Mini, micro e pico eolico ad asse verticale

Siamo di fronte alla soluzione per produrre energia verde su piccola scala o è l’ennesima proposta utopistica? Oggi parliamo dell’eolico.

Classificazione dell’eolico

La norma tecnica della Commissione Internazionale di Elettrotecnica indica come minieolico unicamente le macchine con potenza nominale fino a 50 kW e determinate caratteristiche geometriche. Inoltre, lo IEC definisce anche il microeolico, gli aerogeneratori con potenza al massimo di 7 kW e il picoeolico che corrisponde ad una potenza installata pari ad 1 kW o meno. Queste configurazioni di piccola taglia sono solitamente impiegate per uso civile e per alimentare qualche strumentazione come accade in alcune stazioni meteo in aree remote. Tuttavia, sono in fase di realizzazione anche alcune installazioni su media scala, con impianti che raggiungono anche il megawatt di potenza.

Sono gli aerogeneratori ad asse verticale (VAWT – Vertical Axis Wind Turbine), ovvero una tipologia di turbina eolica che ha le pale collegate ad un albero posto trasversalmente alla direzione del vento, ad essere comunemente impiegati nelle scale mini, micro e pico dell’eolico.

Possono essere suddivise, in base alle forze aerodinamiche sfruttate per ruotare, in turbine a portanza (lyft based), comunemente chiamate Darrieus, turbine a resistenza (drag based), dette anche Savonius e infine le ibride, le quali sfruttano entrambi i principi.

Gli aerogeneratori ad asse verticale sono di “taglia” notevolmente inferiore rispetto alle classiche turbine tripala (HAWT – Vertical Axis Wind Turbine), anche se in passato i Sandia Nationl Laboratories, del dipartimento dell’energia statunitense, hanno tentato di scalare verso l’alto le dimensioni di questi aerogeneratori.

Un’opportunità da cogliere o una perdita di tempo?

Durante gli anni sono stati redatti numerosi studi per confrontare turbine eoliche ad asse orizzontale e verticale, per evidenziare le differenze fra le due configurazioni.
Allo stato dell’arte, gli aerogeneratori ad asse verticale non possono competere con le HAWT per quanto riguarda l’efficienza di conversione. Passiamo da un valore tra il 10 e il 30% per le VAWT a circa un 40% di potenza convertita per le turbine eoliche tripala. D’altro canto, le VAWT sono una tecnologia meno matura, sebbene i primi brevetti risalgano agli inizi del ‘900, che presuppone notevoli miglioramenti in futuro soprattutto visti alcuni vantaggi che offrono:

• ingombro ridotto e design ricercato permettono a questi aerogeneratori di confondersi nei contesti cittadini;
• possono sfruttare il vento proveniente da qualunque direzione, senza impiegare meccanismi di imbardata rendendosi adatte ai contesti dove il vento fortemente turbolento come accade in prossimità degli edifici;
• ridotto impatto ambientale poiché anche il rumore generato è notevolmente minore degli aerogeneratori ad asse orizzontale;
• facilità di installazione e manutenzione poiché è presente un numero di componenti limitato, ad esempio non serve;
• capacità di auto avviarsi per basse velocità del vento (cut-in di 3 m/s).

Le applicazioni attuali

Gli aerogeneratori ad asse verticale rappresentano una minima parte della potenza eolica installata globalmente. Le comuni turbine tripala sono maggiormente convenienti dal punto di vista economico per la generazione energetica su larga scala. Quest’ultima tipologia risulta essere inadatta in determinate circostanze, ad esempio in prossimità di ostacoli di grande dimensione. Infatti, non sono in grado di sfruttare il vento in regime turbolento e devono anche sottostare a stringenti vincoli legati all’impatto ambientale.

L’eolico ad asse verticale può trovare posto con nel contesto urbano con installazioni di piccole dimensioni. La configurazione Savonius, caratterizzata da bassi valori di efficienza di conversione del vento, è adatta per operare in condizioni meteorologiche estreme come accade nelle stazioni meteo in zone remote non elettrificate. Questo perché hanno anche il vantaggio di mantenere i costi di installazione e manutenzione limitati.

La situazione ambientale ed energetica che stiamo vivendo deve essere un forte stimolo per trovare soluzioni che possano contribuire a guidarci fuori dalla crisi energetica. In futuro ci sarà spazio per una maggior diffusione dell’eolico ad asse verticale per sfruttare al meglio il potenziale della risorsa eolica. Infatti, con impianti di piccole dimensioni sarà anche possibile produrre energia dal vento in prossimità degli edifici cittadini.

Articolo a cura di Federico ORLANDI