L’energia eolica – Angelo Chiattella

L’energia eolica, intesa come conversione dell’energia cinetica del vento in altre forme di energia, è quasi certamente la più antica fonte di energia inanimata utilizzata dall’uomo. Questo se si considera lo sfruttamento della spinta del vento nella navigazione a vela. Se si considera invece il suo impiego nell’attività produttiva vera e propria dovranno trascorrere parecchi secoli prima che compaia una macchina in grado di ricavare forza motrice dal vento.

Del tutto sconosciuto nel mondo antico sia greco che romano, il mulino a vento è da ritenersi di origine orientale. Le prime notizie che si hanno provengono infatti da fonti storiche islamiche del sec. VII d.C. secondo le quali mulini a vento, del tipo ad asse verticale, erano in funzione negli altopiani della Persia orientale e dell’Afghanistan, dove erano utilizzati per il pompaggio dell’acqua e la macinazione dei cereali.

In Europa i primi mulini a vento apparvero nel Basso Medioevo (la prima notizia è contenuta in un documento redatto in Normandia e risalente al 1180 circa), ma con almeno due importanti novità rispetto ai modelli orientali. In primo luogo,  l’asse di rotazione su cui erano fissate le vele era orizzontale; in secondo luogo il modo di trasmissione del moto era basato su un sistema d’ingranaggi del tutto simile a quello impiegato nelle ruote idrauliche.

Se quella del mulino a vento europeo sia stata un’invenzione del tutto originale o se si sia trattato di un’idea giunta in Europa dal Vicino Oriente, attraverso forse mercanti, pellegrini o crociati, e qui realizzata da artigiani locali su basi tecniche del tutto nuove non è dato, finora, saperlo.

In ogni caso i mulini a vento divennero una costante nel paesaggio rurale europeo, dove si diffusero ampiamente per essere impiegati negli gli usi più disparati. Nell’agricoltura dalla tradizionale macinatura dei cereali e delle olive, al sollevamento dell’acqua; nella manifattura dall’azionamento dei mantici dei fabbri, alla follatura dei panni, ect.

Con l’avvento della Rivoluzione Industriale e soprattutto con la diffusione delle macchine a vapore l’importanza dei mulini a vento nell’attività produttiva europea iniziò a declinare rapidamente, fino ad estinguersi quasi del tutto con la successiva comparsa, alla fine dell’Ottocento, del motore a combustione interna e del motore elettrico. Nella prima metà del Novecento i mulini a vento tradizionali sopravvivevano solo più nelle zone europee più periferiche ed arretrate, oppure nelle campagne sotto forma  di piccole macchine multipale utilizzate per azionare pompe di sollevamento dell’acqua per l’irrigazione dei campi.

Con la crisi petrolifera del 1974 il modo di produzione energetica, basato prevalentemente sugli idrocarburi, imperante nei Paesi industrializzati iniziò a vacillare. La fine del petrolio a costo irrisori e soprattutto la progressiva perdita di controllo politico-economico su questa fondamentale risorsa energetica, avviò in gran parte dei Paesi industrializzati europei e nord-americani la ricerca di fonti energetiche in grado di sostituire, o meglio ridurre il fabbisogno di petrolio, in tutti quei settori produttivi da esso dipendenti.

Una parte, assai piccola per la verità,  di questo programma di ricerca di alternative al petrolio s’indirizzò anche verso le fonti d’energia rinnovabili, delle quali tutti conosciamo il tormentato, complesso e tuttora incompiuto  percorso per il loro riconoscimento, da parte dell’industria energetica, come alternativa credibile ai tradizionali combustibili fossili ed al nucleare. Basterà qui ricordare che uno dei settori produttivi dove maggiormente si concentrarono fin dagli inizi gran parte di queste ricerche fu quello della generazione elettrica, per la quale già vi era, non va dimenticato, una consolidata e assai diffusa tradizione di impiego di un’altra importante fonte d’energia rinnovabile, ovvero l’energia idrica.

I primi generatori eolici di energia elettrica di nuova generazione, non va dimenticato però che ricerche e prototipi erano stati per la verità già stati realizzati in diversi paesi nei decenni precedenti rimanendo però a livello episodico, comparvero nel corso degli Anni ’80, presentando fin dagli inizi notevoli potenzialità non solo tecniche, ma anche economiche.

Contrariamente infatti ad altri nuovi convertitori di fonti d’energia rinnovabile, come ad esempio le celle fotovoltaiche, queste nuove macchine non richiesero grandi investimenti in lunghe e preliminari ricerche di base, ma furono il risultato di ricerche di livello già ingegneristico basate su una sorta di ibridazione tra la tecnologia aeronautica e la tecnologia dei materiali, per via delle pale dell’elica, e la tecnologia dei generatori elettrici per quanto riguarda la conversione energetica.

Tecnologie queste tutte ben consolidate e mature nei Paesi industrializzati, così da rendere possibile la realizzazione di macchine già operative alla fine degli Anni ’80 e consentire anche una loro rapida crescita produttiva in termini di potenza nominale unitaria.Dai primi generatori eolici che raggiungevano al massimo i 25 kW di potenza nominale si è passato infatti all’attuale record di macchine da 5 MW, anche se la potenza media della grande maggioranza di queste macchine oscilla al momento tra 250 e 1000kW.

Nonostante l’indifferenza o l’ostilità di gran parte della grande industria energetica mondiale, i nuovi generatori eolici riuscirono ad affermarsi in alcuni Paesi (Germania, USA e Danimarca), dove iniziarono a diffondersi grazie non solo per i grandi vantaggi sotto il profilo dell’inquinamento ambientale che esse presentavano, ma grazie anche al fattore altrettanto decisivo costituto dal costo del kWh da esse prodotto, che si dimostrò rapidamente in grado di divenire pienamente competitivo con quello prodotto con le fonti d’energia fossile. Altro vantaggio economico non secondario: i rapidi tempi di ammortamento dell’investimento  iniziale.

Attualmente, grazie alla combinazione di questi due fattori, l’energia eolica è unanimemente riconosciuta come la tecnologia energetica che registra la più diffusa crescita ed il più rapido sviluppo in tutto il mondo. Secondo l’Annual Report 2007 dell’International Energy Agency-Wind (IEA-Wind), la potenza elettrica installata, relativa agli aerogeneratori operativi nei 23 Paesi membri (praticamente tutti i paesi più industrializzati ad eccezione della Francia), è cresciuta dai circa 5 GW del 1995, ai circa 75 GW nel 2007, di cui 1125 MW offshore. L’incremento del 2007 rispetto al 2006 è stato di 13 GW, che in termini percentuali ha significato una crescita del 21%. Ed aumenti analoghi, secondo il Report,  sono previsti per il 2008 e gli anni successivi.

Disaggregando per Paesi membri questi 75 GW di potenza installata, si vede, dalla sottostante tabella, come il primato in questo campo spetta alla Germania con 22.247 MW installati, seguita da USA (16.904 MW), Spagna (15.145 MW), Danimarca (3.124 MW), Italia (2.726 MW), UK (2.390 MW),ecc.

Potenza installata nei Paesi membri IEA Wind al 2007
Paese                   GW
Germania           22,247
Stati Uniti *        16,904
Spagna              15,145
Danimarca           3,124
Italia                    2,726
Gran Bretagna      2,390
Portogallo             2,125
Canada                 1,845
Olanda                  1,745
Giappone              1,538
Austria                    982
Grecia                     873
Australia                 824
Irlanda                    803
Svezia                    788
Norvegia                385
Corea                    193
Finlandia               110
Messico                   85
Svizzera                  12
Totale              74,844
*Secondo l’American Wind Energy Association nel 2008 negli USA sarebbero stati superati i 20 GW di potenza installata.

Per quanto riguarda il resto del mondo l’Annual Report IEA-Wind riporta i seguenti dati:
Paese                    GW
India                   7,844
Cina                    5,906
Francia                2,370
Nuova Zelanda       322
Belgio                     287
Polonia                   280
Brasile                    247
Egitto                      230
Taiwan                   224
Turchia                   192
Morocco                 124
Ucraina                     86
Costa Rica                74
Iran                          67
Ungheria                  65
Bulgaria                    62
Estonia                     58
Carabi                      57
Rep. Ceca                 56
Lituania                    52
Lussemburgo           35
Argentina                 30
Latvia                       27
Filippine                   25
Pacific Islands           24
Tunisia                     20
Colombia                  20
Cile                           20
Croatia                     17
Reunion (France)       10
Others (<10 MW)      52
Totale                 18,883

Totale mondiale 93,710

Questo per quanto concerne la potenza installata. In termini invece di contributo al fabbisogno elettrico, nei Paesi membri dell’IEA-Wind, la produzione di energia elettrica di fonte eolica è cresciuta dai 10 TWh del 1995 agli oltre 155 TWh del 2007, ovvero da una copertura percentuale inferiore allo 0,2% del 1995 si è passati all’1,64% del 2007. Un risultato di tutto rispetto tenendo conto dello scetticismo  e delle resistenze che lo sviluppo delle fonti d’energia rinnovabili ancora incontra.

Ad ulteriore dimostrazione delle difficoltà che l’energia eolica ancora incontra, basta vedere le differenze esistenti in termini di copertura della domanda elettrica nei diversi Paesi membri: si passa infatti da meno dell’1% di 7 Paesi al 19,9% della Danimarca, seguita dal 9,8% della Spagna, dal 6,9% dell’Irlanda e dal 6,4% della Germania. Gli Stati Uniti, che va ricordato sono stati, se non i primi, tra i primi ad avviare la commercializzazione dell’energia elettrica da fonte eolica, si limitano attualmente all’1% di copertura, che però in termini di potenza installata significa, come si è visto, il secondo posto dopo la Germania.

E l’Italia? Nel nostro Paese, sempre secondo i dati di IEA-Wind, la potenza elettrica nominale relativa ai generatori eolici installati ammontava nel 2007 a 2.726 MW per un totale di energia elettrica prodotta pari a 4,074 TWh, ovvero l’1,23% del fabbisogno nazionale.

Nel 2008 il tasso di crescita annuale non è diminuito rispetto agli anni precedenti e, secondo dati ENEA, sono stati installati ulteriori 1010 MW e si è prodotta energia per oltre 6 TWh, raggiungendo cioè quasi il 2% dei consumi interni lordi di elettricità. Una quantità di elettricità pari, cioè, al consumo domestico di 6,5 milioni di italiani, con un risparmio di 4,5 milioni di ton di CO2. In totale oggi in Italia è installata una potenza eolica pari a oltre 3.736 MW

Gli impegni assunti nel 2007 in sede europea dal governo italiano prevedono che nel 2020 la potenza nominale da eolico installata arrivi ad almeno 12.000 MW con una produzione pari a 22,60 TWh Questi 12 GW di potenza  corrispondono al potenziale massimo stimato per il nostro Paese che non gode di condizioni di vento particolarmente favorevoli. Tuttavia recenti indagini indicano che anche per l’Italia ci sarebbe un notevole potenziale di produzione di energia elettrica dall’eolico off-shore nel basso Tirreno e nello Ionio, nei tratti di mare con fondali poco profondi.

La creazione di parchi eolici off-shore sta diventando un po’ la nuova frontiera di questa tecnologia. Sempre infatti secondo l’IEA-Wind, l’installazione dei generatori eolici al largo delle coste aumenterebbe sensibilmente la produttività di questi impianti che beneficerebbero di venti più potenti e costanti. A riprova di ciò gli analisti dell’IEA  citano che alla fine del 2006 i parchi eolici off-shore che rappresentavano  l’1,8% della potenza installata, hanno prodotto il 3,3% dell’energia elettrica generata attraverso il vento.

Quanto costa un generatore eolico? Secondo i dati forniti dai Paesi  membri dell!EA-Wind per il 2007 si tratta di cifre che variano sensibilmente da Paese a Paese. Si passerebbe da un minimo di 849 €/kW negli Stati Uniti ad un massimo di 1,300 €/kW in Italia.

La questione prima accennata della produttività dello sfruttamento dell’energia eolica ci porta all’ultima fondamentale questione, ovvero quali sono i vantaggi e i limiti di questa fonte d’energia rinnovabile. Partendo dai vantaggi il primo e, allo stato attuale, forse  più importante aspetto positivo di questa tecnologia è la non emissione, in fase di produzione, di CO2 ed altri gas nocivi sia all’ambiente che alla salute collettiva.

Secondo il Global Wind Energy Outlook 2008 (presentato a Pechino da Greenpeace et al. nell’ ottobre scorso), se nel 2020 l’eolico riuscirà a raggiungere l’obbiettivo, ritenuto da molti del tutto realistico, di riuscire a coprire il 12% del fabbisogno mondiale di energia elettrica, ciò comporterà  in questi 12 anni una riduzione delle emissioni di CO2  pari a circa 10 miliardi di tonnellate.

Oltre che alla diminuzione della dipendenza dai combustibili fossili l’impiego dell’energia eolica contribuirebbe anche ad una maggiore affidabilità della produzione, trattandosi di una risorsa diffusa su tutta la superficie del pianeta. Improbabili quindi ricatti, tensioni e conflitti internazionali per l’approvvigionamento ed il controllo del vento.

Ultimo aspetto ma non per questo meno importante, lo sfruttamento dell’energia eolica può dare un sensibile contributo alla crescita dell’occupazione e allo sviluppo delle economie nazionali.

Sempre secondo l’Annual Report dell’IEA, un gruppo di analisti finlandesi stima che investendo 220 milioni di € nell’eolico dal 2006 al 2020 si potrebbero  creare nel Paese 18.000 nuovi posti di lavoro, e determinare nel corso di questi anni una riduzione della CO2 prodotta pari a 7 milioni di tonnellate.

In Spagna si calcola che la generazione elettrica eolica abbia comportato nel 2007 una diminuzione delle emissioni di CO2 pari a 18 milioni di tonnellate ed un risparmio di almeno 50 M tonnellate di combustibili fossili tradizionali. Sempre nel 2007 i posti di lavoro creati in Spagna dall’eolico hanno raggiunto le 45.000 unità, di cui 18.000 impegnati nella produzione vera e propria, mentre gli altri 27.000 appartengono all’indotto legato a questa attività.

Nella tabella sottostante sono riportati i dati, relativi al 2007, sull’occupazione indotta in altri Paesi dall’impiego dell’energia eolica.

Paese               Potenza installata (MW)    N° di posti di lavoro
Germania                 22,247                                 84,300
Stati Uniti                 16,904                                 17,000
Spagna                     15,145                                 45,000
Danimarca                  3,124                                 28,000
Italia                           2,726                                 10,600
Gran Bretagna             2,390                                   8,000
Canada                        1,845                                   3,340
Australia                         824                                      978

Questi i principali vantaggi. Per quanto riguarda gli svantaggi, il maggiore inconveniente legato all’impiego dell’energia eolica è costituito, come è noto, dalla non costanza e prevedibilità del vento. Ma quello dell’intermittenza non è il solo problema di questa fonte energetica.

Gli attuali aerogeneratori  per funzionare  ed essere economicamente vantaggiosi necessitano infatti non solo che il vento ci sia, ma che la sua velocità rientri in un ben determinato range: ovvero tra i 4 e i 30 metri al secondo, e che entro questo range sia  rispettato per almeno 1800 ore all’anno. L’adozione e la collocazione di queste macchine richiede quindi una conoscenza molto approfondita delle caratteristiche delle correnti d’aria che attraversano il territorio. E a tale scopo in ogni Paese interessato sono in corso di realizzazione mappe eoliche sempre più dettagliate e puntuali, la cui attendibilità è però strettamente correlata al progredire degli studi alquanto complessi riguardanti la creazione di modelli di previsione degli andamento climatici generali e locali. Per l’Italia vedi CESI- Atlante eolico dell’Italia – Novembre 2002.

Per ovviare a questo problema della discontinuità del vento, oltre alle citate installazioni off-shore, un’altra soluzione allo studio è l’intercettazione delle correnti d’alta quota assai più costanti, prevedibili e potenti dei venti di superficie. Un progetto che al momento sta riscuotendo una certa attenzione e considerazione è il KITE WIND GENERATOR, sviluppato qui a Torino, ma non solo, da un ricercatore del Politecnico, Massimo Ippolito, esperto in sistemi di automazione. Si tratta, in estrema sintesi, di un sistema di ali portanti, o aquiloni, in grado di raccogliere la spinta del vento ad alte quote, da 500 a 1000 metri, per trascinare e far ruotare una grande turbina ad asse verticale per la generazione elettrica, sistemata a terra. Come accennato, questo progetto sta attirando una discreta attenzione e per la sua sperimentazione si è costituito un consorzio mirato alla realizzazione di un prototipo, visto che finora tutto di è basato su modelli e simulazioni al computer. Solo a questo punto, direi, si potrà veramente giudicare della reale fattibilità e potenzialità di questo progetto.

Altro inconveniente storico legato al funzionamento degli aerogeneratori è stato per un certo periodo l’inquinamento acustico indotto dal loro funzionamento sul territorio circostante. Nei modelli più recenti questo inquinamento è stato fortemente ridotto adottando eliche a tre pale aventi profili appositamente studiati per attenuate le turbolenze d’aria, causa principale del rumore aerodinamico indotto.

Questioni del tutto irrisolte sono invece al momento attuale quelle costituite dall’impatto paesaggistico dei parchi eolici, causa nel nostro Paese di accese controversie tra associazioni ambientaliste, e dalla notevole superficie di terreno occupato, sia pure parzialmente, che ognuno di questi parchi richiede. Per quanto riguarda la prima questione, personalmente, ritengo che se la creazione di parchi eolici servirà a sostituire, o a non realizzare, qualcuna delle attuali centrali termoelettriche, i vantaggi, anche paesaggistici ed estetici, che ne deriveranno non potranno che essere rilevanti. Ma questo è un parere del tutto soggettivo e come tale del tutto opinabile.
Avrei finito, grazie per l’attenzione

Intervento al Seminario del Comitato per le scelte energetiche, Centro Sereno Regis, 17 gennaio 2009

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