Forse li hai visti mentre guidavi attraverso la campagna. O forse li hai visti appena al largo della costa, incombenti all'orizzonte con le loro pale rotanti. Inoltre, potresti averli visti sul tetto di qualcuno o come parte di un'operazione urbana su piccola scala. Indipendentemente dalla posizione, le turbine eoliche e l'energia eolica stanno diventando una caratteristica sempre più comune nel mondo moderno.
Gran parte di ciò ha a che fare con la minaccia dei cambiamenti climatici, l'inquinamento atmosferico e il desiderio di liberare l'umanità dalla sua dipendenza dai combustibili fossili. E quando si parla di energia alternativa e rinnovabile, l'energia eolica dovrebbe occupare la seconda quota del mercato in futuro (dopo il solare). Ma come funzionano esattamente le turbine eoliche?
Descrizione:
Le turbine ad aria sono dispositivi che trasformano l'energia cinetica del vento e le variazioni del flusso d'aria in energia elettrica. In generale, sono costituiti dai seguenti componenti: un rotore, un generatore e un componente di supporto strutturale (che può assumere la forma di una torre, un meccanismo di imbardata del rotore o entrambi).
Un rotore è costituito dalle pale che catturano l'energia del vento e da un albero, che converte l'energia del vento in energia di rotazione a bassa velocità. Il generatore - che è collegato all'albero - converte la rotazione lenta in alta in energia elettrica usando una serie di magneti e un conduttore (che di solito è costituito da filo di rame a spirale).
Quando i magneti ruotano attorno al filo di rame, produce una differenza nel potenziale elettrico, creando tensione e corrente elettrica. Infine, c'è il componente di supporto strutturale, che assicura che la turbina si trovi ad altitudini abbastanza elevate da catturare in modo ottimale i cambiamenti nella pressione del vento e / o faccia nella direzione del flusso del vento.
Tipi di turbine eoliche:
Al momento, esistono due tipi principali di turbine eoliche: le turbine eoliche ad asse orizzontale (HAWT) e le turbine eoliche ad asse verticale (VAWT). Come suggerisce il nome, le turbine eoliche orizzontali hanno un albero del rotore principale e un generatore elettrico nella parte superiore di una torre, con le pale rivolte verso il vento. La turbina è solitamente posizionata sopravento rispetto alla sua torre di supporto, poiché è probabile che la torre produca turbolenze dietro di essa.
Le turbine ad asse verticale (ancora una volta, come suggerisce il nome) hanno l'albero del rotore principale disposto verticalmente. In genere, questi sono di natura più piccola e non devono essere orientati nella direzione del vento per ruotare. Sono quindi in grado di sfruttare il vento che è variabile in termini di direzione.
In generale, le turbine eoliche ad asse orizzontale sono considerate più efficienti e possono produrre più potenza. Mentre il modello verticale genera meno elettricità, può essere posizionato a quote più basse e ha bisogno di meno in termini di componenti (in particolare un meccanismo di imbardata). Le turbine eoliche possono anche essere divise in tre gruppi generali in base al loro design, che comprende i modelli Towered, Savonius e Darrieus.
Il modello a torre è la forma più convenzionale di HAWT, costituito da una torre (come suggerirebbe il nome) e una serie di lunghe pale che si trovano davanti (e parallele) alla torre. Il Savonis è un modello VAWT che si basa su pale sagomate (palette) per catturare il vento e lo spin. Sono generalmente a bassa efficienza, ma hanno il vantaggio di essere auto-avviati. Questi tipi di turbine sono spesso parte delle operazioni eoliche sul tetto o montati su navi marittime.
Il modello Darrieus, noto anche come turbina "Eggbeater", prende il nome dall'inventore francese che ha aperto la strada al design: Georges Darrieus. Questo modello VAWT impiega una serie di lame verticali che si trovano parallelamente al supporto verticale. Sono generalmente a bassa efficienza, richiedono un rotore aggiuntivo per iniziare a girare, produrre una coppia elevata e sollecitare la torre. Quindi, sono considerati inaffidabili come vanno i disegni.
Storia dello sviluppo:
L'energia eolica è stata utilizzata per migliaia di anni per spingere le vele, alimentare i mulini a vento o per generare pressione per le pompe dell'acqua. I primi esempi noti provengono dall'Asia centrale, dove i mulini a vento utilizzati nell'antica Persia (Iran) sono stati datati tra il 500 e il 900 d.C. La tecnologia iniziò ad apparire in Europa durante il Medioevo, e divenne una caratteristica comune dal 16 ° secolo.
Nel XIX secolo, con lo sviluppo dell'energia elettrica, furono costruite le prime turbine eoliche in grado di generare elettricità. Il primo fu installato nel 1887 dall'accademico scozzese James Blyth per illuminare la sua casa per le vacanze a Marykirk, in Scozia. Nel 1888, l'inventore americano Charles F. Brush costruì la prima turbina eolica automatizzata per alimentare la sua casa a Cleveland, Ohio.
All'inizio del XX secolo, le turbine eoliche hanno iniziato a diventare un mezzo comune per alimentare le case in aree remote (come le cascine). Nel 1941, la prima turbina eolica di classe megawatt fu installata nel Vermont e collegata alla rete pubblica locale. Nel 1951, il Regno Unito ha installato la sua prima turbina eolica collegata alla rete elettrica nelle Isole Orcadi.
Negli anni '70, la ricerca e lo sviluppo della tecnologia delle turbine eoliche sono notevolmente migliorati grazie alla crisi dell'OPEC e alle proteste contro l'energia nucleare. Nei decenni successivi, associazioni e lobbisti dedicati all'energia alternativa iniziarono ad emergere nelle nazioni dell'Europa occidentale e negli Stati Uniti. Nell'ultimo decennio del 20 ° secolo, sforzi analoghi sono emersi in India e Cina a causa del crescente inquinamento dell'aria e della crescente domanda di energia pulita.
Energia eolica:
Rispetto ad altre forme di energia rinnovabile, l'energia eolica è considerata molto affidabile e costante, poiché il vento è costante di anno in anno e non diminuisce durante le ore di punta della domanda. Inizialmente, la costruzione di parchi eolici è stata un'impresa costosa. Ma grazie ai recenti miglioramenti, l'energia eolica ha iniziato a fissare i prezzi di punta nei mercati dell'energia all'ingrosso in tutto il mondo e tagliare i ricavi e i profitti dell'industria dei combustibili fossili.
Secondo un rapporto pubblicato dal Dipartimento dell'Energia nel marzo 2015, la crescita dell'energia eolica negli Stati Uniti potrebbe portare a lavori ancora più qualificati in molte categorie. Intitolato "Wind Vision: una nuova era per l'energia eolica negli Stati Uniti", il documento indica che entro il 2050 l'industria potrebbe rappresentare fino al 35% della produzione elettrica degli Stati Uniti.
Inoltre, nel 2014, il Global Wind Energy Council e Greenpeace International si sono riuniti per pubblicare un rapporto intitolato "Global Wind Energy Outlook 2014". Questo rapporto affermava che in tutto il mondo l'energia eolica poteva fornire fino al 25-30% dell'elettricità globale entro il 2050. Al momento della stesura del rapporto, le installazioni commerciali in oltre 90 paesi avevano una capacità totale di 318 gigawatt (GW), fornendo circa il 3,1% dell'offerta globale.
Ciò rappresenta un aumento di quasi sedici volte del tasso di adozione dall'anno 2000, quando l'energia eolica rappresentava meno dello 0,2%. Un altro modo di guardare sarebbe dire che la quota di mercato dell'energia eolica è raddoppiata quattro volte in meno di 15 anni. Ciò lo colloca secondo solo all'energia solare, che è raddoppiata sette volte nello stesso periodo, ma continua a trascinare il vento in termini di quota di mercato complessiva (circa l'1% entro il 2014).
In termini di svantaggi, un problema costantemente sollevato è l'effetto delle turbine eoliche sulla fauna selvatica locale e il disturbo che la loro presenza ha sul paesaggio locale. Tuttavia, queste preoccupazioni hanno spesso dimostrato di essere gonfiate da gruppi di interesse speciali e lobbisti che cercano di screditare l'energia eolica e altre fonti di energia rinnovabile.
Ad esempio, uno studio del 2009 pubblicato dal National Renewable Energy Laboratory ha stabilito che meno di 1 acro per megawatt è disturbato in modo permanente dalla costruzione di parchi eolici su larga scala e meno di 3,5 acri per megawatt sono disturbati temporaneamente. Lo stesso studio ha concluso che gli impatti sono relativamente bassi sulla fauna selvatica di uccelli e pipistrelli e che le stesse conclusioni valgono per le piattaforme offshore.
In tutto il mondo, i governi e le comunità locali stanno cercando l'energia eolica per soddisfare le loro esigenze energetiche. In un'epoca di aumento dei prezzi del carburante, crescenti preoccupazioni per i cambiamenti climatici e miglioramento della tecnologia, questo non sorprende. Al suo attuale tasso di adozione, sarà probabilmente una delle maggiori fonti di energia entro la metà del secolo.
E assicurati di goderti questo video sulle turbine eoliche, per gentile concessione del Lewis Research Center della NASA:
Abbiamo scritto molti articoli interessanti sulle turbine eoliche e l'energia eolica qui su Space Magazine. Ecco cos'è l'energia alternativa? Quali sono i combustibili fossili? Quali sono i diversi tipi di energia rinnovabile? L'energia eolica sull'oceano (con l'aiuto dello spazio) e il mondo potrebbe funzionare con energia solare ed eolica?
Per ulteriori informazioni, consulta l'articolo di Stuff Works sulla storia e la meccanica dell'energia eolica e la pagina Greenspace della NASA.
Il cast di astronomia ha anche alcuni episodi rilevanti per l'argomento. Ecco l'episodio 51: Earth and Episode 308: Climate Change.
fonti:
- Wikipedia - Turbina eolica
- NASA - Il vento del cambiamento
- Dipartimento dell'Energia - Come funzionano le turbine eoliche?
- U.S.Energy Information Agency - Tipi di turbine eoliche
