Gli aerogeneratori eolici: conosciamo insieme le caratteristiche tecniche

La ricerca tecnologica nell’eolico, fin dagli anni ’70, si è concentrata sullo sfruttamento dell’energia eolica per mezzo di “giranti” che trasformassero il vento direttamente in energia elettrica. Le apparecchiature che combinano questi due aspetti sono chiamati aerogeneratori eolici.

Come funzionano gli aerogeneratori?

Le macchine eoliche sono divisibili in due gruppi, in base al tipo di modulo base adoperato:

• Generatori eolici ad asse orizzontale, in cui il rotore va orientato parallelamente alla direzione di provenienza del vento;
• Generatori eolici ad asse verticale, indipendenti dalla direzione di provenienza del vento.

Un generatore sia ad asse verticale che orizzontale richiede una velocità minima del vento (cut in) di 3-5m/s ed eroga potenza ad una velocità di 12-14 m/s. L’aerogeneratore – a velocità superiori (20-25m/s, cut off) – attiva un sistema frenante per ragioni di sicurezza.

Il bloccaggio può avvenire con freni che bloccano il rotore o innescando il fenomeno di stallo (le pale sono “svergolate” in modo che a velocità elevate del vento, inizi uno stallo sulle pale a partire dalla punta propagandosi fino al centro; l’area attiva delle pale cala, riducendo così anche la potenza).

Tipologie di aerogeneratori eolici

Esistono anche generatori a pale con passo variabile che seguono la velocità del vento (mantenendo costante la quantità di elettricità prodotta) e a doppia elica (per raddoppiare la potenza elettrica.

I giri al minuto di una aerogeneratore sono molto variabili, in base alla velocità del vento pertanto si utilizzano delle scatole di ingranaggi (detti planetari) che servono ad aumentare e rendere costante la velocità del rotore della dinamo.

I principali produttori mondiali di aerogeneratori sono americani, cinesi, danesi, tedeschi e spagnoli. Le aziende italiane sono per lo più leader nella componentistica.

Caratteristiche tecniche e potenze

Generatore ad asse orizzontale: o HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine) è formato da una torre in acciaio alta tra i 60 e i 100 m, sulla cui sommità è posta la gondola, una struttura che contiene il generatore azionato da un rotore a pale lunghe (20-60 m). la potenza generata varia tra pochi kW fino a 5-6 MW.

Il mulino a vento è un tipico esempio di HWAT. Il rotore o turbina può essere monopala (poco diffusi per la loro instabilità), bipala (due pale poste a 180°tra loro e in opposizione; le più diffuse per piccole installazioni), tripala (tre pale a 120°di distanza l’una dall’altra; le più affidabili, stabili e meno rumorose). Le pale sono realizzate in fibra di vetro o lega in alluminio e il profilo ricorda quello di un’ala d’aereo. La gondola o navicella è la cabina che contiene i vari componenti dell’aerogeneratore: moltiplicatore di giri; generatore elettrico; sistema di controllo.

Generatori ad asse verticale: o VAWT (Vertical Axis Wind Turbine) è una macchina eolica che si caratterizza per la sua ridotta quantità di parti mobili e questo conferisce resistenza alla struttura in condizioni di forte vento e riesce a sfruttare qualsiasi direzione del vento senza dover essere riorientata. È un generatore versatile e adatto sia all’uso domestico che su grande scala (una turbina soddisfa il fabbisogno di 1000 abitazioni). Le prime turbine VAWT furono realizzate nel 1920, ma la minore efficienza rispetto ai modelli con asse orizzontale ne ha confinato l’impiego nei laboratori.

Le turbine per l’eolico off-shore sono molto più potenti e con una tecnologia diversa rispetto a quelle on-shore, alcune sfruttano anche l’idrogeno, altre sono galleggianti.

Gli aegogeneratori di ultima generazione hanno potenze medie di 1,5 MW, vale a dire che una sola macchina equivale a 60 aerogeneratori da 25kW.

Quanto produce un aerogeneratore eolico?

Un aerogeneratore di 1300kW eroga la piena potenza elettrica per velocità del vento comprese tra 12 e 24m/s. Per calcolare la produzione teorica di energia dell’aerogeneratore bisogna rilevare la velocità media del vento nella zona in cui è installato o sarà installata la struttura. Per velocità medie di 4,5 m/s, l’aerogeneratore produrrà circa 1,2 GWh; per velocità medie di 9 m/s, l’aerogeneratore produrrà circa 5,3 GWh.