Gli aerogeneratori eolici sia verticali che orizzontali utilizzano l’energia cinetica del flusso d’aria che attraversa il rotore, convertendola prima in energia meccanica e poi con un generatore in energia elettrica. La potenza estraibile dal vento, per mezzo di un aerogeneratore, dipende dalla superficie del rotore, dalla velocità del vento al cubo e della densità dell’aria. Rotore e generatore elettrico possono essere direttamente collegati (Direct drive) oppure associati ad un moltiplicatore di giri. Il generatore può essere asincrono o sincrono.
Una prima classificazione delle turbine mini eoliche si può fare in base all’asse di rotazione, in particolare si hanno gli aerogeneratori eolici ad:
e in base alla classificazione per potenza:
Inoltre nei successivi paragrafi volevamo puntualizzare alcuni aspetti legati alle tipologie di generatore (asincrono e sincrono) e ai sofisticati sistemi di regolazione e controllo, che sono in grado di adeguare istantaneamente le condizioni di lavoro della macchina al variare della velocità e della direzione dei venti. I generatori eolici inoltre sono dotati di sistemi frenanti e di altri meccanismi che proteggono il buon funzionamento e l’integrità della turbina in caso di vento eccessivo.
Le pale iniziano a muoversi quando il vento raggiunge la velocità minima di avvio (cut-in wind speed). Le soglie di cut-in sono variabili in funzione della taglia del generatore: di solito per l’avvio di aerogeneratori di piccola taglia sono sufficienti velocità del vento molto basse, anche soltanto di 3-4 metri al secondo. La rotazione del rotore per gli aerogeneratori ad asse orizzontale può essere sopravento [figg. a) b)] o sottovento fig. c).
All’aumentare della velocità del vento corrisponde un progressivo aumento della potenza istantanea erogata dalla macchina, fino al raggiungimento della velocità nominale (rated wind speed), cioè della velocità del vento nella quale il generatore raggiunge la potenza di targa. Il picco di potenza erogata rimane costante fino alla soglia massima (cut-out wind speed) di velocità del vento tollerata dalla macchina.
Oltre questa soglia, il generatore smette di produrre energia e si mette in sicurezza, ricorrendo a sistemi attivi o passivi di protezione, al fine di evitare danni alle componenti meccaniche.
Rotore e generatore elettrico possono essere direttamente collegati (Direct drive) oppure associati ad un moltiplicatore di giri. Il generatore può essere asincrono o sincrono. Il principale vantaggio del generatore asincrono risiede nella costanza della frequenza, se il generatore è collegato ad una rete elettrica che la imponga, indipendentemente dalla velocità di rotazione delle pale. Vista la non costanza della velocità di rotazione delle pale sembrerebbe la scelta più naturale per un impiego del genere.
I vantaggi sono che costa poco costruirlo e ha un rendimento superiore a quello del generatore sincrono.
Gli svantaggi sono: necessità di assorbire il saldo di potenza reattiva per il proprio funzionamento da cui la necessità di essere allacciata alla rete o, se in isola, di provvedere alla potenza reattiva con un opportuno banco di condensatori. Un’installazione eolica con generatore asincrono esige una particolare manutenzione e più controllo annuo, affinché l’energia erogata sia di buona qualità.
I generatori sincroni sono a magneti permanenti, generano energia a frequenza del tutto variabile dettata dalla la velocità del vento. Questo problema si risolve istallando un inverter, che provvede a raddrizzare in ingresso la corrente a frequenza variabile, trasformandola in continua e operando una nuova riconversione da continua in alternata a frequenza di rete.
Vantaggi: Non necessita di un numero fisso di giri. Questo è naturalmente un vantaggio considerando che il vento non è sempre costante. Si auto magnetizza, cioè non ha bisogno di corrente per l’avviamento, quindi non assorbe corrente dalla cassetta di collegamento. Non crea alcun dislivello alla rete poiché è galvanicamente separato dalla rete, con un sistema elettronico molto avanzato per la messa in fase sulla rete.
Svantaggi: Costi di trasformazione dell’energia.
Il sistema di controllo della potenza ha la funzione di ottimizzare la potenza erogata, al variare della velocità del vento.
Esistono due tipologie di sistemi di controllo della potenza:
oppure
L’imbardata è la rotazione della turbina intorno al proprio asse verticale, indispensabile per posizionare il rotore secondo la direzione del vento. Il controllo dell’imbardata contribuisce anche a regolare la potenza prodotta.
I due principali sistemi di controllo e regolazione dell’imbardata sono:
Italy
IMAM AMBIENTE s.r.l.
Via Carlo Alberto, 47 - pedestrian access Via Bodoni, 2
10123 Torino
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E-mail:info@imamambiente.com
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