Energia eolica

Da miliardi di anni il sole riscalda la Terra e questa rilascia il calore nell'atmosfera. Un fenomeno che non avviene dappertutto allo stesso modo. La superficie marina, ad esempio, impiega più tempo a riscaldarsi rispetto alla superficie terrestre. Nelle zone dove viene rilasciato meno calore (ad esempio le superfici marine), le zone più fredde, tende ad aumentare la pressione. Nelle zone più calde, viceversa, la pressione tende a ridursi.

L'aria dalle zone ad alta pressione tende a spostarsi verso le zone a bassa pressione, generando il "vento". L'aria più calda tende a muoversi verso l'alto lasciando dietro di sè una zona di bassa pressione.

L'aria calda, una volta in alto, si raffredda per poi ricadere verso il basso nelle zone fredde marine. Questo movimento verso il basso genera una spinta dell'aria fredda marina verso le zone di bassa pressione in direzione della terraferma. Le caratteristiche morfologiche del territorio e dell'ambiente influiscono sulla direzione e sulla potenza del vento:

ad esempio boschi e montagne riducono la potenza del vento, come anche gli edifici delle grandi città. Per questa ragione gli impianti eolici sono localizzati soltanto in alcune zone e non sono invece distribuiti sull'intero territorio. La potenza del vento è particolarmente forte laddove non sussistono ostacoli, nelle superfici piane, lungo le coste e in mare aperto.

L'uomo usa la forza del vento da migliaia di anni: basti pensare alla vela che fin dall'antico Egitto muove le imbarcazioni, ha consentito commerci altrimenti impossibili e le scoperte di grandi continenti. Ma la forza del vento fu anche la principale fonte energetica per realizzare le macine del grano o delle olive (mulini a vento) oppure per pompare acqua dai pozzi. L'energia cinetica del vento veniva trasformata in energia meccanica.

Nel novecento dall'energia meccanica prodotta dalla forza eolica si è giunti alla generazione di energia elettrica. Le fattorie del vento (o wind farm) sono composte da numerosi impianti eolici e possono essere sulla terraferma (on-shore) o in mare aperto (off-shore).

Caratteristiche del vento

Come spiegato sopra, quella del vento è una forma di energia solare cosiddetta "indiretta", avente origine dal disuniforme riscaldamento della superficie terrestre da parte del sole che, generando differenze di densità fra le diverse masse d'aria, provoca il movimento di queste da aree ad alta pressione verso aree adiacenti a basse pressione, con velocità proporzionale al gradiente di pressione. L'energia eolica viene sfruttata per la produzione di energia elettrica, mediante l'impiego di generatori opportuni, detti aerogeneratori.

L'energia del vento deriva dalla sua velocità e, in secondo luogo, dalla sua regolarità. In pratica bisogna rallentare la massa d'aria che attraversa l'elica trasformando le forze agenti sulla pale in potenza di rotazione. Teoricamente per raccogliere una potenza di rotazione massima, l'elica deve ridurre di tre volte la forza del vento e non fermarla. L'energia raccolta dipende dal cubo della velocità e dalla superficie spazzata dall'elica.

Anche la densità gioca il suo ruolo: l'aria umida o fredda e un'alta pressione atmosferica sono fattori favorevoli. La regolarità del vento ha un ruolo importante, infatti un'elica non si adatta facilmente a dei salti di velocità o di rotazione troppo rapidi.

A livello del terreno, il flusso d'aria è perturbato e rallentato dagli ostacoli che incontra, quindi il luogo di installazione deve essere scelto in modo accurato (un apparecchio situato in alto ha il vantaggio di trovarsi al di sopra degli ostacoli, là dove il vento è più forte e regolare).

Nel corso del giorno l'aria sopra i mari e i laghi rimane più fredda rispetto all'aria sopra la terra, dato che l'acqua "assorbe" il calore solare negli strati inferiori, sulla terraferma invece il calore solare viene in buona parte riflesso e riscalda l'aria in superficie che espandendosi diventa leggera e tende a salire, di conseguenza l'aria più fredda e più pesante che proviene dai mari e dagli oceani si mette in movimento per prendere il suo posto causando i venti di superficie, di notte in genere succede il contrario in quanto il calore accumulato negli strati profondi dell'acqua rendono più calda l'aria sovrastante gli specchi d'acqua che tende a salire e l'aria sopra la terra, più fredda perchè non riscaldata dal sole, tende a prendere il suo posto (quindi di giorno si ha la brezza verso la terraferma e di notte si ha la brezza verso il mare).

Un'altra causa di spostamento di masse d'aria sono le fluttuazioni della pressione atmosferica che causano lo spostamento di aria al suolo da aree ad alta pressione atmosferica verso aree adiacenti di bassa pressione, con una velocità proporzionale alla differenza di pressione.

Quando si intende "coltivare" l'energia eolica per fini energetici bisogna conoscere molti parametri:

• le variazioni diurne, notturne e stagionali;
• la variazione della velocità del vento con l'altezza sopra il suolo;
• l'entità delle raffiche nel breve periodo;
• valori statistici ottenibili registrando dati in un lungo periodo di tempo.

E' importante conoscere anche la velocità massima del vento.

Prima di installare un aerogeneratore è opportuno compiere rilevamenti anemometrici che diano un quadro generale delle caratteristiche del vento nel punto esatto di installazione e questo studio si effettua con apparecchi detti anemometri. Le rilevazioni devono durare minimo un anno a da tali dati si rileva anche quale tipo di aerogeneratore sia il più adatto per il sito in questione.