Anche quest’oggi la rubrica Energia e Futuro ci riserva il tema dell’energia eolica che stiamo affrontando da diversi post (1, 2, 3, 4) cercando di esaminare tutte quelle caratteristiche che ci permettono di comprendere meglio questa tecnologia.
In particolare in questo post parleremo di turbine eoliche ad asse orizzontale, le quali rappresentano attualmente le turbine di più comune utilizzo, e che hanno soppiantato (anche se segnali in senso opposto iniziano ad essere presenti) le turbine ad asse verticale, almeno per quanto riguarda la la produzione di potenza “in larga scala”.
LE TURBINE AD ASSE ORIZZONTALE
Le turbine ad asse orizzontale, indicate anche con HAWD (Horizontal Axis Wind Turbines) come appena detto sono le turbine che abitualmente vengono scelte per la realizzazione delle “Wind Farm“, ovvero dei campi eolici, e sono caratterizzate costruttivamente da un’alta torre dal profilo snello e dall’aerogeneratore posizionato sulla cima di essa, ed il tutto è sostenuto a terra da una opera di fondazione di dimensioni adeguate.
L’aerogeneratore è solitamente dotato di 3 pale, in quanto tale numero rappresenta il migliore equilibrio tra diversi fattori meccanici ed economici.
In funzione della taglia della turbina (ovvero delle dimensioni e potenza della stessa, ma anche del numero delle pale) si ha una velocità minima del vento (detta di cut in) per la quale le pale iniziano ad essere messe in rotazione, e solitamente questa velocità è compresa nell’intervallo 2 ÷ 4 m/s.
Esiste anche un limite superiore oltre il quale le pale devono venire fermate per evitare danneggiamenti alla struttura (velocità di cut out), e solitamente il suo valore è dell’ordine di 25 m/s.
Le pale della turbina presentano molte analogie con i profili alari degli aerei, in quanto come detto nel precedente post funzionano per portanza.
Per quanto detto nei post precedenti riguardo la velocità del vento e l’influenza della stessa sulla potenza della turbina, la curva di potenza che ne consegue presenterà una prima zona crescente con la velocità del vento fino al raggiungimento del punto di massimo, il quale non corrisponderà ovviamente alla massima velocità sostenibile.
La scelta delle giuste turbine diventa di fondamentale importanza in quanto sarà importante individuare un modello che presenti il massimo di funzionamento in corrispondenza della classe di vento maggiormente presente nel sito in esame.
In realtà, per superare la riduzione della curva di potenza dopo il massimo, si è provveduto a sviluppare turbine eoliche capaci di regolare il calettamento delle pale, ovvero pale capaci di ruotare sul proprio asse in modo da mostrare al vento un profilo che non presenti il rischio di stallo, almeno fino alla velocità massima sostenibile dalla turbina.
In questo modo la curva di potenza di una turbina eolica presenta un andamento piuttosto piatto dopo il massimo (tratto dal sito del DIEE dell’Università di Cagliari):
Il diagramma in figura è relativo ad una turbina non di grande potenza (P = 600kW), e si può notare come il massimo venga raggiunto intorno ai 15 m/s di velocità del vento e resti costante fino ai 25 m/s, velocità alla quale si ha il cut out.
Le turbine di piccole dimensioni solitamente non dispongono del calettamento variabile, pertanto vengono regolate “a stallo”, ovvero a causa dell’impossibilità delle pale di offrire al vento un angolo di attacco ottimale al crescere della velocità, le stesse entrano in stallo e tale condizione rappresenta una sorta di “autoregolazione” della turbina, anche se con un decadimento del rendimento della stessa.
Oggi esistono turbine capaci di erogare una potenza massima di 3MW (in condizioni di ventosità di progetto) che presentano pale lunghe circa 40m (quindi un diametro rotorico di circa 80m) con torri alte tra gli 80 ed i 110m.
Anche per oggi è tutto, nel prossimo post parleremo delle turbine eoliche ad asse verticale e poi, prima di concludere il tema dell’energia eolica, affronteremo l’impatto ambientale delle turbine eoliche e l’analisi dei costi.
