Energia eolica

Espressione che letteralmente indica l'energia cinetica posseduta dai venti, ovvero dalle masse d'aria in movimento nell'atmosfera, ma che viene comunemente utilizzata anche per indicare l'energia, elettrica o meccanica, che può venire prodotta da questa, dopo conversione mediante un apparecchio opportuno. Tale energia risulta dalla forza esercitata dal vento sulle pale di un'elica, montata su un albero rotante, che a sua volta è collegato a sistemi meccanici, che possono servire per macinare il grano o per pompare l'acqua, o a un aerogeneratore, che trasforma l'energia meccanica in elettrica.

L'energia eolica è una fra le più antiche forme di energia: i persiani utilizzavano turbine eoliche ad asse verticale già nel VII secolo: servivano a irrigare i terreni coltivati e a macinare il grano. In origine, la ruota che sosteneva le pale dell'elica era orizzontale, fissata su un albero verticale. Il sistema, benché poco efficace, si diffuse in Cina e in gran parte dell'Oriente, e apparve in Europa, inizialmente in Francia e in Inghilterra, all'inizio del XII secolo.

Mulini a vento

I mulini a vento si sono diffusi in Europa durante il XIV secolo, innanzitutto nei Paesi Bassi. Si componevano di una torre in pietra, sormontata da un tetto rotante in legno, che sosteneva l'albero e la parte superiore del sistema a ingranaggi del mulino. Dal tetto fuoriusciva un albero orizzontale, sul quale era fissata una grande elica, composta da quattro o otto pale. I sostegni in legno delle ali erano generalmente ricoperti in tela, o forniti di banderuole in legno. La potenza dell'albero rotante era trasmessa da un sistema di ingranaggi e di alberi secondari alla macina, che si trovava ai piedi della costruzione.

Le ali a ventaglio furono una delle prime migliorie apportate ai mulini a vento, di modo che la superficie delle pale si trovasse sempre sotto vento. Verso la fine del Settecento si diffuse l'uso di ricoprire le pale con delle alette in legno, la cui apertura poteva essere comandata automaticamente o manualmente: in questo modo, la velocità di rotazione del rotore veniva resa quasi indipendente dalla velocità del vento. Uno dei miglioramenti introdotti in tempi più moderni fu un sistema di frenaggio per arrestare la rotazione delle pale.

Turbine eoliche

Le turbine eoliche iniziarono a essere utilizzate per la produzione di elettricità verso la fine del XIX secolo, in Danimarca, dove sono ancora oggi largamente diffuse: funzionavano da piccoli generatori per fornire elettricità a ristrette comunità rurali. Negli anni Trenta, con la diffusione delle linee elettriche di trasporto, furono costruite turbine di potenza maggiore, che potevano rifornire di energia zone più vaste.

Le macchine più diffuse erano quelle ad asse verticale, benché poco efficaci, e vennero perciò gradualmente soppiantate da quelle ad asse orizzontale. Recentemente però il sistema ad asse verticale è stato ripreso e perfezionato, ed è oggi utilizzato per turbine che producono una potenza elettrica inferiore a 50 kW.

Aerogeneratori

I moderni aerogeneratori sono basati sullo stesso principio dei motori eolici del passato, ovvero sullo sfruttamento dell'energia cinetica del vento per far girare le pale di un rotore, secondo le leggi dell'aerodinamica, ma le loro caratteristiche costruttive, e quindi il loro aspetto esteriore, ne differiscono sensibilmente.

I due tipi principali di aeromotore si distinguono per la direzione dell'asse del rotore, che può essere orizzontale o verticale. Quelli ad asse orizzontale, che somigliano di più ai tradizionali mulini a vento, sono sistemati alla sommità di un'alta torre e da lì azionano, mediante una trasmissione a ruote dentate, l'albero del generatore di corrente collocato nell'interno, a livello del terreno. Il diametro del rotore, generalmente a tre pale profilate come quelle di un'elica aerea, può variare da poco più di un metro a cinque metri. In alcuni modelli, il passo delle pale può essere variato per controllare la velocità di rotazione, fino all'arresto del rotore in caso di vento eccessivo. Un sistema direzionale che sfrutta il principio della banderuola mantiene controvento il piano del rotore.

Di regola, i moderni aerogeneratori entrano in azione quando la velocità del vento si avvicina ai 20 km/h, esprimono il massimo rendimento fra 40 e 50 km/h, e si disattivano intorno ai 110 km/h. Il problema maggiore che deve affrontare la produzione di energia eolica, infatti, è la naturale incostanza dei venti, che si traduce in un funzionamento discontinuo degli aerogeneratori. Per questo motivo, sono ritenute adatte all'installazione di aerogeneratori soltanto le località caratterizzate da una velocità media annua del vento di almeno 21 km/h.

Più efficienti, perché potenziano l'energia del vento e quindi sviluppano una potenza maggiore, sono gli aeromotori ad asse verticale. Sono costituiti da un involucro cilindrico fisso, percorso da fessure longitudinali, attraverso le quali passa il flusso d'aria, e da un rotore coassiale con il generatore di corrente. Le fessure sono accoppiate ad alette orientabili che regolano il flusso d'aria, aprendosi solo dalla parte da cui soffia il vento.

L'energia eolica rappresenta una valida alternativa alle fonti non rinnovabili, ad esempio il petrolio, e soprattutto non produce inquinamento ambientale.

Il 2% dell'attuale produzione di energia elettrica della Danimarca proviene da aerogeneratori, e lo stesso vale per la California. Le pochissime centrali eoliche italiane generano una potenza pari a circa 50 MW, una minima parte dei 3000 MW installati a tutt'oggi nel mondo. Nei prossimi anni, la produzione di energia elettrica dal vento in Italia dovrebbe salire a 400 MW, ottenuti da installazioni a opera dell'ENEL, cui dovrebbe sommarsi una quantità analoga di potenza prodotta con installazioni private. Gli esperti stimano che, alla metà del XXI secolo, oltre il 10% dell'energia elettrica prodotta nel mondo sarà ottenuta da aerogeneratori.