Pale eoliche: cosa sono, come funzionano e vantaggi

Spesso ribattezzate «i mulini a vento del terzo millennio», le pale eoliche riescono a generare e produrre energia sfruttando le correnti d’aria. Si tratta, a tutti gli effetti, di un vero e proprio capolavoro dell’ingegneria, caratterizzato, solo in apparenza, da un aspetto piuttosto elementare.

Di pale eoliche (anche chiamate aerogeneratori o turbine eoliche) ne esistono di due tipi: una, più diffusa e conosciuta, ad asse orizzontale. L’altra, meno diffusa, ad asse verticale che, rispetto alla sua più celebre «cugina», presenta però maggiori problemi di resistenza all’aria.

Come sono fatte le pale eoliche?

Le pale eoliche si compongono di pochi ma sofisticatissimi elementi. Il primo è la torre, di altezza compresa tra i 30 e i 120 metri, che sorregge la navicella. Essa, inoltre, ha il compito di assorbire le vibrazioni generate dal moto delle pale e la sua altezza è molto importante poiché la velocità del vento cresce con la distanza dal suolo.

La già citata navicella costituisce il vero e proprio cuore pulsante della macchina, poiché accoglie al proprio interno il generatore, i moltiplicatori di giri, i freni, gli attuatori del pitch control (controllo della posizione delle pale rispetto al vento) e del yaw control (controllo dell’imbardata).

All’estremità della navicella, poi, è presente un rotore, che di solito può vantare un diametro compreso tra i 20 e i 170 metri ed è costituito dal gruppo di pale rotanti, dal mozzo, dall’albero e dal meccanismo del pitch control.

Ciascuna pala eolica, infine, può contare su sistemi di misura che captano la direzione del vento, su anemometri, su sistemi di controllo che monitorano il corretto funzionamento della macchina e agiscono in caso di avaria mettendo in sicurezza l’intera struttura dell’aerogeneratore e su sistemi accessori, che consentono di ottimizzare l’uso dell’aerogeneratore con sistemi di telecontrollo, manutenzione automatica e montacarichi per ascensori per consentire l’accesso al personale.

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Pale eoliche verticali e orizzontali: quali differenze?

Come detto, le pale eoliche più diffuse in Italia e nel mondo sono a sistema orizzontale. Quelle, per intenderci, che possiamo ammirare in particolare tra Puglia, Campania, Basilicata, Calabria, Sicilia e Sardegna. In queste pale, il rotore è orientato parallelamente alla direzione del vento, mentre il generatore è posizionato in un involucro sulla sommità della torre. Il loro punto di forza è il rendimento che, a parità di potenza, risulta superiore ai modelli con asse verticale. Di contro, si tratta di strutture pesanti e ingombranti, la cui efficienza può essere penalizzata dalle turbolenze.

Le pale ad asse verticale, invece, si caratterizzano per l’albero del rotore che è posizionato in maniera trasversale rispetto al vento, mentre i componenti principali si trovano alla base della turbina. Oltre a essere silenziose sono anche resistenti alle forti raffiche di vento ma, in presenza di un rapido cambio dell’angolazione delle masse d’aria, potrebbero andare incontro a uno stallo dinamico e, quindi, a un conseguente calo del rendimento energetico.

Come funzionano le pale eoliche

Il principio di funzionamento alla base di una pala eolica è apparentemente semplice: la forza del vento mette in movimento le pale, che sono unite a un perno centrale. A quest’ultimo sono a loro volta collegati i diversi dispositivi che trasmettono il moto generato dalle pale in rotazione al generatore elettrico.

I sistemi di imbardata permettono l’orientamento della navicella a seconda della direzione del vento mentre il rotore entra in funzione solo quando il vento raggiunge una velocità superiore ai 10 Km/h. Oltre i 90 Km/h, però, l’aerogeneratore tende ad arrestarsi per motivi di sicurezza.

All’aumentare della velocità del vento corrisponde un progressivo aumento della potenza istantanea erogata dalla macchina, fino al raggiungimento della velocità nominale, che consente al generatore eolico di raggiungere la massima potenza.

Dal rotore l’energia cinetica del vento viene quindi convertita in energia meccanica: un moltiplicatore di giri trasforma la rotazione delle pale in una più veloce, in grado di far partire il generatore di elettricità. Questo converte l’energia meccanica ricevuta in energia elettrica e un trasformatore la trasferisce da un circuito a un altro, modificandone le caratteristiche.

Vantaggi e svantaggi dell’energia eolica

Sfruttare il vento per generare elettricità verde garantisce benefici ambientali considerevoli. Ciononostante esistono degli svantaggi, che non possono non essere presi in considerazione. Vediamo, nel dettaglio, quali possono essere i principali vantaggi e svantaggi legati all’utilizzo delle pale eoliche per la produzione di energia verde.

Il primo punto a favore è sicuramente legato al fatto che quella prodotta dalle pale eoliche è una energia rinnovabile. Il vento, infatti, è una fonte di energia 100% rinnovabile e praticamente infinita. Inoltre, rispetto ad altre tecnologie, l’eolico ha un’impronta ambientale ridotta. Le turbine, infatti, possono essere installate lontano dalle zone abitate e perfino in mezzo al mare.

Le pale eoliche, poi, a una tecnologia affidabile e matura abbinano ridotti costi di gestione e manutenzione: le turbine di nuova generazione sono in grado di garantire elevati standard di affidabilità, con benefici notevoli nel contenimento dei costi operativi. Infine, un impianto a energia eolica non emette nessun tipo di emissione di CO2, senza alcun inquinamento nei confronti di acqua, suolo e aria.

Tra gli svantaggi legati all’installazione di pale eoliche e di parchi eolici c’è l’impatto ambientale. Sebbene, come detto, sia inferiore rispetto a quello di altri impianti, nel luogo in cui vengono costruiti si va a modificare pesantemente il paesaggio. Anche l’inquinamento acustico può fare da deterrente.

Le grandi turbine, infatti, non possono essere installate a meno di 500 metri dai centri abitati, in quanto la loro rumorosità potrebbe creare disturbo ai cittadini che vi abitano. Infine, ultimo, ma non per importanza, va sottolineato come la costruzione di un impianto eolico richieda una spesa considerevole. Il recupero dell’investimento avviene nel lungo periodo, motivo per il quale è necessario il sostegno pubblico tramite incentivi, sgravi fiscali e agevolazioni.

Quanto costa un impianto eolico?

Negli ultimi anni l’energia eolica è diventata l’energia rinnovabile meno costosa grazie a un abbassamento dei costi di circa l’85%. I motivi sono da ricercare sicuramente nell’arrivo sul mercato di competitor stranieri, che hanno spinto le aziende europee ad abbassare i costi dei propri impianti, e nel progresso tecnologico, che sta portando al perfezionamento delle tecnologie eoliche.

In Italia, il costo di installazione di una turbina orizzontale da 600 kW è compreso tra i 900-1300 €/kW, di cui il 70% è rappresentato dal costo dell’impianto stesso. L’installazione di una turbina verticale di piccola taglia, invece, ha un costo più elevato, che si aggira attorno ai 1500-2000 €/kW sia perché non esiste ancora un mercato sviluppato e competitivo, che perché si registrano ritardi alle normative che permettano l’allacciamento alla rete elettrica di tali sistemi.

Le spese di manutenzione di entrambi gli impianti sono abbastanza contenute, soprattutto se si pone a confronto con energie rinnovabili come il solare. Attualmente, si stima che il costo dell’eolico, che negli ultimi anni si aggirava attorno ai 0,045-0,075 €/kWh, sia sceso a 0,035-0,045 €/kWh.

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