Principio di funzionamento di un generatore eolico

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Sezione 3 - Principio di funzionamento di un generatore eolico

Per poter funzionare e generare energia, un aerogeneratore richiede una velocità minima del vento di circa i 3-5 m/s (cut-in); ad una velocità del vento pari a 12-14 m/s l'aerogeneratore genera la sua potenza nominale; ad una velocità del vento di 20-25 m/s l'aerogeneratore viene arrestato per motivi di sicurezza (cut off).

Per avere sensibilità su quale sia la velocità del vento si può fare riferimento alla scala di Beaufort.


Tabella di Beaufort
Fig.3 - Tabella di Beaufort

Ai bassi regimi di vento corrispondono esigui valori di potenza erogata dalla macchina. Ciò significa che, ad esempio, una turbina da 1 kW di potenza nominale, in condizioni minime di vento tali da farla avviare potrà generare una potenza trascurabile, non superiore a qualche decina di watt. Al crescere del vento, la potenza prodotta dalla macchina aumenta in modo più che proporzionale, sino a raggiungere i valori dichiarati come "nominali" a 12-14 metri al secondo (circa 40-50 km/h). Velocità del vento superiori alla nominale determinano incrementi di potenza elettrica generata assai limitati poichè i sistemi di controllo (elettronici e/o meccanici) intervengono per ridurre le sollecitazioni a cui vengono sottoposti gli organi meccanici ed elettrici. In condizioni estreme di vento quasi tutti i sistemi eolici si arrestano per evitare danneggiamenti.
Considerando quanto sopra detto, è necessario scegliere un sito che non solo sia in grado di mettere in movimento il generatore eolico ma che sia mediamente tale da garantire nel tempo una potenza erogata (e conseguentemente una energia generata) adeguata a giustificare la spesa iniziale sostenuta. Il dato che fornisce un buon criterio di valutazione, sia pure indicativo, è la velocità media del vento su base annuale del sito prescelto. Si tratta di un parametro che si mantiene abbastanza costante negli anni e garantisce, quindi, stabilità di benefici in termini di energia prodotta.
Siti con velocità media annua inferiore a 4,5 metri al secondo (circa 16 km/h) non sono in generale considerati remunerativi.

Nel seguito si riporta l'atlante eolico redatto dal CESI che riporta la velocità media del vento a 25 m di altezza dal suolo. Detto atlante può essere utilizzato a scopo orientativo, ma è comunque bene prevedere una serie di misure e monitoraggi prima di procedere all'installazione di un sito.

Atlante Eolico
Fig.4 - Atlante Eolico

Tuttavia le indicazioni fornite dall'atlante eolico non possono sostituire la caratterizzazione anemologica del particolare sito in cui si intenderebbe costruire un impianto. Questa caratterizzazione à necessaria non solo per decidere il tipo, il numero e la disposizione delle macchine da installare, ma anche per valutare con sufficiente attendibilità la convenienza economica dell'investimento. Il regime ventoso del sito viene caratterizzato effettuando misure sul posto per definire i principali parametri statistici relativi a velocità e direzione del vento, in particolare la velocità media annua, la velocità massima, i parametri che individuano la distribuzione delle frequenze e la relativa curva di durata delle velocità, ecc.. Ciò richiede l'installazione di una stazione di misura di altezza opportuna (15 m ÷ 50 m e anche più) per almeno un anno, in modo da tenere debito conto di tutte le variazioni stagionali. Rilievi su periodi più brevi potranno essere accettabili soltanto nel caso in cui sia possibile avvalersi di correlazioni con dati storici di altre stazioni sufficientemente vicine. Un altro aspetto da verificare per tempo è la possibilità effettiva di disporre, nel sito, di un'adeguata estensione di terreno libero da vincoli ambientali e d'uso che ne potrebbero impedire l'utilizzo. Anche la copertura (vegetazione, costruzioni, ecc.) e l'andamento del terreno non devono creare interferenze eccessive con il flusso del vento dalle varie direzioni. Si deve altresì verificare la presenza, o la facilità di realizzazione, di strade idonee a consentire l'accesso al sito da parte di mezzi anche pesanti. Le pendenze non devono essere troppo elevate nè all'interno dell'area dell'impianto, nè lungo le vie d'accesso per limitare difficoltà e costi di trasporto delle parti degli aerogeneratori (navicella, pale, conci di torre, ecc.) e delle gru necessarie al montaggio. Un ulteriore aspetto importante è l'esistenza di un punto di collegamento ad una rete elettrica che possa assorbire tutta l'energia prodotta dall'impianto eolico e si trovi ad una distanza tale da evitare la costruzione di linee di connessione di lunghezza eccessiva.

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