Fisica tecnica - parte 2

Energia eolica (13)

L'energia eolica nasce dalle differenze di pressione atmosferica causate dal riscaldamento non uniforme delle masse d'aria nell'atmosfera terrestre. Circa il 2% dell'energia solare che raggiunge la Terra si trasforma in energia eolica. Si creano zone di alta e bassa pressione e lo "scontro" di queste crea il vento.

La direzione seguita dal vento dovrebbe essere quindi quella del gradiente ma questa regola non viene rispettata a causa di due fattori:

• La forza di Coriolis dovuta alla rotazione terrestre.
• L'attrito con il suolo.

Le masse d'aria in movimento variano continuamente in direzione e temporaneamente, si suddividono in:

• Regolari costanti.
• Prevalenti.
• Regolari periodici.
• Irregolari.

Il vento è stato sfruttato dall'uomo per produrre lavoro già dai primi tempi della civiltà. Solo più tardi l'Olanda ne fece un uso massiccio per la bonifica dei polder. Nel 1854 nacque il cosiddetto mulino americano che venne utilizzato per la prima volta anche per produrre energia elettrica.

Occorre preventivamente definire la risorsa eolica, la descrizione e la quantificazione della risorsa di un sito viene definita statistica eolica. Ai fini dello sfruttamento energetico, le caratteristiche più importanti da conoscere sono:

• Distribuzione della frequenza della velocità media e della direzione del vento.
• Le variazioni diurne e notturne.
• La variazione della velocità del vento con l'altezza dal suolo.
• L'entità delle raffiche e i valori massimi della velocità del vento.

Energia eolica

L'energia eolica nasce dalle differenze di pressione atmosferica causate dal riscaldamento non uniforme delle masse d'aria nell'atmosfera terrestre. Circa il 2% dell'energia solare che raggiunge la Terra si trasforma in energia eolica. Si creano zone di alta e bassa pressione e lo "scontro" di queste crea il vento.

La direzione seguita dal vento dovrebbe essere quindi quella del gradiente ma questa regola non viene rispettata a causa di due fattori:

• La forza di Coriolis dovuta alla rotazione terrestre.
• L'attrito con il suolo.

Le masse d'aria in movimento variano continuamente in direzione e temporaneamente, si suddividono in:

• Regolari costanti.
• Prevalenti.
• Regolari periodici.
• Irregolari.

Il vento è stato sfruttato dall'uomo per produrre lavoro già dai primi tempi della civiltà. Solo più tardi l'Olanda ne fece un uso massiccio per la bonifica dei polder. Nel 1854 nacque il cosiddetto mulino americano che venne utilizzato per la prima volta anche per produrre energia elettrica.

Occorre preventivamente definire la risorsa eolica. La descrizione e la quantificazione della risorsa di un sito viene definita sitologia eolica. Ai fini dello sfruttamento energetico, le caratteristiche più importanti da conoscere sono:

• Distribuzione della frequenza della velocità media e della direzione del vento.
• Le variazioni diurne e notturne.
• La variazione della velocità del vento con l'altezza dal suolo.
• L'entità delle raffiche e i valori massimi della velocità del vento.

Velocità massima.

Fattori importanti sono orografica e attriti che causano rispettivamente deviazioni locali della velocità e dissipano parte dell'energia cinetica del vento. Si può fare un'analisi sperimentale dalla quale si ricava il numero di ore all'anno durante il quale la velocità del vento ha assunto un certo valore. Infine abbiamo la quantificazione anemologica del sito che ci permette la quantificazione spaziale e temporale della risorsa.

Tecnologia eolica (14)

Partiamo dando due definizioni fondamentali: quella di aeromotore, macchina destinata alla trasformazione dell'energia cinetica posseduta dalla massa d'aria in movimento in energia meccanica sfruttabile, e quella di aerogeneratore, macchina costituita da un aeromotore accoppiato ad un generatore elettrico, per la conversione dell'energia.

Le macchine eoliche in funzione della direzione del vento sono macchine ad asse verticale, macchine ad asse orizzontale posto ortogonalmente al vento o in parallelo alla direzione del vento.

Quelle ad asse verticale sono tra le più semplici da costruirsi, hanno rendimenti limitati, sono lente. Per le macchine eoliche ad asse orizzontale ci sono quelle con aeromotori ad elica piena ed ad elica leggera, sono migliori le seconde in quanto occupano un percentuale di superficie minima ed hanno elevate velocità di rotazione.

Si utilizzano dei dispositivi di regolazione, attivi o passivi. L'elemento principale delle macchine eoliche è il rotore e la maggior parte degli aerogeneratori hanno rotori leggeri di tipo tripala o bipala o monopala, con questo rotore la velocità di rotazione è relativamente alta. Un altro elemento è la navicella che contiene una serie di dispositivi necessari al funzionamento della macchina eolica.