Energia eolica, come funziona e perché è conveniente

La crisi dell’approvvigionamento energetico riguarda oramai non solo l’Europa ma tutto il Pianeta. Il recente conflitto Russo-Ucraino ha esposto il nervo scoperto delle fonti energetiche: le più importanti  (tutte derivate da idrocarburi) sono nelle mani di pochi.

L’Europa, in questo quadro internazionale fatto di incertezze, punta all’autonomia energetica. Proprio l’energia eolica che troviamo nel paniere delle energie rinnovabili rappresenta uno dei canali di approvvigionamento più importanti. Perché è di facile installazione, perché ha una resa elevata, perché è economica e perché necessita di una fonte rinnovabile e inesauribile: il vento.

Che cos’è l’energia eolica

Quando parliamo di eolico e di energia eolica, ci riferiamo al processo di generazione di elettricità a partire dal vento che attiva il movimento circolare di un rotore munito di pale (solitamente tre) e posto su una torre elevata.

Vero è che da secoli l’umanità sfrutta la forza del vento – in particolare grazie ai mulini – per semplificare tutta una serie di lavori (come ad esempio macinare il grano, pompare l’acqua, ecc).

Ma se con i mulini si sfrutta il vento per ottenere energia meccanica, con una pala eolica si sfrutta il vento per ottenere energia elettrica pulita.

Già a partire dalla fine dell’Ottocento iniziarono i primi studi e esperimenti che avevano come fine la produzione di elettricità attraverso un impianto elettrico basato su una turbina alimentata da un rotore con pale eoliche.

La diffusione delle turbine eoliche però è iniziata soltanto negli anni ottanta del secolo scorso, prima negli Stati Uniti e poi nei Paesi del Nord Europa.

Dal 2000 in poi, grazie all’introduzione degli incentivi legati ai programmi di decarbonizzazione promossi dall’Unione europea, le turbine eoliche hanno iniziato a trovare sempre più spazio anche alle nostre latitudini.

Oggi gli impianti eolici che vediamo stagliarsi sulle colline dei nostri territori sono composti da gruppi di moderne turbine eoliche che roteano grazie all’energia cinetica innescata dal vento. I flussi d’aria attivano il movimento del rotore che è collegato a una turbina posta nella navetta posteriore dell’impianto. Di conseguenza, la turbina trasforma l’energia cinetica in energia elettrica, che viene subito immessa nella rete di distribuzione e consegnata agli utenti domestici o industriali.

La tecnologia alla base dell’eolico

Più nel dettaglio, il funzionamento di una turbina eolica è piuttosto lineare: quando il vento soffia in prossimità di un impianto eolico, le sue pale catturano l’energia cinetica del vento e ruotando, trasformandola così in energia meccanica.

Questo processo è in grado di azionare un generatore, che a sua volta ha il delicato compito di trasformare l’energia meccanica in energia elettrica, pronta per essere immessa nelle reti di trasmissione.

Può inoltre essere presente un sistema di accumulo per rendere controllabile la potenza erogata, indipendentemente dalle variazioni di velocità del vento. Gli impianti eolici sono poi ormai sempre dotati di appositi software di monitoraggio e di controllo, che sono capaci di agire su alcune variabili meccaniche della turbina ed elettriche del generatore per garantirne il funzionamento sicuro ed efficiente nel corso del tempo.

Una tipica turbina moderna inizia a generare elettricità quando la velocità del vento raggiunge i 6-10 kmh. Al contrario, le turbine si fermano quando il vento soffia troppo forte (circa 88 kmh) per evitare danni alle apparecchiature. La quantità di energia che può essere ottenuta dal vento dipende dalle dimensioni della turbina e dalla lunghezza delle sue pale.

La capacità delle turbine eoliche è aumentata nel tempo. Nel 1985, agli esordi di questa tecnologia, le turbine tipiche in commercio avevano una capacità nominale di 0,05 (MW) e un diametro del rotore di 15 metri. I nuovi progetti di energia eolica odierni hanno una capacità media delle turbine è di circa 3 MW a terra e di 7 MW in mare aperto, ma ormai si è arrivati anche a impianti con turbine vicine a 10 MW, con una tendenza ulteriore all’aumento.

Le diverse tipologie di eolico

In realtà a voler essere più precisi, la differenza di taglia delle turbine è legata a tre diverse tipologie di energia eolica, sviluppate in contesti altrettanto differenti

1. Eolico terrestre industriale: si tratta dell’applicazione classica dell’eolico. In questo caso parliamo di turbine eoliche di dimensioni comprese tra 100 kilowatt e diversi megawatt, costruite in siti terrestri caratterizzati da un’adeguata ventosità. In questo caso l’elettricità viene fornita alla rete elettrica e distribuita all’utente finale dalle società elettriche o dai gestori dei sistemi di alimentazione.
2. Eolico offshore: in questo caso le turbine eoliche vengono installate in mare aperto e collegate alla rete attraverso dei cavi sottomarini. Le turbine eoliche offshore sono più grandi delle turbine terrestri e possono generare più elettricità, proprio per la possibilità di sfruttare la maggiore ventosità in mare aperto e la sostanziale assenza di vincoli paesaggistici.
3. Micro eolico: in questo caso ci si riferisce a singole mini turbine eoliche, di potenza inferiore ai 100 kW, che di norma vengono utilizzate per alimentare in circuito chiuso l’impianto elettrico domestico, un’azienda agricola o una piccola impresa, senza essere direttamente collegate alla rete.

Un altro punto importante quando si parla di energia eolica, è che spesso un certo numero di turbine sono costruite vicine tra loro, dando vita a un parco eolico. Questo tipo di impianto corrisponde a una centrale elettrica unitaria, con un monitoraggio unitario del funzionamento delle diverse turbine e una gestione unica della trasmissione dell’energia alla Rete.

Perché l’energia eolica è economica

Ma perché negli ultimi vent’anni il Pianeta ha iniziato a investire in maniera importante sull’energia eolica? La ragione principale è di natura ambientale e anche economica: le fonti fossili (gas, petrolio, carbone) tradizionalmente utilizzate per la generazione elettrica hanno un impatto elevato in termini di inquinamento e di emissioni, tanto da essere considerate come le principali responsabili del climate change.

L’energia eolica – nonostante alcuni rischi di natura paesaggistica e legati alla protezione dell’avifauna – è invece totalmente pulita, non produce né emissioni dannose per la salute, né gas serra (fatta eccezione ovviamente per l’energia impiegata nella costruzione degli aerogeneratori stessi) ed è inesauribile.

Dunque l’eolico può assicurare un importante contributo alla diminuzione delle emissioni di CO2 in atmosfera e questo basta a spiegare il perché – alla pari di altre fonti pulite come fotovoltaico e biomasse – negli ultimi anni si sia ampiamente diffusa.

Inoltre, l’energia eolica può rappresentare un’arma importante dal punto di vista dell’autonomia energetica e dunque economica: le risorse fossili sono infatti concentrate in maniera estremamente diseguale nel globo, facendo sì che alcuni Paesi siano dipendenti da altri per la fornitura di materie prime energetiche.

Al contrario il vento, così come altre fonti rinnovabili, è una risorsa disponibile praticamente ovunque e dunque non è soggetta a rischi geopolitici né tantomeno comporta costi di approvvigionamento e trasporto.

Le criticità dell’energia eolica

Eppure, la costruzione degli impianti eolici nonostante questi vantaggi sia di natura ambientale sia più strettamente economica non è priva di difficoltà. La presenza di parchi eolici non sempre è gradita alle comunità locali e a alcune frange dell’ambientalismo.

Nel documento del WWF che traccia le linee guida per la realizzazione di impianti eolici industriali  pubblicato nel 2007 e intitolato Eolico & Biodiversità sono sostanzialmente ravvisati due rischi:

1.  rischio diretto, dovuto all’alterazione e distruzione di tipi di habitat, erosione del suolo (impianto e infrastrutture di servizio), collisione degli animali con parti dell’impianto, in particolare il rotore;
2. rischio indiretto, dovuto all’alterazione dell’uso del suolo, alla frammentazione, all’aumento del disturbo antropico con conseguente alterazione di popolazioni selvatiche.

Un’altra grande critica rivolta all’eolico è relativa all’impatto sul paesaggio: la collocazione di grandi parchi eolici è infatti ritenuta spesso lesiva di questo bene, che è espressamente tutelato dalla costituzione italiana.

In questi anni comunque la progettazione di impianti eolici ha fatto passi in avanti su questo punto, grazie all’introduzione di appositi protocolli, che hanno permesso di contenere rischi e criticità.

Si è proceduto a contenere: alterazione del campo sonoro ed impatto acustico, interferenze sulle telecomunicazioni;  impatto visivo e paesaggistico, forma delle torri eoliche, manutenzione dell’impianto; dismissioni e ripristino.

L’energia eolica nel mondo, Europa e Italia

Ma quali sono i numeri dell’eolico a livello mondiale? La capacità totale di energia eolica a livello globale è nel 2019 era di oltre 651 GW, con un aumento del 10% rispetto al 2018.

La Cina e gli Stati Uniti sono i più grandi mercati eolici onshore del mondo, rappresentando insieme oltre il 60% della nuova capacità nel 2019. L’Europa ha installato 15,4 GW di nuova potenza eolica nel 2019 di cui 11,8 GW onshore e i restanti 3,6 GW offshore.

Complessivamente il Vecchio Continente può contare su 205 GW di potenza eolica installata. Il 2019 non è stato un anno particolarmente favorevole per l’eolico italiano, che ha potuto contare su 450nuovi MW di solo eolico onshore, per un totale di 10,5 GW installati (nessuno dei quali offshore).

Il bicchiere è mezzo pieno o mezzo vuoto? Concentrandoci soltanto sui numeri del 2018, è possibile affermare come i circa 10 GW di installato (per complessivi 6.909 aerogeneratori di varia taglia) abbiano consentito di produrre un quantitativo di energia pulita pari a 17,32TWh, con un risparmio di circa 20 milioni di barili di petrolio e oltre 10 milioni di tonnellate di emissioni risparmiate di CO2.

Le potenzialità dell’eolico italiano sono però superiori: secondo uno studio ANEV ci sarebbero ulteriori 8,4 GW di potenziale eolico installabile entro il 2030, cui corrisponderebbe una produzione annuale di energia elettrica pari a 40,1 TWh, pari a circa il 10% del consumo elettrico lordo e benefici sull’occupazione.

Questa indicazione è stata sostanzialmente recepita dal PNIEC italiano che, come noto, punta a favorire una forte penetrazione di tecnologie di produzione elettrica rinnovabile, principalmente fotovoltaico ed eolico, permettendo al settore di coprire il 55,0% dei consumi finali elettrici lordi con energia rinnovabile, contro il 34,1% del 2017.

In particolare secondo il piano governativo l’energia eolica nazionale dovrebbe arrivare a una capacità di 19.300 MW al 2030, di cui 900 offshore , con una produzione annua prevista 41,5 TWh.

Incentivi per la produzione di energia eolica

Per raggiungere gli attuali 10 GW di capacità e arrivare agli obiettivi indicati dal PNIEC, l’energia eolica italiana ha avuto e avrà bisogno di incentivi. In effetti, nonostante i progressi tecnologici, il costo dell’energia prodotto da un impianto eolico è ancora superiore a quello che si potrebbe acquistare dalla rete elettrica. L’eolico, insomma, non ha ancora raggiunto quella condizione di grid parity che permetterebbe l’avvio di progetti anche in assenza di incentivi, che servono dunque a convincere imprenditori e finanziatori a investire in tal senso.

Complessivamente, al 31/12/2019, il GSE stima che ogni anno l’incentivazione agli impianti eolici attualmente in funzione costi agli italiani, tramite le bollette elettriche, circa 1,35 miliardi di euro l’anno, in buona parte derivanti dal meccanismo dei Certificati verdi, attualmente non più in funzione. In vista del raggiungimento degli obiettivi europei al 2030, nell’agosto 2029 è stato varato il decreto FER 1, che – tramite un complesso meccanismo di aste e registri – sostiene anche la costruzione di impianti eolici.

L’energia eolica secondo l’EU Green Deal

Il ruolo dell’energia eolica è destinato a essere ulteriormente cruciale per effetto dei nuovi obiettivi al 2030. Per centrare il nuovo target lo scenario EU Green Deal prevede infatti per il nostro Paese un notevole incremento della quota di rinnovabili elettriche che dovrebbero passare dagli attuali 120 TWh a 241 TWh al 2030 (+54 TWh rispetto a quanto delineato nel PNIEC), con uno share delle FER elettriche sui consumi pari al 70% circa (rispetto al 55% del PNIEC).

Rispetto alla traiettoria prevista dal PNIEC per il 2030 (41,5 TWh), tale scenario prevede un incremento della produzione eolica, che dovrà raggiungere i 55 TWh al 2030 (+13 TWh rispetto a PNIEC e ben +34 TWh rispetto a 2020).

Atteso anche un importante contributo dell’offshore, che dovrà essere pari a 1,1 TWh al 2030, rispetto a una produzione attualmente nulla. Per tagliare questi traguadi sarà necessario il contributo dei nuovi impianti come prima cosa (ulteriori 9,6 GW on-shore oltre all’offshore), e poi del repowering degli impianti esistenti, con complessivi 8,5 GW (3,4 GW incrementali).

Oltre al contributo per l’elettricità, secondo l’Anev l’eolico sarà in grado di genera importati ricadute economiche per il nostro Paese anche grazie al numero di imprese attive nella componentistica delle turbine. In particolare, i nuovi impianti potrebbero contribuire per ben 2,9 miliardi, mentre il repowering dovrebbe assicurare 1,8 miliardi di euro complessivi.