Applicazione-utilizzazione di energie integrative rinnovabili nell'ambito delle attività civili e quindi domestiche.
Anche il Sole si trasformerà velocemente a seguito dell’esaurimento del combustibile atomico con conseguente contrazione, raggiungendo all’incirca le dimensioni attuali del nostro pianeta con una densità spaventosa e nascerà quella che gli astronomi chiamano una “Nana Bianca”.
Lasciando però da parte queste visioni apocalittiche e pensando a noi e a tutto il periodo lunghissimo, ancora qualche miliardo d’anni, in cui il sole brillerà immutato, sorgendo ogni giorno a Est e tramontando romanticamente ogni sera a Ovest, continuerà a dotare la Terra di:
- Luce
- Calore
- Energia pulita.
La tecnologia per l'utilizzo termico dell'energia solare ha raggiunto maturità ed affidabilità tali da farla rientrare tra i modi più razionali e puliti per scaldare l'acqua o l'aria nell'utilizzo domestico e produttivo. La radiazione solare, nonostante la sua scarsa densità (che raggiunge 1kW/m² solo nelle giornate di cielo sereno), resta la fonte energetica più abbondante e pulita sulla superficie terrestre.
Solare Termico
Il rendimento dei pannelli solari è aumentato di un buon 30 % nell'ultimo decennio, rendendo varie applicazioni nell'edilizia, nel terziario e nell'agricoltura commercialmente competitive.
L'applicazione più comune è il collettore solare termico utilizzato per scaldare acqua sanitaria. Un metro quadrato di collettore solare può scaldare a 45÷60 °C tra i 40 ed i 300 litri d'acqua in un giorno a secondo dell'efficienza che varia con le condizioni climatiche e con la tipologia di collettore tra 30 % e 80%.Le tecnologie per utilizzare l'energia solare per produrre calore sono di tre tipi: a bassa, media ed alta temperatura.Le applicazioni più comuni sono relative ad impianti per acqua calda sanitaria, riscaldamento degli ambienti e piscine; sono in aumento casi di utilizzo nell' industria, nell'agricoltura e per la refrigerazione solare.
I collettori solari ad aria calda si differenziano da quelli ad acqua per il fatto che in essi il fluido termovettore è costituito da aria. I campi d'applicazione per tali impianti sono tipicamente quelli di riscaldamento dell'aria per la climatizzazione ambientale e, in campo industriale, per i processi d'essiccazione di prodotti alimentari.I collettori solari per piscina possono fornire fino al 100% delle necessità termiche delle piscine. Sono inoltre i più semplici da installare della categoria. La combinazione di un sistema di riscaldamento solare e l'utilizzo di una copertura notturna può accrescere sensibilmente la lunghezza della stagione balneare con un incremento dei costi gestionali molto contenuto.
Le tipologie di collettori solari termici variano molto in termini di costo e di prestazioni. Per di più, essendo l'energia solare una fonte aleatoria sulla superficie terrestre, i collettori solari termici vanno realisticamente considerati integrativi rispetto alle tecnologie tradizionali; essi vanno quindi considerati capaci di fornire direttamente solo parte dell'energia necessaria all'utenza, energia che altrimenti dovrebbe essere prodotta dalla caldaia tradizionale. La percentuale di energia termica prodotta annualmente da un collettore solare termico prende il nome di fattore di copertura del fabbisogno termico annuo. A Roma, per un sistema che ottimizzi il rapporto costi/energia prodotta, questo fattore non supera il 65%.
Questo limite è comune a moltissime tecnologie basate su fonti rinnovabili, il più delle volte caratterizzate da disponibilità aleatoria o periodica. A causa di ciò, con il crescere delle dimensioni dell'impianto, cresce il fattore di copertura del carico termico, ma la relazione tra il costo dell'energia e l'energia prodotta resta lineare fino al 55%÷60%. Superato questo valore, il costo continua ad aumentare linearmente con le dimensioni dell'impianto, mentre l'energia prodotta aumenta meno rapidamente, il che si traduce in un maggiore costo dell'unità di superficie di collettore. E' per questo motivo che un collettore solare termico per la produzione di acqua calda sanitaria dimensionato correttamente viene progettato per soddisfare il 60÷65% del fabbisogno termico.
In ambito urbano l'acqua calda sanitaria è per la maggior parte dei casi prodotta con scaldabagni elettrici o caldaie a gas. La produzione di acqua calda sanitaria, con l'uso di energia elettrica dissipata dalla resistenza presente nello scaldabagno, risulta un processo costoso dai punti di vista energetico, ambientale ed economico, se confrontato con la produzione di acqua calda con caldaie a gas. L'introduzione aggiuntiva di un collettore solare termico, che sostituisca parte della produzione di calore, comporta benefici ancora maggiori.
Di seguito vengono analizzati brevemente gli effetti energetici, economici ed ambientali che l'introduzione di tre diverse tipologie di impianti per il riscaldamento per acqua sanitaria possono conseguire, in relazione all'introduzione di un sistema solare termico attivo, in particolare si analizzeranno le seguenti possibili soluzioni:
1. sostituzione dello scaldabagno elettrico con un sistema integrato solare/gas
2. integrazione del sistema gas preesistente con impianto solare
3. integrazione del sistema elettrico con impianto solare (per impossibilità di sostituzione con sistema gas).
Il primo caso interessa molte utenze domestiche e pubbliche, di piccola taglia, che non hanno ancora affrontato la questione e, di conseguenza, potrebbero essere incentivate, in analogia con i provvedimenti sulle rottamazioni, ad una sostituzione dello scaldabagno elettrico. Nel secondo caso l'integrazione del sistema gas preesistente con impianto solare, prevede un costo di integrazione ridotto al minimo; si tratta di fatto di utenze che hanno già scelto il gas e potrebbero, con sistemi solari termici, risparmiare il 60 % annuo di gas combusto. Il terzo caso è relativo a realtà in cui il sistema di riscaldamento non può che essere elettrico, per ragioni urbanistiche o per la particolarità dell'utente; per esempio campi nomadi o altre strutture di accoglienza. Per le tre soluzioni impiantistiche verrà eseguito, a scopo indicativo, un bilancio energetico ed ambientale (in termini di emissioni di CO² evitate).
Si osserva allora che, nel passaggio dalla soluzione con scaldabagno elettrico a quella con caldaia a gas integrata da collettori solari, il consumo energetico pro-capite passa da 4,93 a 0,87 kWh. E' il caso più interessante, dunque, che porta ad Vantaggi ambientali una riduzione dell'82% del consumo energetico, a parità di servizio reso.Nel confronto tra il sistema basato sull'integrazione di collettore solare con una caldaia a gas e la caldaia stessa, si nota come il consumo passi da 2,18 kWh, per il caso della sola caldaia, a 0,87 kWh, per il sistema integrato. Nel passaggio dal solo scaldabagno elettrico ad uno scaldabagno integrato da collettori solari, il consumo energetico scende da 4,93 a 1,97 kWh.
Costi
Lasciando però da parte queste visioni apocalittiche e pensando a noi e a tutto il periodo lunghissimo, ancora qualche miliardo d’anni, in cui il sole brillerà immutato, sorgendo ogni giorno a Est e tramontando romanticamente ogni sera a Ovest, continuerà a dotare la Terra di:
- Luce
- Calore
- Energia pulita.
La tecnologia per l'utilizzo termico dell'energia solare ha raggiunto maturità ed affidabilità tali da farla rientrare tra i modi più razionali e puliti per scaldare l'acqua o l'aria nell'utilizzo domestico e produttivo. La radiazione solare, nonostante la sua scarsa densità (che raggiunge 1kW/m² solo nelle giornate di cielo sereno), resta la fonte energetica più abbondante e pulita sulla superficie terrestre.
Solare Termico
Il rendimento dei pannelli solari è aumentato di un buon 30 % nell'ultimo decennio, rendendo varie applicazioni nell'edilizia, nel terziario e nell'agricoltura commercialmente competitive.
L'applicazione più comune è il collettore solare termico utilizzato per scaldare acqua sanitaria. Un metro quadrato di collettore solare può scaldare a 45÷60 °C tra i 40 ed i 300 litri d'acqua in un giorno a secondo dell'efficienza che varia con le condizioni climatiche e con la tipologia di collettore tra 30 % e 80%.Le tecnologie per utilizzare l'energia solare per produrre calore sono di tre tipi: a bassa, media ed alta temperatura.Le applicazioni più comuni sono relative ad impianti per acqua calda sanitaria, riscaldamento degli ambienti e piscine; sono in aumento casi di utilizzo nell' industria, nell'agricoltura e per la refrigerazione solare.
I collettori solari ad aria calda si differenziano da quelli ad acqua per il fatto che in essi il fluido termovettore è costituito da aria. I campi d'applicazione per tali impianti sono tipicamente quelli di riscaldamento dell'aria per la climatizzazione ambientale e, in campo industriale, per i processi d'essiccazione di prodotti alimentari.I collettori solari per piscina possono fornire fino al 100% delle necessità termiche delle piscine. Sono inoltre i più semplici da installare della categoria. La combinazione di un sistema di riscaldamento solare e l'utilizzo di una copertura notturna può accrescere sensibilmente la lunghezza della stagione balneare con un incremento dei costi gestionali molto contenuto.
Le tipologie di collettori solari termici variano molto in termini di costo e di prestazioni. Per di più, essendo l'energia solare una fonte aleatoria sulla superficie terrestre, i collettori solari termici vanno realisticamente considerati integrativi rispetto alle tecnologie tradizionali; essi vanno quindi considerati capaci di fornire direttamente solo parte dell'energia necessaria all'utenza, energia che altrimenti dovrebbe essere prodotta dalla caldaia tradizionale. La percentuale di energia termica prodotta annualmente da un collettore solare termico prende il nome di fattore di copertura del fabbisogno termico annuo. A Roma, per un sistema che ottimizzi il rapporto costi/energia prodotta, questo fattore non supera il 65%.
Questo limite è comune a moltissime tecnologie basate su fonti rinnovabili, il più delle volte caratterizzate da disponibilità aleatoria o periodica. A causa di ciò, con il crescere delle dimensioni dell'impianto, cresce il fattore di copertura del carico termico, ma la relazione tra il costo dell'energia e l'energia prodotta resta lineare fino al 55%÷60%. Superato questo valore, il costo continua ad aumentare linearmente con le dimensioni dell'impianto, mentre l'energia prodotta aumenta meno rapidamente, il che si traduce in un maggiore costo dell'unità di superficie di collettore. E' per questo motivo che un collettore solare termico per la produzione di acqua calda sanitaria dimensionato correttamente viene progettato per soddisfare il 60÷65% del fabbisogno termico.
In ambito urbano l'acqua calda sanitaria è per la maggior parte dei casi prodotta con scaldabagni elettrici o caldaie a gas. La produzione di acqua calda sanitaria, con l'uso di energia elettrica dissipata dalla resistenza presente nello scaldabagno, risulta un processo costoso dai punti di vista energetico, ambientale ed economico, se confrontato con la produzione di acqua calda con caldaie a gas. L'introduzione aggiuntiva di un collettore solare termico, che sostituisca parte della produzione di calore, comporta benefici ancora maggiori.
Di seguito vengono analizzati brevemente gli effetti energetici, economici ed ambientali che l'introduzione di tre diverse tipologie di impianti per il riscaldamento per acqua sanitaria possono conseguire, in relazione all'introduzione di un sistema solare termico attivo, in particolare si analizzeranno le seguenti possibili soluzioni:
1. sostituzione dello scaldabagno elettrico con un sistema integrato solare/gas
2. integrazione del sistema gas preesistente con impianto solare
3. integrazione del sistema elettrico con impianto solare (per impossibilità di sostituzione con sistema gas).
Il primo caso interessa molte utenze domestiche e pubbliche, di piccola taglia, che non hanno ancora affrontato la questione e, di conseguenza, potrebbero essere incentivate, in analogia con i provvedimenti sulle rottamazioni, ad una sostituzione dello scaldabagno elettrico. Nel secondo caso l'integrazione del sistema gas preesistente con impianto solare, prevede un costo di integrazione ridotto al minimo; si tratta di fatto di utenze che hanno già scelto il gas e potrebbero, con sistemi solari termici, risparmiare il 60 % annuo di gas combusto. Il terzo caso è relativo a realtà in cui il sistema di riscaldamento non può che essere elettrico, per ragioni urbanistiche o per la particolarità dell'utente; per esempio campi nomadi o altre strutture di accoglienza. Per le tre soluzioni impiantistiche verrà eseguito, a scopo indicativo, un bilancio energetico ed ambientale (in termini di emissioni di CO² evitate).
Si osserva allora che, nel passaggio dalla soluzione con scaldabagno elettrico a quella con caldaia a gas integrata da collettori solari, il consumo energetico pro-capite passa da 4,93 a 0,87 kWh. E' il caso più interessante, dunque, che porta ad Vantaggi ambientali una riduzione dell'82% del consumo energetico, a parità di servizio reso.Nel confronto tra il sistema basato sull'integrazione di collettore solare con una caldaia a gas e la caldaia stessa, si nota come il consumo passi da 2,18 kWh, per il caso della sola caldaia, a 0,87 kWh, per il sistema integrato. Nel passaggio dal solo scaldabagno elettrico ad uno scaldabagno integrato da collettori solari, il consumo energetico scende da 4,93 a 1,97 kWh.
Costi
Nel caso dei collettori solari il costo al metro quadro è, in realtà poco indicativo, poiché il vero costo deve essere correlato alla quantità di acqua calda prodotta in un anno. Una famiglia di 4 persone che consuma 50÷60 litri di acqua calda a persona ogni giorno, per un totale di 80÷100 mila litri annui spende circa 500,00 Euro per riscaldare l'acqua con energia elettrica e 380,00 Euro se la scalda con caldaia a metano. Se l'impianto solare integra la caldaia per un 60÷70% il risparmio annuo oscilla tra 250,00 e 350,00 Euro ed in 5 anni si ammortizza una spesa di 1300,00-1800,00 Euro Le agevolazioni statali consentono, inoltre, di detrarre dalle tasse parte delle spese di acquisto e di installazione.
Vantaggi ambientali
Vantaggi ambientali
Con uno scaldabagno per la sola acqua calda sanitaria, una famiglia immette quotidianamente nell'ambiente una media procapite di 1,125 kgCO²/giorno.
Nel caso di una caldaia a metano, una media procapite di 0,435 kgCO²/ giorno.
Nel caso di impianti ibridi solare /gas, ossia impianti solari posti ad integrazione della caldaia a gas, la stessa famiglia produrrà una media procapite di 0,174 kgCO²/ giorno.
FotovoltaicoIl funzionamento dei dispositivi fotovoltaici si basa sulla capacità di alcuni materiali semiconduttori, opportunamente trattati, di convertire l’energia della radiazione solare in energia elettrica in corrente continua senza bisogno di parti meccaniche in movimento. Il materiale semiconduttore quasi universalmente impiegato oggi a tale scopo è il silicio. Il componente base di un impianto FV è la cella fotovoltaica, che è in grado di produrre circa 1,5 Watt di potenza in condizioni standard, vale a dire quando essa si trova ad una temperatura di 25 °C ed è sottoposta ad una potenza della radiazione pari a 1000 W/m².
La potenza in uscita da un dispositivo FV quando esso lavora in condizioni standard prende il nome di potenza di picco (Wp) ed è un valore che viene usato come riferimento. L’output elettrico reale in esercizio è in realtà minore del valore di picco a causa delle temperature più elevate e dei valori più bassi della radiazione. Più celle assemblate e collegate tra di loro in una unica struttura formano il modulo fotovoltaico.
Il modulo FV tradizionale è costituito dal collegamento in serie di 36 celle, per ottenere una potenza in uscita pari a circa 50 Watt, ma oggi, soprattutto per esigenza architettoniche, i produttori mettono sul mercato moduli costituiti da un numero di celle molto più alto e di conseguenza di più elevata potenza, anche fino a 200 Watt per ogni singolo modulo.
A seconda della tensione necessaria all’alimentazione delle utenze elettriche, più moduli possono poi essere collegati in serie in una “stringa”. La potenza elettrica richiesta determina poi il numero di stringhe da collegare in parallelo per realizzare finalmente un generatore fotovoltaico.
Il trasferimento dell'energia dal sistema fotovoltaico all'utenza avviene attraverso ulteriori dispositivi, necessari per trasformare ed adattare la corrente continua prodotta dai moduli alle esigenze dell'utenza finale. Il complesso di tali dispositivi prende il nome di BOS (Balance of System). Un componente essenziale del BOS, se le utenze devono essere alimentate in corrente alternata, è l’inverter, dispositivo che converte la corrente continua in uscita dal generatore FV in corrente alternata.
Data la loro modularità, i sistemi fotovoltaici presentano una estrema flessibilità di impiego. La principale classificazione dei sistemi fotovoltaici divide i sistemi in base alla loro configurazione elettrica rispettivamente in:
sistemi autonomi ("stand alone")
sistemi connessi alla rete elettrica ("grid connected") I sistemi connessi alla rete elettrica si dividono a loro volta in:
Centrali fotovoltaiche
Sistemi integrati negli edifici
CostiIl prezzo del kWp installato, prossimo agli 8000,00 Euro, è ancora tale da rendere questa tecnologia non competitiva dal punto di vista economico con altri sistemi energetici, se non in particolari nicchie di mercato o in presenza di meccanismi di incentivazione.
Vantaggi ambientali
Per produrre un chilowattora elettrico vengono bruciati mediamente l'equivalente di 2,56 kWh sotto forma di combustibili fossili e di conseguenza emessi nell'aria circa 0,53 kg di anidride carbonica (fattore di emissione del mix elettrico italiano alla distribuzione). Si può dire quindi che ogni kWh prodotto dal sistema fotovoltaico evita l'emissione di 0,53 kg di anidride carbonica.
EolicoLe macchine eoliche sono classificabili in diversa maniera e cioè in funzione della tipologia di energia sfruttata, della posizione dell'asse di rotazione, della taglia di potenza, del numero di pale etc.Abbiamo così:
I. in funzione dell'energia sfruttata
II. in funzione della posizione dell'asse di rotazione
III. in funzione della taglia di potenza
IV. in funzione della velocità del rotore
V. in funzione del numero di pale
VI. in funzione della regolazione
Altre variabili utili alla classificazione riguardano per esempio la tipologia della torre (metallica tubolare o a traliccio, in cemento) ed il tipo di progetto delle macchine soft o hard in funzione della rigidezza del rotore, ma riguardano in genere le macchine ad asse orizzontale. Esiste oggi una ulteriore classificazione in macchine a velocità variabile o a velocità fissa ed, inoltre, in funzione del tipo di generatore elettrico:In questa ultima ripartizione esistono macchine che posseggono due generatori e macchine con generatori a numero di coppie polari variabili.Ancora, esistono macchine dotate di inverter e macchine che ne sono prive.Dal punto di vista della linea d'assi: con o senza moltiplicatore del numero di giri.
La bassa densità energetica, dell'energia eolica per unità di area della superficie di territorio, comporta la necessità di procedere alla installazione di più macchine per lo sfruttamento della risorsa disponibile. Questo ovviamente non costituisce una preclusione agli impianti con macchina singola.L'esempio più tipico di impianto eolico è costituito dalla wind farm (cluster di più aerogeneratori disposti variamente sul territorio, ma collegati ad una unica linea che li raccorda alla rete locale o nazionale).La concezione della wind farm è legata allo sfruttamento della risorsa eolica e deve commisurarsi ad alcuni concetti base: risorsa accessibile, tecnicamente ed economicamente sfruttabile.Ma soprattutto deve strutturarsi sulla base delle esigenze dell'utenza cui si riferisce. Gli impianti possono essere sostanzialmente delle tipologie che seguono:
A. Isolati
B. In Cluster (in genere collegati alla rete di potenza o ad una rete locale con sistemi diesel);
C. Combinati o Integrati
Gli impianti eolici di potenza sono sostanzialmente costituiti dalle wind farm con cluster più o meno densamente popolato.Dall'esame di diversi esempi di parchi eolici, diversi per disposizione delle macchine e per densità di popolazione del cluster delle stesse, risulta un gran numero di tipologie possibili che, tuttavia possono raggrupparsi in un insieme discreto di cui quelle che seguono sono le principali componenti:
A. disposizione su reticolo quadrato o romboidale;
B. disposizione su una unica fila;
C. disposizione su file parallele;
D. disposizione su file incrociate (croce di S. Andrea);
E. disposizione risultante dalla combinazione e sovrapposizione delle precedenti tipologie;
F. apparentemente casuale;
la prima tipologia è caratteristica delle installazioni più vecchie (specie in USA), mentre l'ultima è caratterizzata da disposizioni in pianta secondo linee e figure molto articolate e si presta alle installazioni in ambiente "complex terrain" (cioè con orografia complessa).
Nel caso di una caldaia a metano, una media procapite di 0,435 kgCO²/ giorno.
Nel caso di impianti ibridi solare /gas, ossia impianti solari posti ad integrazione della caldaia a gas, la stessa famiglia produrrà una media procapite di 0,174 kgCO²/ giorno.
FotovoltaicoIl funzionamento dei dispositivi fotovoltaici si basa sulla capacità di alcuni materiali semiconduttori, opportunamente trattati, di convertire l’energia della radiazione solare in energia elettrica in corrente continua senza bisogno di parti meccaniche in movimento. Il materiale semiconduttore quasi universalmente impiegato oggi a tale scopo è il silicio. Il componente base di un impianto FV è la cella fotovoltaica, che è in grado di produrre circa 1,5 Watt di potenza in condizioni standard, vale a dire quando essa si trova ad una temperatura di 25 °C ed è sottoposta ad una potenza della radiazione pari a 1000 W/m².
La potenza in uscita da un dispositivo FV quando esso lavora in condizioni standard prende il nome di potenza di picco (Wp) ed è un valore che viene usato come riferimento. L’output elettrico reale in esercizio è in realtà minore del valore di picco a causa delle temperature più elevate e dei valori più bassi della radiazione. Più celle assemblate e collegate tra di loro in una unica struttura formano il modulo fotovoltaico.
Il modulo FV tradizionale è costituito dal collegamento in serie di 36 celle, per ottenere una potenza in uscita pari a circa 50 Watt, ma oggi, soprattutto per esigenza architettoniche, i produttori mettono sul mercato moduli costituiti da un numero di celle molto più alto e di conseguenza di più elevata potenza, anche fino a 200 Watt per ogni singolo modulo.
A seconda della tensione necessaria all’alimentazione delle utenze elettriche, più moduli possono poi essere collegati in serie in una “stringa”. La potenza elettrica richiesta determina poi il numero di stringhe da collegare in parallelo per realizzare finalmente un generatore fotovoltaico.
Il trasferimento dell'energia dal sistema fotovoltaico all'utenza avviene attraverso ulteriori dispositivi, necessari per trasformare ed adattare la corrente continua prodotta dai moduli alle esigenze dell'utenza finale. Il complesso di tali dispositivi prende il nome di BOS (Balance of System). Un componente essenziale del BOS, se le utenze devono essere alimentate in corrente alternata, è l’inverter, dispositivo che converte la corrente continua in uscita dal generatore FV in corrente alternata.
Data la loro modularità, i sistemi fotovoltaici presentano una estrema flessibilità di impiego. La principale classificazione dei sistemi fotovoltaici divide i sistemi in base alla loro configurazione elettrica rispettivamente in:
sistemi autonomi ("stand alone")
sistemi connessi alla rete elettrica ("grid connected") I sistemi connessi alla rete elettrica si dividono a loro volta in:
Centrali fotovoltaiche
Sistemi integrati negli edifici
CostiIl prezzo del kWp installato, prossimo agli 8000,00 Euro, è ancora tale da rendere questa tecnologia non competitiva dal punto di vista economico con altri sistemi energetici, se non in particolari nicchie di mercato o in presenza di meccanismi di incentivazione.
Vantaggi ambientali
Per produrre un chilowattora elettrico vengono bruciati mediamente l'equivalente di 2,56 kWh sotto forma di combustibili fossili e di conseguenza emessi nell'aria circa 0,53 kg di anidride carbonica (fattore di emissione del mix elettrico italiano alla distribuzione). Si può dire quindi che ogni kWh prodotto dal sistema fotovoltaico evita l'emissione di 0,53 kg di anidride carbonica.
EolicoLe macchine eoliche sono classificabili in diversa maniera e cioè in funzione della tipologia di energia sfruttata, della posizione dell'asse di rotazione, della taglia di potenza, del numero di pale etc.Abbiamo così:
I. in funzione dell'energia sfruttata
II. in funzione della posizione dell'asse di rotazione
III. in funzione della taglia di potenza
IV. in funzione della velocità del rotore
V. in funzione del numero di pale
VI. in funzione della regolazione
Altre variabili utili alla classificazione riguardano per esempio la tipologia della torre (metallica tubolare o a traliccio, in cemento) ed il tipo di progetto delle macchine soft o hard in funzione della rigidezza del rotore, ma riguardano in genere le macchine ad asse orizzontale. Esiste oggi una ulteriore classificazione in macchine a velocità variabile o a velocità fissa ed, inoltre, in funzione del tipo di generatore elettrico:In questa ultima ripartizione esistono macchine che posseggono due generatori e macchine con generatori a numero di coppie polari variabili.Ancora, esistono macchine dotate di inverter e macchine che ne sono prive.Dal punto di vista della linea d'assi: con o senza moltiplicatore del numero di giri.
La bassa densità energetica, dell'energia eolica per unità di area della superficie di territorio, comporta la necessità di procedere alla installazione di più macchine per lo sfruttamento della risorsa disponibile. Questo ovviamente non costituisce una preclusione agli impianti con macchina singola.L'esempio più tipico di impianto eolico è costituito dalla wind farm (cluster di più aerogeneratori disposti variamente sul territorio, ma collegati ad una unica linea che li raccorda alla rete locale o nazionale).La concezione della wind farm è legata allo sfruttamento della risorsa eolica e deve commisurarsi ad alcuni concetti base: risorsa accessibile, tecnicamente ed economicamente sfruttabile.Ma soprattutto deve strutturarsi sulla base delle esigenze dell'utenza cui si riferisce. Gli impianti possono essere sostanzialmente delle tipologie che seguono:
A. Isolati
B. In Cluster (in genere collegati alla rete di potenza o ad una rete locale con sistemi diesel);
C. Combinati o Integrati
Gli impianti eolici di potenza sono sostanzialmente costituiti dalle wind farm con cluster più o meno densamente popolato.Dall'esame di diversi esempi di parchi eolici, diversi per disposizione delle macchine e per densità di popolazione del cluster delle stesse, risulta un gran numero di tipologie possibili che, tuttavia possono raggrupparsi in un insieme discreto di cui quelle che seguono sono le principali componenti:
A. disposizione su reticolo quadrato o romboidale;
B. disposizione su una unica fila;
C. disposizione su file parallele;
D. disposizione su file incrociate (croce di S. Andrea);
E. disposizione risultante dalla combinazione e sovrapposizione delle precedenti tipologie;
F. apparentemente casuale;
la prima tipologia è caratteristica delle installazioni più vecchie (specie in USA), mentre l'ultima è caratterizzata da disposizioni in pianta secondo linee e figure molto articolate e si presta alle installazioni in ambiente "complex terrain" (cioè con orografia complessa).
Le file possono risultare con un minor numero di elementi in larghezza nella forma detta di "pine-tree array". La centrale di Alta Nurra (Sardegna) appartiene alla tipologia "E" ("C" con sovrapposizione di "D").La interdistanza fra gli aerogeneratori può variare da (3-5)D a (5-7)D a seconda se si tratti della distanza entro la fila o tra file diverse. Al fine di completare l'excursus sulle macchine eoliche, vale la pena di elencare, con un approccio da "teoria dei sistemi", le componenti dell'intero aerogeneratore, guardando ai sistemi e sottosistemi dello stesso.
Ne risulta l'elenco che segue:
A. sistema della "Torre" e delle fondazioni o struttura di sostegno;
B. sistema "Navicella" o struttura di alloggiamento o contenimento;
C. sottosistema di orientamento;
D. sottosistema di protezione esterna;
E. sistema "Rotore";
i. sottosistemi del rotore:
ii. il moltiplicatore di giri;
iii. il generatore elettrico;
iv. il sottosistema di regolazione;
v. il sistema di attuazione;
vi. il freno;
F. sistema di controllo macchina;
G. sistema connessione alla rete o sistema di collegamento.
Ne risulta l'elenco che segue:
A. sistema della "Torre" e delle fondazioni o struttura di sostegno;
B. sistema "Navicella" o struttura di alloggiamento o contenimento;
C. sottosistema di orientamento;
D. sottosistema di protezione esterna;
E. sistema "Rotore";
i. sottosistemi del rotore:
ii. il moltiplicatore di giri;
iii. il generatore elettrico;
iv. il sottosistema di regolazione;
v. il sistema di attuazione;
vi. il freno;
F. sistema di controllo macchina;
G. sistema connessione alla rete o sistema di collegamento.
Costi
Attualmente, in linea di principio, può dirsi che una centrale da circa 10 MW, allacciata quindi alla rete elettrica in AT, potrebbe avere un costo di realizzazione compreso fra i 16 e i 25 miliardi di lire in funzione dell'orografia del sito. Applicazioni sempre in rete ma allacciate a quella di MT (impianti con potenza di circa 2-3 MW) potrebbero avere un costo di realizzazione compreso tra 1,8 e 2,1 miliardi di lire per MW installato. Il costo di produzione varia in funzione della taglia delle macchine e della ventosità del sito. Dopo essere stato, nel corso degli ultimi anni, a livelli di 85 - 141 £/kWh, stime più recenti lo indicherebbero in un range compreso fra 65 e 85 £/kWh. Presto il costo del kWh da fonte eolica, potrebbe raggiungere anche le 55 £/kWh divenendo così confrontabile con quello proveniente dagli impianti turbogas. Bisogna ricordare che l'energia prodotta varia con il cubo della velocità del vento, il costo del kWh prodotto dipende fortemente dalla ventosità del sito e quindi la sua scelta è fondamentale e deve basarsi su una corretta campagna anemologica.
Impatto ambientale degli impianti eolici
Gli impianti eolici producono un impatto sull'ambiente estremamente limitato e fondato sui seguenti fattori di impatto:
1. occupazione del territorio;
2. variazione al paesaggio;
3. emissioni acustiche;
4. interferenze elettromagnetiche;
5. disturbo all'avifauna stanziale e migratoria;
6. produzione di energia da immettere direttamente sulla rete locale (impatto positivo);
7. disponibilità di potenza direttamente vicino ai centri di carico locali (impatto positivo);
8. emissioni inquinanti evitate dalla sostituzione di una quota parte del parco termoelettrico (impatto positivo).
Di questi fattori solo i primi due possono in qualche modo considerarsi particolarmente significativi e provati.Tuttavia il fattore rappresentato dall'occupazione del suolo di fatto non esclude gli altri usi del territorio in quanto solo l'1-2% del territorio occupato dalla wind farm è materialmente indisponibile per l'esistenza stessa delle macchine.Gli impianti eolici, insieme agli impianti idraulici (anche di piccola taglia), sono gli unici in grado di sostituire quote significative di impianti basati su fonti fossili, per cui per ogni unità di energia elettrica prodotta verrebbero risparmiati ingenti quantitativi di emissioni.
È titolare dell’omonimo noto studio termotecnico con sede in Cagli.
- Anno 1980 – Ha partecipato al corso specifico, presso la Facoltà d'ingegneria, Dipartimento di Energetica dell'Università di Ancona, sulle metodologie teoriche e pratiche atte all'utilizzo di energia termica solare.
- Anno 1981 - Progetto e di seguito realizzazione di un impianto solare per la produzione di 3.000 litri d' acqua calda per uso igienico-sanitario, in un convitto per studenti, nella città di Ascoli Piceno.
- Anno 1984 - Progetto e di seguito realizzazione di un impianto avente le stesse potenzialità di quello precedente per un Convento di Frati Domenicani a Fiano Romano (RM)
- Anni 1985 - 2006 Progettazione di impianti termici solari per riscaldamento piscine e produzione di acqua calda igienico sanitaria, in diverse ville del pesarese.
- Anno 2004 - in collaborazione con il figlio Filippo - progettazione di un impianto di riscaldamento a bassa entalpia con fonti di energia rinnovabili - solare e legna - in una villa sita su una collina sopra Fossombrone.
- Anno 2005 - Progettazione di un impianto termico solare per la gestione dell'impianto di riscaldamento, in una abitazione autonoma nel centro di Fossombrone.
- Anno 2006 – Ha tenuto un corso a Pesaro nella sede di Astranet (Sezione della Confartigianato) agli installatori di tutta la Provincia di Pesaro e Urbino, sulle metodologie teorico-pratiche per la realizzazione di impianti termici utilizzanti energia solare.
- Anno 2007-2008 – Progettazione di impianti a trigenerazione, di cui uno per un albergo di Monte Granaro (AP) in grado di produrre 1,5MW elettrici e 1,2 MW termici, utilizzante carburanti rinnovabili da filiera corta (olio di colza o di palma).
Nello stesso periodo, ha progettato per una birreria nella zona di Mombaroccio, un impianto eolico per la produzione di energia elettrica.
Nessun commento:
Posta un commento