Energia eolica. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Le turbine eoliche (WPP) hanno ormai raggiunto il livello di maturità commerciale e in luoghi con velocità del vento favorevoli possono competere con le tradizionali fonti di energia elettrica. Tra i vari dispositivi che convertono l'energia eolica in lavoro meccanico, nella stragrande maggioranza dei casi vengono utilizzate macchine a pale con albero orizzontale installate nella direzione del vento. I dispositivi con un albero verticale sono molto meno comunemente usati.

L'energia cinetica trasportata dal flusso del vento per unità di tempo attraverso un'area di 1 m2 (potenza specifica del flusso) è proporzionale al cubo della velocità del vento. Pertanto, l'installazione di turbine eoliche è opportuna solo in luoghi in cui le velocità medie annuali del vento sono sufficientemente elevate.

Una ruota eolica posta in un flusso d'aria libero può al massimo teoricamente convertire in potenza sul suo albero 16/27=0,59 (criterio di Betz) la potenza del flusso d'aria che passa attraverso l'area della sezione trasversale spazzata dalla ruota eolica. Questo coefficiente può essere chiamato l'efficienza teorica di una ruota eolica ideale. In realtà l'efficienza è inferiore e raggiunge circa 0,45 per le migliori turbine eoliche. Ciò significa, ad esempio, che una ruota eolica con una lunghezza della pala di 10 m a una velocità del vento di 10 m/s può avere una potenza dell'albero di 85 kW al massimo.

I più diffusi tra gli impianti oggi connessi alla rete sono gli impianti eolici (aerogeneratori) con potenza unitaria da 100 a 500 kW. Il costo specifico delle turbine eoliche con una capacità di 500 kW è ora di circa 1200 USD/kW e tende a diminuire.

Insieme a questo, vengono create turbine eoliche con una capacità unitaria significativamente maggiore. Nel 1978 è stato realizzato negli Stati Uniti il ​​primo aerogeneratore sperimentale della classe dei megawatt con una potenza stimata di 2 MW. Successivamente, nel 1979-1982. negli Stati Uniti sono stati realizzati e collaudati 5 aerogeneratori della potenza unitaria di 2,5 MW. A quel tempo, la più grande turbina eolica (Grovian) con una capacità di 3 MW fu costruita in Germania nel 1984, ma, sfortunatamente, funzionò solo per poche centinaia di ore. Le turbine eoliche WTS-3 e WTS-4 costruite poco dopo in Svezia con una capacità rispettivamente di 5 e 4 MW sono state installate in Svezia e negli Stati Uniti e hanno funzionato per i primi 20 e il secondo per 10mila ore.

In Canada sono in corso i lavori per la realizzazione di grandi turbine eoliche ad albero verticale (rotore Darrieus). Uno di questi impianti con una capacità di 4 MW è stato testato dal 1987. In totale, per il periodo 1987-1993. nel mondo sono state costruite circa 25 turbine eoliche di classe megawatt.

La velocità del vento calcolata per le turbine eoliche di grandi dimensioni è solitamente presa a livello di 11-15 m/s. In generale, di norma, maggiore è la potenza dell'unità, maggiore è la velocità del vento per cui è calcolata. Tuttavia, a causa della variabilità della velocità del vento, la maggior parte delle volte la turbina eolica produce meno potenza. Si ritiene che se la velocità media annuale del vento in un determinato luogo è di almeno 5-7 m / s e il numero equivalente di ore all'anno in cui viene generata la potenza nominale è almeno 2000, allora un tale luogo è favorevole per l'installazione di una grande turbina eolica e persino di un parco eolico.

Gli impianti autonomi di una classe di kilowatt, progettati per rifornire consumatori relativamente piccoli, possono essere utilizzati anche in aree con velocità del vento medie annue inferiori.

Oggi, in alcuni paesi industrializzati, la capacità installata degli aerogeneratori raggiunge valori significativi. Così, negli USA sono stati installati più di 1,5 milioni di kW di turbine eoliche: in Danimarca, le turbine eoliche producono circa il 3% dell'energia consumata dal Paese; la capacità installata di turbine eoliche è elevata in Svezia, Paesi Bassi, Gran Bretagna e Germania.

Man mano che l'attrezzatura delle turbine eoliche migliora e il volume della loro produzione aumenta, il costo delle turbine eoliche, e quindi il costo dell'energia che producono, si riduce. Se nel 1981 il costo dell'energia elettrica prodotta dalle turbine eoliche era di circa 30 centesimi di dollaro USA per kWh, oggi è di 6-8 centesimi. Con quattro grandi parchi eolici operanti negli Stati Uniti solo nel 1995, con una capacità totale di circa 200 MW, è chiaro che la riduzione del costo dell'energia eolica a 2,5 centesimi/(kWh) pianificata dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti è davvero reale.

Nei paesi in via di sviluppo, l'interesse per le turbine eoliche è associato principalmente a installazioni autonome a bassa potenza che possono essere utilizzate in villaggi lontani da sistemi di alimentazione centralizzati. Tali unità sono già competitive oggi con i motori diesel alimentati con carburante importato. Tuttavia, in alcuni casi, la variabilità della velocità del vento costringe o ad installare un accumulatore in parallelo all'aerogeneratore, oppure a riservarlo con un impianto a combustibile fossile. Naturalmente, ciò aumenta il costo dell'installazione e il suo funzionamento, quindi la distribuzione di tali installazioni è ancora ridotta.

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