Generatori Eolici

Introduzione

Le turbine ad asse verticale sono, alle attuali conoscenze, le più antiche concepite dall'uomo. Venivano utilizzate in Mesopotamia, sopratutto per irrigare, fin dalle prime forme di civiltà sorte in quell'area. Dimenticate per alcuni anni a favore delle pale tipiche dei mulini a vento, sono state "riscoperte" nel 1800. Negli ultimi anni hanno risvegliato l'interesse di alcune aziende e di alcuni gruppi di ricercatori in famose università di tutto il mondo.

		Elica a Pala Verticale

I principali vantaggi dell'asse verticale sono:

• il costante funzionamento indipendentemente dalla direzione del vento
• la resistenza alle alte velocità dei venti ed alla loro turbolenza
• la bassa velocità di avvio
• il bassissimo impatto ambientale (non fanno rumore)
• la facilità di impiego

Una gamma di aerogeneratori ad asse verticale innovativi è quello che propone ELME. Questa tecnologia, relativamente nuova, è molto promettente, con rese superiori all'eolico tradizionale (ad asse orizzontale) anche del 30-50%, ed è adatta a impianti di potenza media e piccola, pur potendosi spingere ad alte potenze senza alcun tipo di problema.
La struttura della pala verticale di questo aerogeneratore permette di presentare un profilo costante al fronte del vento, la velocità di rotazione non è mai superiore alla velocità del vento e quindi non genera alcun rumore. La velocità di rotazione è tale da non provocare neanche vibrazioni a bassa frequenza.
Questo tipo di aerogeneratore ha quindi questi ulteriori vantaggi:

• massima resistenza alle alte velocità dei venti ed alla loro turbolenza (normale operatività fino a vento costante da 60 m/s = 216 km/h = 116,6 nodi)
• velocità di avvio da 1 a 3 m/s = da 3,6 a 10,8 a km/h = da 1,95 a 5,8 nodi
• la non pericolosità (non espellono blocchi di ghiaccio, gli animali vedono chiaramente un cilindro rotante che non ha parti "invisibili" in movimento)
• l'assenza di manutenzione (il generatore è direttamente calettato alla pala verticale, non ci sono riduttori meccanici)
• la vasta gamma di potenze erogabili (da 250W a 2.000W e oltre)

		Aerogeneratore Windside™

La tecnica costruttiva impiegata, con la totale assenza di dispositivi meccani aggiuntivi come motoriduttori, permette a questi generatori di funzionare con temperature estreme, addirittura da -50°C a +50°C, senza subire danni e senza richiedere particolari manutenzioni.
La particolare forma dell'elica verticale permette di creare aerogeneratori per specifiche necessità, arrivando a dimensioni massime teoriche di 200 metri in altezza per 70 metri di diametro, in grado di generare svariati megawatt. Le possibili applicazioni di questi aerogeneratori sono le più disparate. Dalle barche ai cottage, dalla strumentazione scientifica alle seconde case, dalle piattaforme petrolifere ai condomini, dalle utenze isolate dalla rete ai parchi pubblic, in congiunzione con sistemi fotovoltaici o completamente autonomi, sono in grado di soddisfare facilmente le sempre più numerose richieste di energia pulita nel massimo rispetto dell'ambiente.
La particolare forma dell'elica permette anche di usare la fantasia per decorare o adattare i colori della turbina alle esigenze del sito di installazione. Come si vede nel filmato e negli streaming live è semplice trasformare un oggetto che dovrebbe essere "brutto" in qualcosa di totalmente diverso.
Se Windside™ propone una profonda evoluzione della classica turbina Savonius, altri Produttori ci permettono di proporre turbine verticali estremamente efficienti. Invece della Savonius si tratta dell'altrettanto classico schema Darrieus. La più importante differenza tra i due tipi di turbine è che la prima (Windside™) non produce rumore e la seconda (Darrieus) produce un rumore molto contenuto (meno 35dB @ 1m).
Come indicazione possiamo dire che una normale conversazione equivale ad un livello sonoro di circa 30dB e che 35dB corrispondono, circa, ad una conversazione ad alta voce e il rumore della pioggia è di circa 50dB. Un livello di rumore come quello generato dalla turbina Darrieus non è fastidioso o nocivo in quanto la distanza tra la turbina e un'ascoltatore non può essere meno di 8 o 10m (l'altezza di installazione della turbina) che provoca una diminuzione del livello portandolo a circa 15dB.

		Aerogeneratore Darrieus

Queste turbine hanno una curva di funzionamento molto differente. Se Windside™ è ideale in aree con vento molto ricco di raffiche ma poco performante con vento calmo, la Darrieus è l'esatto contrario.
In base quindi alla reale situazione del vento nel sito di installazione, sarà possibile utilizzare il generatore che offre la migliore resa energetica.

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Realizzazione Considerando l'investimento in gioco per la realizzazione di un sistema di generazione eolica, è necessario considerare bene questo punto: La potenza dichiarata di tutti i generatori eolici presenti sul mercato è calcolata sulla produzione massima dell'alternatore ad una velocità detta "nominale". Vale a dire tra i 15 m/s e i 20 m/s, cioè tra 54 km/h e 72 km/h. Queste velocità non sono mai costanti sul territorio e nell'arco di un anno. Quindi, quando un aerogeneratore è dichiarato da 12 KW, si tratta del massimo che il suo alternatore eroga istantaneamente con un vento a 15 m/s o 20 m/s. Ma non si tratta in nessun caso della produzione giornaliera o annua del generatore! Nel momento in cui si inizia l'analisi di fattibilità di un sistema eolico, è assolutamente necessario considerare le velocità medie annuali dei venti disponibili nella zona di insediamento. Questo permetterà di stimare la produzione annua reale del sistema nel vostro sito e di verificare la validità delle scelte fatte. L'importante è non fare confusione tra "marketing" e "tecnica". Un aerogeneratore di quelli che proponiamo comincia a produrre energia elettrica da 3,6 km/h. Un test effettuato nell'arcipelago Finlandese nel periodo 1989-1991, ha dato luogo a misurazioni tali da dimostrare come un aerogeneratore di questo tipo sia stato in grado di produrre energia elettrica pari a più di 157 giorni addizionali rispetto ai generatori eolici convenzionali.	Aerogeneratori in Funzione - Live Per visualizzare questo streaming video è necessario avere installato DivX Player™ e usare Internet Explorer™.
Modelli Windside™ L'unico modo per poter capire di quale aerogeneratore si necessita è quello di analizzare le curve di potenza qui riportate. In base alla velocità media del vento, misurata nel sito di installazione, i due principali tipi di generatori erogano una potenza utilizzabile. Potenze Erogate in W per vento in km/h o m/s Passa il mouse sull'immagine per cambiare grafico.   Data la loro struttura costruttiva, è possibile installare anche più di una turbina, fino al raggiungimento della potenza necessaria. Allo stesso modo è possibile realizzare turbine speciali per soddisfare esigenze particolari. Gli aerogeneratori sono divisi in quattro gruppi di superficie esposta al vento, per ogni gruppo è possibile scegliere la classe di resistenza al vento, secondo queste tabelle:   Gruppo 0.15  = 0,15 mq di superficie Gruppo 0.30  = 0,30 mq di superficie Gruppo 2       = 2 mq di superficie Gruppo 4       = 4 mq di superficie   Classe A = Resistenza al vento costante di massimi 60 m/s (216 km/h o 116,6 nodi) Classe B Plus = Resistenza al vento costante di massimi 50 m/s (180 km/h o 97,2 nodi) Classe B = Resistenza al vento costante di massimi 40 m/s (144 km/h o 77,7 nodi) Classe C = Resistenza al vento costante di massimi 30 m/s (108 km/h o 58,3 nodi) non più disponibile Tipicamente i primi due gruppi, 0.15 e 0.30, sono ideali per fornire energia ad imbarcazioni, sistemi di telerilevamento, ricarica di batterie, ecc. mentre gli altri due gruppi, 2 e 4, sono più indicati per la generazione elettrica di potenza, la cogenerazione, i generatori condominiali e più in generale per impieghi professionali. Prima di proseguire con le caratteristiche tecniche delle turbine, riteniamo necessario approfondire gli aspetti legati alla disponibilità di vento sul territorio italiano. Per questo motivo proponiamo una serie di mappe, suddivise in aree ben dettagliate, elaborate da CESI in collaborazione con il Dipartimento di Fisica dell'Università di Genova nell'ambito della Ricerca di Sistema (www.ricercadisistema.it). Per ben comprendere il significato di queste mappe è importante leggere Questo Documento in cui vengono ben spiegate le metodologie con cui le mappe sono state ottenute. Ciò che bisogna ben comprendere è che l'andamento del vento è strettamente legato alla singola porzione di territorio che si va ad analizzare. Queste mappe sono un'importante mezzo per comprendere cosa ci si può aspettare in una determinata area, ma non possono e non vogliono sostituire un esame effettuato sul sito di installazione delle turbine. Differenze di pochi chilometri, in una stessa area, possono portare a significative differenze della velocità del vento che, come spiegato anche nel Documento detto prima, è suscetibile di forti variazioni in funzione della struttura morfologica dell'area in esame. Si raccomanda, quindi, di considerare sempre come categorica la necessità di un'analisi del singolo sito prima di decidere se e come installare degli aerogeneratori. Ultima raccomandazione: le mappe fanno sempre riferimento ai generatori eolici "tradizionali", a pala orizzontale, e non a quelli, oggetto della nostra proposta, a pala verticale. Il grosso vantaggio di questi ultimi è maggiormente comprensibile alla luce delle considerazioni fatte dagli autori dell'Atlante Eolico, da cui risulta evidente come debbano essere considerate una serie di problematiche di installazione che con le turbine a pala verticale non esistono. Prima fra tutte l'area occupata dal singolo generatore, che con quelli a pala verticale è estremamente contenuta, ed un facile accoppiamento di più turbine grazie alla minore turbolenza residua ed al rumore nullo.   Velocità del vento a 25 m.s.t. Clicca sulla mappa o Qui per visualizzare la mappa.   Velocità del vento a 50 m.s.t. Clicca sulla mappa o Qui per visualizzare la mappa.     Velocità del vento a 70 m.s.t. Clicca sulla mappa o Qui per visualizzare la mappa.   Producibilità a 50 m.s.t. Clicca sulla mappa o Qui per visualizzare la mappa.   Modelli Windside™   Windside WS-0.15   Windside WS-0.30       Windside WS-2       Windside WS-4   Windside WS-12     Caratteristiche Tecniche Turbine Windside   Turbina Eolica Verticale WS-0,15C WS-0,15B WS-0,15Bplus Energia Prodotta (Stima KWh/Anno) Velocità Nominale               @ 3 m/s 9 KWh 20 m/s Controllore di Carica WGU-22/12,24V       @ 4 m/s 18 KWh         @ 5 m/s 26 KWh         @ 6 m/s 44 KWh Potenza Nominale Alternatore Peso Totale 30,00 kg @ 7 m/s 61 KWh Diametro Massimo 334,00 mm @ 8 m/s 88 KWh 200 W Altezza Massima 850,00 mm @ 9 m/s 131 KWh Larghezza Massima       @ 10 m/s 175 KWh Consigliata per: WS-0,15 C/B (~9A) per uso in aree montane e marine, sistemi di misurazione, apparati elettronici, natanti Spiegazioni della Marcatura: Per esempio WS-0,30A, in grado di resistere a venti di 60 m/s -numero 0,30 = area di cattura da 0,30 m2 -lettera (A) = classe di resistenza al vento   A=60 m/s   B=40 m/s   C=30 m/s Note: Le stime di energia prodotta si basano sulle curve di rendimento delle turbine e sul calcolo delle ore di produzione annuale. I calcoli sono quindi effettuati considerando il puro valore medio. Misurazioni anemometriche portano a valori completamente differenti. Per tutti i modelli Windside il rumore, misurato a 2 m di distanza, è 0dB.   Turbina Eolica Verticale WS-0,30C WS-0,30B WS-0,30A Energia Prodotta (Stima KWh/Anno) Velocità Nominale               @ 3 m/s 18 KWh 15 m/s Controllore di Carica WGU-22/12,24V       @ 4 m/s 35 KWh         @ 5 m/s 61 KWh         @ 6 m/s 88 KWh Potenza Nominale Alternatore Peso Totale 36,00 kg 80,00 kg @ 7 m/s 131 KWh Diametro Massimo 300,00 mm @ 8 m/s 184 KWh 400 W Altezza Massima 1.500,00 mm 1.450,00 mm @ 9 m/s 263 KWh Larghezza Massima     805,00 mm @ 10 m/s 350 KWh Consigliata per: WS-0,30 C/B (~9A) per usi civili, cottage, natanti, ecc. WS-0,30A (~9A) per usi professionali in condizioni gravose e di richiesta di energia costante Spiegazioni della Marcatura: Per esempio WS-0,30A, in grado di resistere a venti di 60 m/s -numero 0,30 = area di cattura da 0,30 m2 -lettera (A) = classe di resistenza al vento   A=60 m/s   B=40 m/s   C=30 m/s Note: Le stime di energia prodotta si basano sulle curve di rendimento delle turbine e sul calcolo delle ore di produzione annuale. I calcoli sono quindi effettuati considerando il puro valore medio. Misurazioni anemometriche portano a valori completamente differenti. Per tutti i modelli Windside il rumore, misurato a 2 m di distanza, è 0dB.   Turbina Eolica Verticale WS-2B WS-2BL WS-2AK Energia Prodotta (Stima KWh/Anno) Velocità Nominale               @ 3 m/s 88 KWh 17 m/s Controllore di Carica WGU-25/12,24V o       @ 4 m/s 175 KWh WGC-10/12,24,48V       @ 5 m/s 307 KWh Carico Fittizio da 300W per WGC-10       @ 6 m/s 438 KWh Potenza Nominale Alternatore         @ 7 m/s 657 KWh         @ 8 m/s 920 KWh 2.000 W Peso Totale 400,00 kg @ 9 m/s 1.314 KWh Diametro Massimo 1.020,00 mm @ 10 m/s 1.752 KWh Altezza Massima 2.760,00 mm       Larghezza Massima             Consigliata per: WS-2AK (~20A) per usi professionali in condizioni gravose e di richiesta di energia costante WS-2B (~20A) - costruzione speciale per forti venti - sistemi di misura, pompe per l'acqua Spiegazioni della Marcatura: Per esempio WS-0,30A, in grado di resistere a venti di 60 m/s -numero 0,30 = area di cattura da 0,30 m2 -lettera (A) = classe di resistenza al vento   A=60 m/s   B=40 m/s   C=30 m/s Note: Le stime di energia prodotta si basano sulle curve di rendimento delle turbine e sul calcolo delle ore di produzione annuale. I calcoli sono quindi effettuati considerando il puro valore medio. Misurazioni anemometriche portano a valori completamente differenti. Per tutti i modelli Windside il rumore, misurato a 2 m di distanza, è 0dB.   Turbina Eolica Verticale   WS-4B WS-4AK Energia Prodotta (Stima KWh/Anno) Velocità Nominale               @ 3 m/s 175 KWh 17 m/s Controllore di Carica WGU-25/12,24V o       @ 4 m/s 350 KWh WGC-10/12,24,48V       @ 5 m/s 613 KWh Carico Fittizio da 300W per WGC-10       @ 6 m/s 876 KWh Potenza Nominale Alternatore         @ 7 m/s 1.314 KWh         @ 8 m/s 1.840 KWh 2.000 W Peso Totale 1.000,00 kg @ 9 m/s 2.628 KWh Diametro Massimo 1.020,00 mm 1.650,00 mm @ 10 m/s 3.504 KWh Altezza Massima 4.760,00 mm 5.420,00 mm       Larghezza Massima             Consigliata per: WS-4A (~20A) WS-4B (~20A) - seconde case - per usi professionali in condizioni gravose e di richiesta di energia costante Spiegazioni della Marcatura: Per esempio WS-0,30A, in grado di resistere a venti di 60 m/s -numero 0,30 = area di cattura da 0,30 m2 -lettera (A) = classe di resistenza al vento   A=60 m/s   B=40 m/s   C=30 m/s Note: Le stime di energia prodotta si basano sulle curve di rendimento delle turbine e sul calcolo delle ore di produzione annuale. I calcoli sono quindi effettuati considerando il puro valore medio. Misurazioni anemometriche portano a valori completamente differenti. Per tutti i modelli Windside il rumore, misurato a 2 m di distanza, è 0dB.   Turbina Eolica Verticale WS-12     Energia Prodotta (Stima KWh/Anno) Velocità Nominale               @ 3 m/s 526 KWh 17 m/s         @ 4 m/s 1.051 KWh         @ 5 m/s 1.847 KWh         @ 6 m/s 2.628 KWh Potenza Nominale Alternatore Peso Totale 4.000,00 kg     @ 7 m/s 3.942 KWh Diametro Massimo 2.000 mm     @ 8 m/s 5.519 KWh 8.000 W Altezza Massima 8.000 mm     @ 9 m/s 7.884 KWh Larghezza Massima 2.000 mm     @ 10 m/s 10.512 KWh Consigliata per: -per usi normali: generatore ~5 kW. -per usi speciali: generatore ~25 kW max. -per pompaggio acqua -per riscaldamento dell'acqua -dimensioni della pala: 2 m (diam) x 6 m (alt) Spiegazioni della Marcatura: Per esempio WS-0,30A, in grado di resistere a venti di 60 m/s -numero 0,30 = area di cattura da 0,30 m2 -lettera (A) = classe di resistenza al vento   A=60 m/s   B=40 m/s   C=30 m/s Note: Le stime di energia prodotta si basano sulle curve di rendimento delle turbine e sul calcolo delle ore di produzione annuale. I calcoli sono quindi effettuati considerando il puro valore medio. Misurazioni anemometriche portano a valori completamente differenti. Per tutti i modelli Windside il rumore, misurato a 2 m di distanza, è 0dB.