ENERGIA E POTENZA EOLICA TURBINE Energia

Sezione tecnica: potenza ed energia eolica

Da dove viene l'energia rinnovabile eolica?

In questa pagina vogliamo rispondere alla domanda: da dove deriva l'energia rinnovabile eolica? Poi: quanta energia possiamo estrarre? Iniziamo col dire che l'energia eolica è una fonte di energia rinnovabile perchè è una risorsa potenzialmente illimitata e, se ne utilizziamo una (piccola) parte, di sicuro non si esaurisce in migliaia di anni.
La Terra cede in continuazione all'atmosfera il calore ricevuto dal Sole, ma non in modo uniforme. Nelle zone in cui viene ceduto meno calore (zone di aria fredda) la pressione dei gas atmosferici aumenta, mentre dove viene rilasciato più calore, l'aria si riscalda e la pressione dei gas diminuisce. Si crea pertanto una macrocircolazione dovuta ai moti convettivi: masse d'aria si riscaldano, diminuiscono la loro densità e salgono, richiamando aria più fredda che scorre sulla superficie terrestre.
Questo moto di masse d'aria calde e fredde produce le aree di alta pressione e le aree di bassa pressione stabilmente presenti nell'atmosfera, influenzate anche dalla rotazione terrestre.
Poichè l'atmosfera tende a ripristinare costantemente l'equilibrio di pressione, l'aria si muove dalle zone dove la pressione è maggiore verso quelle in cui è minore.
Il vento è dunque lo spostamento di una massa d'aria, più o meno veloce, tra zone di diversa pressione. Tanto più alta è la differenza di pressione, tanto più veloce sarà lo spostamento d'aria e quindi tanto più forte sarà il vento. Se volessimo rappresentare la generazione eolica potremmo avere uno schema simile a quello mostrato sotto: a volte un disegno dice più di mille parole.

Il movimento terrestre, invece, genera un movimento in alta quota che diminuisce mano mano che ci si avvicina al suolo. Questo perchè un fluido, come l'aria, diminuisce la sua velocità quanto più si avvicina ad una parete, come la superficie terrestre. Per questo motivo l'aumento della velocità media del vento aumenta alzandosi in quota, in montagna per esempio, e all'aumentare dell'altezza sul livello del suolo in modo esponenziale. Questo è il motivo per cui gli impianti eolici di grossa taglia hanno una torre molto alta. La velocità del vento in funzione dell'altezza sul livello del suolo è rappresentato in figura sotto.

Ma che potenza possiamo estrarre da una pala minieolica? Che energia è contenuta nel vento?
In realtà queste sono due domande distinte e, alla prima domanda rispondiamo qui di seguito, mentre alla seconda domanda rispondiamo a questa pagina.
La potenza P, espressa in kW, associata ad un flusso di aria è proporzionale all'area spazzata e al cubo della velocità del vento secondo la seguente formula:

dove:
-ρ è la densità dell'aria espressa in kg/m³;
-A è l'area spazzata che, nel caso dei rotori a bi o tripala è pari al raggio al quadrato per "pi greco", π, pari a circa 3,14;
-v è la velocità del vento espresso in m/s.
Limite di Betz
Nella realtà, come tutte le fonti di produzione di energia, esse sono soggette ad un rendimento, ed in questo caso viene chiamato Limite di Betz.
Il Limite di Betz, semplificando molto la questione, è un rendimento pari ad un massimo del 59,3% quindi, per ottenere la potenza massima reale disponibile bisogna moltiplicare la potenza del flusso di aria per 0,593.
Detto così sembra molto semplice, ma le variabili sono molte e da verificare prima di fare un investimento, ovviamente.
Se volete provare a calcolare in autonomia la produzione di un impianto minieolico, potete seguire queste istruzioni, ma se volete possiamo fare una analisi preliminare gratuita scrivendoci alla nostra casella di posta elettronica:info@rinnovabili.biz.