di  -  lunedì 14 dicembre 2009

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):

f8_minieolico

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.

13 Commenti »

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  • # 1
    manublade
     scrive: 

    Ciao, per avere un quadro completo potresti fare un breve sunto di come le turbine si collegano poi alla RTN.

  • # 2
    Simone (Autore del post)
     scrive: 

    @ manublade

    Cercherò di parlarne nell’ultimo post sull’eolico, dopo avere esposto anche le turbine ad asse verticale… grazie del suggerimento!

  • # 3
    giacomo
     scrive: 

    E ma… fin da ragazzo mi chiedo “ma perchè solo 3 pale (sottilissime tralaltro)?” Tutto il vento che passa tra le pale non va perso? Spiegalo se puoi come lo spiegheresti a tua nonna… grazie

  • # 4
    Simone (Autore del post)
     scrive: 

    @ Giacomo

    Le 3 pale sono il migliore compromesso… ci sono problemi legati alla velocità, e la soluzione tripala consente basse velocità di rotazione unita ad un’ottima estrazione dell’energia dalla corrente ventosa, problemi legati all’impatto visivo (3 pale sono una cosa… 30 un’altra), scadimento del rendimento nel caso di pale con profili lunghi per attriti tra fluido e pala, oltre che problemi legati alle maggiori masse rotanti (se ingrandisci le pale aumenti il loro peso… e le masse rotanti sono problematiche), maggiori costi costruttivi non giustificati da un’aumento della produzione di energia

  • # 5
    paolov
     scrive: 

    mi piacerebbe leggere uno Sua opinione sul generatore descritto nella animazione visualizzata sul sito “http://news.cnet.com/8301-11128_3-9945005-54.html”.
    Ringrazio anticipatamente.

  • # 6
    Simone (Autore del post)
     scrive: 

    @ paolov

    Penso che scriverò un post apposito sulle soluzioni “esotiche”… La ringrazio del suggerimento…

  • # 7
    goldenboy
     scrive: 

    @ paolov/Simone

    http://www.technologyreview.com/energy/21737/?a=f

    Ci arrivai tempo fa perchè l’ animazione e lo studio dei fluidi sono stati realizzati con Blender! :D

  • # 8
    n0v0
     scrive: 

    x Simone Serra

    Bell’ articolo! E di questo che mi dici?
    http://nbtimes.it/prime/3945/un-variatore-per-leolico.html

  • # 9
    Marco
     scrive: 

    Questa rubrica mi piace proprio. Quando si parlerà di generatori ad asse verticale mi piacerebbe leggere un cofronto fra prestazioni e vantaggi dei due metodi nel campo della microgenerazione (domestica per intenderci).

  • # 10
    Simone (Autore del post)
     scrive: 

    @ Tutti
    Grazie dell’apprezzamento… spero facciate pubblicità della rubrica :-D

    Cercherò di occuparmi dei temi che mi suggerite con i vostri commenti… la rubrica prima che mia è soprattutto vostra, dei lettori… quindi i vostri contributi, le vostre critiche ed i vostri suggerimenti possono solamente contribuire a migliorare ulteriormente il livello dei contributi… a proposito di ciò alcuni post fa ho voluto fare proprio il punto della rubrica, e lo rifarò a breve per raccogliere i vostri contributi e per comprendere come indirizzarne il suo sviluppo… quindi vi invito tutti ad esprimere sempre il vostro parere… ovviamente (ma finora non mi posso lamentare) in maniera sempre civile… e ricordate che anche i vecchi post non rappresentano qualcosa “ormai del passato” che non verrebbe letto, bensì qualcosa che può venire riaperto alla discussione e creare nuovi spunti per tutti…

  • # 11
    manublade
     scrive: 

    @Marco.
    Nel minieolico, le turbine ad asse verticale sono quelle che possono offrire i migliori risultati, anche visto il minor ingomro ed i minori problemi di posizionamente.

    Nei grandi parchi esiste solo l’orizzontale, basta vedere i più grandi marchi del settore (Vestas, Gamesa, Repower solo per citarne tre).

    Saluti.

  • # 12
    carlo
     scrive: 

    Salve , avrei una domanda da fare , lo studio mediante un anemometro avrà un valore su un raggio d’azione “x”……Quant’è questa “x”???????????????????????????????????

  • # 13
    Simone (Autore del post)
     scrive: 

    @ carlo
    Difficile fare stime precise, perché è importante conoscere come i venti si comportano nella zona in questione, pertanto dati storici aiutano a fare delle valutazioni… ovviamente affidarsi semplicemente ad un anemometro facendo una misura puntuale non fornisce dati attendibili… è ovviamente una semplificazione quella riportata nel post

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