Copertina
Autore Luciano Pirazzi
Titolo Le vie del vento
SottotitoloTecnica, economia, e prospettive del mercato dell'energia eolica
EdizioneMuzzio, Roma, 2004, Energie 7 , pag. 272, cop.fle., dim. 170x240x17 mm , Isbn 978-88-7413-080-1
CuratoreLuciano Pirazzi, Roberto Vigotti
LettoreLuca Vita, 2005
Classe scienze tecniche , energia , economia , ecologia
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Indice

    Presentazione di Sergio Garribba 7

    Le vie del vento

1.  Le fonti rinnovabili di energia 13

2.  Il mercato ieri e oggi 17

3.  Quale sarà il mercato di domani? 45

4.  L'energia eolica 57

5.  Tecnologia di macchine e di sistema 81

6.  Aspetti economici legati all'utilizzo
    dell'energia eolica 127

7.  I processi autorizzativi degli impianti 147

8.  La compatibilità ambientale 159

9.  Progettazione, costruzione e connessione
    alla rete della centrale 169

10. Operatori, industria ed occupazione 181

11. La sfida della tecnologia offshore 217

    Appendice al cap. 11 231
    Glossario 251
    Bibliografia 269
 

 

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Pagina 13

1 Le fonti rinnovabili di energia

1.1 Generalità

La crescita dei consumi energetici mondiali, la prospettiva di esaurimento del petrolio e la crisi del clima globale dovuta alle emissioni di gas serra per l'impiego dei combustibili fossili (carbone, petrolio e gas naturale) pongono il tema della ricerca di nuove fonti di energia pulita e abbondante. Il concetto che le fonti rinnovabili possono dare un rilevante contributo nel disegnare un nuovo percorso energetico ambientalmente sostenibile ha guadagnato nel corso degli anni molte posizioni, sia nell'opinione pubblica, sia tra gli esperti di problemi energetici. Si registra un interesse e un'aspettativa sulle fonti rinnovabili di energia (solare, vento, biomasse, mini idraulica) in gran parte dovuta ad una serie di caratteristiche positive che qualificano in tal senso l'energia prodotta da queste fonti, prima fra tutte la rinnovabilità, cioè la loro capacità di fornire energia senza pericolo di esaurirsi nel tempo. Le altre principali caratteristiche positive sono:

- potenziale sovrabbondante rispetto ai bisogni umani parzialmente fruibile mediante tecnologie di produzione affidabili;

- produzione di energia priva di emissioni inquinanti e praticamente esente da emissioni di gas serra;

- modularità e facilità d'uso.

Inoltre, la domanda elettrica mondiale cresce stabilmente al ritmo del 3% all'anno, determinato dall'aumento della popolazione mondiale e dalle crescenti esigenze dei paesi in via di sviluppo. L'accesso a questo mercato è, e lo sarà sempre più negli anni a venire, determinato dalla competitività della tecnologia utilizzata, dalla sua affidabilità e dalla sua capacità di ridurre le emissioni dei gas inquinanti a parità di servizio reso: le fonti rinnovabili in tal senso sono naturalmente candidate a ricoprire questo ruolo in quanto producono, direttamente o indirettamente, energia elettrica.

Anche l'Italia partecipa a questo sviluppo mediante diversi programmi di incentivazione pubblica mirati a ridurre il costo specifico di ogni singola tecnologia. In particolare, le politiche di promozione delle diverse fonti perseguono gli obiettivi individuati nel "Libro bianco italiano per la valorizzazione energetica delle rinnovabili" (delibera CIPE agosto 1999) in relazione agli impegni presi dal governo italiano con il Protocollo di Kyoto. Poiché le tecnologie delle fonti rinnovabili sono ad un differente grado di maturazione, è necessario un approccio differenziato a seconda della lontananza dalla competitività della tecnologia considerata.


1.2 Cenni introduttivi

Il raggiungimento di un maggior livello di competitività dell'energia prodotta da biomasse richiede lo sviluppo di tecnologie altamente efficienti che consentano anche di produrre benefici consistenti in termini di riduzione dell'impatto ambientale.

Peraltro, un aspetto specifico della bioenergia è costituito dal fatto che si ha un indotto occupazionale assai più elevato rispetto alle altre rinnovabili. Infatti, mentre per queste ultime l'occupazione è limitata al personale addetto alla gestione dell'impianto di conversione energetica, nel caso della bioenergia va considerata anche la manodopera che si crea nel sottosettore agricolo e/o forestale che deve produrre ed approvvigionare il combustibile all'impianto.

A fine 2001 in Italia erano stati installati 130 impianti di produzione di energia elettrica da biomassa per una potenza complessiva pari a 329 MW (115 MW da rifiuti solidi urbani, 49 MW da biomassa e 165 MW da biogas) e 72 impianti di cogenerazione da biomassa per 411 MW (206 MW da rifiuti solidi urbani, 173 MW da biomassa e 32 MW da biogas) con un incremento rispetto al 1999 del 35,3% sul totale che scende al 15,5% per le sole biomasse. La produzione di energia per il 2001 è stata pari a 2.587 GWh.

L' energia fotovoltaica è ancora lontana dall'essere economicamente competitiva con le altre fonti energetiche, anche rinnovabili, essendo il costo del kWh immesso in rete dell'ordine dei 40-50 centesimi di euro; ciò non rende, almeno nell'immediato, realistico ricorrere a questa fonte, né per incrementare l'autonomia energetica di una nazione, né per ridurre in maniera significativa le relative emissioni di gas serra.

Sulla base di questo tipo di considerazioni legate alle caratteristiche peculiari della tecnologia fotovoltaica, molti governi nazionali (Germania, Giappone, Stati Uniti) hanno riconosciuto al fotovoltaico una valenza strategica talmente importante da farne oggetto di impegnativi programmi nazionali. Quasi tutti i programmi nazionali citati prediligono, fra le varie applicazioni possibili del fotovoltaico, quelle relative ai sistemi integrati nelle strutture edilizie che presentano numerosi vantaggi.

Anche in Italia, il ministero dell'Ambiente ha ritenuto opportuno avviare il Programma nazionale "Tetti fotovoltaici", alla gestione del quale l'ENEA apporterà il suo contributo tecnico per la valutazione delle iniziative e per il monitoraggio del Programma stesso.

La potenza totale cumulata in Italia sul fotovoltaico è pari a circa 22 MW, due dei quali installati durante l'ultimo anno a seguito dell'iniziativa "Tetti fotovoltaici".

Per quanto riguarda l' eolico, sebbene il 2001 in Italia sia stato un anno fruttuoso in termini di installazioni realizzate, nel corso del 2002-2003 si è registrata una riduzione di tale attività dovuto principalmente alla difficoltà, rivelatasi maggiore del previsto, di approvare nuovi schemi di incentivazione basati sui certificati verdi. Tale processo, in via di conclusione, con l'apertura della borsa dei certificati verdi dovrebbe garantire la ripresa delle attività del settore e il rilancio degli investimenti.

Per la maggior parte dei paesi, un vasto programma di implementazione dell'energia eolica presenta grandi vantaggi sia economici che ambientali ma non sono da trascurare i benefici derivanti dalla diversificazione e sicurezza degli approvvigionamenti elettrici e quelli derivanti dalle fluttuazioni dei costi di fornitura di carburante.

Esistono, comunque, diverse chiavi d'accesso che contribuiscono alla maggiore diffusione della tecnologia. Una di queste è la forte dipendenza del mercato elettrico dalle politiche governative. La creazione di un mercato stabile passa attraverso la pianificazione e l'integrazione in rete che richiedono, oltre che soluzioni tecniche, anche una forte volontà politica espressa in termini di infrastrutture da realizzare e snellimento delle procedure burocratiche.

In tal senso, l'analisi puntuale del mercato eolico in diversi paesi comunitari è esplicativa dell'atteggiamento del governo nei confronti di queste problematiche.

Nel 2003 la potenza eolica installata in tutto il mondo ha sfiorato i 40 GW con un tasso di crescita del 26%, per merito soprattutto dell'Europa, dove sono presenti oltre il 70% delle macchine eoliche installate nel mondo; i costi dell'energia prodotta sono, nelle migliori condizioni operative, comparabili con quelli dell'energia elettrica prodotta da fonti convenzionali. Le nazioni guida del processo di sviluppo tecnologico e penetrazione nel mercato energetico sono la Danimarca e la Germania: in quest'ultimo paese la potenza installata a fine 2003 ha raggiunto 14.609 MW; in Danimarca, nel 2003 l'eolico ha fornito circa il 17% del fabbisogno elettrico ed è un'importante componente dell'economia, dal momento che nello stesso anno ha prodotto un giro d'affari di circa 3.000 milioni di euro. Peraltro, in Danimarca nel settore eolico attualmente operano circa 30.000 addetti, in gran parte dedicati alla produzione degli aerogeneratori.

Complessivamente, l'occupazione associata all'eolico ammonta, in Europa, ad almeno 100.000 unità.

Questi risultati sono stati conseguiti grazie ad un'attenta politica, dapprima di sostegno alla ricerca e allo sviluppo, successivamente mediante programmi di incentivazione della diffusione degli impianti. I programmi di incentivazione sono stati accuratamente monitorati, specialmente in Germania: ciò ha consentito di verificare l'efficacia degli incentivi, nonché di ottenere dettagliate informazioni sulle prestazioni delle diverse tecnologie, e quindi di orientare le scelte imprenditoriali e le ulteriori attività di sviluppo della tecnologia. In realtà, in questi due paesi è stato realizzato un sistema organico che comprende: strumenti di sostegno alla diffusione, industrie manifatturiere e impiantistiche, soggetti di ricerca e sviluppo, istituti di certificazione dei prodotti.

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4 L'energia eolica


4.1 Descrizione e caratterizzazione della fonte

La fonte eolica è dovuta al riscaldamento non uniforme da parte del sole della superficie terrestre. Nella sua rotazione intorno al sole, a causa dell'asse inclinato, esistono vaste zone del pianeta che sono maggiormente irraggiate rispetto ad altre, generando condizioni di differenza di temperatura tali da permettere lo spostamento di grandi masse d'aria. Le zone maggiormente irraggiate agiscono da fonte calda, mentre le zone meno irraggiate operano da fonte fredda, generando una sorta di gigantesco motore meteorologico globale, che dà origine allo spostamento di grandi masse d'aria nell'atmosfera terrestre.

Da un punto di vista regionale l'energia inviata dal sole permette ai continenti ed in genere alle terre emerse di riscaldarsi più rapidamente dei mari e degli oceani circostanti e questo perché le terre emerse hanno una minore inerzia termica rispetto ai mari, dovuta essenzialmente al fatto che uno strato minore di terreno viene coinvolto in questo ciclo a differenza dello spessore delle acque degli oceani coinvolti ed al differente coefficiente di scambio termico. La differenza di temperatura che si crea tra l'aria sopra le terre emerse, che si riscalda di giorno più velocemente, e l'aria sopra gli oceani che rimane fredda ed umida, genera una differenza di pressione, la quale è più alta sui mari e più bassa sulle terre emerse. Da questa differenza di pressione nasce il vento.

La rotazione terrestre deforma i movimenti delle masse d'aria che vanno a colmare la differenza di pressione suddetta, generando, per effetto della forza di Coriolis, i ben noti cicloni ove si verifica il moto ascensionale di aria calda ed anticicloni ove esiste aria fredda e umida.

Al movimento globale di masse d'aria appena descritto, si accompagnano caratteristiche peculiari locali, le quali possono creare un microclima che differisce non poco dalla situazione generale della regione considerata. I fenomeni che governano i regimi locali sono identici a quelli che generano i movimenti globali delle masse d'aria, potendo a loro volta essere enfatizzati dall'orografia del luogo e da determinati fattori che occorre studiare volta per volta.

per questo motivo che, come vedremo in seguito, è indispensabile che lo studio anemologico dei siti interessanti per l'installazione di centrali eoliche venga eseguito direttamente sul luogo con osservazioni accurate che durano normalmente più di un anno.

Il vento può essere misurato in modo empirico con la scala Beaufort, che suddivide la forza del vento in 12 gradi e ne stabilisce l'entità osservando i suoi effetti sull'ambiente circostante; un esempio sono l'altezza e la forma delle onde in mare, con le quali i marinai stabiliscono quale forza abbia il vento in quel momento.

Il vento può essere misurato in modo meno soggettivo e più specifico, misurandone la velocità attraverso un anemometro.

La misura della velocità del vento è molto importante, perché l'energia che se ne può estrarre dipende dal cubo della velocità stessa. evidente, quindi, quanto influisca la minima variazione della velocità del vento sulla quantità di energia che si ottiene.


4.2 Sitologia

4.2.1 Individuazione delle aree e scelta del sito di installazione

L'individuazione delle aree di maggior interesse per l'installazione di fattorie del vento inizia da un macrositing (analisi preliminare) del territorio in esame. L'estensione di territorio può essere pari a quello di una o più province, ove ragionevolmente si troveranno zone a maggior ventosità. Il macrositing consiste nell'analisi di una carta topografica digitale sulla quale vengono inseriti i dati anemologici a grande scala rilevati dal servizio meteorologico nazionale. L'obiettivo è quello di individuare delle linee di isoventosità (linee che collegano punti con uguale ventosità) che permettano l'individuazione dei siti maggiormente ventosi all'interno del territorio preso in esame. Come è facilmente prevedibile, la scelta non è che all'inizio, visto che, ove sussistano condizioni anemologiche sufficienti, inizia un altro screening teso alla osservazione in quei siti di caratteristiche di viabilità, sufficiente distanza dai centri abitati, sufficiente vicinanza alla rete elettrica di MT o meglio di AT, che potrebbero in futuro permettere l'installazione delle macchine eoliche.

In questa seconda fase, che parte subito dopo il macrositing e l'individuazione di siti interessanti, lo studio dell'anemologia specifica dei luoghi, lo studio dell'impatto ambientale e paesaggistico e lo studio della realizzabilità dell'impianto (distanza dagli elettrodotti, viabilità stradale che possa permettere l'ingresso di trasporti lunghissimi, ecc.) vanno avanti di pari passo, permettendo di ottenere, in un periodo di tempo ragionevole, un quadro tecnico della situazione che consenta di capire se è possibile installare una fattoria eolica e quale sarà la sua resa. Contestualmente alle rilevazioni tecniche e all'inizio degli studi di fattibilità che servono per preparare la strada al progetto definitivo, si iniziano i contatti con gli enti locali e si comincia una opera di informazione del pubblico per sondare se esistono resistenze a realizzazioni di tali impianti nelle vicinanze. infatti possibile che esistano vincoli che non permettono l'installazione, come pure istanze sociali che sconsigliano di insistere su quel territorio: è bene sapere in anticipo se continuare gli studi o meno, così da concentrare eventualmente l'attenzione altrove.


4.2.2 Campagna anemologica

La campagna anemologica è tesa all'analisi delle caratteristiche dei venti che spazzano una possibile zona di produzione di energia da fonte eolica.

Lo strumento che serve per ottenere dati attendibili è la torre anemologica, che di norma dovrebbe essere alta almeno due terzi della turbina che si intende installare e registrare l'intensità del vento e la sua direzione sia in cima che ad altezze intermedie. In tal modo è possibile determinare il profilo di velocità al variare della quota.

Spesso vengono anche utilizzate torri da 10 metri se le zone da monitorare sono di difficile accesso (siti montani nell'Appennino centrale e meridionale) e sono caratterizzate da una lunghezza di rugosità (vedi paragrafo 4.3) particolarmente bassa. Per ottenere i migliori risultati, è comunque indispensabile adottare torri alte tra 30 e 50 metri con anemometri a due o tre altezze.

Alcune delle torri rimangono in sito anche dopo la realizzazione delle fattorie per monitorare le prestazioni degli aerogeneratori.

Oltre agli anemometri, si utilizzano banderuole per rilevare le direzioni dei venti e sensori di temperatura. Quest'ultimi servono per identificare le condizioni con potenziale formazione di ghiaccio e conseguente alterazione delle misure.

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8 La compatibilità ambientale


8.1 Problemi ambientali legati all'inserimento delle macchine eoliche nell'ambiente

Le moderne turbine eoliche sono macchine di grandi dimensioni, perché debbono generare discrete quantità di elettricità da una fonte di energia a bassa densità di potenza.

La turbina eolica tipo è una macchina che ha una torre dai 50 agli 80 metri ed un rotore di dimensioni analoghe. Volendo produrre una quantità significativa di energia sarà necessario installare un discreto numero di aerogeneratori ed interessare una ampia superficie di territorio. Questo determina la modifica di una serie di fattori ambientali da rendere necessaria l'analisi di tutti quei problemi derivanti dall'inserimento della centrale eolica in un determinato sito.

Gli aspetti più importanti che vanno studiati riguardano:

- l'impatto visivo e la modifica del paesaggio;

- la compatibilità con la destinazione urbanistica del territorio;

- l'impatto acustico;

- i disturbi elettromagnetici;

- l'interazione con l'avifauna stanziale e migratoria.


8.2 Impatto visivo e territoriale

L'impatto visivo e territoriale è l'impatto più evidente delle installazioni eoliche, specialmente considerando che oggigiorno in Italia le collocazioni in programma per il breve termine avverranno prevalentemente in zone interne dell'Appennino e del sub-Appennino delle regioni centro-meridionali, nonché in quelle insulari, ossia aree in cui l'interesse naturalistico e paesaggistico deve conciliarsi con le necessità di sviluppo delle comunità locali. Sovente tali zone interne sono anche deficitarie nel bilancio di produzione e consumo di energia elettrica, il che, unitamente all'interesse per la costruzione in situ di campi eolici, dà un'ulteriore spinta verso lo sviluppo di tale fonte.

Qualora si volesse descrivere un tipico sito italiano assoggettato allo studio di un progetto per lo sviluppo di una centrale eolica, si individuerebbero caratteristiche e peculiarità descritte per esteso nel paragrafo 5.2. Tali caratteristiche identificano il classico sito in zone collinari o montane, tipico dell'Appennino centro-meridionale, oppure siti in zone pianeggianti, come avviene oggi in Sardegna.

L' impatto visivo di una centrale ad alta densità di macchine che è installato sui crinali montani dell'Appennino centro-meridionale potrebbe essere molto rilevante, se non si costruissero gli impianti in modo tale da minimizzarne l'effetto. Alcuni accorgimenti utili per armonizzare gli aerogeneratori consistono nell'utilizzare colori tenui (tranne per le macchine pericolose per il volo a bassa quota, per le quali occorre optare per colorazioni a strisce bianche e rosse, che ne determinino la presenza di giorno, e dotarle di luci fisse di posizione, che le rendano visibili di notte). Una pianificazione territoriale attenta privilegerà l'uniformità della scelta dei sostegni, evitando, in uno stesso impianto eolico, d'inserire sia sostegni tubolari che a traliccio.

Nel caso di centrale realizzata su plateau, il corretto inserimento nel paesaggio da un punto di vista strettamente visivo è più facile, perché l'impianto non domina una intera vallata, bensì risulta inserito all'interno di una piana, generalmente con vegetazione boschiva o a macchia mediterranea, che permette di evitare un impatto visivo troppo accentuato finché non si è in prossimità degli aerogeneratori.

Lo studio per la determinazione del luogo giusto ove impiantare una centrale eolica, e la minimizzazione degli effetti indesiderati sul paesaggio, si sviluppano attraverso metodi standardizzati, che permettono l'individuazione delle condizioni più favorevoli in modo oggettivo. Tali metodologie sono state spesso utilizzate nel recente passato, per determinare l'impatto ambientale sia di insediamenti produttivi già esistenti, sia di insediamenti produttivi in fase progettuale, prima che si iniziassero i lavori. Si imposta così un confronto tra l'impatto sul territorio originato da un complesso eolico e l'eventuale impatto causato da un impianto che sfrutti una fonte di energia differente. L'analisi delle "variazioni del paesaggio" parte dalla definizione di una grandezza detta "emergenza visiva", che viene definita come: la variazione locale dell'altezza media degli oggetti visibili, dal punto di stazione sul giro d'orizzonte di 360 compiuto in ciascuna delle direzioni dei 4 settori cardinali e comprendenti l'impianto in progetto, il tutto mediato con peso individuato sulla base degli sfondi, della illuminazione e delle condizioni meteorologiche prevalenti. Il punto di stazione è costituito da un punto di osservazione coincidente con un luogo scenicamente, naturalisticamente o socialmente importante dal punto di vista dell'interesse da salvaguardare (figura 8.1).

Così come è stata definita, l'emergenza visiva permette di valutare le modifiche tridimensionali provocate al paesaggio dall'inserimento di una centrale eolica.

Attraverso una puntuale valutazione del risultato dell'emergenza visiva, alla luce delle disposizioni dettate dal Piano regionale paesistico, che individua le emergenze visive e gli elementi di pregio paesistico, è possibile minimizzare l'impatto sul paesaggio prendendo opportune misure che non deteriorino la funzionalità dell'impianto e ne migliorino la sostenibilità paesaggistica.

L' impatto territoriale è senza dubbio inferiore rispetto ad altre fonti di energia rinnovabile e non, anche in considerazione del fatto che al di sotto degli stessi aerogeneratori alcune decine di metri separano la parte inferiore del rotore dal suolo, dando modo alla vegetazione di crescere ed eventualmente permettendo il tranquillo svolgimento di attività agricole e/o di pastorizia. Questo consente quindi di considerare la fonte eolica come la fonte che occupa meno terreno rispetto a qualsiasi altra (figura 8.2).

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