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L'ENERGIA DAL VENTO

DAI MULINI A VENTO AGLI AEROGENERATORI

LE APPLICAZIONI DELL'ENERGIA EOLICA

L'ENERGIA EOLICA NEL MONDO

L'ENERGIA EOLICA IN ITALIA

IMPIANTI EOLICI INSTALLATI IN ITALIA

IMPIANTI EOLICI IN ITALIA PROPOSTI PER LA CESSIONE DI ELETTRICITA' ALL'ENEL (DATI DEL MINISTERO DELL'INDUSTRIA)

ASPETTI ECONOMICI DELL'ENERGIA DAL VENTO

PRINCIPALI IMPLICAZIONI SULL'AMBIENTE DERIVANTI DALLO SVILUPPO DELL'ENERGIA EOLICA

PER SAPERNE DI PIU'

L'ENERGIA DAL VENTO

Dedichiamo il numero di Dicembre 1995 de "ILSOLEATRECENTOSESSANTAGRADI" all'energia dal vento o energia eolica. Una forma di energia solare "indiretta", che ha origine dal disuniforme riscaldamento della superficie terrestre da parte del sole. Circa il 2% dell'energia solare che raggiunge la Terra si trasforma in energia eolica, potendo teoricamente contribuire alla produzione di 20.000 TWh per anno, pari a una volta e mezza la produzione di energia elettrica del 1992. Questo calcolo è solo indicativo e nella realtà un simile obiettivo non potrà mai essere attuato neanche sul lunghissimo periodo. Gli sviluppi tecnologici realizzati a partire dagli inizi degli anni '70 hanno consentito di modificare profondamente la struttura e la tecnologia dei vecchi mulini a vento che venivano e sono tuttora utilizzati per macinare il grano o pompare l'acqua: nel mondo ci sono circa 2.000.000 di macchine questo tipo. I moderni mulini a vento, oltre a utilizzare nuove tecnologie, hanno assunto anche un nome diverso, aerogeneratori, in quanto sono utilizzati per produrre energia elettrica. Negli ultimi anni lo sviluppo di questo settore ha subito una notevole accelerazione, in particolare in Europa. Al 2000 è previsto che la potenza installata a livello mondiale in aerogeneratori passi dagli attuali stimati 4.900 MW a circa 14.000 MW, di cui 6.000 in Europa e 2.800 negli Stati Uniti. Anche in Italia il settore mostra vivaci segni di vitalità, con la richiesta di installazioni di impianti eolici, nell'ambito delle leggi 9 e 10 del 1991 e del CIP/6 del 1992 per oltre 1000 MW a fine '95.

DAI MULINI A VENTO AGLI AEROGENERATORI

L'energia eolica è stata utilizzata sin dai tempi antichi in diverse applicazioni. Già 5000 anni fa, nell'antico Egitto, il vento veniva utilizzato per la navigazione a vela. In Cina, intorno al XVII secolo, i primi mulini a vento consentivano di utilizzare l'energia eolica per la macinazione dei cereali. In Olanda, in tempi più recenti, i mulini a vento favorirono una prima fase di industrializzazione con l'azionamento di pompe per l'acqua (ad es., per il drenaggio delle paludi), di segherie, cartiere, tintorie, industrie del tabacco. Nel secolo scorso le aereopompe con giranti multipala di piccolo diametro si diffusero in grandissimo numero, in particolare nelle fattorie dei nuovi territori colonizzati e negli Stati Uniti. I primi generatori di energia elettrica azionati dal vento risalgono ai primi anni di questo secolo ed avevano una potenza compresa tra 3 e 30 kW. A partire dagli inizi degli '70 il rinnovato interesse per le energie pulite ha dato un forte impulso allo sviluppo tecnologico degli aereogeneratori che hanno raggiunto, in questi ultimi anni, la piena maturità commerciale.
Tra i moderni aereogeneratori quello più diffuso è il modello ad asse orizzontale di taglia media di 200-400 kW. Le pale (da 1 a 3), montate su un mozzo, formano il rotore che è posto in cima a un sostegno alto all'incirca quanto il diametro delle pale. Dal rotore l'energia cinetica viene trasmessa a un generatore di corrente collegato a sistemi di controllo e trasformazione tali da regolare la produzione di elettricità e l'eventuale allacciamento alla rete. Un aereogeneratore è caratterizzato da una velocità minima e massima di funzionamento. Tali velocità sono comprese nei limiti da 4-5 m/s (alle quali l'aereogeneratore comincia a funzionare) a 20-25 m/s (alle quali l'aereogeneratore viene posto fuori servizio per motivi di sicurezza essendo la velocità del vento troppo elevata).

LE APPLICAZIONI DELL'ENERGIA EOLICA

La più importante forma di impiego dell'energia eolica è quella relativa alla produzione di energia elettrica. L'energia elettrica può essere utilizzata attraverso due grandi categorie di impianto: impianti per utenze isolate e impianti concepiti per essere allacciati a reti elettriche già esistenti. Un primo tipo di impianto è quello per la produzione di energia elettrica "di servizio" fornita da piccoli aereogeneratori di potenza inferiore a 1 kW (rotore di 1-2 m.) per l'alimentazione di apparecchiature poste in luoghi isolati, come ripetitori radio, rilevatori, impianti di segnalazione, ecc.; questi utilizzi sono spesso concorrenziali o integrativi ai sistemi fotovoltaici. Esiste, poi, una produzione di elettricità per l'alimentazione di case sparse o insediamenti isolati non allacciati alla rete. Tali impianti sono costituiti da aereogeneratori di piccola taglia (3-20 kW) e un sistema di accumulo (batteria) dell'energia prodotta nei momenti di vento favorevole. Queste applicazioni hanno diffusione limitata nei paesi industrializzati, ma potrebbero avere prospettive interessanti nei paesi in via di sviluppo con elevata ventosità. Gli impianti eolici connessi alla rete si distinguono tra la produzione di elettricità per l'alimentazione di piccole reti e quella fornita da centrali collegate alla rete nazionale. Nel primo caso siamo in presenza di impianti situati su piccole isole o in aree remote che sono alimentate da sistemi elettrici non interconnessi con la rete nazionale. Trattandosi di reti poco estese si possono impiegare uno o più unità di taglia media (fino a 300-400 kW), anche perché la quota di potenza eolica installabile deve essere limitata al 20-25% di quella totale per motivi di regolazione degli impianti azionati da motori diesel, che devono adattare in ogni momento il proprio carico alla potenza fornita dal vento. In questa tipologia di sistemi si può prevedere l'impiego congiunto di eolico e fotovoltaico (impianti ibridi), che potrebbero, in alcuni casi, integrarsi a vicenda su base annua. L'applicazione di maggior interesse per l'eolico è comunque l'alimentazione delle grandi reti nazionali; per questo scopo sono utilizzate macchine di taglia medio-grande installate singolarmente o in gruppi di unità (centrali anemoelettriche o wind farms o fattorie eoliche) con potenze totali dell'ordine di alcuni megawatt o di alcune decine di megawatt
La produzione di energia meccanica attraverso l'utilizzo del vento è caratterizzata principalmente dalle aereopompe. Esse rappresentano l'applicazione eolica più diffusa nel mondo (quasi 2 milioni di unità). Le applicazioni di energia meccanica da fonte eolica appaiono interessanti specialmente per le aree rurali dei paesi in via di sviluppo, dove l'approvvigionamento energetico comporta difficoltà e costi eccessivi.

L'ENERGIA EOLICA NEL MONDO

Alla fine del 1995 la capacità eolica globale installata e collegata alla rete è stimata intorno ai 4.900 MW (tabella 1) con una produzione annuale di quasi 8 TWh (si prevede che nel 2000 si possano raggiungere 14.000 MW di potenza installata). Con un costo che si aggira tra 2-2,5 miliardi di lire per megawatt installato, il mercato mondiale ha avuto, durante quest'anno, un giro di affari di circa 2.500 miliardi di lire. Attualmente l'industria eolica europea è leader mondiale, anche se è in forte espansione la capacità competitiva degli americani e dei giapponesi. Nel 1994 l'industria europea ha prodotto circa 550 MW in macchine eoliche della gamma che vanno da 100 a 750 kW. Il 90% dei produttori mondiali dei motori eolici di taglia media e grande sono, infatti, europei. Il giro di affari globale dell'industria eolica europea, per il 1994, ha superato i 900 miliardi di lire e si stima che nel 1995 almeno 20.000 persone siano state impiegate in attività legate all'energia eolica (valore del mercato di circa 1.100 mld di lire). Oltre 25 aziende produttrici sono presenti sul mercato europeo, ma la maturazione della tecnologia porterà sicuramente ad una concentrazione delle attività industriali in poche compagnie specializzate. Ad esempio, il mercato in Germania è diviso per l'85% tra sei grandi aziende. I generatori eolici di taglia piccola (meno di 25-30 kW), al contrario, rappresentano in Europa un livello di attività economica molto scarso, tanto che il giro d'affari annuale è limitato a circa 8 miliardi di lire e solo poche centinaia di persone sono coinvolte in questo settore.
Uno scenario, considerato ambizioso, ma realistico dall'EWEA (European Wind Energy Association) ipotizza, per il 2030, la generazione, da fonte eolica, del 10% della domanda elettrica prevista nei paesi dell'Unione Europea; ciò comporterebbe l'installazione, a quella data, di impianti per 100.000 MW.

TABELLA 1 - POTENZA INSTALLATA IN GENERATORI EOLICI A LIVELLO MONDIALE (MW): STATO E PROSPETTIVE

Fonte: Peter Jensen - Riso, Danimarca (Novembre 1995)

L'ENERGIA EOLICA IN ITALIA

In Italia la diffusione degli aerogeneratori è al momento meno avanzata rispetto ad altri paesi europei: alla fine del 1995, sul territorio italiano risultavano installati circa 22 MW. Si tratta, in molti casi, di impianti sperimentali, realizzati con il determinante contributo di fondi pubblici. Solo recentemente, con la messa in esercizio dell'impianto Riva Calzoni di Casone Romano (FG), sembra essersi avviato il processo di realizzazione di impianti industriali di taglia significativa.
Tale processo potrebbe subire una ulteriore rapida evoluzione già nel 1996, a seguito di alcune iniziative dell'ENEL, dell'ENEA e di altri operatori industriali, nonché di alcune iniziative di sostegno adottate da alcune Regioni. In particolare, l'ENEL porterà a termine due parchi eolici: il primo, di potenza di 11 MW, sarà situato nella zona costiera di Monte Arci (OR); il secondo avrà una potenza di 9 MW, e sarà collocato sull'Appennino abbruzzese, nel Comune di Collarmele (AQ). Ciascuna di queste centrali sarà in grado di produrre 12-15 milioni di kWh/anno. I due impianti saranno ubicati, rispettivamente, in un ambiente marino e in uno montano, rappresentativi delle tipiche tipologie di siti eolici in Italia.
Ulteriori iniziative sono attese da operatori industriali quali la Riva Calzoni, la West e la ItalianVento, principalmente sull'Appennino tra la Campania e la Puglia. A tale riguardo è di estremo rilievo il fatto che, a fine 1995, le domande di collegamento di nuovi impianti eolici alla rete elettrica assommavano a oltre 1000 MW; in particolare, le domande già inserite nelle graduatorie redatte semestralmente dall'ENEL ammontano a circa 710 MW al 30-6-1995 (ultima graduatoria disponibile). Questi dati fanno ritenere pessimista la previsione di installazione in Italia di soli 100 MW al 2000 indicata nella tabella 1. A quella data la potenza installata potrebbe essere infatti dell'ordine dei 300 MW, come previsto dal Piano energetico nazionale.
La potenza eolica in programma in Italia è in gran parte concentrata nella citata zona tra la Campania e la Puglia (vedi anche tabella 2), dove dovrebbe svilupparsi un importante polo eolico nazionale, il cui decollo potrà contribuire sia alla crescita del sistema eolico nazionale, sia allo sviluppo economico dell'area. L'effettiva concretizzazione delle iniziative in tale area potrà giovarsi anche della decisione della Regione Puglia di inserire nel documento Unico Programmatico per i Fondi strutturali, aree dell'Obiettivo 1, periodo 1994-99, approvato dalla Giunta Regionale della Puglia il 21-11-1995, una misura di incentivo all'eolico, con contributi in conto capitale. Un analogo supporto viene fornito dalla Regione Umbria, nella quale le misure anemologiche eseguite dall'ENEA hanno dimostrato la probabile esistenza di un secondo significativo polo eolico. Altre regioni, quali la Campania e la Sicilia, sono orientate a seguire l'esempio di Puglia e Umbria.
Gli operatori del settore valutano che tali incentivi, unitamente alle tariffe di cessione stabilite dal decreto CIP 6/92, rendano economicamente conveniente gli investimenti nel settore eolico. Un ulteriore impulso verrà dalle attività dell'ENEA, finalizzate alla individuazione di altri siti idonei, alla costituzione di un organismo di certificazione delle macchine, all'individuazione di adeguati meccanismi di finanziamento delle iniziative e allo sviluppo di aereogeneratori innovativi.

TABELLA 2 - IMPIANTI EOLICI INSTALLATI IN ITALIA

LOCALITA'	 	ESERCENTE	    N. UNITA'   POTENZA TOTALE IMPIANTO (MW)  
Alta Nurra (SS)		ENEL SpA	      	5                 2,72
Monte Ucccari (SS)	Consorzio Nurra      	5                 1,60
Brunestica (SS)		Consorzio Nurra      	3                 0,96
Campanedda (SS)	 	Consorzio Nurra	      	4	          1,00
Ottava (SS)	        Consorzio Nurra      	4                 1,00
San Simone (NU)	 	Consorzio Sardegna  	1	          0,20
Villangrande (NU)	Comune	        	2                 0,64
Assemini (CA)	        CO2 IndustrieSpA    	1	          0,22
Villacidro (CA)	        Cons. Industriale       6	          0,92
Carloforte (CA)	        N.D.	                3                 0,96
Oristano                Cons. Industriale       1                 0,15
Villa Favorita (PA)     Soc. Villa Favorita     1                 0,15
Ostuni (BR)             Az. Massari             1                 0,15
Bisaccia (AV)           West                   22                 2,40
Palena (CH)             Consorzio Sangro      	5                 1,28
Tocca da Casuria (PE)   Comune                  2                 0,40
Collarmele (AQ)         Marsica GAS             1                 0,25
Frosolone (IS)          ENEL SpA                8                 2,44
Frosolone (IS)          Comunita' M. Sannio  	1                 0,32
Frontone (PS)           ANAS                    2                 0,40
Casone Romano (FG)      Riva Calzoni           10                 3,50

TOTALE					       88                21,83

TABELLA 3 - IMPIANTI EOLICI IN ITALIA PROPOSTI PER LA CESSIONE DI ELETTRICITA' ALL'ENEL (DATI DEL MINISTERO DELL'INDUSTRIA)

PROVINCIA		     	MW	
Bologna			 	3,50									
Arezzo				1,80	
Perugia			 	1,40	
Pescara			 	4,50	
L'Aquila			4,00	
Campobasso		       10,00	
Frosinone			9,60	
Benevento		      181,70	
Avellino		       32,80	
Salerno			 	6,90	
Foggia			      297,70	
Lecce				1,20	
Potenza		               39,80	
Matera			       16,70	
Catanzaro			3,00	
Cosenza		               18,80	
Crotone			 	5,50	
Reggio Calabria		       16,40	
Sassari			       22,50	
Nuoro			        1,40	
Siracusa		       10,00	
Trapani			       20,00	

TOTALE		              708,60

LA FATTORIA EOLICA DI CASONE ROMANO (Foggia)

La fattoria eolica di Casone Romano è il più grande impianto eolico in esercizio in Italia ed è costituita da 10 aereogeneratori monopala da 350 kW fabbricati dall'azienda italiana Riva Calzoni, l'unica al mondo a costruire macchine di questo tipo.

• Costo dell'impianto = 6,5 miliardi di lire
• Potenza totale dell'impianto = 3,5 MW
• Produzione di elettricità = 6,5 milioni di kWh/anno (tutta immessa in rete)
• Prezzo di vendita del kWh all'ENEL = 173,5 lire (1995) (Per i primi 8 anni)
• Fabbisogno di elettricità soddisfatto = circa 3.000 utenze domestiche

ASPETTI ECONOMICI DELL'ENERGIA DAL VENTO

L'energia eolica è tra le fonti rinnovabili quella tecnologicamente più matura e più vicina alla competitività economica. In 15 anni, infatti, il costo del chilowattore eolico è diminuito del 70% e, secondo stime dell'EWEA (European Wind Energy Association), una produzione su larga scala degli aereogeneratori, potrebbe consentire, nei prossimi anni, un'ulteriore riduzione di almeno il 25%. Perfino un'organizzazione internazionale come l'IAEA (International Atomic Energy Agengy) ritiene che l'eolico possa, nel breve periodo (tra il 2005-2010), essere pienamente competitivo con le fonti energetiche convenzionali (combustibili fossili e nucleare), senza nemmeno usufruire, a proprio vantaggio, della contabilizzazione dei costi esterni o sociali. Il costo dell'unità di energia (kWh) prodotta da impianti eolici è frutto di un calcolo piuttosto complesso. In linea generale, la sua valutazione deve tenere conto di diversi fattori: in primo luogo, dell'investimento iniziale dell'impianto, sul quale incide per il 60-70% il costo delle macchine; inoltre, occorre considerare la vita utile dell'impianto e del relativo ammortamento (circa 20 anni), i tassi di finanziamento, i costi di esercizio e di manutenzione (1-3% dell'investimento), l'energia globale prodotta su base annua, quest'ultima funzione sia delle prestazioni delle macchine, sia delle caratteristiche di ventosità del sito. Oggi in Italia il costo del chilowattore eolico "vale" 173,5 lire, ed è il prezzo convenzionale stabilito a livello governativo, quindi soggetto a variazione. Tale prezzo, rivalutabile annualmente, viene riconosciuto solo per i primi 8 anni (per i successivi il prezzo è di circa 84 lire) a chi produce energia elettrica da fonte eolica e la immette sulla rete ENEL.

PRINCIPALI IMPLICAZIONI SULL'AMBIENTE DERIVANTI DALLO SVILUPPO DELL'ENERGIA EOLICA

La rapida diffusione degli aerogeneratori verificatasi negli ultimi anni ha evidenziato alcune implicazioni di natura ambientale connesse allo sviluppo dell'energia eolica. In particolare, sono stati messi sotto accusa l'impatto estetico sull'ambiente e il rumore prodotto dagli aerogeneratori. Una grande fattoria eolica viene, in genere, localizzata in aree ventose, lontane dai centri abitati e con possibilità di usi alternativi limitati, dunque in aree naturali sovente incontaminate e remote. L'inserimento di generatori eolici in un tali siti risalta pertanto alla vista anche per il suo carattere di novità. Tuttavia il loro impatto visivo dipende essenzialmente, come per tutte le opere dell'uomo, da una buona progettazione. Non dobbiamo comunque dimenticare che la "non visibilità" dei gas emessi nella produzione convenzionale di energia elettrica, dispersi nell'ambiente e inalati dall'uomo, reca danni molto più gravi all'ambiente e alla salute. Anche il rumore dei generatori eolici andrebbe comparato con il rumore del traffico urbano delle grandi metropoli dei paesi industrializzati o con quello prodotto dai generatori diesel, piuttosto comuni nei piccoli centri abitati dei paesi in via di sviluppo.

• Utilizzazione del territorio. Una centrale eolica impegna 0,10-0,15 km2 /MW (7-10 MW/km2) di cui solo l'1% è occupato fisicamente dagli impianti e dalle strade di accesso.
  
• Impatto visivo. E' inevitabile, come per molte altre opere dell'uomo, tipo i viadotti autostradali, ma può essere minimizzato attraverso una buona progettazione.
  
• Emissioni acustiche. I livelli accettabili, per impianti di piccola-media taglia, sono stimati a queste distanze di riferimento: 300-400 metri dalle abitazioni, di 400-500 metri dalle aree residenziali e 1000 metri dalle aree residenziali turistiche.
  
• Interferenze elettromagnetiche. Tale impatto ha origine da parti metalliche in rotazione. Poiché le macchine dell'attuale generazione hanno pale costruite con materiali non metallici il fenomeno non é particolarmente significativo.
  
• Salvaguardia di flora e fauna.Una buona progettazione può limitare e azzerare qualunque impatto sulla componente floro-faunistica.

WIND ENGLISH VERSION

The IGET generator was developed in the UE  to take advantage of the high prevailing winds that cross the mountain ranges to enter the desert. It uses readily available parts found at most hardware stores. The power unit is a very popular automotive alternator .

There are many good, efficient, lightweight wind generators available on the market today, but I have found them very expensive, and it is hard to find replacement parts. I wanted a dependable wind generator with parts I could build and repair and get immediately from the local hardware store and auto parts store.

At full peak power in a 30-mph wind, the Iget Generator should, theoretically produce 720 watts of power. (12 volts x 60 amps = 720 watts) However, it would be wise to be conservative and assume 500 watts of usable power.

In a steady breeze over a period of several hours, this would be enough to charge 5 to 10 deep cycle batteries.

There are two options that you have with a bank of fully charged 12-volt batteries.

First, you can wire your house or cabin with a separate 12-volt circuit, on which you can install low voltage lights, and appliances available at Camping/Trailer supply stores.

Of course the drawback to this type of installation is that you must install a separate 12-volt circuit, and purchase new appliances.

This option should be considered especially if you are powering a remote cabin where there is no permanent available 120/240 volt AC service from a utility company.

The second option is to install one or more DC to AC  power inverters. These state of the art electronic units convert 12 volt DC to a usable 120 volt AC.

You can wire these units directly into the existing 120 volt AC circuits of your house.

An ideal system would be a hybrid of multiple 12-volt DC wind generators charging a bank of 12-volt deep cycle batteries. Wired directly from the batteries would be outside security lights and interior emergency lights using 12-volt DC light fixtures.

A 3000-watt gasoline generator would be a perfect addition to this system to power additional AC appliances when needed and to provide DC power to keep the batteries charged during periods of insufficient wind.

At this time I do not recommend purchasing solar voltaic panels. They are too expensive for the amount of power they produce.

As for water well pumping, a shallow well jet pump can be powered through a DC to AC inverter, provided it is wired to operate at 120 volts. A typical jet pump is ½ hp and draws about 8 amps. This would require a minimum of a 1000-watt inverter and two deep cycle batteries by itself.

A more logical installation is that which I have installed at my 5-acre ranch in the Mojave Desert of Southern California.

I have two IGET Generators charging a bank of six, deep cycle batteries. Several automotive road lights provide outside security lighting. Interior R/V lights provide interior emergency lighting. Two, 1000-watt inverters   provide necessary AC power for tools and appliances. If you are conservative, this will power most other lights, TV’s, computers, etc. Just not all at once!

My water supply is a deep well, at 410 feet. It requires a 3 hp, 240-volt AC submersible pump. For this, a 3000-watt gasoline generator is installed in the well house. This  is powered up as needed to fill a 2000 gallon storage tank. A 12 volt pump maintains pressure to the house.

Included in the detailed plans are further installation instructions and ideas.

The IGET Generator is fabricated of steel and weighs approximately 46 pounds. The unit comes shipped in two boxes, some assembly required.

It is comprised of a steel frame on which a shaft is mounted.

On one end of the shaft is attached the hub onto which two, 36 inch long blades are attached, creating a 6 foot diameter rotor.

Behind the alternator and fastened to the frame is the rudder.

The whole assembly is connected to a mounting collar with with a roller bearing. This collar is designed to slip over an installed 2-1/2 inch pipe cemented into the ground.

When mounted atop a 20 foot pole, and in a 20 mph breeze, the whole unit will immediately face into the wind, the rotor will turn at about 300 rpm and the alternator will produce about 500 watts.