Energia eolica

Gli impianti eolici sfruttano la forza del vento per la produzione dell’energia elettrica.

Si distinguono in impianti connessi alla rete oppure in isola. I primi prevedono l’immissione diretta nella rete pubblica dell’energia prodotta, mentre i sistemi in isola prevedono lo stoccaggio dell’energia in un gruppo di accumulatori per il suo successivo utilizzo in corrente continua o alternata.

Il mercato dell’eolico si suddivide in 3 diversi settori in base alla potenza installata: si parla di microeolico per potenze fino a 20 kW, minieolico per potenze da 20 kW a 100 kW e di macroeolico (o semplicemente eolico) per potenze superiori ai 100 kW.

Gli impianti microeolici rappresentano una valida soluzione per le piccole famiglie, in quanto la loro installazione, particolarmente economica, permette un rapido ritorno sull’investimento, mentre i sistemi di maggiore potenza sono particolarmente indicati per applicazioni ibride, che consentono cioè l’impiego di più fonti d’energia, o per grandi centrali elettriche.

Composizione

I sistemi eolici sono composti da una parte superiore detta navicella e da una struttura di sostegno.

La navicella comprende, nella parte anteriore, il rotore, formato da 2 o 3 pale che, azionate dal vento, fanno ruotare il motore il quale produce energia elettrica; il motore o generatore elettrico, il freno, e, nella parte posteriore, una banderuola che permette di mantenere l’asse delle pale perpendicolare alla velocità del vento.

Normalmente le turbine eoliche vengono installate su elementi di supporto come tralicci o pali, eventualmente fissati a terra mediante tiranti.

Requisiti per l’installazione

Per installare un impianto eolico occorre valutare attentamente i seguenti elementi:

    * velocità media del vento nel sito di installazione, ottenibile con misurazioni dirette mediante anemometro oppure consultando gli atlanti del vento;

    * altezza ideale dell’installazione, considerando che, generalmente, ad altezza maggiore corrisponde produzione maggiore, ma allo stesso tempo costi e complessità costruttive ed installative superiori;

    * in particolare per gli impianti in isola, la potenza adatta a soddisfare le esigenze energetiche dell’utenza. 

Vantaggi

I vantaggi degli impianti eolici sono:

    * produzione costante e sicura, grazie ad una tecnologia matura e collaudata che necessita di scarsa manutenzione;

    * costi limitati di installazione e manutenzione;

    * salvaguardia dal crescente aumento del costo dell’energia;

    * produzione d’energia anche in presenza di venti di debole intensità;

    * velocità e praticità d’installazione;

    * produzione ecologica ad emissioni zero;

    * possibilità di installare impianti ibridi con la fonte solare.

Biomasse

S'intende per biomassa ogni sostanza organica derivante direttamente o indirettamente dalla fotosintesi clorofilliana. Mediante questo processo, le piante assorbono dall'ambiente circostante anidride carbonica (CO₂) e acqua, che vengono trasformate, con l'apporto dell'energia solare e di sostanze nutrienti presenti nel terreno, in materiale organico utile alla crescita della pianta. In questo modo vengono fissate complessivamente circa 2×10¹¹ tonnellate di carbonio all'anno, con un contenuto energetico equivalente a 70 miliardi di tonnellate di petrolio, circa 10 volte l'attuale fabbisogno energetico mondiale.

Biocombustibili

I biocombustibili sono, invece, combustibili solidi, liquidi o gassosi derivati direttamente dalle biomasse (es. legna da ardere), od ottenuti a seguito di un processo di trasformazione strutturale del materiale organico. Tra i principali annoveriamo:

Bioenergia

La bioenergia, infine, è qualsiasi forma di energia utile ottenuta dai biocombustibili. La biomassa rappresenta la più consistente tra le fonti di energia rinnovabile anche se esistono molteplici difficoltà di impiego dovute all’ampiezza e all’articolazione delle fasi che costituiscono le singole filiere.

Solare Termico

Il solare termico è una tecnologia usata ormai da decenni per la produzione dell'acqua calda sanitaria e per uso nel settore del riscaldamento, essiccazione, sterilizzazione, dissalazione e cottura cibi. L'applicazione più comune è il collettore solare termico utilizzato per scaldare acqua sanitaria. Un metro quadrato di collettore solare può scaldare, a 45÷60 °C, tra i 40 ed i 300 litri d'acqua al giorno; il un grado di efficienza varia in base alle condizioni climatiche e alla  tipologia di collettore, e può essere stimato in un range tra il 30% e l’80%.

I principali tipi di collettore presenti in Italia sono:

*vetrati piani (molto comuni, di costo medio, versatili);

*non vetrati (solo per uso estivo, generalmente piscine o impianti balneari, molto economici);  

*sottovuoto (ad alta efficienza, più costosi, ma ben utilizzabili tutto l’arco dell’anno);

 *ad accumulo integrato (ben utilizzabili in zone a clima mite, abbassano i costi dell’impianto).

Non è facile calcolare il risparmio annuale derivante dall’utilizzo di un impianto solare per il riscaldamento dell’acqua ad uso sanitario; gli elementi da tenere presente per un calcolo preciso sono diversi e dipendono anche dalle abitudini individuali di una famiglia. In generale si può ipotizzare, che la produzione di acqua sanitaria mediante un sistema solare termico possa portare ad un risparmio di circa 170-220 m3 annui pro capite, includendo in tale stima anche il risparmio derivante dal completo spegnimento della caldaia a gas nel periodo tra Aprile ed Ottobre. Tale risparmio, per una famiglia di 4 persone con un impianto a gas metano, si traduce in un risparmio effettivo pari a 210–270 euro all’anno, al netto di effetti variabili come l’inflazione ed il periodico rincaro del prezzo del gas metano. 

Il costo di un impianto per la produzione di acqua calda ad uso sanitario domestico per una famiglia di 4 persone varia in funzione sia della quantità d’acqua desiderata sia della complessità di installazione dell’impianto medesimo; indicativamente i costi possono variare da un minimo di 3'500 euro ad un massimo di 4'500 euro (2 o 3 pannelli di circa 2 mq).

Prerequisiti utente 

Disponibilità di un tetto od altra collocazione con esposizione a Sud (la posizione del sole a mezzogiorno). Verificare inoltre che non ci sia ombreggiatura da parte di montagne, edifici, alberi, camini, ecc. Le condizioni di irraggiamento italiane sono molto favorevoli, anche se molto variabili lungo la penisola. Per conoscere i dati relativi alla propria zona di residenza si possono usare le norme UNI 10349 sui dati climatici, le UNI 8477 sulla valutazione dell'energia raggiante ricevuta, software dedicati, le mappe isoradiative esistenti come l'Atlante Europeo della radiazione solare oppure effettuare una valutazione mediante misure dirette con gli appositi strumenti.

Componenti

Collettori solari ad assorbimento: sono l'elemento esterno e visibile dell'impianto, composti da uno o più pannelli piani, generalmente rettangolari.

Serbatoio di accumulo: è un serbatoio coibentato dove si accumula l'acqua calda prodotta. La capacità varia da un minimo di 150 ad un massimo di oltre 500 litri.

Circuito distributivo: tra collettori solari ed accumulo è realizzato con tubazioni di materiale plastico, ai quali viene applicata esternamente una protezione coibente. Per minimizzare le dispersioni termiche è consigliabile collocare il serbatoio il più vicino possibile ai collettori in modo da limitare il percorso esterno delle tubazioni.

Vaso di espansione: consente all'acqua di espandersi evitando sovrappressioni pericolose che possono causare danni all'impianto dovuto all'aumento di volume del fluido per l'eccessivo aumento della temperatura, in particolare nel periodo estivo o nei periodi di non utilizzo dell'impianto.

Centralina di controllo e dispositivi di integrazione architettonica: viene introdotta nel circuito solare per il monitoraggio del sistema e la sua gestione automatizzata.

Pompa di circolazione(se a circolazione forzata): fa circolare l'acqua tra i collettori ed il serbatoio di accumulo. 

Tempo di vita dell'impianto

Per impianti di buona qualità è dell'ordine di oltre 20 anni (fonte: SwissSolar).

La garanzia del produttore ha durata molto variabile, da 2 a 12 anni. La qualità dei componenti dell'impianto non è facilmente percepibile: verificare che i componenti siano stati sottoposti a certificazione e che sia disponibile la curva di rendimento del collettore.

E' opinione comune che il geotermico sia legato a condizioni specifici del territorio, come i geysers o i campi geotermici di Lardarelle e Travale in Toscana. In realtà la temperatura della terra aumenta con la profondità indipendentemente dal luogo. Si tratta di applicare un tipo di impianto adeguato per portare questo calore in superficie e sfruttarlo. Un sistema che si sta diffondendo sempre di più è quello di portare il calore accumulato nel terreno con una pompa di calore all'interno delle case, come riscaldamento. Una volta fatto l'impianto, si dispone di una fonte energetica inesauribile e a costo zero, a parte l'energia elettrica per attivare la pompa. Se poi si installa un pannello fotovoltaico per alimentare la pompa, si arriva a costo e emissioni zero. 

Ci sono tre sistemi per far lavorare la pompa di calore.
"Acqua-acqua": significa che la pompa di calore prende l'energia termica dall'acqua, come un lago, un fiume o una fonte sotterranea. Il secondo “acqua” indica che il calore viene distribuito in casa tramite l'acqua, nei radiatori o nel riscaldamento a pavimento.
"Aria-acqua": il primo, "aria", significa che l'energia termica viene presa dall'aria. Attenzione, l'aria contiene energia termica anche se la sua temperatura è sottozero, solo a – 272 gradi non dà più energia. Naturalmente se prende l'energia ad esempio a -10 gradi il rendimento della pompa di calore si abbassa e bisogna farla andare più veloce, con un maggior uso di energia elettrica, perché la pompa di calore funziona con l'elettricità.
"Terra-acqua": "terra" sta ad indicare che l'energia termica viene presa dalla terra, tramite una trivellazione che naturalmente ha un costo.
 

Contribuisce a dare spessore ai dati sulle energie rinnovabili ma è la grande dimenticata nelle strategie e nelle politiche di incentivazione. E’ l’energia da fonte idroelettrica, che da sola costituisce l’80 per cento del totale delle rinnovabili in Italia, oltre che coprire per il 12-19 per cento il fabbisogno nazionale totale (dipende dagli anni).

La giustificazione della poca rilevanza che le viene data in prospettiva di aumento dell’utilizzo delle rinnovabili è che non esisterebbe più lo spazio per nuovi impianti: ma non è vero, se invece di considerare le grandi dighe si sposta il discorso sui mini, micro e nano-impianti. Convenzionalmente il settore idroelettrico viene diviso in tre segmenti: il grande idro, con potenze installate superiori ai 10 Mwatt potenziali; il mini-idro, da 1 a 10 Mwatt, e il micro-idro, sotto il Mwatt. Secondo i dati ufficiali, prendendo in considerazione solo le centrali mini e micro, la potenza installata era alla fine del 2005 di circa 2,4 Gwatt.

Per fare un confronto, alla stessa data tutto l’eolico cubava per 1,7 Gwatt e tutto il solare fotovoltaico per 34 Mwatt. Questi dati sono ampiamente noti, mentre sono molto meno diffusi fuori dall’ambito specialistico le stime autorevoli di ulteriore possibile sviluppo dell’idroelettrico nel nostro Paese. Studi successivi dell’Enea e di vari Enti universitari hanno dimostrato che solo facendo ricorso a impianti di piccola taglia (sotto i 10 Mwatt) che utilizzano acqua di flusso, ossia senza la costruzioni di bacini, o al massimo con flusso regolato (con piccoli bacini di derivazione, quindi non si sbarramento, che consentono la regolazione della portata alle turbine su scala giornaliera o al massimo settimanale) e solo realizzando impianti a impatto ambientale bassissimo o nullo sarebbe possibile installare altri 850 Mwatt (stima del 1999).

Questi dati sono basati su alcuni presupposti, specialmente legati alla tecnologia delle turbine, che variano nel tempo in direzione di una sempre maggiore efficienza. Inoltre, esiste una variabilità molto forte nelle stime anche a parità di tecnologia, dovuta ai criteri di “economicità” dell’impianto (anch’esso legato alla tecnologia e a fattori esterni come il costo della generazione da altre fonti).

Esistono quindi stime che portano l’apporto potenziale dagli 850 Mwatt ai 2000 Mwatt, o addirittura a 4000 Mwatt se si tiene conto del micro-idro. Purtroppo l’Enea a partire dal 2003 sembra avere un po’ tralasciato gli studi in questo settore per concentrarsi su altre fonti rinnovabili a più alto profilo mediatico per cui non si hanno stime che tengano conto delle ultime novità tecnologiche, per esempio con i nuovi generatori basati sul principio della ruota di Archimede e sulle eliche immerse derivate dagli studi effettuati in ambito militare sulle eliche dei sottomarini, che permettono di sfruttare i flussi d’acqua anche solo in presenza di pendenze e non di salti.

Alcune stime effettuate da società di consulenza pongono quindi il totale potenziale molto più in alto, soprattutto considerando il nano-idroelettrico, ossia impianti della potenza di qualche kilowatt che però possono essere replicati in centinaia di migliaia di siti a cura di privati, come dovrebbe avvenire con i tetti fotovoltaici. Secondo queste stime, da queste nano-centrali potrebbero arrivare altri 8-10000 Mwatt. Insomma, anche assumendo una cifra del potenziale del mini, micro e nano-idro pari al 50 per cento di quella massima, si arriva a 7 Gwatt, ossia a qualcosa come 21. 000 Gwatt/ora tenendo conto di fermi per manutenzione eccetera (le turbine girano giorno e notte).

Per confronto, oggi la produzione dell’idroelettrico in Italia è stimata a circa 42. 000 Gwatt/ora. Se si aggiunge che con le tecnologie attuali un centrale idroelettrica di piccole dimensioni comporta un costo d’investimento di circa 2500 euro a Kwatt installato e che sono in essere le stesse incentivazioni previste per le altre fonti rinnovabili, si comprende come l’idroelettrico in ambito microgenerazione sia una fonte di energia con un notevole potenziale di sviluppo anche nel nostro Paese.