Minieolico¶
Generalità¶
Con questo termine si definiscono i sistemi eolici di piccola taglia, sfruttano la risorsa “vento” per produrre energia elettrica a servizio di singole utenze o piccoli gruppi.
Un sistema mini eolico connesso alla rete elettrica è costituito dai seguenti componenti:
- sostegno, in genere costituito da un palo in acciaio infisso nel terreno, con o senza fondazione, o posto sulla sommità degli edifici. L’altezza del sostegno può variare, in funzione della potenza installata, dai due metri per micro impianti da qualche centinaia di watt, a oltre 50 metri per per generatori da 200 kW di potenza;
- turbina, costituita dal rotore (le pale)e dal corpo che contiene i meccanismi di trasmissione del moto impresso dal rotore e il generatore elettrico;
- sistema di controllo e inverter, ovvero gli apparati elettronici che regolano il funzionamento del sistema rotore-generatore nelle diverse condizioni di vento e l’adeguamento dell’energia elettrica prodotta alle caratteristiche della rete elettrica.
Potenze e dimensioni delle turbine di piccola taglia
Le tecnologie presenti sul mercato sono principalmente di tue tipi:
- impianti ad asse orizzontale (bipala, tripala,multipala). Sono i più diffusi,e derivano dalla teco dalla tecnologia dei grandi aerogeneratori. Il rotore è disposto verticalmente e si orienta inseguendo la direzione del vento per mezzo di un timone verticale posto all’estremità della navicella;
Miniturbine ad asse orizzontale (fonte www.allturbines.com)
- impianti ad asse verticale. Il rotore ruota orizzontalmente e non si orienta secondo il vento in quanto le pale sono disegnate in modo da ricevere nello stesso modo la spinta orizzontale da qualunque direzione provenga. Il rotore può assumere si svariate forme e geometrie sulla base della soluzione tecnica individuata dalle case produttrici. Sono particolarmente indicati per l’integrazione negli edifici per le caratteristiche di robustezza, di silenziosità e spesso di pregio estetico. Sono spesso utilizzati coe elementi di arredo urbano a corredo di lampioni autoalimentati o di utenze elettriche a a servizio spazi pubblici urbani: parcheggi, giardini, parchi pubblici, impianti sportivi.
Miniturbine ad asse verticale (fonte www.allturbines.com)
Regime autorizzativo¶
Gli impianti eolici di piccola taglia sono autorizzati secondo le modalità definite dalle linee guida nazionali DM SE 10/09/2010 come successivamente modificato dal Dlgs 28/2011. Quest’ultimo ha introdotto la procedura della PAS (Procedura Autorizzativa Semplificata da presentare presso il Comune di Competenza) ed ha dato facoltà alle regioni di innalzare il limite di 60kW fino a 1 MW. _[#]
Per tutti gli impianti, ed in particolare per quelli ricadenti in aree sottoposte a vincolo paesaggistico, occorre far riferimento al Piano Territoriale Paesaggistico Regionale la cui norme di attuazione contengono le disposizioni generali, la disciplina di tutela e di uso dei singoli ambiti di paesaggio, secondo le Norme Tecniche vigenti.
Criteri di Progettazione¶
Secondo la normativa internazionale IEC 61400-2, le miniturbine eoliche si dividono in classi secondo quanto indicato nella tabella che segue.
Tale classificazione è importante in quanto a seconda del gruppo di appartenenza sono richieste procedure di progettazione semplificate . Progetto e verifica strutturale si limitano al solo rotore per le micro, mentre si estendono anche alle strutture di sostegno per le mini. Per il progetto delle turbine con area spazzata superiore a 200 m2 (circa 16 m di diametro) si utilizzano i metodi propri dei grandi impianti con conseguenti implicazioni tecniche ed economiche.
I valori indicati nelle tabelle ci mostrano come alla categoria microturbine appartengano impianti molto diversi fra loro per dimensione potenza ed applicazione. Dagli usi in ambiente extraurbano o suburbano fino a quelle integrate nell’architettura degli edifici che rappresentano un interessante sviluppo per l’efficientamento energetico degli edifici secondo le più recenti normative di settore. Ciascuna applicazione richiede un’accurata valutazione delle condizioni ambientali e l’impiego di macchine che si adattino al caso specifico. La ridotta dimensione delle macchine infatti comporta che il rotore si trovi più vicino a potenziali ostacoli (alberi, edifici, infrastrutture urbane) con conseguenti maggiori problemi legati allo struttamento della risorsa vento. Inoltre sono acuiti gli aspetti da tenere sotto controllo quali la rumorosità e le vibrazioni trasmesse quando installa te su edifici.
Un approccio progettuale che contempli la complessità del sistema estendendo le analisi alle implicazioni ambientali – paesaggistiche siae energetico - economiche ed una corretta collocazione sul sito (siting), sono fattori indispensabili all’ottenimento di una installazione di successo.
Nella scelta della turbina più adatta occorre che questa presenti buoni risultati in funzione della velocità del vento rilevata. In Italia la velocità misurata a 25-30 m dal suolo (altezza tipica per le mini turbine) difficilmente supera i 5-6 m/sec, che rappresenta una velocità scarsa secondo la classificazione vigente. Una regola generale valida per regimi di bassa ventosità è di scegliere turbine con potenza specifica (rapporto tra potenza nominale ed area della superficie spazzata dal rotore) non superiore a 250- 300 W/m2 per zone con 5-6 m/sec e non superiori a 200-250 W/m2 per zone con 4-5 m/sec.
A pari potenza nominale, ad esempio 20 kW, un rotore con un diametro di 13 m produrrà all’incirca il 2,5 volte la quantità di energia elettrica rispetto ad una turbina da con rotore da 8m. Poiché per queste taglie il costo marginale del rotore è piccolo e il costo di investimento per unità di potenza (Euro/kW) è all’incirca il medesimo, il conto economico è decisamente a favore della macchina con diametro maggiore. Quando tuttavia la ventosità si attesta ai valori minori della scala di vento (4-5 m/s), la potenza nominale diventa ulteriormente poco rilevante, per cui il medesimo rotore di 13m accoppiato ad un generatore elettrico di 10 kW andrà a sua volta a produrre poco meno della soluzione con rotore da 13m e 20 kW, per cui, per effetto del costo unitario, si possono determinare soluzioni economiche ancora più vantaggiose.
Per la scelta della macchina varrà in ogni caso il criterio di valutare, a seconda delle caratteristiche anemologiche del sito, macchine dotate di certificazione della potenza derivata da prove sperimentali sul campo, alle diverse velocità del vento. Cosa non sempre facile in quanto i valori di potenza nominale dichiarata dai produttori sono spesso derivati su base di calcolo teorica.
Certificazione¶
La certificazione è redatta secondo le norme IEC 61400 (in particolare la norma IEC 61400-2 - si applica a rotori ad asse orizzontale con area spazzata minore di 200 m2, con una voltaggio generato al di sotto di 1000V AC o 1500 V DC. ). LA rispondenza alle normative è obbligatoria per il costruttore, a garanzia dell’utente finale. Il processo di certificazione attesta che la turbina è stata progettata e verificata secondo criteri riconosciuti e ingegneristicamente validi.
La norma IEC 61400-2 prevede una classificazione del sito in funzione delle velocità medie annue e del livello di turbolenza. Dalla velocità media si deducono le velocità di riferimento per il progetto della turbina.
Criteri di installazione¶
Siti Extraurbani¶
Per calcolare la produzione energetica in un particolare sito è indispensabile disporre delle maggiori informazioni sulle caratteristiche della risorsa: velocità e direzione prevalente del vento, andamento delle temperature e densità dell’aria. Essendo l’aria meno densa man mano che si sale di quota, un impianto posto in altitudine sarà meno efficiente di uno uguale realizzato al livello del mare.
Il rilevamento preventivo sul campo è essenziale e dovrà svolgersi nell’arco di 12 mesi. Sia i sistemi di misurazione in kit disponibili in commercio, sia le mappe della ventosità difficilmente danno indicazioni sufficienti per impianti da realizzare ad altezze contenute e quindi maggiormente soggetti ad irregolarità e turbolenza. Un errore di un solo m/s nella valutazione della velocità in zone a basse ventosità ( ad esempio fra 4 e 5 m/s) può comportare un decremento nei risultati attesi fino al 50% e perciò la sostenibilità stessa dell’impianto.
Ciò è particolarmente importante quando si deve tener conto dei tempi di ritorno dell’investimento economico di un impianto anche in presenza di incentivi alla produzione come quelli previsti dal conto energia che prevede un contributo di circa 300 €/MWh immesso nella rete.
Ulteriori accorgimenti sono quelli di localizzare le turbine in posizione distanziata da ostacoli naturali o artificiali. La figura che segue indica diverse soluzioni di posizionamento in cui la soluzione A è migliore di B che è migliore di C.
Criteri di installazione delle miniturbine eoliche in ambiente extraurbano o suburbano
Siti urbani e integrazione negli edifici¶
Le installazioni in ambiente urbano comportano una maggiore complessità nella previsione della consistenza del vento, dovuta alla maggiore concentrazione di elementi di disturbo propri dei contesti antropizzati. Nella figura che segue vediamo indicati dei semplici principi quali il mantenimento di ampie zone libere a monte ed a valle delle turbine e distanze dagli elementi costruiti più alti. Nel caso di installazione sui tetti piani la turbine dovrebbero essere installate a distanza dallo spigolo del tetto dove si formano zone di ricircolazione dell’aria. Le indicazioni sono da intendersi come di carattere generale, nella pratica tale è la consistenza delle variabili in gioco che è sempre bene considerare caso per caso la migliore soluzione da adottare.
Uno dei campi di applicazione più promettenti è l’integrazione negli edifici e negli elementi di arredo urbano sia come retrofit di edifici esistenti sia come componente di edifici progettati ex novo per accogliere sistemi eolici integrati, al pari di altre tecnologie (ad esempio il fotovoltaico). Sono in fase di sviluppo turbine che si adattano all’ottimale utilizzo della risorsa in condizioni di particolare turbolenza, che garantiscano livelli di rumore che non alterano l’ambiente acustico urbano. Un criterio per questo tipo di applicazioni si basa sullo sfruttamento passivo di particolari fenomeni di turbolenza che si creano in specifici punti dell’edificio preventivamente monitorati. Un secondo criterio è quello di considerare l’edificio o parti di esso come un sistema che convoglia il vento per poterlo utilizzare mediante turbine appositamente studiate ed integrate nell’architettura. In questi casi l’integrazione con sistemi fotovoltaici può rappresentare un forte incremento all’efficienza energetica dell’edificio, potendo i due sistemi compensarsi a vicenda in caso della diminuzione del vento o del sole (di notte e con cielo coperto).
Fonti
- Battisti, Gli Impianti Motori Eolici, ed. Green Place Energies, 2011
- Fonte immagini Figure 1-4-5 www.qualenergia.it - L. Battisti op.cit
- Fonte immagini 2-3 www.allturbines.com
- ANEV – Brochure 2011
- ANEV – Brochure 2012
- Enel Green Power – Guida Minieolico
Note
| [1] | La tipologia di impianti che necessitano di PAS o di Comunicazione è anche riportata nel Documento: “Autorizzazione alla costruzione ed esercizio di impianti di produzione di energia elettrica alimentati da fonti rinnovabili, al rifacimento totale o parziale e alla riattivazione, nonche’ le opere connesse e le infrastrutture indispensabili alla costruzione ed esercizio degli impianti stessi”, Disponibile sul sito web della Provincia di Roma |