutti questi elementi sono ubicati in una cabina detta navicella o gondola la quale a sua volta è posizionata su di un supporto-cuscinetto, orientabile in base alla direzione del vento.
La navicella è poi completata da un sistema di controllo di potenza e da uno di controllo dell’imbardata. Il primo ha il duplice scopo di regolare la potenza in funzione della velocità del vento istantanea, così da far funzionare la turbina il più possibile vicino alla sua potenza nominale, e di interrompere il funzionamento della macchina in caso di vento eccessivo. Il secondo invece consiste in un controllo continuo del parallelismo tra l’asse della macchina e la direzione del vento. L’intera navicella è poi posizionata su di una torre che può essere a traliccio o tubolare conica, ancorata al terreno tramite un’opportuna fondazione in calcestruzzo armato.
Gli aspetti caratteristici che differenziano una tipologia di macchina da un’altra, indipendentemente dalla taglia di potenza e quindi di dimensione, sono i seguenti:

Configurazione delle turbine

La stragrande maggioranza dei microgeneratori è ad asse orizzontale con il rotore sopravento rispetto alla torre (il vento incontra prima le pale e successivamente il sostegno) ed a conicità nulla (il piano di rotazione delle pale forma una linea parallela ideale con l’orizzontale).
Negli impianti ad asse verticale(immagine a lato), ll rotore si presenta in svariate forme e geometrie sulla base della soluzione tecnica individuata dal singolo produttore.  Tali configurazioni hanno caratteristiche interessanti in termini di robustezza e silenziosità anche se in genere sono più costosi dei precedenti.
Esistono diverse configurazioni di turbine eoliche: monopala, bipala, tripala, multipala. All’aumentare del numero di pale diminuisce la velocità di rotazione, aumenta il rendimento e cresce il prezzo.
Escludendo il monopala e il multipala che hanno applicazioni particolari, il mercato si è concentrato sul bipala e tripala, orientandosi prevalentemente su quest’ultima configurazione in quanto caratterizzata da coppia motrice più uniforme (e quindi di durata maggiore), energia prodotta leggermente superiore (cioè rendimento maggiore in linea di principio), nonché, a detta di molti, minore disturbo visivo, in virtù di una configurazione più simmetrica e di una minore velocità di rotazione, più riposante per gli occhi di chi la osserva.

 Materiale di composizione delle pale

La maggior parte delle turbine minieoliche utilizza pale realizzate in materiale composito: poliestere di vetro rinforzato, con minor frequenza fibre di carbonio, e raramente legno. È stato abbandonato l’utilizzo di alluminio a causa della sua propensione alla deformazione sotto sforzo.

 Orientamento

Le dimensioni ridotte delle turbine minieoliche non consentono l’alloggio di motori di imbardata o altre componenti metalliche di cui sono dotate le turbine di taglia media: quasi tutte le miniturbine montano timoni direzionali per orientare il rotore in direzione del vento.

 Robustezza

Per avere un buon rendimento le turbine devono essere posizionate in luoghi sottoposti a venti consistenti: per le macchine minieoliche, date le loro ridotte dimensioni, diventano fondamentali le caratteristiche di robustezza.
L’esperienza porta a dire che vale la scuola del metallo pesante: gli aerogeneratori più pesanti hanno dato prova di maggior robustezza ed affidabilità rispetto a quelli più leggeri. Il peso di una turbina minieolica rapportata all’area spazzata dal suo rotore, la cosiddetta massa specifica, misurabile in kg/mq, è quindi un buon indicatore di scelta tra macchine alternative. Normalmente ad una massa specifica più alta corrisponde un prezzo più elevato.

 Controllo della potenza

In regime di vento forte le turbine devono essere dotate di un sistema di posizionamento passivo del rotore che ne disallinei l’asse rispetto a quello di rotazione della pala. La maggior parte delle micro e miniturbine si ripiega su di una cerniera in modo che il rotore ruoti verso il timone direzionale: alcune in verticale, altre in orizzontale. La velocità del vento a cui avviene il disallineamento e la maniera in cui si verifica dipendono dalla cerniera posta tra timone direzionale e navicella.

 Generatori

La maggior parte delle turbine eoliche impiega alternatori a magneti permanenti: si tratta della configurazione più semplice e robusta. Per le turbine ad uso domestico si trovano le seguenti configurazione di alternatore: magneti permanenti, alternatore convenzionale a campo avvolto, generatore ad induzione.

 Modalità di posa e scelta localizzativa

La localizzazione della turbina dovrà essere valutata facendo un bilancio tra problematiche contrastanti. Da una parte la vicinanza all’utenza può essere penalizzante per la funzionalità della macchina (interferenza al vento dovuta alla prossimità di edifici) oltre che per l’impatto legato all’inevitabile rumore.
D’altra parte la lontananza dall’utenza aumenta i costi di cablaggio ed interramento delle linee elettriche oltre che incrementare la dispersione di energia. Occorre trovare un giusto accordo tra le due esigenze tenendo anche conto dell’importanza di un posizionamento della macchina in sicurezza, in un luogo cioè dove, anche nel caso di cedimento, i danni siano limitati.

 


 

In linea del tutto generale ed intuitiva, escludendo considerazioni di carattere ambientale ed autorizzativo, si può convenientemente installare un impianto mini eolico laddove le condizioni di vento nell’arco dell’anno siano tali da garantirne un adeguato funzionamento ed una produzione di energia che garantisca un’accettabile remunerazione del costo sostenuto.

Ma come si può valutare il sito dal punto di vista della sua idoneità a produrre una quantità di energia soddisfacente?

Si fa ricorso come già detto alla velocità media del vento su base annuale. È quindi importante valutare tale grandezza nel punto esatto ed alla altezza in cui si intende installare il generatore mini eolico.

Siti con velocità media annua inferiore a 4,5 metri al secondo (circa 16 km/h) non sono in generale considerati remunerativi.

 

Il territorio italiano è contraddistinto da valori della velocità media del vento di solito non elevati. Ad altezze contenute dal livello del terreno sottostante (non superiori a 25 metri di altezza) questo valore è generalmente compreso fra 2 e 7 metri al secondo.

A livello del tutto orientativo si registrano velocità medie annue superiori al valore minimo ammissibile lungo le coste, sui rilievi ed in molte aree del centro sud e delle isole.

In linea del tutto generale ed intuitiva, escludendo considerazioni di carattere ambientale ed autorizzativo, si può convenientemente installare un impianto mini eolico laddove le condizioni di vento nell’arco dell’anno siano tali da garantirne un adeguato funzionamento ed una produzione di energia che garantisca un’accettabile remunerazione del costo sostenuto.

Ma come si può valutare il sito dal punto di vista della sua idoneità a produrre una quantità di energia soddisfacente?

Si fa ricorso come già detto alla velocità media del vento su base annuale. È quindi importante valutare tale grandezza nel punto esatto ed alla altezza in cui si intende installare il generatore mini eolico.

Siti con velocità media annua inferiore a 4,5 metri al secondo (circa 16 km/h) non sono in generale considerati remunerativi.

Il territorio italiano è contraddistinto da valori della velocità media del vento di solito non elevati. Ad altezze contenute dal livello del terreno sottostante (non superiori a 25 metri di altezza) questo valore è generalmente compreso fra 2 e 7 metri al secondo.

 Come criterio di buon senso, occorre verificare che siano assenti ostacoli (edifici, alberi, ecc.) tali da influenzare il flusso d’aria che investe il generatore. A tal fine si consideri che un ostacolo fa sentire il suo influsso negativo, generando turbolenze sino ad altezze pari al doppio della sua altezza, in un raggio dalla base dello stesso pari a circa 20 volte la sua altezza. Pertanto, in presenza di ostacoli e qualora l’altezza della turbina non sia tale da sopravanzare le turbolenze generate, è consigliabile posizionare l’impianto ad una distanza pari a circa 20 volte l’altezza dell’ostacolo stesso (si veda la figura a fianco, fonte Dipartimento USA dell’Energia).

Si consideri inoltre che a parità di sito tanto più ci si eleva dal suolo tanto maggiore sarà la velocità del vento a disposizione. In ogni caso, qualora l’entità dell’investimento che si vuole sostenere sia rilevante e volendo quindi avere dei dati più accurati e oggettivi sulla risorsa vento prima di installare l’impianto, occorre effettuare delle misurazioni in loco con specifici strumenti e per un periodo di tempo adeguato. Attraverso tali misure sarà possibile stimare non solo la velocità media annua del vento ma anche la sua direzione prevalente e la sua curva di distribuzione attorno al valore medio.

 


 

La legge Finanziaria 2008 prevede che l’installazione di impianti mini eolici di potenza fino a 60 kW possa essere autorizzata, in assenza di vincoli, mediante una Denuncia di Inizio Attività (D.I.A.) presso il Comune di appartenenza.

Qualora l'impianto venga installato in un'area protetta, bisognerà richiedere all'autorità competente sul territorio (l'ente locale, l’ente parco, la Sovrintendenza ai beni culturali,…) un “nulla osta”.

Alcune Regioni hanno emesso dei regolamenti che disciplinano le autorizzazioni per gli impianti di produzione da fonti rinnovabili come gli impianti mini eolici ed in taluni casi modificano l’indicazione nazionale.

Il D.M. del 18/12/2008 ha previsto l’introduzione di un incentivo statale per gli impianti mini eolici connessi alla rete elettrica di distribuzione con potenza compresa tra 1 e 200 kW (tariffa fissa onnicomprensiva). Tale incentivo, erogato dal Gestore dei Servizi Elettrici (GSE), è pari a € 0,30 per ogni kWh prodotto ed immesso in rete e ha la durata di 15 anni.

Al termine dei 15 anni l’energia prodotta potrà essere venduta, sul mercato elettrico o più semplicemente al GSE tramite il meccanismo del Ritiro dedicato. In alternativa potrà beneficiare, previa apposita pratica al GSE, del meccanismo di Scambio sul Posto.

Lo Scambio sul Posto è un meccanismo che regola i costi e i benefici economici per l’immissione ed il prelievo dell’energia elettrica dalla rete. Tale disciplina è regolata dal Testo Integrato delle modalità e delle condizioni tecnico-economiche per lo Scambio sul Posto (TISP), Delibera dell’Autorità dell’Energia elettrica e gas (AEEG) n° 74/2008. Il servizio è gestito dal GSE. Possono beneficiare di questo sistema tutti gli impianti allacciati alla rete che producono energia elettrica mediante l’utilizzo di fonti rinnovabili e che hanno una potenza non superiore a 200 kW (fotovoltaico, mini eolico, mini idro...), per tutta la durata di vita utile dell’impianto.

Il funzionamento è il seguente: l’energia (kWh) prodotta dall’impianto e non assorbita dalle utenze elettriche (lampade, elettrodomestici, macchinari...) viene immessa in rete e misurata da un apposito contatore.

Tale energia viene valorizzata secondo quanto previsto dalla suddetta Delibera dell’Autorità dell’Energia elettrica e gas e con cadenza trimestrale il GSE corrisponde al cliente finale il corrispettivo economico corrispondente.

Nel caso di saldo positivo, tra il valore dell’energia immessa in rete e il valore di quella prelevata risultante dal conguaglio annuale, l’importo eccedente la spesa sostenuta dal cliente nell’anno viene conservato come credito economico per gli anni successivi, senza alcuna scadenza temporale e senza rivalutazione economica dell’importo negli anni successivi.

Lo Scambio sul Posto non può essere cumulato con il beneficio proveniente dal meccanismo di incentivo con tariffa fissa onnicomprensiva.

In generale la tariffa onnicomprensiva risulta essere il sistema di remunerazione più vantaggioso per gli impianti mini eolici.
Consideriamo infatti un’utenza elettrica “passiva” alla quale si collega un impianto mini eolico e ipotizziamo che in un anno questo impianto produca meno energia di quanto ne consuma l’utenza stessa. In questi casi i benefici dello Scambio sul Posto si possono indicativamente quantificare con un valore per kWh prodotto dall’impianto pari al costo dell’energia prelevata, che attualmente varia per utenze di piccola e media dimensione fra 0,15 e 0,20 per kWh.

Di seguito è riportato l’esempio di un investimento per una macchina da 20 kW. A livello indicativo, un impianto mini eolico installato correttamente in un sito con velocità media annua fra 5 e 6 m/s fornisce una produzione annua compresa fra 1000 e 1800 kWh per ogni kW di potenza nominale. Si può in altri termini dire che l’impianto “lavora fra 1000 e 1800 ore equivalenti”, intendendo dire con questa espressione che si sarebbe ottenuta la stessa produzione di energia elettrica facendo funzionare il generatore alla potenza nominale per lo stesso numero di ore in un anno.

Nel caso esempio si ha una una produzione annua stimata di 1400 – 1600 – 1800 ore equivalenti:

 

 

 

Il grafico mostra il tempo di ritorno (non attualizzato) dell’investimento a seconda della producibilità del sito: valori sono compresi fra 7 e 9 anni. Di fianco alle barre è indicato anche il valore dei ricavi medi annui derivanti dal funzionamento dell’impianto (ricavi da Tariffa fissa onnicomprensiva).

 

Riferimenti Normativi

Decreto Legislativo 387/2003

Delibera Autorità energia elettrica e gas (AEEG) 280/2007

Legge 244/2007 (Legge Finanziaria 2008)

Delibera Autorità energia elettrica e gas (AEEG) 74/2008 (TISP)

Delibera Autorità energia elettrica e gas (AEEG) 99/2008 (TICA)

Delibera Autorità energia elettrica e gas (AEEG) 01/2009

Decreto Ministeriale 18/12/2008

Delibera Autorità energia elettrica e gas (AEEG) 74/2009