Energie eoliana

	Energiile regenerabile
	Biocombustibil; Biomasă; Geotermală; Hidroelectric; Solar; Mareomotor; Mod ondulat; Putere eoliana

Centrală eoliană din Frigento

O moară de vânt veche

Velierele folosesc energia eoliană

Energia eoliană este energia vântului , adică energia cinetică a unei mase de aer în mișcare. O sursă de energie alternativă la cea produsă prin arderea combustibililor fosili , regenerabilă și în sprijinul economiei ecologice , curate, care nu produce emisii de gaze cu efect de seră în timpul funcționării și necesită o suprafață nu prea mare ^[1] , efectele asupra mediului sunt, în general, mai puțin problematice decât cele care provin din alte surse de energie și este posibil să se exploateze datorită, de exemplu, utilizării turbinelor eoliene care produc electricitate , a pompelor eoliene pentru mișcarea apei , prin morile de vânt care produc energie mecanică pentru măcinarea cerealelor sau a altor materiale sau vele pentru deplasarea vehiculelor aeriene sau acvatice ( deltaplane , bărci cu vele , windsurfing etc.).

Este o sursă medie stabilă de la an la an, dar cu o variație semnificativă pe scări de timp mai scurte: intermitența vântului creează rareori probleme atunci când este utilizată pentru a furniza până la 20% din cererea totală de energie electrică, ^[2] dar cererea este mai mare, este nevoie de măsuri speciale pentru rețeaua de distribuție și o capacitate de producție convențională.^[3] Unele metode de gestionare a energiei produse, cum ar fi sisteme de stocare (cum ar fi stații de pompare), turbine distribuite geografic, surse alternative, acorduri de export și import de energie pentru zonele învecinate sau reducerea cererii atunci când producția eoliană este scăzută, poate reduce foarte mult aceste probleme. ^[4] În plus, prognoza meteo permite pregătirea rețelei electrice în timp util, în funcție de modificările anticipate ale producției. ^[5] ^[6]

Parcurile eoliene mari constau din sute de turbine eoliene individuale conectate la rețeaua de transport a energiei electrice . Eolianul offshore este mai stabil, oferă mai multă energie și are un impact vizual mai mic, totuși costurile de construcție și întreținere sunt considerabil mai mari. Micile parcuri eoliene de la uscat furnizează electricitate locurilor izolate. Companiile de electricitate cumpără din ce în ce mai mult electricitate în exces produsă de mici turbine eoliene domestice. ^[7]

Țara cu cea mai mare generație eoliană este Danemarca , unde 43,4% din consumul de energie electrică a provenit din vânt în 2017. ^[8] ^[9] Cel puțin alte 83 de țări din lume folosesc regulat energia eoliană pentru necesarul de energie electrică ^[10] . În 2018, capacitatea instalată de generare a energiei eoliene la nivel mondial a crescut cu 9,6%, până la 591 GW ^[11] . În 2017, producția anuală de energie eoliană a crescut cu 17%, pentru a acoperi 4,4% din necesarul de energie electrică planetară ^[12] (în 2010 era de 2,5%), asigurând 11,6% din energia electrică din Uniunea Europeană ^[13] .

Istorie

Înfățișarea medievală a unei mori de vânt

Moară de vânt chinezească

De mii de ani, bărcile cu vele și navele cu vele au folosit energia eoliană, în timp ce arhitecții au folosit ventilația naturală în clădiri din cele mai vechi timpuri. Cu toate acestea, utilizarea vântului pentru a furniza energie mecanică a început ceva mai târziu în istorie. Roata vântului proiectată de inginerul grec Hero of Alexandria în secolul I este cel mai vechi exemplu cunoscut de utilizare a energiei eoliene pentru a alimenta o mașină. ^[14] ^[15]

Primele mori de vânt au fost utilizate în Iran cel puțin din secolul al IX-lea și posibil încă din secolul al VII-lea. ^[16] Utilizarea morilor de vânt s-a răspândit în curând în Orientul Mijlociu și Asia Centrală și mai târziu și în China și India . ^[17] Se știe că, începând cu anul 1000, morile de vânt au fost folosite, atât în China, cât și în Sicilia, pentru a pompa apa de mare pentru a extrage sarea . ^[18] Din 1180 au fost utilizate pe scară largă în nord-vestul Europei pentru măcinarea făinii , ^{[19] în} timp ce pompele eoliene au fost folosite pentru drenarea terenurilor pentru agricultură și construcții . ^[20] Primii imigranți în Lumea Nouă au adus aceste tehnologii cu ei. ^[20]

O moară de vânt tipică în Olanda

Energia eoliană a fost utilizată pentru transportul apei sau pentru mișcarea pietrelor de moară și măcinarea cerealelor , în special în Olanda a fost folosită pentru pomparea apei din poldere (care sunt părți de pământ sub nivelul mării), îmbunătățind considerabil drenajul. După construcția barajelor . Morile olandeze au fost cele mai mari ale timpului, au devenit și au rămas simbolul națiunii . Aceste mori erau alcătuite din rame de lemn pe care era fixată pânza, formând astfel pânze împinse în rotație de vânt; axa de rotație era orizontală, la fel ca pentru aproape toate morile europene (morile chinezești, pe de altă parte, aveau în general o axă de rotație verticală).

În Statele Unite , dezvoltarea pompelor eoliene a fost principalul factor care a permis cultivarea și reproducerea în zone întinse, altfel fără apă ușor accesibilă. ^[21] Aceste pompe au contribuit, de asemenea, la extinderea rețelei feroviare mondiale, grație sistemelor de pompare din puțuri necesare pentru alimentarea cu apă necesară a locomotivelor cu abur . Turbina eoliană cu mai multe lame poziționată deasupra unui turn din lemn sau oțel a fost un dispozitiv permanent în peisajele din America rurală de peste un secol. ^[22]

În 1881 , Lordul Kelvin a propus utilizarea energiei eoliene atunci când „cărbunele s-a epuizat”. ^[23] În aceeași perioadă a fost propusă și exploatarea energiei solare. ^[24]

Primul exploatează pentru a genera energie electrică

Turbina eoliană Blyth

În iulie 1887, profesorul James Blyth , un academician scoțian, a construit o turbină eoliană în grădina casei sale de vacanță din Marykirk și a folosit electricitatea produsă pentru a reîncărca bateriile care alimentau luminile din cabana sa. ^[25] În 1891 experimentele sale au condus la formalizarea unui brevet . ^[26] În timpul iernii 1887-1888, inventatorul american Charles F. Brush a produs electricitate folosind un generator eolian care i-a furnizat casa și laboratorul până în 1900. În 1890, omul de știință și inventatorul danez Poul la Cour a construit turbine eoliene pentru a produce electricitate, care a fost apoi utilizată pentru a produce hidrogen și oxigen prin electroliză . ^[26] La Cour a fost primul care a înțeles că producerea de turbine rapide cu lame mai puține a fost cea mai eficientă soluție în producerea energiei electrice. În 1904 a fondat Societatea Electricienilor Eolieni . ^[27]

La mijlocul anilor 1920, unele companii precum Parris-Dunn și Jacobs Wind-electric au construit turbine între 1 și 3 kilowați ^[23], care au găsit o utilizare pe scară largă în marile câmpii din vestul Statelor Unite . Cu toate acestea, începând cu anii 1940, cererea tot mai mare de energie electrică și răspândirea unei rețele de distribuție mai răspândite au făcut ca acești generatori mici să devină învechi. ^[28]

În 1931 , George Darrieus , un inginer aeronautic francez, a obținut brevetul pentru turbina eoliană Darrieus care a folosit folii aeriene pentru a genera rotație ^[29] și un prototip de 100 kW generator eolian orizontal a fost instalat în Yalta , Uniunea Sovietică . În 1956, Johannes Juul , fost student de la Cour, a construit o turbină cu trei palete de 200 kW în Gedser, în Danemarca . Acest proiect a influențat proiectarea multor turbine ulterioare. ^[27]

Parcul Eolian Brazos . un parc eolian modern din Texas

În 1975 , Departamentul de Energie al Statelor Unite a finanțat un proiect de dezvoltare a turbine eoliene pe scară largă. Proiectul s-a concretizat prin construirea a treisprezece turbine experimentale de către NASA, care au pregătit calea multor tehnologii utilizate astăzi. ^[27] De atunci, turbinele au crescut semnificativ ca dimensiune, cu Enercon E-126 capabil să livreze până la 7,5 megavati (MW). ^[30]

Limitată la utilizarea energiei eoliene ca sursă de energie electrică, între 2000 și 2006, capacitatea instalată mondială a crescut de patru ori. În 2005, noua capacitate instalată a fost de 11.000 de megawați , în 2006 de 15.000 și în 2007 de 20.000 de megawați. În ciuda crizei economice , 2008 a fost un an record pentru energia eoliană, cu peste 27.000 de megawați de energie nouă instalată în întreaga lume. De atunci, o mare creștere exponențială a dus la a avea deja la sfârșitul anului 2008 o putere cumulată totală de peste 120 de gigawați , producând energie electrică egală cu peste 1,5% din necesarul mondial de energie. ^[31]

Energie eoliana

Harta care arată disponibilitatea vântului în Statele Unite ; culorile indică clasa densității vântului

Termenul eolian derivă din Aeolus (în greacă veche Αἴολος), zeul vânturilor din mitologia greacă .

Energia eoliană este energia cinetică produsă de aerul în mișcare și se numește de obicei vânt. Energia eoliană totală care curge printr-o suprafață imaginară A în timpul t este:

E={\frac {1}{2}}mv^{2}={\frac {1}{2}}(Avt\rho )v^{2}={\frac {1}{2}}At\rho v^{3},

{\ displaystyle E = {\ frac {1} {2}} mv ^ {2} = {\ frac {1} {2}} (Avt \ rho) v ^ {2} = {\ frac {1} {2 }} La \ rho v ^ {3},}

E = {\ frac {1} {2}} mv ^ {2} = {\ frac {1} {2}} (Avt \ rho) v ^ {2} = {\ frac {1} {2}} La \ rho v ^ {3},

^[32]

unde ρ este densitatea aerului, v este viteza vântului; Avt este volumul de aer care trece prin secțiunea A, considerat perpendicular pe direcția vântului; Avtρ este deci masa m care trece pentru unitatea de timp. Rețineți că ½ ρv2 este energia cinetică a aerului în mișcare pe unitate de volum.

Puterea este energie pe unitate de timp. În cazul energiei eoliene incidente pe A, de exemplu zona rotorului unei turbine eoliene, este:

P={\frac {E}{t}}={\frac {1}{2}}A\rho v^{3}.

{\ displaystyle P = {\ frac {E} {t}} = {\ frac {1} {2}} A \ rho v ^ {3}.}

P = {\ frac {E} {t}} = {\ frac {1} {2}} A \ rho v ^ {3}.

^[32]

Prin urmare, energia eoliană într-un curent în aer liber este proporțională cu a treia putere a vitezei vântului: puterea disponibilă crește de aceea de opt ori dacă viteza vântului se dublează. Turbinele eoliene pentru generarea de electricitate trebuie, prin urmare, să fie deosebit de eficiente la viteze mai mari ale vântului.

Vântul este mișcarea aerului pe suprafața pământului, între zonele de presiune ridicată și presiune scăzută . ^[33] Suprafața Pământului este încălzită inegal de Soare , în funcție de factori precum unghiul de incidență al razelor sale la suprafață, care diferă în funcție de latitudine și ora din zi, și a solului: sol deschis sau întunecat, stâncă, nisip, vegetație densă, apă. Mai mult, corpuri mari de apă, precum oceanele , se încălzesc și se răcesc mai încet decât pământul. Diferențele de temperatură generează, prin urmare, diferențe de presiune. Prezența a două puncte cu presiune atmosferică diferită dă naștere unei forțe, numită forță de gradient de presiune sau forță de gradient , care acționează prin apăsarea asupra masei de aer pentru a încerca să restabilească echilibrul și, prin urmare, să genereze fenomenul vântului . Mai mult, rotația Pământului trage atmosfera în jurul său provocând mișcarea unor mase mari de aer ( forța Coriolis ). Aceste efecte se combină pentru a duce la variabilitatea naturală a vânturilor. ^[33]

Cantitatea totală de energie care poate fi extrasă economic din vânt este mult mai mare decât cea disponibilă în prezent din toate celelalte surse. ^[34] Axel Kleidon de la Institutul Max Planck din Germania a calculat cantitatea de energie eoliană disponibilă în totalitate, concluzionând că 18-68 TW ar putea fi extrase. ^[35] Cristina Archer și Mark Z. Jacobson, într-un calcul diferit de cel al lui Kelidon, au calculat că la o altitudine de 100 de metri deasupra solului și a mării, există 1700 TW de energie eoliană. Dintre acestea „între 72 și 170 TW ar putea fi extrase într-un mod practic și economic competitiv”. ^[35] Estimările au scăzut ulterior la 80 TW. ^[36] Cu toate acestea, o cercetare efectuată la Universitatea Harvard estimează 1 Watt / m ² în medie și între 2 și 10 MW / km ² capacitatea parcurilor eoliene mari, sugerând că aceste estimări ale resurselor eoliene mondiale sunt prea mari factor de aproximativ 4. ^[37]

Distribuția vitezei vântului

Distribuția vitezei vântului (roșu) și a energiei (albastru) pe parcursul anului 2002 la instalația Lee Ranch din Colorado . Histograma arată datele măsurate, în timp ce curba este modelul de distribuție Rayleigh pentru aceeași viteză medie a vântului

Puterea vântului este variabilă și o valoare medie pentru o anumită locație nu poate indica singură cantitatea de energie pe care ar putea să o producă o turbină eoliană plasată acolo. Pentru a evalua frecvența vitezei vântului într-o anumită locație, o funcție de densitate a probabilității este adesea utilizată pentru a descrie datele observate. Locații diferite vor avea distribuții diferite ale vitezei vântului. Modelul lui Weibull reflectă îndeaproape distribuția reală a fiecărei ore / zece minute a vitezei vântului. Factorul Weibull este adesea aproape de 2 și astfel o distribuție Rayleigh poate fi utilizată ca model mai puțin precis, dar mai simplu. ^[38]

Vânturi de mare altitudine

Producția de energie electrică provine de obicei din vânturi foarte apropiate de suprafața pământului. Cu toate acestea, vânturile la mare altitudine sunt mai puternice și mai stabile și pot avea o capacitate globală de 380 TW. ^[36] În ultimii ani, au existat progrese semnificative în tehnologiile concepute pentru a genera electricitate din acești curenți eolieni. ^[39]

Turbine eoliene

Același subiect în detaliu: Turbina eoliană .

Vânt mic și vânt mic

Același subiect în detaliu: Vânt mic .

Un mic generator eolian

Acestea sunt centrale mici, potrivite pentru uz casnic sau pentru a integra consumul de energie electrică al activităților economice mici de obicei în regim autonom , adică sub formă de generatoare individuale, apoi conectate la rețeaua electrică cu o contribuție la așa-numita generație distribuită sau plante de acumulare.

De obicei, aceste centrale constau din turbine eoliene de tip ax orizontal cu diametrul rotorului de la 3 la 20 de metri și înălțimea butucului de la 10 la 20 de metri. De obicei, pentru vântul mic se înțelege centralele cu o putere nominală cuprinsă între 20 kW și 200 kW, în timp ce pentru vântul mic se înțelege centralele cu putere nominală mai mică de 20 kW.

Pentru aceste instalații mici, prețul instalării este mai mare, stabilindu-se în jur de 1500-3000 de euro pe kW instalat, deoarece piața pentru acest tip de instalație este încă subdezvoltată; printre cauze se numără reglementările care, spre deosebire de sistemele fotovoltaice , în aproape toată Europa nu susțin difuzarea lor. Aceste sisteme pot profita de condițiile specifice ale amplasamentului în care se realizează instalarea. Sunt sisteme adaptabile, care sunt capabile să exploateze atât vânturi slabe, cât și vânturi puternice și care sunt capabile să intercepteze rafalele bruște tipice Apeninilor .

Pentru a evalua adecvarea amplasamentului, nu se efectuează de obicei o campanie de măsurare la fața locului (așa cum se întâmplă pentru instalațiile mijlocii-mari), din cauza impactului ridicat pe care acest cost l-ar putea avea asupra investiției globale.

Evaluarea, dacă disponibilitatea vântului este considerată suficientă (cum ar fi viteza și continuitatea), trebuie să ia în considerare alți factori, cum ar fi: interferența cu alte structuri, poluarea fonică , lungimea traseului electric, orice constrângeri ecologice (prezența speciilor protejate) sau istorico-arheologice.

Vânt de mare altitudine

Twind Technology , un design conceptual pentru o turbină de mare altitudine

Există numeroase proiecte, în mare parte încă la nivel prototip sau precomercial, pentru exploatarea energiei eoliene la altitudine mare , care vizează o reducere a costurilor de producție a energiei în comparație cu sistemele eoliene tradiționale. ^[40] O turbină eoliană de mare altitudine este un concept de proiectare pentru o turbină eoliană care se află în aer fără turn, ^[41] beneficiind astfel de viteza vântului mai mare și aproape constantă la altitudine mare, evitând cheltuielile cu construcția turnului, ^[41] sau nevoia de contacte rotative sau mecanisme de gălăgie . Provocările pentru un astfel de proiect includ asigurarea unei suspensii sigure capabile să mențină turbine la sute de metri deasupra solului în vânturi puternice și furtuni, transferând puterea generată la sol; aceste probleme sunt în prezent abordate în principal prin recurgerea la tehnologiile din ce în ce mai fiabile dezvoltate în domeniul dronelor . În plus, pot exista interferențe cu activitatea aeriană . ^[42]

Vânt magnetic

O dezvoltare promițătoare a energiei eoliene este cea eoliană magnetică, adică produsă cu un anumit tip de turbină magneto-eoliană cu efect de reducere a frecării experimentate de rotor și axă și pinionul principal al rotorului cu un câștig semnificativ în eficiență și cost de întreținere mai mic. ^{[ fără sursă ]}

Diagrama unui turn solar

Turnul solar

Același subiect în detaliu: Turnul solar (electricitate) .

Turnul solar este o plantă care folosește împreună energia solară și eoliană. Are un colector la bază, care, ca o seră, acumulează căldura furnizată de razele soarelui. Acest colector este însă conectat la un turn în care, cu diferența de temperatură dintre bază și vârf, este este posibil să se creeze un curent de aer fierbinte care tinde să crească, exploatat pentru a muta turbine și a produce electricitate.

Ferme de vant

Același subiect în detaliu: Parcul eolian .

Centrală eoliană la uscat

Un parc eolian este definit ca un grup de turbine eoliene situate în apropiere și utilizate pentru producerea de energie electrică. Un parc eolian mare poate consta din câteva sute de generatoare eoliene individuale răspândite pe o suprafață mare, dar terenul dintre turbine poate fi folosit și în scopuri agricole sau în alte scopuri. Un parc eolian poate fi, de asemenea, situat în larg.

Aproape toate turbinele eoliene mari au același design: o turbină eoliană cu axă orizontală, cu un rotor cu trei lame cu vânt, conectat la o nacelă deasupra unui turn tubular. Într-un parc eolian, turbinele individuale sunt interconectate cu o linie de medie tensiune (adesea 34,5 kV) și rețele de comunicații. Într-o stație, curentul electric de medie tensiune este apoi ridicat la înaltă tensiune cu un transformator și apoi alimentat în rețeaua de distribuție.

Vânt la mal și aproape de mal

Aceasta este cea mai răspândită energie eoliană, din motive istorice și tehnologice. Caracteristicile energiei eoliene de la uscat sunt tipice plantelor situate în general la cel puțin 3 km distanță de cea mai apropiată coastă (exact), de obicei pe dealuri , dealuri sau, în orice caz, în zone deschise și cu vânt. Aceste centrale acoperă o gamă foarte largă de puteri produse (de la 20 KW la 20 MW) și pot fi conectate atât la rețeaua „publică”, cum ar fi cea a ENEL , cât și la o rețea izolată pentru a alimenta utilizatorii locali. Una dintre cele mai populare configurații este „conectată la rețea”

În cazul țărmului apropiat, pe de altă parte, acestea sunt plante aflate la mai puțin de trei kilometri de coastă, de obicei în interior sau pe mare, dar cu distanțe care nu depășesc 10 km de coastă. Subansamblul instalat pe continent are caracteristici similare celor de la uscat în ceea ce privește gama de producție (de la 20 Kw la 20 MW) în timp ce asamblarea într-un mediu marin garantează de obicei puterea produsă în ordinea MW într-un " configurație conectată la rețea. "".

O privire de ansamblu asupra fermei eoliene Whitelee

Multe dintre cele mai mari parcuri eoliene terestre operaționale sunt situate în Statele Unite. Începând din 2012 , Centrul de Energie Eoliană Alta este cel mai mare parc eolian din lume cu o putere de 1020 MW, urmat de Parcul Eolian Plat Shepherds (845 MW) și Parcul Eolian Roscoe (781,5 MW). În septembrie 2012, parcul eolian offshore Sheringham Shoal și parcul eolian Thanet din Marea Britanie sunt cele mai mari parcuri eoliene offshore din lume, cu 317 MW și respectiv 300 MW, urmat de Horns Rev II (209 MW), în Danemarca .

Vânt offshore

Middelgrunden, un parc eolian de 40 MW în strâmtoarea Oresund, în largul coastei Copenhaga

Termenul „vânt off-shore ” înseamnă plante instalate la câțiva kilometri de coasta mării sau a lacurilor, pentru a utiliza mai bine expunerea puternică la curenții din aceste zone.

Spania a realizat un studiu de fezabilitate de un an pe întreg teritoriul național pentru a determina zonele cele mai ventilate și cu continuitate și, prin urmare, locurile candidate pentru instalarea centralelor electrice medii-mari. ^[43] Spania a extins măsurătorile folosind stații fixe și mobile pe întreaga coastă, precum și în zone deluroase și montane, preferând energia eoliană off-shore . După ce s-au răspândit microcentrale în case individuale și o descentralizare a energiei, câteva centrale centralizate sunt acum construite pentru producerea a câțiva gigawați pe parc eolian .

În Havsui , Norvegia , va fi construit cel mai mare parc eolian offshore din lume, care va putea furniza 1,5 gigawatti de energie electrică. ^[44]

O gamă largă de generatoare offshore va fi construită în Marea Britanie până în 2020 capabilă să producă suficientă energie electrică pentru a alimenta gospodăriile. Planul include plante pentru 20 de gigawati care vor fi adăugate celor 8 gigavati de plante deja aprobate. ^[45] În 2008, British Crown Inversion Fund , care deține zonele maritime ale Marii Britanii , până la aproximativ 20 km de coastă, cu Clipper's Britannia Project, a decis să investească în turbine eoliene mari offshore de putere superioară. Până la 5 megawati. ^[46]

Prima centrală eoliană off-shore din Italia a fost planificată în Molise , în Marea Adriatică, la aproximativ trei kilometri de coasta dintre Vasto și Termoli, pentru o putere instalată de 162 MW. Proiectul a fost blocat în 2007 în urma avizului negativ al consiliului regional ^[47] .

Turbinele plutitoare offshore pot fi instalate și în situri marine foarte adânci. Imitând tehnologia platformelor petroliere, turbinele eoliene plutitoare sunt instalate în larg și profită de vânturile de coastă. Proiectul utilizează un sistem de ancorare în trei puncte prin intermediul cablurilor de oțel ancorate pe fundul mării, similar cu cel utilizat în platformele petroliere. ^[48] Hydro, o companie norvegiană care își desfășoară activitatea în sectorul energetic, a plasat un prototip al acestei turbine lângă Karmøy , o insulă din sud-estul Norvegiei și, probabil, în apropierea unei instalații petroliere, cu scopul de a o furniza cu energie regenerabilă.

Energia eoliană și capacitatea de producție

Același subiect în detaliu: Energia eoliană în Italia și Lista principalelor parcuri eoliene .

Date statistice privind producția de energie eoliană în lume

Anul 2018 : raportul statistic al TERNA a arătat o producție brută de energie eoliană egală cu 1261,880 GWh, contribuind cu 4,74% la producția de energie electrică în lume (26617,3 GWh) ^[49] .

Producția de energie eoliană în lume până în 2012

Până la sfârșitul anului 2012, în lume funcționau peste două sute de mii de turbine eoliene, cu o capacitate nominală totală de 282.482 MW. ^[50] Numai Uniunea Europeană a depășit capacitatea nominală de aproximativ 100.000 MW în septembrie 2012, ^{[51] în} timp ce Statele Unite și China au depășit marca de 50.000 MW în august 2012. ^[52] ^[53]

Capacitatea eoliană mondială a crescut de peste patru ori între 2000 și 2006, dublându-se la fiecare trei ani. Statele Unite au fost pionierele parcurilor eoliene, dar până în 1997 capacitatea instalată a Germaniei a depășit-o pe cea a Statelor Unite, urmând să fie depășită doar în 2008. China a început să își construiască parcurile eoliene spre sfârșitul anului 2000 și apoi a depășit în 2010 Statele Unite și a devenit o lider mondial.

La sfârșitul anului 2012, capacitatea nominală mondială a generatoarelor eoliene a fost de 282 gigawați (GW), în creștere cu 44 GW față de anul precedent. ^[50] Potrivit Asociației Mondiale a Energiei Eoliene , o organizație industrială, în 2010 energia eoliană a generat 430 TWh, echivalent cu aproximativ 2,5% din toată energia electrică utilizată la nivel mondial. ^[54] În 2008 a acoperit doar 1,5% și doar 0,1% în 1997. ^[55] Între 2005 și 2010, creșterea anuală medie a noilor plante a fost de 27,6%. ^[56] Se preconizează că penetrarea energiei eoliene pe piață va ajunge la 3,35% până în 2013 și 8% până în 2018. ^[56] ^[57]

Diversi paesi hanno già raggiunto livelli relativamente elevati, come il 28% della produzione di energia elettrica in Danimarca (2011), ^[58] il 19% in Portogallo (2011), ^[59] il 16% in Spagna (2011) ^[60] , il 14% in Irlanda (2010) ^[61] e l'8% in Germania (2011). ^[62] A partire dal 2011, 83 paesi di tutto il mondo usavano energia eolica su base commerciale. ^[10]

Nel 2009 l'Europa possedeva il 48% della capacità mondiale di produzione di energia eolica totale. Nel 2010 la Spagna è diventata il principale produttore europeo, raggiungendo i 42.976 GWh. La Germania tiene il primo posto in Europa in termini di capacità installata, con un totale di 27.215 MW registrati al 31 dicembre 2010. ^[63]

10 maggiori nazioni per
capacità nominale di energia eolica
(fine dell'anno 2020) ^[50]
Nazione	Totale capacità eolica ( MW )	% totale mondiale
Cina	281 993	38.4
Stati Uniti	117 744	16.0
Germania	62 184	8.5
India	38 559	5.2
Spagna	27 089	3.7
Regno Unito	24 665	3.3
Francia	17 382	2.4
Brasile	17 198	2.3
Canada	13 577	1.8
Italia	10 839	1.5
(Resto del mondo)	122 046	16.9
Totale mondiale	733 276 MW	100%

10 maggiori nazioni
per produzione di energia eolica
(totale del 2011) ^[64]
Nazione	Produzione di energia eolica (TWh)	% totale mondiale
Stati Uniti	120.5	26.2
Cina	88.6	19.3
Germania	48.9	10.6
Spagna	42.4	9.2
India	24.9	5.4
Canada	19.7	4.3
Regno Unito	15.5	3.4
Francia	12.2	2.7
Italia	9.9	2.1
Danimarca	9.8	2.1
(resto del mondo)	67.7	14.7
Totale mondiale	459.9 TWh	100%

Come si può notare dalla tabella e facendo un paragone con l'energia elettrica consumata ad esempio in Italia (circa 300 TWh/anno ^[65] ), la produzione di energia elettrica mondiale da fonte eolica è ancora molto bassa (per diverse ragioni di tipo prevalentemente tecnologico che di certo non possone essere spiegate in maniera esauriente in queste pagine) nonostante i fortissimi investimenti che molte nazioni stanno mettendo in atto.

Efficienza

L'efficienza massima di un impianto eolico può essere calcolata utilizzando la Legge di Betz , che mostra come l'energia massima che un generatore eolico qualunque può produrre sia il 59,3% di quella posseduta dal vento che gli passa attraverso. Tale efficienza è il massimo raggiungibile e un aerogeneratore con un'efficienza compresa tra il 40% al 50% viene considerato ottimo.

Gli impianti eolici consentono grosse economie di scala che abbattono il costo del chilowattora elettrico con l'utilizzo di pale lunghe ed efficienti dalla produzione di diversi megawatt ciascuna. Una maggiore potenza elettrica in termini di megawatt significa grossi risparmi sui costi di produzione, ma anche pale più lunghe e visibili da grandi distanze, con un maggiore impatto ambientale sul paesaggio. Un colore verde, nel tentativo di mimetizzare gli aerogeneratori all'interno del paesaggio, attenua in minima parte il problema, date le altezze degli impianti. Per questo motivo, nonostante la suddetta maggiore economicità ed efficienza degli impianti di grossa scala, per lo più si decide per una soluzione di compromesso tra il ritorno economico, che spinge verso impianti più grandi, e l'impatto paesaggistico.

Trend di crescita

Capacità installata nel mondo tra il 1997 e il 2020 [MW], sviluppo e predizione. Fonte dei dati: WWEA ^[66]

WorPrevisione della capacità di potenza installata (Fonte: Global Wind Energy Council ) ^[67] ^[68]

Nel 2010 più della metà di tutta la nuova potenza eolica è stata installata al di fuori dei mercati tradizionali europei e nord americani. Ciò è stato dovuto in particolare alla forte crescita di installazioni in Cina che hanno rappresentato quasi la metà dei nuovi impianti eolici (16,5 GW). ^[69]

Le cifre fornite dal Global Wind Energy Council (GWEC) mostrano che nel 2007 si è registrato un incremento di potenza installata di 20 GW, portando il totale della capacità installata di energia eolica a 94 GW, contro i 74 GW del 2006. Nonostante i vincoli che affrontano le industrie di produzione delle turbine eoliche, il mercato annuale ha continuato a crescere ad un tasso stimato del 37%, dopo una crescita del 32% nel 2006. In termini di valore economico, il settore eolico è diventato uno dei principali attori dei mercati energetici, con un valore totale delle nuove apparecchiature installate nel 2007 di 36 miliardi di dollari. ^[70]

Anche se l'industria eolica ha risentito della crisi finanziaria globale nel 2009 e del 2010 , la crescita ha continuato fino al 2013. Negli ultimi cinque anni la crescita media di nuovi impianti è stata del 27,6% all'anno. La previsione per il 2013 attestava il tasso di crescita annuo medio al 15,7%. ^[56] ^[57] Più di 200 GW di nuova capacità eolica potrebbero entrare in produzione entro la fine del 2013. Il potere di penetrazione dell'eolico nel mercato dovrebbe raggiungere il 3,35% entro il 2013 e l'8% entro il 2018. ^[56] ^[57] La crescita della potenza eolica installata si è confermata negli ultimi anni raggiungendo, a giugno 2015, i 392 GW pari al 4% della produzione di energia elettrica mondiale. ^[71]

Fattore di capacità

Capacità installata di energia eolica nel mondo (Fonte: GWEC ) ^[72]

Dal momento che la velocità del vento non è costante, la produzione annua di energia di una centrale eolica non è mai uguale a quella della capacità nominale del generatore moltiplicato per il tempo di un anno. Il rapporto di effettiva produttività annuale rispetto a questo massimo teorico è chiamato "fattore di capacità". Fattori di capacità tipici sono nell'ordine del 15-50%, con valori al limite superiore in siti favorevoli e grazie ai miglioramenti tecnologici delle turbine più moderne. ^[73] ^[74]

Alcuni dati sono disponibili per alcune località e il fattore di capacità può essere così calcolato dalla produzione annuale. ^[75] ^[76] Ad esempio, a livello nazionale, il fattore di capacità della Germania, analizzato su tutto il 2012, era di poco inferiore al 17,5% (45.867 GW·h/anno/(29,9 GW×24×366) = 0,1746) ^[77] mentre il fattore di capacità per i parchi eolici scozzesi arrivava, tra il 2008 e il 2010, alla media del 24%. ^[78]

La valutazione del fattore di capacità è tuttavia influenzata da diversi parametri, tra cui la variabilità del vento nel sito, ma anche dalla dimensione del generatore. Un piccolo generatore sarebbe più economico e in grado di raggiungere un fattore di capacità superiore ma produrrebbe meno elettricità (e quindi meno profitto) nel caso di venti forti. Viceversa, un grande generatore costerebbe più ma nel caso di bassa velocità del vento genererebbe poca potenza, così che un fattore di capacità ottimale sarebbe di circa il 40-50%. ^[74] ^[79]

In uno studio del 2008 pubblicato dallo statunitense Department of Energy's Office of Energy Efficiency and Renewable Energy , il fattore di capacità raggiunto dalle turbine eoliche presenti nel paese si è dimostrato di essere in aumento, grazie soprattutto ai miglioramenti tecnologici. Il fattore di capacità raggiunto nel 2010 dalle nuove turbine eoliche ha raggiunto quasi il 40%. ^[80] ^[81]

Penetrazione

Energia eolica installata in Europa nel 2010

Per penetrazione dell'energia eolica ci si riferisce alla percentuale di energia prodotta dal vento, rispetto alla capacità totale di produzione disponibile. Non esiste un livello massimo generalmente accettato per quanto riguarda l'eolico. Il limite per una particolare zona dipenderà dalle centrali esistenti, dai meccanismi di tariffazione, dalla capacità di stoccaggio di energia, dalla gestione della domanda e da altri fattori. Una rete elettrica interconnessa comprenderà già la possibilità di generare elettricità di riserva e la capacità di ovviare ai vari guasti che potrebbero accadere alle apparecchiature.

Questa capacità di riserva può anche servire per compensare la variabilità di generazione di energia prodotta da impianti eolici. Gli studi hanno indicato che il 20% del consumo di energia elettrica totale annuo può essere raggiunto con minime difficoltà. ^[82] Questi studi sono stati effettuati per luoghi dove gli impianti eolici erano dislocati geograficamente, vi era una certa possibilità di stoccaggio dell'energia (ad esempio tramite stazioni di pompaggio) e interconnessioni elettriche su vasta scala che permettono all'occorrenza di importare elettricità. Superato il 20% vi sono pochi limiti tecnici, ma le implicazioni economiche diventano più significative. Vi sono continui studi sugli effetti della penetrazione a larga scala dell'eolico per determinarne la stabilità e l'economia del sistema. ^[83] ^[84] ^[85] ^[86]

Un modello di penetrazione dell'energia eolica può essere specificato per diversi periodi di tempo. Su base annua, a partire dal 2011, poche sistemi elettrici possedevano livelli di penetrazione superiori al 5%: Danimarca - 26%, Portogallo - 17%, Spagna - 15%, Irlanda - 14%, e Germania - 9%. ^[87] Per gli Stati Uniti, nel 2011, il livello di penetrazione è stato stimato intorno al 2,9%. ^[87] Per ottenere un ipotetico 100% annuale dall'energia eolica, sarebbe necessario un sistema di accumulo dell'energia molto esteso. Su base mensile, settimanale, giornaliera o oraria, il vento può essere in grado di il 100% o più dell'uso corrente, con il resto conservato o esportato. L'industria può usufruire dei periodi di scarso utilizzo dell'energia eolica, come di notte quando l'energia prodotta può essere superiore alla domanda. Tali settori industriali possono includere la produzione di silicio , di alluminio, di acciaio o di idrogeno . La produzione di quest'ultimo può permettere, grazie ad una sua successiva riconversione nelle celle a combustibile , uno stoccaggio dell'energia a lungo termine, facilitando il raggiungimento del 100% di produzione di energia da fonti rinnovabili. ^[88] ^[89]

La General Electric ha installato un prototipo di turbina eolica con una batteria integrata equivalente a 1 minuto di produzione. Nonostante la piccola capacità, si è resa sufficiente per garantire una potenza costante, indipendentemente dalla condizioni atmosferiche. Una maggior prevedibilità dei consumi e delle condizioni meteo, possono portare a rendere conveniente una penetrazione da parte dell'energia eolica fino al 30%-40%. Il costo della batteria può essere ripagato con la vendita di energia su richiesta e sulla riduzione del fabbisogno di ricorrere a impianti a gas di supporto. ^[90]

Variabilità

Le fattorie del vento sono tipicamente installate in luoghi ventosi. Nell'immagine una centrale eolica in Spagna, nei pressi di un toro di Osborne

La produzione di energia elettrica tramite lo sfruttamento del vento, può essere altamente variabile su diverse scale temporali: oraria, giornaliera o stagionale. Variazioni annuali possono anche verificarsi, ma non sono così significative.

Poiché la generazione istantanea di energia elettrica ei consumi devono rimanere in equilibrio per mantenere la stabilità della rete, questa variabilità può presentare difficoltà considerevoli per integrare grandi quantità di energia eolica in un sistema strutturato. L'Intermittenza della produzione può comportare costi aggiuntivi per la regolamentazione e, ad alti livelli di penetrazione, potrebbe rendersi necessaria un aumento della complessità del sistema, il ricorso a soluzioni di stoccaggio e l'interconnessione con sistemi High Voltage Direct Current (HVDC).

L'energia eolica è molto variabile, ma durante i periodi di mancanza di vento essa può essere sostituita da altre fonti di alimentazione. Attualmente, le reti di trasmissione possono far fronte alle interruzioni nella produzione e alle variazioni giornaliere della domanda elettrica. Attualmente, i sistemi di distribuzione energetica con grande penetrazione dell'eolico, richiedono la presenza di centrali a gas naturale in grado di sopperire alla perdita totale di energia elettrica nel caso in cui le condizioni non siano favorevoli per la produzione dal vento.^[3] ^[91] ^[92] Quando vi è una bassa penetrazione degli impianti eolici, questi problemi risultano minori.

Incremento dei costi operativi di servizio, Euro per MWh, per 10% & 20% di condivisione del vento ^[2]
Country	10%	20%
Germania	2.5	3.2
Danimarca	0.4	0.8
Finlandia	0.3	1.5
Norvegia	0.1	0.3
Svezia	0.3	0.7

Un'analisi effettuata in Danimarca ha osservato che la loro rete di energia eolica aveva fornito meno dell'1% della domanda media per 54 giorni nel corso del 2002. ^[93] I sostenitori dell'eolico ritengono che questi periodi di bassa ventosità possono essere affrontati riavviando le centrali a combustibili fossili già presenti o ricorrendo alle interconnessioni HVDC. ^[94] Tuttavia la risposta delle centrali termoelettriche ad un bisogno di energia è piuttosto lento e perciò è necessario avere la disponibilità anche di impianti di generazione di energia idroelettrica. ^[93] Secondo uno studio del 2007 della Stanford University pubblicato sul Journal of Applied Meteorology and Climatology , l'interconnessione di dieci o più impianti eolici può permettere di produrre il 33% dell'energia totale in maniera affidabile, a condizione che siano rispettati i criteri minimi come la velocità e l'altezza della turbina. ^[95] ^[96]

Al contrario nelle giornate particolarmente ventose, anche con livelli di penetrazione del 16%, la produzione di energia eolica si è dimostrata in grado di superare tutte le altre fonti di energia elettrica. In Spagna il 16 aprile 2012 la produzione di energia eolica ha raggiunto la più alta percentuale di produzione di energia elettrica mai raggiunta, con gli impianti eolici che hanno coperto il 60,46% della domanda energetica totale. ^[97]

Un forum per l'energia condotto nel 2006 ha presentato i costi per la gestione dell'intermittenza, in funzione della quota di energia eolica totale per diversi paesi, ciò è mostrato nella tabella a destra. Tre studi emessi nel 2009 sulla variabilità del vento nel Regno Unito concordano sul fatto che la variabilità del vento deve essere presa in considerazione, ma tuttavia ciò non rende il sistema ingestibile. I costi aggiuntivi, che sono comunque modesti, possono essere quantificati. ^[98]

L' energia solare tende ad essere complementare al vento. ^[99] ^[100] Le zone ad alta pressione tendono a portare cielo sereno e bassi venti di superficie, mentre le aree di bassa pressione tendono ad essere più ventose e più nuvolose. Su scale temporali stagionali, si registrano picchi di energia solare in estate, mentre in molte zone l'energia eolica è più bassa in estate e più alta nella stagione invernale. ^[101] In questo modo le intermittenze tra energia eolica e solare tendono a compensarsi a vicenda. Nel 2007 l'Istituto per l'energia solare Tecnologia di approvvigionamento dell'Università di Kassel ha testato un impianto pilota combinato di energia solare, eolica, biogas e hydrostorage allo scopo di fornire energia elettrica in modo costante per tutto il giorno tutto l'anno, interamente da fonti rinnovabili. ^[102]

Prevedibilità

Alcuni metodi di previsione vengono utilizzati per la produzione di energia eolica, ma la prevedibilità di un particolare parco eolico è comunque bassa in una breve scala temporale. Per ogni particolare generatore, vi è un 80% di probabilità che la sua produzione cambi per meno del 10% in un'ora e una probabilità del 40% che cambi più del 10% in 5 ore. ^[103]

Così mentre la produzione di una singola turbina può variare notevolmente e rapidamente, più turbine collegate tra di loro su aree più grandi, la potenza media diventa meno variabile e più prevedibile. ^[104]

La velocità del vento può essere prevista con precisione su grandi aree e quindi il vento può considerarsi una fonte di energia prevedibile per l'immissione in una rete elettrica. Tuttavia, a causa della variabilità e sebbene prevedibile, la disponibilità di energia eolica deve essere programmata.

Affidabilità

Raramente l'energia eolica soffre di guasti tecnici, dato che un malfunzionamento di un singolo aerogeneratore comporta un relativamente basso impatto sulla potenza erogata complessiva in grandi parchi eolici. ^[105] Altri metodi di produzione di energia elettrica possono risentire, anche in maniera grave, di interruzioni imprevedibili.

Accumulo dell'energia

In generale l'energia eolica e l'energia idroelettrica si integrano molto bene. Quando il vento soffia con forza, le centrali idroelettriche possono temporaneamente pompare indietro la loro acqua e quando il vento cala, il rilascio a valle dell'acqua può rapidamente compensare la mancanza di energia, mantenendo stabile l'offerta.

Bacino superiore in una centrale di pompaggio del Galles . La centrale inferiore è dotata di quattro turbine che generano 360 MW di energia elettrica entro 60 secondi da quando si presenta la necessità. La dimensione della diga può essere giudicata dalla strada sottostante

Le centrali Idroelettriche di pompaggio o altre forme di immagazzinamento dell'energia possono stoccare l'energia sviluppata in periodi particolarmente ventosi e rilasciarla quando vi è la necessità. ^[106] L'immagazzinamento necessario dipende dal livello di penetrazione dell'energia eolica nel sistema: una bassa penetrazione richiede uno stoccaggio a breve termine, mentre un'alta penetrazione necessita di stoccaggio sia a breve che lungo termine, fino a un mese o più. L'energia immagazzinata aumenta il valore economico dell'energia eolica in quanto può essere utilizzata durante i periodi di picco della domanda e cioè quando il suo costo è più elevato. Questo guadagno può compensare i costi e le perdite dovute all'immagazzinamento. Il costo dello stoccaggio energetico può arrivare a incrementare del 25% il costo dell'energia eolica prodotta, ma ciò tenderebbe a diminuire nel caso di grandi produzioni energetiche.

Ad esempio, nel Regno Unito, la Dinorwig Power Station da 1,7 GW è in grado di uniformare i picchi di domanda elettrica e garantire ai fornitori di energia elettrica di far funzionare i propri impianti al massimo del loro rendimento ^{[ senza fonte ]} . Anche se i sistemi di pompaggio presentano solo circa il 75% di efficienza e hanno alti costi di installazione, i loro bassi costi di gestione e la capacità di ridurre la richiesta di energia da fonti combustibili possono far abbassare i costi totali di generazione elettrica. ^[107] ^[108]

In particolare, in alcune regioni geografiche il picco di velocità del vento può non coincidere con i picchi di richiesta di energia elettrica. Per esempio in California e in Texas i caldi giorni estivi sono caratterizzati da una bassa velocità del vento e da una forte domanda elettrica per via dell'utilizzo dell' aria condizionata . Alcune sovvenzioni per l'acquisto di pompe di calore geotermiche, al fine di ridurre la domanda di energia elettrica nei mesi estivi, hanno reso l'aria condizionata fino al 70% più efficiente. ^[109] Un'altra opzione è quella di interconnettere aree geografiche ampiamente disperse con sistemi di rete HVDC. Si stima che negli Stati Uniti aggiornamento del sistema di trasmissione in tal senso richiederebbe un investimento di almeno 60 $ miliardi. ^[110]

La Germania ha una capacità installata di eolico e di solare che supera la domanda giornaliera di energia elettrica ^{[ [[Aiuto:Chiarezza|]] ]} , e sta esportando la potenza "eccessiva" nei paesi vicini. Una soluzione più pratica sarebbe l'installazione di un sistema di stoccaggio sufficiente per almeno 30 giorni in grado di fornire l'80% della domanda. Proprio come l'Unione europea che impone ai paesi membri di mantenere 90 giorni di riserve strategiche di petrolio , si può prevedere che i paesi vadano a installare sistemi di stoccaggio di energia elettrica. ^[111]

Effetti sull'ambiente

Secondo il direttore di questo parco eolico, il bestiame ignora le turbine eoliche, ^[112] e continua a pascolare come prima che ne avvenisse l'installazione

Rispetto all'impatto ambientale delle fonti energetiche tradizionali, l'impatto dell'energia eolica è relativamente minore in termini di inquinamento . L'energia eolica non consuma carburante e non emette inquinante atmosferico, a differenza di fonti di energia fossili . L'energia consumata per produrre e trasportare i materiali utilizzati per costruire un impianto eolico è uguale alla nuova energia prodotta dall'impianto nei primi mesi. Un parco eolico può occupare una vasta area di terreno, ma attività come l'agricoltura e l'allevamento sono compatibili, visto il piccolo ingombro dei singoli generatori. ^[113] ^[114]

L'entità dell'impatto ecologico può essere ^[115] o meno ^[116] significativo, a seconda delle circostanze specifiche. Anche se tutte le strutture artificiali possono uccidere gli uccelli, l'energia eolica ha un effetto elevato su alcune specie di uccelli in via di estinzione , ^[117] come le precarie popolazioni di aquila reale degli Stati Uniti. Un gruppo particolarmente vulnerabile sono i rapaci. ^[117] Tuttavia anche se ha un effetto trascurabile sulla maggior parte degli uccelli, in alcune località non vi sono stati dimostrati effetti estremamente negativi su alcuni uccelli di interesse conservazionistico. ^[117]

Tuttavia una grande meta-analisi di 616 studi individuali sulla produzione di energia elettrica e dei suoi effetti sulla mortalità aviaria hanno concluso che gli effetti più visibili della tecnologia eolica non sono necessariamente i più evidenti, come: ^[118]

«Le turbine eoliche sembrano costituire una minaccia significativa, in quanto tutte le loro esternalità negative sono concentrate in un unico luogo, mentre quelle provenienti dai cicli convenzionali e nucleari sono sparsi in tutto lo spazio e il tempo. La mortalità aviaria e l'energia eolica ha di conseguenza ricevuto molta più attenzione e ricerca rispetto ai decessi associati all'uso del carbone, petrolio, gas naturale e generatori di energia nucleare. Alcuni studi suggeriscono che addirittura l'energia eolica può essere la meno dannosa per gli uccelli.»

Un'oculata scelta del posizionamento delle turbine eoliche può mitigare il numero dei decessi della fauna selvatica. ^[119]

Vi sono state anche segnalazioni di effetti negativi dovuti al rumore sulle persone che vivono molto vicino alle turbine eoliche. Studi peer-reviewed non hanno generalmente sostenuto queste preoccupazioni. ^[120]

Un problema dell'energia eolica è la sua bassa densità energetica il che comporta, nel caso di utilizzo su vasta scala delle tecnologie che sfruttano questa fonte energetica, il dover occupare enormi superfici. Per fare un esempio, confrontando la densità di potenza generata (W/m² - potenza riferita all'unità di superficie) da una centrale eolica con una centrale che utilizza turbine a gas, il divario è notevole: 05 ÷ 1,5 W/m² per una centrale eolica; 5000 ÷ 15000 W/m² per una centrale con turbine a gas che utilizza metano come combustibile ^[121] .

A circa a metà degli anni 2000 l'energia eolica ha raggiunto la grid parity rispetto alle altre fonti tradizionali, ovvero il punto in cui la sua produzione ha lo stesso prezzo dell'energia prodotta tramite fonti di energia tradizionali. Inoltre i costi in continua discesa fanno supporre che l'energia eolica diventerà la fonte di energia più economica tra quelle disponibili su larga scala. ^[122] Tuttavia, una quantità significativa di risorse di energia eolica del Nord America rimane sopra la grid parity a causa delle lunghe distanze di trasmissione.

Il problema dei materiali

Una delle questioni che riguardano un possibile utilizzo su vasta scala delle tecnologie che sfruttano l'energia eolica, è relativa alla necessità di reperire quantità rilevanti di materie prime minerali rare e meno rare per effetto della ridotta densità energetica di tale tecnologia ^[123] e il dover lavorare, in fase di fabbricazione, anche grossi quantitativi di sostanze inquinanti ^[124] .

Nella tabella che segue sono indicati i materiali necessari per la costruzione di una singola turbina eolica con potenza nominale pari a 5 MW ^[125] :

Quantità di materiali (critici e di base) necessari per la costruzione di una turbina eolica da 5 MW di potenza elettrica
Materiali critici	Quantità materiali critici per la costruzione del generatore ad eccitazione elettrica (kg)	Quantità materiali critici per la costruzione del generatore a magneti permanenti (kg)	Materiali base	Quantità (tonnellate)
Rame	25000	5000	Calcestruzzo	2500
Disprosio	30	85	Acciaio e minerali di ferro	750
Neodimio	140	900	Zinco	25
Praseodimio	45	175	Nichel	1,5
Boro	-	30
Terbio	5	35

Se ad esempio in Italia si volesse produrre metà dell'energia consumata in un anno (120,3 Mtep) ^[126] utilizzando turbine eoliche di questa taglia, bisognerebbe costruire e installare più di 116000 di questi dispositivi (1 Mtep = 11630 GWh; tempo equivalente di funzionamento di un impianto eolico in Italia = 1200 h/anno). In questo calcolo non sono stati considerati i materiali necessari alla costruzione delle infrastrutture per l'accumulo energetico data l'intermittenza dell'energia eolica (impianti idraulici di pompaggio; impianti elettrochimici; idrogeno e celle a combustibile; aria compressa; ecc).

Trend dei costi

Costo stimato per MWh per l'eolico in Danimarca

Progetto per il National Renewable Energy Laboratory che dovrebbe abbassare del 25% il costo dell'energia eolica tra il 2012 e il 2030 ^[127]

Il costo di produzione dell'energia eolica è in costante ribasso, ma presenta comunque un discreto investimento iniziale. Una volta che l'impianto è stato costruito, il costo è stimato in meno di 1 cent per kW·h. ^[128] Tale costo tende a ridursi ulteriormente grazie al miglioramento della tecnologia delle turbine. Ora gli impianti dispongono di pale più lunghe e più leggere e turbine più efficienti e migliori in termini di prestazione. Inoltre i costi di manutenzione degli impianti sono in continua decrescita. ^[129]

Il costo medio stimato per unità, comprende il costo di costruzione delle turbine e degli impianti di trasmissione, il costo del reperimento dei fondi e della tutela del rischio, nonché la manutenzione dell'impianto che generalmente ha una vita utile superiore ai 20 anni. Le stime dei costi energetici sono fortemente dipendenti da questi dati e possono differire in modo sostanziale da impianto a impianto. Nel 2004 l'energia eolica costa un quinto rispetto a quanto costava nel 1980 e alcune previsioni vedono un trend al ribasso con la produzione di grandi turbine su larga scala. ^[130] Nel 2012 i costi di investimento per i parchi eolici sono sostanzialmente inferiori rispetto a quelli del 2008-2010, ma sono ancora al di sopra dei livelli del 2002. ^[131]

Una relazione della British Wind Energy Association ha fornito il costo medio per la generazione di energia eolica onshore a circa 3,2 pence (tra i 5 ei 6 dollari statunitensi ) per kW·h (2005). ^[132] Il costo per unità di energia prodotta è stata stimata nel 2006 essere paragonabile al costo della generazione elettrica per gli Stati Uniti mediante il carbone e il gas naturale . Il costo dell'eolico è stato stimato a 55,80 dollari per MW·h, il carbone a $ 53.10 per MW·he il gas naturale a $ 52,50. ^[133] Risultati simili comparativi con il gas naturale sono stati ottenuti in uno studio governativo promosso nel Regno Unito ed effettuato nel 2011. ^[134] Uno studio sull'energia eolica risalente al 2009 effettuato in Spagna dalla re Juan Carlos University ha concluso che per ogni MW installato di energia eolica ha portato alla perdita di 4,27 posti di lavoro. ^[135] Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha espresso forti perplessità sullo studio, giudicandolo gravemente carente e con conclusioni non supportate dalle evidenze. ^[136] Il ricorso all'energia eolica, anche se sovvenzionata, è in grado di ridurre i costi per i consumatori (5 000 000 000 €/anno in Germania), riducendo il prezzo marginale e l'utilizzo di costose centrali tradizionali. ^[137]

Parco eolico a Rivoli Veronese , Italia . In primo piano il Forte di Rivoli

Un rapporto del 2011 della American Wind Energy Association ha dichiarato: "I costi dell'energia eolica sono diminuiti nel corso degli ultimi due anni, nel range di 5-6 centesimi per chilowattora, circa 2 centesimi in meno rispetto alla produzione elettrica tramite carbone. I produttori di apparecchiature possono anche consegnare i prodotti nello stesso anno in cui vengono ordinati invece di aspettare fino a tre anni per le tradizionali centrali... con i nuovi 5.600 MW di nuova capacità installata negli Stati Uniti, il trenta per cento di tutte le nuove generazione di energia nel 2005 è venuta dal vento. I fornitori di energia sono sempre più attratti dal vento come una vantaggiosa copertura contro gli imprevedibili movimenti di prezzo delle materie prime ". ^[138]

Il costo di installazione in Italia , facendo riferimento ad impianti con una potenza nominale superiore ai 600 kilowatt , varia secondo la complessità dell' orografia del terreno in cui l'impianto è installato, della classe di macchina installata, della difficoltà di connessione alla rete elettrica. Una centrale di 10 megawatt, allacciata alla rete in alta tensione, costerebbe tra i 15 ei 20 milioni di euro, mentre per una centrale allacciata alla rete di media tensione (3-4 megawatt) il costo si comprime tra 1,2 e 1,5 milioni di euro al megawatt. Gli unici capitoli di spesa totale riguardano l'installazione e la manutenzione, dato che non ci sono costi di approvvigionamento della fonte produttrice di energia.

Incentivi e benefici di comunità

I proprietari terrieri statunitensi, in genere ricevono dai 3.000 ai 5.000 dollari all'anno di reddito per la locazione di ogni turbina eolica

I proprietari terrieri negli Stati Uniti in genere ricevono dai 3.000 ai 5.000 dollari all'anno di reddito per la locazione di ogni turbina eolica, mentre gli agricoltori continuano a coltivare o pascolare il bestiame fino ai piedi delle turbine. ^[139] Alcune delle oltre 6.000 turbine eoliche nel Altamont Pass Wind Farm , in California, Stati Uniti si sono sviluppate nel corso di un periodo di incentivi fiscali del 1980, questo parco eolico ha più turbine di qualsiasi altro negli Stati Uniti. ^[140] ^[141]

L'industria eolica statunitense genera decine di migliaia di posti di lavoro e miliardi di dollari di attività economica. ^[139] Progetti di parchi eolici forniscono tasse locali o entrate che rafforzano l'economia delle comunità rurali, fornendo reddito degli agricoltori tramite l'affitto per il posizionamento di turbine eoliche sulla loro terra. ^[140] ^[141] L'energia eolica in molte giurisdizioni riceve un sostegno finanziario o altro per favorire il suo sviluppo. Molte giurisdizioni propongono vantaggi per l'installazione di parchi eolici, sia per aumentare l'attrattiva o per compensare le sovvenzioni che ricevono altre forme di produzione che hanno significative esternalità negative.

Politica

Governi centrali

Due turbine in un parco eolico scozzese

I combustibili fossili sono sovvenzionati da molti governi, e queste sovvenzioni sono spesso erogate anche all'energia eolica e alle altre forme di energia rinnovabili. Ad esempio, uno studio del 2009 dalla Environmental Law Institute ^[142] ha valutato la dimensione e la struttura dei sussidi energetici degli Stati Uniti nel periodo 2002-2008. Lo studio stima che i sussidi alle fonti basate su combustibili fossili fossero pari a circa 72 miliardi di dollari mentre quelli dati alle fonti di energia rinnovabile fossero stimabili in 29 miliardi di dollari. Negli Stati Uniti, il governo federale ha pagato 74 miliardi di dollari per sussidi energetici per sostenere la ricerca e sviluppo per l' energia nucleare (50 miliardi di dollari) e per combustibili fossili (24 miliardi di dollari) tra il 1973 e il 2003. Durante questo stesso periodo di tempo, le tecnologie per le energie rinnovabili e l'efficienza energetica hanno ricevuto un totale di 26 miliardi di dollari. È stato suggerito che uno spostamento delle sovvenzioni aiuterebbe i settori energetici crescenti cioè solare , eolica e biocarburanti . ^[143] La storia dimostra che nessun settore energetico è stato sviluppato senza sovvenzioni. ^[143]

Negli Stati Uniti il settore dell'energia eolica ha recentemente aumentato di molto i suoi sforzi di lobbying , spendendo circa 5 milioni di dollari nel 2009, dopo anni di relativa oscurità a Washington . ^[144] A titolo di confronto, l'industria nucleare degli Stati Uniti da sola spende oltre 650 milioni di dollari in dieci anni per attività di lobbing . ^[145] ^[146] ^[147]

Dopo gli incidenti nucleari giapponesi 2011 , il governo federale tedesco sta lavorando a un nuovo piano per aumentare l' efficienza energetica e la commercializzazione delle energie rinnovabili, con un focus particolare sui parchi eolici offshore. Nell'ambito del piano delle grandi turbine eoliche saranno erette lontano dalle coste, dove il vento soffia più coerentemente di quanto non faccia sulla terra e dove le enormi turbine non daranno fastidio agli abitanti. Il piano mira a ridurre la dipendenza della Germania dall'energia derivata dal carbone e dalle centrali nucleari. ^[148]

Opinione pubblica

I membri del gruppo ambientalista sono più favorevoli all'energia eolica (74%), rispetto ai contrari (24%). Pochi sono gli indecisi

Indagini sull'opinione pubblica effettuati in tutta Europa e in molti altri paesi mostrano un forte sostegno per l'energia eolica. ^[149] ^[150] ^[151] L'80% dei cittadini europei sostiene l'energia eolica. ^[152] In Germania, dove l'energia eolica vanta un alto grado di accettazione sociale, centinaia di migliaia di persone hanno investito in impianti eolici in tutto il paese e migliaia di piccole e medie imprese hanno avuto successo impiegando 90.000 persone e generando l'8% dell'energia elettrica del paese. ^[153] ^[154] Anche se l'energia eolica è una forma popolare di generazione di energia, la costruzione di parchi eolici non è universalmente accolta, spesso per motivi estetici. ^[113] ^[149] ^[150] ^[151] ^[152] ^[155] ^[156]

In Spagna , con alcune eccezioni, non vi è stata opposizione all'installazione di parchi eolici terrestri. Tuttavia i progetti per la costruzione di parchi off-shore sono stati più controversi. ^[157] In particolare la proposta di costruire il più grande impianto di produzione offshore di energia eolica nel mondo nel sud ovest della Spagna sulla costa di Cadice , dove nel 1805 avvenne la Battaglia di Trafalgar , ^[158] è stata accolta con una forte opposizione, per le ricadute negative sia per la pesca ^[159] sia per il turismo perché la zona è considerata un cimitero di guerra . ^[158]

**Quale fonte dovrebbe essere incrementata secondo gli scozzesi?** ^[160]

In un sondaggio condotto da Angus Reid Strategies nell'ottobre del 2007, l'89 per cento degli intervistati ha dichiarato che l'utilizzo di fonti di energia rinnovabili, come l'energia eolica o solare è stato positivo per il Canada , perché queste fonti hanno migliorato l'ambiente. Solo il 4% considera l'utilizzo di fonti rinnovabili come negativo dal momento che possono essere inaffidabili e costose. ^[161] Secondo un sondaggio della Consulting San effettuato nell'aprile del 2007, l'energia eolica è stata la fonte di energia alternativa con più consenso nel pubblico per lo sviluppo del Canada. Per contro, 3 canadesi su 4 si sono opposti allo sviluppo nucleare. ^[162]

Un sondaggio del 2003 effettuato su residenti scozzesi che vivono intorno a 10 parchi eolici esistenti ha dimostrato alti livelli di accettazione della comunità e un forte sostegno per l'energia eolica, soprattutto da chi viveva più vicino agli impianti. I risultati di questo studio supportano quelli di un sondaggio precedente che evidenziava come gli scozzesi fossero a favore di eneregia da fonti rinnovabili e che considerassero il vento come la migliore. ^[163] Un sondaggio condotto nel 2005 ha mostrato che il 74% degli scozzesi concordano sul fatto che le centrali eoliche siano necessarie per soddisfare le esigenze energetiche attuali e future. Un'indagine del 2010 ha anche mostrato che il 52% non era d'accordo con l'affermazione che le centrali eoliche siano "una brutta macchia sul paesaggio". ^[164] Il 59% conveniva che le centrali eoliche erano necessarie e che il loro aspetto era poco importante. La Scozia sta progettando di ottenere il 100% di elettricità da fonti rinnovabili entro il 2020. ^[165]

Comunità

Alcuni parchi eolici come questo, situato in Cumbria , Inghilterra , hanno destato perplessità nell'opinione pubblica riguardo al loro impatto visivo

Molte aziende eoliche lavorano con le comunità locali per ridurre i problemi ambientali e altri disturbi degli impianti eolici. ^[166] ^[167] ^[168] Procedure di consultazione, pianificazione e approvazione da parte degli organi amministrativi aiutano a ridurre al minimo i rischi ambientali. ^[149] ^[169] ^[170] Alcune comunità possono ancora opporsi ai parchi eolici, ^[171] ma, secondo The Institute in Australia , le loro preoccupazioni deve essere valutate rispetto alla necessità di affrontare le minacce poste dai cambiamenti climatici e dalle opinioni di comunità più ampie. ^[172]

In America i progetti di parchi eolici sono correlati all'aumento della base imponibile locale, contribuendo così a pagare scuole, strade e ospedali. I progetti eolici rilanciano anche l'economia delle comunità rurali, fornendo reddito stabile per gli agricoltori e gli altri proprietari terrieri. ^[140]

Nel Regno Unito sia il National Trust sia la Campaign to Protect Rural England hanno espresso preoccupazione per gli effetti sul paesaggio rurale causati dalle turbine eoliche impropriamente installate e dai parchi eolici. ^[173] ^[174]

Alcuni parchi eolici sono diventati attrazioni turistiche. La Whitelee Wind Farm Visitor Centre dispone di una sala espositiva, un centro di apprendimento, di una caffetteria con una piattaforma di osservazione e anche di un negozio. Essa è gestita dal Glasgow Science Centre . ^[175]

Nonostante questo supporto generale, l'opposizione locale spesso esiste e talvolta ha ritardato o interrotto una serie di progetti. ^[176] ^[177] ^[178]

Mentre le questioni estetiche sono soggettive e alcuni trovano parchi eolici piacevoli o simboli di indipendenza energetica e di prosperità locale, gruppi di protesta si sono spesso formati per tentare di bloccare nuovi siti eolici per vari motivi. ^[171] ^[179] ^[180]

Questo tipo di opposizione è spesso descritto come NIMBYismo , ^[181] ma la ricerca effettuata nel 2009 ha rilevato che vi sono prove a sostegno della convinzione che i residenti contestani solo per impianti di energia rinnovabili. ^[182]

Costi mini-eolico

Negli Stati Uniti il costo della potenza installata per impianti micro-eolici e mini-eolici varia da 3000 a 5000 $ per kilowatt . ^[183] Molto spesso le turbine domestiche vengono installate in luoghi e posizioni inadeguate, dando luogo a una bassa resa (5-15%), comunque in generale, a maggiore altezza si ha un maggiore fattore di capacità .

Se un'utenza come una villa o fondo agricolo installa un aerogeneratore da 20 kW ^[184] (con un costo complessivo tra generatore, torre e allacciamento di circa 40.000-100.000 euro) e questo fornisce un output pari al 20% della potenza nominale avremo un costo effettivo di 40.000-100.000 euro per 4 kW medi di potenza media effettiva (10.000-25.000 euro/kilowatt). Questo costo della potenza media corrisponde a circa 2-10 volte quello del nucleare (Il mini-eolico non beneficia della produzione di massa, inoltre necessita di molta manutenzione, e il costo dell'energia elettrica effettivamente prodotta dall'eolico tende ad essere ancora meno conveniente), ma per un'utenza domestica non industriale potrebbe essere accettabile in quanto consente l' autosufficienza energetica. Con il conto energia si possono ricuperare 5.000-10.000 euro all'anno, se l'apparato viene posizionato in una zona adeguata, su di un pilone molto alto.

Per l'ottimizzazione economica dell'impianto micro o mini-eolico è necessario scegliere un'altezza adeguata dell'asse delle pale (l'ideale va dai 30 ai 100 metri in pianura, ma può essere minore su di un colle). Le zone dove è stata misurata la maggiore costanza di venti economicamente sfruttabili sono la Sardegna , la Sicilia , l' Appennino tosco-emiliano , l'Appennino nella Basilicata e nella zona di confine tra Campania , Calabria , Molise , Puglia . ^[185] Proprio in Basilicata sono state costruite nel 2016 più centrali di mini-eolici che hanno suscitato anche più di qualche lamentela da parte dei cittadini. Le più importanti sono attualmente quelle costruite nella zona di Vaglio di Basilicata e di Matera.

Costi micro-eolico

Sono in corso di sviluppo nuovi sistemi di aerogeneratori "da tetto", di basso costo (500 $) e bassa resa (40 kilowattora al mese) come quello di Chad Maglaque , che non necessita del costoso inverter e che dunque può essere collegato alla rete elettrica domestica, alimentando direttamente altri apparecchi elettrici a basso consumo. ^[186] ^[187]

Dati sull'energia eolica nel mondo

Fonte:http://data.un.org/Data.aspx?d=EDATA&f=cmID%3aEW

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Voci correlate

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