Che cos'è l'energia eolica?
L'energia eolica è un tipo di energia rinnovabile che sfrutta la potenza cinetica del vento per generare energia elettrica. Essendo una delle maggiori fonti di energia sostenibile e pulita, l'energia eolica è essenziale per il viaggio verso le emissioni zero.
Gli esseri umani hanno utilizzato l'energia eolica per scopi meccanici fin dall'antichità, utilizzando semplici mulini a vento per pompare l'acqua. Oggi, la generazione di energia eolica si basa sulle turbine eoliche per catturare energia dal vento. Le turbine eoliche funzionano sia su piccola scala (singola casa) che su larga scala (parco eolico) e possono essere costruite sulla terraferma o in mare aperto, ad esempio nei laghi o negli oceani.
Insieme all'energia solare, si ritiene che l'energia eolica abbia il maggior potenziale per aumentare la crescita della capacità rinnovabile in tutto il mondo: nel 2023, i primi cinque mercati per le nuove installazioni di energia eolica sono stati Cina, Stati Uniti, Unione Europea, India e Brasile.1 L'innovazione per sviluppare le funzionalità eoliche offshore, ridurre i costi di produzione e migliorare l'efficienza della generazione di energia delle turbine eoliche è in corso per incoraggiare la crescita del settore.
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Alcuni dei primi usi meccanici dell'energia eolica risalgono al 200 a.C., quando le persone in Medio Oriente usavano i mulini a vento per macinare il grano e in Cina per pompare acqua. Più tardi, già nel XII secolo, i mulini a vento furono utilizzati per scopi industriali, come il drenaggio di laghi e stagni in Europa.
Nel XIX secolo, l'energia eolica era diventata una fonte di generazione di elettricità. James Blyth, un ingegnere elettrico del Regno Unito, ha il merito di aver costruito la prima turbina eolica nel 1887. È stato seguito poi dai pionieri dell'energia eolica americani Charles Brush e Dane Poul la Cour, che hanno utilizzato l'energia eolica per alimentare singoli edifici.2
È stato solo alla fine del XX secolo, tuttavia, che la generazione di energia eolica per scopi commerciali è emersa come un'opzione praticabile. I primi parchi eolici su scala industriale (progetti contenenti un gruppo di turbine eoliche) sono stati installati negli anni '80 in America. Il settore è cresciuto rapidamente dal 2000: la capacità di generazione eolica installata a livello globale è aumentata di 98 volte negli ultimi due decenni.3 Oggi le turbine eoliche di tutto il mondo producono più di 2.100 terawatt/ora (TWh) di elettricità all'anno.
Le moderne turbine eoliche hanno pale simili a eliche (o pale del rotore) che fanno girare un rotore quando vengono spinte dalla forza del vento. Il rotore fa girare un generatore all'interno di un contenitore a forma di scatola, chiamato navicella, al centro della turbina. La rotazione del rotore crea elettricità pulita che può essere immessa nella rete elettrica o alimentare singole abitazioni. Questo processo può anche essere descritto come energia cinetica convertita in energia rotazionale, che viene poi convertita in energia elettrica.
Le turbine eoliche più comuni sono quelle ad asse orizzontale (HAWT) e assomigliano a un ventilatore con tre pale. Ma ci sono anche turbine eoliche ad asse verticale (VAWT) con pale che ruotano come un robot da cucina.
La quantità di energia elettrica generata dal vento dipende dalle dimensioni della turbina e dalla lunghezza della pala. Le turbine eoliche possono raggiungere altezze superiori a 200 m con diametri di oltre 160 m. Queste turbine mastodontiche possono produrre fino a 9,5 megawatt di potenza. Tuttavia, la maggior parte delle turbine eoliche è alta circa 80 m con pale lunghe 40 m e producono fino a 1,8 megawatt di potenza.5
Ci sono tre applicazioni principali per l'energia eolica: a terra, distribuita e offshore.
Energia eolica terrestre
La maggior parte delle turbine eoliche sono installate a terra, il che rende l'energia eolica terrestre l'applicazione più frequente. Un esempio comune di energia eolica terrestre è un parco eolico su scala industriale, spesso gestito da un'industria che poi vende l'energia. Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) ritiene che l'energia eolica terrestre su scala industriale sia una delle fonti di elettricità a più basso costo.
Energia eolica distribuita
L'energia eolica distribuita produce energia su scala ridotta. Di solito è caratterizzata da una o più turbine eoliche piccole che forniscono la generazione di energia eolica in loco a singole abitazioni, siti di produzione, aree agricole o comunità rurali. Oltre alla generazione in loco, l'energia eolica distribuita può anche connettersi a microgriglie e sistemi energetici ibridi. Gli impianti di energia eolica distribuita sono generalmente inferiori a 20 megawatt.
Energia eolica offshore
La generazione di energia eolica offshore può essere molto più grande dell'energia eolica onshore o dell'energia eolica terrestre sia per scala che per numero di turbine. Le pale di alcune turbine eoliche offshore possono essere lunghe quanto un campo da calcio, e le torri stesse raggiungono un'altezza pari a un Washington Monument e mezzo.6
La più grande si trova nel Mare d'Irlanda, ed è più grande dell'isola di Manhattan, New York. Le turbine eoliche offshore possono essere ancorate al fondo del corpo idrico come turbine "a base fissa" o su piattaforme galleggianti. L'elettricità generata ritorna a terra attraverso cavi sottomarini interrati.
Essendo una delle fonti energetiche in più rapida crescita, l'energia eolica presenta molti vantaggi.
A differenza dei combustibili fossili (petrolio, carbone e gas naturale) e delle centrali elettriche convenzionali, le turbine eoliche producono zero emissioni di gas serra e i progetti di energia eolica possono essere sviluppati con un impatto ambientale limitato. Infatti, gli agricoltori possono affittare i loro terreni per progetti di energia eolica, mandare avanti le loro operazioni agricole o di allevamento. E, finché il vento soffia, le turbine continueranno a girare: si tratta quindi di una forte fonte di energia rinnovabile.
Gli sviluppatori e i privati possono installare turbine eoliche ovunque ci siano correnti di vento abbastanza forti, ossia in molti luoghi della Terra. Questo vale sia sulla terraferma che in mare aperto e persino nelle località più remote, come le isole, che potrebbero non avere accesso alla rete elettrica o alle linee elettriche.
L'energia eolica a terra su scala industriale è una delle fonti di energia più economiche disponibili oggi. Inoltre, i progetti di energia eolica hanno basse spese operative e nessun costo di carburante. L'energia eolica distribuita aiuta anche i proprietari di immobili e le comunità a ridurre le bollette energetiche e a ricevere crediti d'imposta e incentivi.
L'energia eolica non presenta molti svantaggi e quelli che presenta sono spesso risolvibili.
Poiché l'energia eolica non produce emissioni, le principali sfide ambientali ruotano attorno all'impatto dei parchi eolici e delle turbine eoliche sulle comunità vicine (come le preoccupazioni relative al rumore) e sulla fauna selvatica (come l'impatto dei parchi eolici sugli habitat marini).
Spesso i costi iniziali delle turbine e dei progetti eolici sono elevati. Tuttavia, le turbine eoliche spesso si ripagano da sole dopo qualche tempo. Inoltre, meccanismi come i certificati di energia rinnovabile (REC) e gli accordi di acquisto di energia (PPA) possono contribuire a garantire certezza finanziaria agli sviluppatori di progetti di energia rinnovabile.
La generazione di energia eolica dipende dalle condizioni meteorologiche: le turbine hanno bisogno del vento per girare. Senza adeguate capacità di previsione meteorologica e di storage dell'energia, la potenza eolica può essere imprevedibile e intermittente.
La supply chain dell'energia eolica non è ancora al passo con la rapida crescita del settore. C'è un'elevata volatilità nei prezzi, nelle normative e nell'offerta delle materie prime. Questa mancanza di coerenza rende difficile stabilire una strategia a lungo termine per la supply chain.
Sono diverse le tecnologie che stanno avanzando nel settore eolico:
Previsioni per le fonti rinnovabili
Il tempo e il clima influenzano la generazione di risorse energetiche rinnovabili come l'energia eolica e solare. Con l'aumento delle preoccupazioni in materia di sostenibilità e cambiamento climatico, le nuove tecnologie per prevedere con precisione la velocità del vento e produrre l'energia degli impianti eolici sono fondamentali. Le odierne soluzioni di previsione delle energie rinnovabili utilizzano analytics avanzata, Internet of Things (IoT) e dati meteorologici per generare previsioni di produzione ad alta precisione per i parchi eolici.
Espansione offshore
Le turbine galleggianti di grandi dimensioni, che possono essere installate in acque più profonde, possono aumentare la capacità energetica del vento di oltre due volte. Il governo degli Stati Uniti ha annunciato un'iniziativa per espandere la produzione di energia eolica offshore in America distribuendo 30 gigawatt di parchi eolici offshore galleggianti entro il 2030.7 Attualmente esistono quattro tipi di piattaforme galleggianti utilizzate per sfruttare queste risorse eoliche offshore: a tension leg, semi-sommergibile, su chiatta e spar-buoy.
Progressi nella produzione
Il profilo aerodinamico delle pale delle turbine è fondamentale per una generazione efficiente di energia. Alcune aziende stanno applicando più tecnologie (computer vision, machine learning, edge computing e IoT) per garantire la precisione della produzione. Inoltre, la ricerca su materiali avanzati come le termoplasstiche sta creando un futuro di pale riciclabili per turbine eoliche.8
Efficienza di manutenzione
L'integrazione dei dati, l'analytics e la visualizzazione possono fornire agli operatori dei parchi eolici una comprensione dettagliata e accurata degli asset, comprese soluzioni predittive per migliorare le operazioni di manutenzione. Questa visibilità aumenta la consapevolezza della situazione sulla produzione di energia, sulla disponibilità delle turbine, sui tassi di conversione dell'energia eolica e sullo stato di salute delle turbine per contribuire a ottimizzare l'output.