L'energia eolica

Materie:Riassunto
Categoria:Scienze
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energia eolica

L'energia eolica è quella fornita dalla forza del vento, che viene sfruttata, grazie a sistemi quali i mulini o le macchine a vento, per compiere un lavoro o per essere accumulata. Le macchine di solito sono costituite da due o più pale, o sistemi di velatura, montate attorno ad un albero che riceve la potenza, adoperata abitualmente per pompare acqua o per far girare un generatore che produce elettricità. I primi mulini a vento furono usati in Persia a scopo di irrigazione intorno al sec. V d.C.; entro il sec. XII il loro impiego si era diffuso in tutta l'Europa.
I primi mulini a vento europei pompavano acqua o facevano girare le macine per triturare i cereali. I mulini a vento furono usati in Olanda per pompare l'acqua dei polder, migliorando il drenaggio, dopo la costruzione delle dighe; a quel tempo i mulini olandesi erano i più grandi esistenti, e divennero e rimasero un simbolo di quel paese. I mulini olandesi, come quelli più piccoli, erano costituiti da telai in legno sui quali veniva fissata la tela in modo da formare delle vele che venivano spinte in rotazione dal vento.
Nel corso del sec. XIX entrarono in funzione migliaia di mulini a vento, sia in Europa che negli Stati Uniti, principalmente per scopi di irrigazione. Tuttavia in Europa essi vennero gradualmente sostituiti in seguito all'introduzione delle macchine a vapore che utilizzavano come combustibile il carbone, allora a buon mercato; negli Stati Uniti la sostituzione avvenne in seguito all'elettrificazione delle campagne, che ebbe luogo tra il 1930 e il 1950. Il rapido aumento dei costi energetici degli anni Settanta ha ridestato l'interesse per l'uso di macchine che sfruttino l'energia "gratuita" del vento. Negli Stati Uniti il governo ha provveduto ad aumentare rapidamente i fondi di investimento per la ricerca e lo sviluppo tecnologico nel settore dello sfruttamento dell'energia eolica, e anche molte altre nazioni si sono mosse nello stesso senso. Entro il 1981 nei soli Stati Uniti ben 30 ditte si sono rivolte alla produzione di macchine a vento. Le piccole turbine a vento disponibili commercialmente disponevano generalmente di una potenza in uscita da 2 a 10 kW; sono state tuttavia progettate unità più grosse che possano dare fino a 4 MW. Centrali a vento, delle quali è stata proposta la costruzione, costituite da più di 100 macchine, potrebbero produrre centinaia di MW di potenza elettrica.
Tipi. Benché sia stato proposto un numero enorme di dispositivi per sfruttare l'energia eolica, la maggior parte delle macchine moderne può essere collocata in una delle due seguenti categorie: macchine ad asse orizzontale e macchine ad asse verticale. All'interno di queste due classi si può avere un'ulteriore suddivisione in sistemi a portanza, che utilizzano il principio dell'ala dell'aeroplano per produrre la rotazione, e sistemi a trascinamento, che sono azionati semplicemente dall'impatto dell'aria in movimento che va a colpire le pale. Esempi di macchine ad asse orizzontale sono i classici mulini a vento olandesi e i moderni sistemi a portanza a due o tre pale, simili a grandi eliche di aeroplano. Questi dispositivi possono avere rotori del diametro di oltre 90 m, e sono equipaggiati abitualmente con un servomotore che li mantiene orientati continuamente verso il vento. La velocità dell'estremità dell'elica può essere 5 o 6 volte superiore a quella del vento e l'efficienza è elevata.
Le macchine ad asse verticale comprendono sia dispositivi a portanza, come il rotore Darrieus, che dispositivi a trascinamento, come il rotore Savonius, a forma di "S". Entrambi questi tipi hanno il vantaggio di non avere bisogno di essere orientati verso il vento. Il rotore Darrieus, inoltre, è un dispositivo molto veloce e di elevata efficienza con un costo iniziale potenzialmente basso, qualità che lo rendono altamente competitivo nei confronti delle più diffuse macchine del tipo a elica. L'inconveniente principale del Darrieus è la sua incapacità di avviarsi da solo. Il Musgrove, un altro dispositivo sperimentale ad asse verticale, è stato montato su una piattaforma nella baia di Carmarthen, nel Galles, dove soffiano venti forti e persistenti. Le sue due lunghe pale verticali possono modificare l'inclinazione in funzione della forza del vento.
Recentemente si è cominciato a studiare il rotore Magnus Effect (a effetto Magnus), un dispositivo che ha preso il nome dal fisico tedesco H.G. Magnus (1802-1870), che per primo (1853) fece esperimenti a riguardo. Quando un cilindro o una sfera in rotazione sono immersi in aria (o in acqua) in movimento si produce un vuoto di pressione dalla parte dell'oggetto che entra nel vento, mentre si ha alta pressione dal lato opposto. Questa pressione differenziale dà origine a una forza a 90° rispetto alla direzione del vento che può essere sfruttata per ottenere lavoro. Un rotore in alluminio alto 7,2 m montato al posto della vela su una barca da 12 m ha mostrato una notevole efficienza, facendo procedere la barca con la stessa potenza della vela, ma senza necessità di equipaggio. In assenza di vento il dispositivo è fatto girare da un motore. Altre possibili applicazioni dei rotori Magnus sono l'uso come stabilizzatori per imbarcazioni e al posto delle turbine idroelettriche.
La turbovela è un cilindro fisso in alluminio sormontato da una ventola che facilita il flusso dell'aria sulla vela. Due turbovele montate sull'Alcyone di Jacques Cousteau hanno dimostrato di poter fornire un'energia doppia di quella di vele convenzionali con la stessa superficie utile.
Prospettive. L'elettricità prodotta per mezzo dell'energia eolica è leggermente più costosa di quella ottenuta con i sistemi tradizionali, ma questa situazione è destinata a cambiare perché si stanno sviluppando dispositivi ad alte rese. In futuro l'energia potrà essere sfruttata attraverso numerosi piccoli impianti per uso singolo, ma al momento la sperimentazione è rivolta soprattutto ai progetti su vasta scala. Negli Stati Uniti, ad esempio, è stata finanziata dal governo la realizzazione del MOD-2, un gruppo di macchine con 91 eliche, alto come un edificio di 25 piani e capace di erogare fino a 2,5 MW di potenza. Questi sistemi giganteschi hanno tuttavia presentato vari problemi, sia di tipo strutturale che legati alla complessità dei dispositivi di gestione. Le macchine più piccole disposte in fila per uso agricolo hanno avuto maggior successo, benché siano rumorose e disturbino le trasmissioni radiofoniche e televisive. Se si potranno superare questi inconvenienti, o se i rotori Darreius e Magnus si dimostreranno efficienti come i loro prototipi, l'energia eolica potrà coprire una buona percentuale del fabbisogno energetico.
Lo sviluppo più promettente è venuto dal perfezionamento delle eliche a rotazione variabile controllate dal computer, Per generare corrente alternata con una frequenza di 60 cicli al secondo, le nuove generazioni di mulini girano a una sola velocità. Se i venti sono troppo deboli per far girare le eliche a una velocità sufficiente o così forti da farle girare troppo rapidamente, non viene generata energia e i mulini tradizionali rischiano di essere danneggiati se continuano a funzionare in giorni molto ventosi. Con il nuovo sistema, invece, le eliche girano qualunque sia la velocità con cui i venti le muovono, e vengono attivati i circuiti elettronici di controllo per permettere alle turbine di generare energia con una frequenza costante, anche con venti di velocità bassa o variabile.
Il costo dell'elettricità generata dalle centrali eoliche è drasticamente caduto alla metà degli anni Novanta, giungendo a meno della metà di quella prodotta con sistemi convenzionali. I programmi per l'energia eolica dell'Italia, che ha appena attivato una centrale di questo tipo in Abruzzo, prevedono investimenti per 1500 miliardi così da raggiungere una potenza totale di 700 megawatt entro il 2000. Per quanto riguarda l'Unione europea gli impianti già in funzione forniscono una potenza di 2500 megawatt, 1000 dei quali sono da attribuire alla Germania. Negli Stati Uniti la potenza istallata attuale è di 1654 megawatt.

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