SCUOLA MEDIA STATALE “L. PIRANDELLO”

AGRIGENTO

ANNO SCOLASTICO 2006-2007 Classi: 3^C – 3^I

DOCENTI: Mariella Rizzo Pinna, M.Teresa Sammartino, Alba Siracusa

Laboratorio di Educazione Ambientale

dalla leggera brezza che soffia sul mare

alla tempesta che solleva le onde

il vento ci circonda sempre ……

Energie rinnovabili

Storia

Definizione

Perchè sì

Perchè no

Come funziona una centrale

Struttura dell’aerogeneratore

I crescenti problemi legati all’inquinamento atmosferico, agli

alti costi dell’energia elettrica, all’esaurimento dei

giacimenti fossili, hanno spinto a ricercare nuove fonti di

energia che non si esauriscono nel tempo ma che si

rinnovano continuamente.

Energie rinnovabili

“classiche”

(idroelettrica e geotermica)

“nuove” (NFER)

(solare, eolica, da biomassa)

Fontirinnovabili

Energie rinnovabili

Energiada biogas

Energiabiodiesel

Energiaeolica

Energiaidroelettrica

Energiada biomasse

Energiada olii vegetali

Energiada rifiuti

Energiada termovalorizzazione

Energiasolare

Energiadel moto ondoso

Energiageotermica

Perché energia eolicaOltre ad essere continuamente disponibile e non inquinante, può essere utilizzata per compiere svariati lavori: meccanici ed elettrici.

È disponibile sia di giorno che di notte, e in zone temperateè disponibile in modo proporzionale alla richiesta.

I meccanismi che sfruttano l’energia eolica non richiedononecessariamente tecnologie d’avanguardia

L’energia eolica, infine, può essere sfruttata sul posto ove è richiesta e non ha bisogno di lunghi e fastidiosi collegamenti con i luoghi di utilizzazione.

La sua utilizzazione pratica non richiede particolari modificheal modo di vivere, come può accadere per una casa solare.

Ecologicamente parlando non è assolutamente inquinante enon influisce per nulla sugli ecosistemi in cui è inserita.

Per energia eolica si

intende la conversione

dell’ energia cinetica del

vento in energia

meccanica o elettrica.

Durante il giorno l’aria

sopra i mari e i laghi è più

fredda rispetto a quella

sopra la terra: il calore

solare, in buona parte

riflesso, riscalda l’aria in

superficie.

Definizione di energia eolica

Quest’ultima, espandendosi, diventa leggera e tende a salire,

mentre quella fredda più pesante prende il suo posto

causando i venti di superficie. Di notte succede il contrario.

Nelle ore diurne si ha, quindi, la brezza di mare che soffia dal

mare verso la terra, viceversa di notte si ha quella di terra.

Eolico…da sempre

L’energia posseduta dal vento

è stata la prima ad essere

utilizzata dall’uomo nella

navigazione a vela sotto

forma di energia meccanica

I primi mulini a vento

comparvero in Mesopotamia,

Cina ed Egitto.

Nel XVII secolo a.C. il re di

Babilonia, Hammurabi,

progettò di irrigare la pianura

mesopotamica per mezzo di

mulini a vento costituiti da un

sistema ruotante attorno ad

un asse verticale.

La differenza tra l’applicazione

navale e quella prodotta dai

mulini è sostanziale: nel caso

della navigazione si sfrutta la

spinta esercitata dal vento su

una superficie resistente; nel

caso dell’irrigazione c’è un vero

e proprio motore ad energia

eolica che aziona una macchina

operatrice, la pompa idraulica.

L’ uso dei mulini a vento

come macchine di uso corrente

risale al VII secolo d.C. durante

il regno del califfo Omar

Ecco qui i mulini europei

In Europa, già al tempo delle

crociate, i mulini a vento

erano di grandi dimensioni,

ad asse orizzontale,

tecnologicamente complessi

e con rendimenti elevati.

I miglioramenti furono dovuti

alle scoperte della dinamica

delle vele navali: ci si accorse

che, sfruttando la portanza

anziché la resistenza, si

poteva ottenere una quantità

maggiore di energia.

I primi mulini a vento europei

pompavano acqua o

muovevano le macine per

triturare i cereali.

In Olanda erano utilizzati

per pompare l'acqua dei

polder, migliorando

notevolmente il drenaggio

dopo la costruzione delle

dighe. Questi mulini erano

formati da telai in legno sui

quali era fissata la tela che

formava, così, delle vele

spinte in rotazione dal

vento.

Nel corso del XIX secolo

entrarono in funzione

migliaia di mulini a vento,

soprattutto per scopi di

irrigazione. In seguito, con

l'invenzione delle macchine

a vapore, vennero

abbandonati.

L’uso dell’eolico Nel secolo scorso i mulini a vento

conobbero uno sviluppo davvero eccezionale: a metà del 1800 in Olanda se ne contavano 9000 esemplari in funzione; tra il 1880 ed il 1930 solo negli Stati Uniti ne furono installate milioni di unità per usi agricoli e domestici, e molte di queste macchine funzionano ancora. È in questo periodo che nacquero i primi generatori di energia elettrica.

A Cleveland, ad opera dell’americano C.F. Brush, vennero realizzati aerogeneratori di potenze crescenti da 3 a 30 kW.

Successivamente, in Danimarca, si giunse alla costruzione di macchine tecnologicamente più potenti ed evolute, ad asse orizzontale e a basso numero di pale, capaci di soddisfare il fabbisogno energetico nazionale.

Un impianto eolico e' costituitoda un gruppo di aerogeneratori dimedia (600-900 kW)o grande (>1MW) taglia,disposti in modo da sfruttare meglio la risorsa eolica del sito; gli aerogeneratori sono connessi fra loro elettricamente attraverso un cavidotto interrato.All'impianto eolico e‘ associata una cabina-stazione di consegna connessa alla rete elettrica nazionale.

Come funziona una centrale eolica

trasformatore

anemometro

Struttura di un aerogeneratore

sistema di controllo

alternatore

moltiplicatore

supporto cuscinetto

rotore

torre

trasformatore

anemometro

Gli aerogeneratori sono costituiti da una navicella o gondola, sostenuta da una struttura metallica connessa ad un rotore costituito da pale fissate su un mozzo e progettate per trasformare l’energia cinetica del vento in energia meccanica.Al soffiare del vento il rotore gira e aziona il generatore che, tramite un moltiplicatore di giri, trasforma l'energia meccanica in elettrica.Tramite un sistema di controllo e trasformazione viene regolata la produzione di elettricita‘e il suo eventuale allacciamento in rete.

Struttura dell’aerogeneratore

L'energia elettrica prodotta in navicella viene convogliata al suolo attraverso cavi elettrici; sempre al suolo vengono inviati mediante opportuni cavi i segnali necessariper il controllo del corretto funzionamento dell’aerogeneratore.

Il lavoro che può svolgere un aerogeneratore

dipende dall’area del rotore e dalla sua

efficienza aerodinamica. La produzione di

energia dipende dalla grandezza e dalla

tipologia delle turbine: si passa dai 100.000

kWh all’anno delle turbine più piccole ai 9.000

MWh all’anno delle più grandi.

La capacità generativa dell’energia eolica installata nel mondo è

cresciuta dal 1995 al 2003 di 8 volte. Basti pensare che la sola

Danimarca, che per il momento soddisfa il 20% del suo fabbisogno

energetico dal vento, è il primo produttore ed esportatore di

turbine eoliche nel mondo e che entro il 2020 potrebbe coprire

l’intero fabbisogno energetico della regione.

Gli ultimi miglioramenti del design permettono alle turbine eoliche

di operare a velocità di vento inferiori rispetto a prima; consentono

poi una migliore resa.

L’energia eolica potrebbe diventare un’alternativa al gas naturale o

al carbone.

L’Europa, dimostrando il potenziale di sfruttamento dell’energia

eolica, sta inaugurando la new economy per il resto del pianeta.

Il trasformatore e' una macchina elettrica

statica che, sfruttando il fenomeno

dell'induzione elettromagnetica, trasforma

i parametri della potenza in ingresso,

tensione e corrente in valori di corrente e

tensione di uscita prestabiliti a potenza

costante (a meno delle perdite di

trasformazione)..

Trasformatore

Schematicamente un

trasformatore e' costituito da

due avvolgimenti, ciascuno

formato da un certo numero di

spire di filo di rame avvolte

attorno a un nucleo di ferro di

elevata permeabilita' magnetica.

Uno degli avvolgimenti riceve

energia dalla linea di

alimentazione, mentre l'altro e'

collegato ai circuiti di

utilizzazione.

L'anemometro e' formato da un'asse

verticale e da coppette che

'catturano‘

il vento.

Comprende il sensore di velocita' e

di direzione.

Il numero di giri al minuto viene

registrato da un congegno

elettronico che blocca

automaticamente il generatore

qualora la velocita' del vento sia

superiore ai 25÷30 metri al secondo.

Anemometro

Il sistema di controllo e' formato

da una serie di congegni

computerizzati che monitorizzano

le condizioni di funzionamento

dell'aerogeneratore e controllano

il supporto-cuscinetto.

Nell'eventualita' di

malfunzionamento, il sistema di

controllo blocca automaticamente

l'aerogeneratore e invia al punto

di teleconduzione dell'impianto

un avviso di intervento.

Sistema di controllo

L'albero lento e' collegato

a un moltiplicatore di giri

da cui si diparte un albero

veloce, che ruota con

velocita' angolare data da

quella dell'albero lento

per il rapporto di

moltiplicazione del

moltiplicatore

Moltiplicatore di giri

Il moto della navicella (gondola) rispetto al sostegno e'

realizzato mediante ingranaggi mossi da un attuatore che

puo' essere di tipo elettrico o idraulico.

Supporto cuscinetto

RotoreE’ un mozzo con 2 o 3 pale che possono

ruotare ad una velocita' superiore ai 200 km

orari.

Le pale sono realizzate con materiali

innovativi o compositi rinforzati con fibra di

vetro

Il mozzo e' collegato a un primo albero,

detto albero lento, che ruota alla stessa

velocita' angolare del rotore.

Data la variabile intensita‘ dei venti non e'

economico adottare aerogeneratori con

rotore a passo fisso, giacchè sono molto

costosi, persfruttare i limitati periodi di forti venti, ma è preferibile utilizzare pale

a passo variabile la cui regolazione consente di ridurre il rendimento

aerodinamico del rotore.

Il passo puo' essere variato in modo continuo o a gradini; nelle

macchine piu' recenti di grossa taglia viene adottato un tipo di pala

orientabile soltanto nella parte piu' vicina alla punta.

L'altezza media di una torre e' compresa tra i 40 e i 60 metri. Essa

puo' essere costituita da una struttura metallica a forma tronco-

conica (con una scala interna che permette le operazioni di salita e

discesa per manutenzione) o da una struttura metallica reticolare a

traliccio.

Torre

21721750605060

165656

220220

800800

55

354354

11

1919

22219219

1010

1283612836586586

137137

803803

5757

291629162424

5151

100100

22

4141364364

77

[MW][MW]

Dati EWEA LUGLIO 2003

Impianti eolici in Europa

Effetti indesiderati

Effetti su flora e fauna

Questi aspetti sono tuttavia di lieve rilevanza tanto da poter affermare che il bilancio costi ambientali/benefici ambientali è ampiamente positivo.

Occupazione del territorio

Impatto visivo

Impatto acustico

Interferenze elettromagnetiche

La necessità di sfruttare al meglio le risorse

eoliche fa sì che gli aerogeneratori vengano posti

sui crinali montani o in zone comunque molto

visibili, aumentandone ulteriormente l'impatto.

Ancor più se tali aree corrispondono ad aree

naturalistiche di pregio, tutelate.

L’impatto visivo è un problema di percezione e

integrazione complessiva nel paesaggio;

comunque è possibile ridurre al minimo gli

effetti visivi sgradevoli assicurando una debita

distanza tra gli impianti e gli insediamenti

abitativi. Sono state individuate, inoltre,

soluzioni costruttive tali da ridurre tale impatto:

impiego di torri tubolari o a traliccio a seconda

del contesto, di colori neutri, adozione di

configurazioni geometriche regolari con

macchine ben distanziate.

Impatto visivo

Occupazione del territorio

Si parla di occupazione del

territorio se si tiene del

terreno fisicamente occupato

da tutto l’impianto. Ma le

macchine eoliche e le opere di

supporto (cabine elettriche,

strade) occupano solitamente il

2-3% del territorio per la

costruzione di un impianto. La

parte del terreno non occupata

dalle macchine può essere

impiegata per altri scopi, come

l’agricoltura e la pastorizia,

senza alcuna

controindicazione.

Impatto acustico

È causato essenzialmente

dal rumore prodotto dalle

pale, dal generatore

elettrico e dal moltiplicatore

di giri che, tuttavia, è in

parte mascherato dal vento

stesso. Inoltre, poiché una

distanza di poche centinaia

di metri è sufficiente a

ridurre l’impatto acustico, la

collocazione delle centrali

eoliche è in genere tale da

non arrecare disturbo alle

aree abitate.

Interferenze elettromagneticheGli aerogeneratori possono, in linea di principio, dare luogo

a interferenze con le telecomunicazioni,

soprattutto perché le loro pale

in rotazione presentano

un ostacolo mobile

di grandi dimensioni alle onde

elettromagnetiche incidenti.

Per evitare interferenze basta

stabilire e mantenere la

distanza minima fra

l'aerogeneratore e, ad esempio,

stazioni terminali

di ponti radio, apparati di assistenza alla navigazione aerea

e televisori.

Oggi gli effetti sono ridotti dall'impiego di pale in materiali

non conduttori come vetroresina e legno.

Effetti su flora e fauna

Le possibili interferenze

degli impianti eolici con la

flora e la fauna

riguardano solo l’impatto

dei volatili con il rotore

delle macchine. In

particolare, le specie più

influenzate sono quelle

dei rapaci; gli uccelli

migratori sembrano

adattarsi alla presenza di

questi ostacoli.

In genere le collisioni

sono molto contenute.

Una proposta in discussione (e in parte applicata in altri paesi

europei) per ridurre tale problematica è costituita dagli impianti

"off-shore“, ovvero nel mare a diversi chilometri dalla costa.

In tal caso viene quasi azzerata

la problematica della visibilità e,

nel contempo,

possono essere sfruttate

condizioni anemologiche (di vento)

migliori (per intensità, durata e

continuità) di quelle nella terraferma.

Sistemi off-shore

Rappresentano un'utile soluzione per quei Paesi densamente

popolati e con forte utilizzo del territorio che si trovano vicino al

mare.

Secondo alcune stime, nei prossimi anni gli impianti off-shore nei

mari europei potrebbero fornire oltre il 20% del fabbisogno elettrico

dei paesi costieri.

L’ eolica è l’ energia

meno costosa

attualmente disponibile.

Un reattore nucleare da

1600 megawatt costa

2,5 miliardi di euro,

mentre il prezzo di una

pala eolica da 3

megawatt costa 3mln di

euro. Oltre ad avere il

costo di installazione più

basso, ha anche il costo

di esercizio più basso.

I prezzi dell’eolico

Lavoro realizzato dagli alunni

delle classi 3^C e 3^I

in adesione la progetto “Educarsi al Futuro”

ANNO SCOLASTICO 2006-2007

DOCENTI: Mariella Rizzo Pinna, M.Teresa Sammartino, Alba Siracusa