ℒa
Germania è il paese in Europa che fa il più largo
uso di energia eolica. Attualmente siamo su una capacità
energetica pari a quasi 17 GigaWatt (2005) e le previsioni
sono di 54 GigaWatt per il 2030 che coprirebbero più del 30%
del fabbisogno energetico di tipo elettrico della Germania.
Occorre ricordare che le fonti rinnovabili sono per lo più intermittenti e che un sistema elettrico nazionale ne sopporta una quota modesta intorno al 10-20%. L'eolico è la fonte rinnovabile attualmente più matura e più economica con costo per KiloWatt dell'impianto intorno ai 1000 euro e in continua diminuzione.
Sono sufficienti dei piccoli contributi statali per rendere conveniente la produzione di corrente elettrica tramite questo tipo di energia.
Le potenze dei singoli impianti eolici sono consistenti, si arriva a 5 MW ma il tipo di impianto dipende dalla ventosità. In un sito danese ho trovato il costo per kwh di una turbina da 600 KW, nella tabella che segue riporto il vento medio nel sito dove si trova l'aereogeneratore e il costo di produzione dell'energia elettrica per kwh:
The example is for a 600 kW wind turbine with project lifetime of 20 years; investment = 585,000 USD including installation; operation & maintenance cost = 6750 USD/year; 5% p.a. real rate of interest; annual turbine energy output taken from power density calculator using a Rayleigh wind distribution (shape factor = 2). Il vento è considerato secondo le abitudini metereologiche e cioè a 10 metri dal suolo. Questi dati dovrebbero essere aggiornati al 2003.
Una centrale termoelettrica dovrebbe produrre energia elettrica al costo di 6-12€cent/Kwh, la parità con l'eolico si ha per velocità medie del vento pari a 4-4.5 metri al secondo. Ho poi letto che gli aereogeneratori più piccoli funzionano con vento a partire da 3 m/s, non ho trovato però il costo di tale produzione di energia elettrica.
Dal punto di vista economico l'energia delle turbine è intermittente e i gestori che la comprano praticano un ribasso del 35-50%, per questo esistono una serie di compensazioni economiche come i certificati verdi.
Il decreto Bersani stima la potenza cumulata massima degli impianti eolici a 6000-8000 MW che eviterebbe problemi quando si agganci una fonte elettrica intermittente alla rete nazionale. Si stima che l'eolico non debba superare il 10-20% del termoelettrico che ammonta a 50000 MW, sono 5000-10000 MW. (In totale sono installati 78000 MW per le esigenze elettriche italiane secondo i dati del 2001).
Con 2000 ore di funzionamento equivalente a piena potenza (vento medio), 7500 MW (15% del termoelettrico) produrrebbero annualmente 15 TWh. Ciò corrisponde al 5% del fabbisogno elettrico nazionale. Poiché i consumi di elettricità rappresentano circa il 30% del consumo totale di energia (dati 2001), si avrebbe un risparmio sul totale di energia fossile consumata annualmente in Italia pari all'1.5%.
La produzione annuale di 15 TWh di elettricità rinnovabile eviterebbe il rilascio atmosferico di circa 11 milioni di tonnellate di CO2, che rappresenterebbe una riduzione del 2.3% delle emissioni totali italiane.
Il limite del 10-20% del termoelettrico prodotto dalle fonti intermittenti non ha impedito alla Germania di prevedere di raggiungere il 30% del proprio fabbisogno elettrico nel 2030 tramite l'eolico. La Germania ha ultimamente deliberato di arrivare al 12.5% entro il 2010. In effetti esistono diversi metodi allo studio per accumulare energia e fornirla quando il vento non c'è.
Esiste per esempio la possibilità di riempire con una pompa bacini d'acqua ad altezze elevate per poi scaricarli su una turbina idroelettrica producendo elettricità. In pratica le nostre centrali idroelettriche potrebbero fare da batteria.
Esistono attualmente le batterie Redox al bromuro di vanadio che sono in sostanza due liquidi contenuti in enormi tank. Un liquido contiene l'energia positiva mentre l'altro l'energia negativa. Hanno densità di energia ancora bassa e pari a 50Wh/Kg, per accumulare l'energia pari a 1Twh occorrono enormi quantità di liquido (20 miliardi di litri ovvero 20 metri x 1 km x 1Km) ma la tecnologia è interessante anche perché ha efficienze elevate (80%).
Esistono le conversioni chimiche da elettricità a metanolo e da metanolo a elettricità dove però le efficienze sono molto basse. Esistono le pile a combustibile che usano l'idrogeno come vettore energetico (energia virtuale) la cui efficienza complessiva non è elevata.
Un altro sistema per ovviare al problema dell'intermittenza dell'energia eolica è quello di creare una rete transnazionale che colleghi gli impianti eolici. Quasi sempre le perturbazioni colpiscono una zona limitata e relativamente piccola del pianeta per cui la grande rete di pale eoliche avrà alcune zone con molto vento, altre con vento medio e altre senza vento. Per un effetto statistico la produzione elettrica sarà quasi sempre vicino al valore medio per la stagione e si discosterà di molto sono con bassa probabilità.
Con sistemi di accumulo di questi tipi si potrebbe estendere l'uso dell'eolico e di altre fonti intermittenti molto oltre il 20% del termoelettrico, quindi oltre i 10000 MW ma questo problema riguarda il futuro.
Per le mappe sulla velocità del vento in Italia se ne è occupata ricercadisistema, le mappe sono relative alle altezze delle pale e non ai 10 metri da me riportati nella tabella.
L'Italia ha una costa lunghissima pari a circa 7000 Km, se si volesse barattare il turismo con l'eolico sono convinto si ricaverebbe una quantità enorme di energia.
A parte la precisione dei miei dati mi sento di affermare che la produzione di energia elettrica tramite l'eolico è quasi conveniente senza incentivi, la piena convenienza si avrà appena il petrolio salga un po' di prezzo come sta facendo in questi mesi.
Enegia resa rispetto all'energia consumata (E.R.O.E.I.)
Questa è una bozza (work in progress) stilata da Francesco Pasqualin e posta sul sito energoclub (formato foglio di calcolo .xls OpenOffice.org/MS Excel). Vengono riportate le rese energetiche (E.R.O.E.I.) di varie fonti usate per produrre energia elettrica e il numero di anni (Energy Pay-back) per avere l'equilibrio tra energia spesa ed energia fornita.
(*) Centrale
elettrica a gas a ciclo combinato
(**) EROEI: “Ritorno Energetico sull’Investimento Energetico,” ovvero “Energy Return On Energy Investment” (EROEI). L’EROEI è il rapporto fra l’energia investita per costruire un impianto e l’energia che questo impianto produrrà durante la sua vita attiva.
Aggiornamento 24 giu 2006: Le ultime ricerche in campo eolico stimano nel 20% un limite accettabile di energia eolica da riversare in rete con minimi sovrapprezzi per le attrezzature per compensare l'intermittenza della fonte eolica. Se, come molti cominciano a pensare, il petrolio continuerà la sua scalata dei prezzi ad oltranza allora sarà il caso di passare alla fonte eolica accettando anche qualche blackout dovuto a mancanza di vento. In tal caso ci si può spingere molto oltre il 20%.
Dati non sono riuscito ad ottenerne però so che le coste italiane, in particolare del sud Italia, sono molto ventose e in prossimità di coste e spiagge è economico installare impianti eolici per via della bassa profondità dei fondali. Attualmente ci si mantiene a molti kilometri dalla costa ma ad un certo prezzo del petrolio ci sarà poca gente che ha soldi per andare in spiaggia ed è pensabile di sfruttare le coste per l'energia elettrica dal vento.
Come dicevo la capacità energetica off-shore dell'eolico non so valutarla numericamente ma la stimo ingente se non si avesse rispetto per le distanze dalla costa. Forse trasformando tutto il vento in energia elettrica con la partecipazione degli impianti idroelettrici (20% dell'energia elettrica consumata) potremmo fare a meno del petrolio/gas/carbone/nucleare almeno nel settore elettrico.
Aggiornamento 12 gen 2010: Sono stati pubblicati alcuni dati sulla produzione elettrica dell'eolico, in particolare nel 2004 erano installati 1.1 Gw e nel 2009 4.85 Gw. Significa un tempo di raddoppio della potenza installata pari a 2.34 anni.
L'energia prodotta da invece una produttività media pari a 1550 ore/anno per il 2009 mentre è stata pari a 1580 ore/anno nel 2008, quindi è piuttosto stabile anche se bassa.
Si possono fare delle proiezioni con questi dati per gli anni a venire:
Un appunto tecnico riguarda il fatto che la potenza installata cresce secondo una curva esponenziale durante l'anno mentre l'energia prodotta riguarda l'intervallo di tempo di un anno per cui la semplice moltiplicazione della produttività media del 2009 per la potenza a fine 2009 non è corretto, in effetti nel 2009 l'energia prodotta è stata pari a 6.7 Twh. Comunque le proiezioni hanno solo un piccolo bias.
Per confronto i dati 2009 delle altre energie rinnovabili sono:
Aggiornamento 15 feb 2011: La produzione di energia eolica è in linea con le previsioni, inserirò maggiori dettagli quando i dati di Terna saranno definitivi.
Per quanto riguarda il supposto problema degli uccelli che perirebbero a causa delle pale eoliche, c'è un interessante articolo di Marco Pagani su ecoalfabeta che si è occupato di riassumere gli articoli scientifici sul tema. Emerge che i volatili deceduti sono da 0.23 a 1 uccello per ogni Gwh prodotto. Per fare un raffronto gli impianti termoelettrici a carbone causano 5.19 morti ogni GWh.
Il grafico nell'articolo di Marco illustra che per ogni 10 mila decessi 3 sono da imputare agli impianti eolici, 48 alle torri radio, 719 ai pesticidi, 859 ai veicoli, 1396 agli elettrodotti, 1073 ai gatti e un numero enorme 5904 alle finestre.
Occorre ricordare che le fonti rinnovabili sono per lo più intermittenti e che un sistema elettrico nazionale ne sopporta una quota modesta intorno al 10-20%. L'eolico è la fonte rinnovabile attualmente più matura e più economica con costo per KiloWatt dell'impianto intorno ai 1000 euro e in continua diminuzione.
Sono sufficienti dei piccoli contributi statali per rendere conveniente la produzione di corrente elettrica tramite questo tipo di energia.
Le potenze dei singoli impianti eolici sono consistenti, si arriva a 5 MW ma il tipo di impianto dipende dalla ventosità. In un sito danese ho trovato il costo per kwh di una turbina da 600 KW, nella tabella che segue riporto il vento medio nel sito dove si trova l'aereogeneratore e il costo di produzione dell'energia elettrica per kwh:
| 4 m/s | 4.5 m/s | 5 m/s | 6 m/s |
| 8 $cent/Kwh | 5.5 $cent/Kwh | 4 $cent/Kwh | 3 $cent/Kwh |
The example is for a 600 kW wind turbine with project lifetime of 20 years; investment = 585,000 USD including installation; operation & maintenance cost = 6750 USD/year; 5% p.a. real rate of interest; annual turbine energy output taken from power density calculator using a Rayleigh wind distribution (shape factor = 2). Il vento è considerato secondo le abitudini metereologiche e cioè a 10 metri dal suolo. Questi dati dovrebbero essere aggiornati al 2003.
Una centrale termoelettrica dovrebbe produrre energia elettrica al costo di 6-12€cent/Kwh, la parità con l'eolico si ha per velocità medie del vento pari a 4-4.5 metri al secondo. Ho poi letto che gli aereogeneratori più piccoli funzionano con vento a partire da 3 m/s, non ho trovato però il costo di tale produzione di energia elettrica.
Dal punto di vista economico l'energia delle turbine è intermittente e i gestori che la comprano praticano un ribasso del 35-50%, per questo esistono una serie di compensazioni economiche come i certificati verdi.
Il decreto Bersani stima la potenza cumulata massima degli impianti eolici a 6000-8000 MW che eviterebbe problemi quando si agganci una fonte elettrica intermittente alla rete nazionale. Si stima che l'eolico non debba superare il 10-20% del termoelettrico che ammonta a 50000 MW, sono 5000-10000 MW. (In totale sono installati 78000 MW per le esigenze elettriche italiane secondo i dati del 2001).
Con 2000 ore di funzionamento equivalente a piena potenza (vento medio), 7500 MW (15% del termoelettrico) produrrebbero annualmente 15 TWh. Ciò corrisponde al 5% del fabbisogno elettrico nazionale. Poiché i consumi di elettricità rappresentano circa il 30% del consumo totale di energia (dati 2001), si avrebbe un risparmio sul totale di energia fossile consumata annualmente in Italia pari all'1.5%.
La produzione annuale di 15 TWh di elettricità rinnovabile eviterebbe il rilascio atmosferico di circa 11 milioni di tonnellate di CO2, che rappresenterebbe una riduzione del 2.3% delle emissioni totali italiane.
Il limite del 10-20% del termoelettrico prodotto dalle fonti intermittenti non ha impedito alla Germania di prevedere di raggiungere il 30% del proprio fabbisogno elettrico nel 2030 tramite l'eolico. La Germania ha ultimamente deliberato di arrivare al 12.5% entro il 2010. In effetti esistono diversi metodi allo studio per accumulare energia e fornirla quando il vento non c'è.
Esiste per esempio la possibilità di riempire con una pompa bacini d'acqua ad altezze elevate per poi scaricarli su una turbina idroelettrica producendo elettricità. In pratica le nostre centrali idroelettriche potrebbero fare da batteria.
Esistono attualmente le batterie Redox al bromuro di vanadio che sono in sostanza due liquidi contenuti in enormi tank. Un liquido contiene l'energia positiva mentre l'altro l'energia negativa. Hanno densità di energia ancora bassa e pari a 50Wh/Kg, per accumulare l'energia pari a 1Twh occorrono enormi quantità di liquido (20 miliardi di litri ovvero 20 metri x 1 km x 1Km) ma la tecnologia è interessante anche perché ha efficienze elevate (80%).
Esistono le conversioni chimiche da elettricità a metanolo e da metanolo a elettricità dove però le efficienze sono molto basse. Esistono le pile a combustibile che usano l'idrogeno come vettore energetico (energia virtuale) la cui efficienza complessiva non è elevata.
Un altro sistema per ovviare al problema dell'intermittenza dell'energia eolica è quello di creare una rete transnazionale che colleghi gli impianti eolici. Quasi sempre le perturbazioni colpiscono una zona limitata e relativamente piccola del pianeta per cui la grande rete di pale eoliche avrà alcune zone con molto vento, altre con vento medio e altre senza vento. Per un effetto statistico la produzione elettrica sarà quasi sempre vicino al valore medio per la stagione e si discosterà di molto sono con bassa probabilità.
Con sistemi di accumulo di questi tipi si potrebbe estendere l'uso dell'eolico e di altre fonti intermittenti molto oltre il 20% del termoelettrico, quindi oltre i 10000 MW ma questo problema riguarda il futuro.
Per le mappe sulla velocità del vento in Italia se ne è occupata ricercadisistema, le mappe sono relative alle altezze delle pale e non ai 10 metri da me riportati nella tabella.
Kensan.it
Ho letto che la Cina sta studiando una serie di impianti eolici off-shore (lungo la sua costa), si parla di potenze installabili di 750 Gwh che con i nostri venti darebbero 1500 Twh/anno. Come riferimento in Italia si producono circa 320 Twh/anno per il consumo elettrico. Una centrale a carbone ha comunque costi per Kwh che sono la metà di una turbina eolica quindi non sono ancora un affare economico per chi non è interessato all'aria pulita.L'Italia ha una costa lunghissima pari a circa 7000 Km, se si volesse barattare il turismo con l'eolico sono convinto si ricaverebbe una quantità enorme di energia.
A parte la precisione dei miei dati mi sento di affermare che la produzione di energia elettrica tramite l'eolico è quasi conveniente senza incentivi, la piena convenienza si avrà appena il petrolio salga un po' di prezzo come sta facendo in questi mesi.
Enegia resa rispetto all'energia consumata (E.R.O.E.I.)
Questa è una bozza (work in progress) stilata da Francesco Pasqualin e posta sul sito energoclub (formato foglio di calcolo .xls OpenOffice.org/MS Excel). Vengono riportate le rese energetiche (E.R.O.E.I.) di varie fonti usate per produrre energia elettrica e il numero di anni (Energy Pay-back) per avere l'equilibrio tra energia spesa ed energia fornita.
| Nucl | Carb | Olio | Gas(*) | Fv | Eolico | Idro | Geoter | Elioter | Bioenerg | |
E.R.O.E.I. (**) |
30.0 | 9.0 | 10.0 | 7.0 | 10.0 | 30.0 | 100.0 | 50.0 | 40.0 | 10.0 |
| Energy Pay-back (EROEI) |
1.0 | 3.3 | 3.0 | 4.3 | 3.0 | 1.0 | 0.30 | 0.60 | 0.75 | 3.0 |
(**) EROEI: “Ritorno Energetico sull’Investimento Energetico,” ovvero “Energy Return On Energy Investment” (EROEI). L’EROEI è il rapporto fra l’energia investita per costruire un impianto e l’energia che questo impianto produrrà durante la sua vita attiva.
Aggiornamento 24 giu 2006: Le ultime ricerche in campo eolico stimano nel 20% un limite accettabile di energia eolica da riversare in rete con minimi sovrapprezzi per le attrezzature per compensare l'intermittenza della fonte eolica. Se, come molti cominciano a pensare, il petrolio continuerà la sua scalata dei prezzi ad oltranza allora sarà il caso di passare alla fonte eolica accettando anche qualche blackout dovuto a mancanza di vento. In tal caso ci si può spingere molto oltre il 20%.
Dati non sono riuscito ad ottenerne però so che le coste italiane, in particolare del sud Italia, sono molto ventose e in prossimità di coste e spiagge è economico installare impianti eolici per via della bassa profondità dei fondali. Attualmente ci si mantiene a molti kilometri dalla costa ma ad un certo prezzo del petrolio ci sarà poca gente che ha soldi per andare in spiaggia ed è pensabile di sfruttare le coste per l'energia elettrica dal vento.
Come dicevo la capacità energetica off-shore dell'eolico non so valutarla numericamente ma la stimo ingente se non si avesse rispetto per le distanze dalla costa. Forse trasformando tutto il vento in energia elettrica con la partecipazione degli impianti idroelettrici (20% dell'energia elettrica consumata) potremmo fare a meno del petrolio/gas/carbone/nucleare almeno nel settore elettrico.
Aggiornamento 12 gen 2010: Sono stati pubblicati alcuni dati sulla produzione elettrica dell'eolico, in particolare nel 2004 erano installati 1.1 Gw e nel 2009 4.85 Gw. Significa un tempo di raddoppio della potenza installata pari a 2.34 anni.
L'energia prodotta da invece una produttività media pari a 1550 ore/anno per il 2009 mentre è stata pari a 1580 ore/anno nel 2008, quindi è piuttosto stabile anche se bassa.
Si possono fare delle proiezioni con questi dati per gli anni a venire:
- 2009 - 4.85 Gw - 7.5 Twh - 2.3%
- 2011 - 8.8 Gw - 13.7 Twh - 4.2%
- 2013 - 15.9 Gw - 24.6 Twh - 7.5%
- 2015 - 28 Gw - 43.4 Twh - 13.2%
- 2017 - 51.9 Gw - 80.4 Twh - 24.4%
Un appunto tecnico riguarda il fatto che la potenza installata cresce secondo una curva esponenziale durante l'anno mentre l'energia prodotta riguarda l'intervallo di tempo di un anno per cui la semplice moltiplicazione della produttività media del 2009 per la potenza a fine 2009 non è corretto, in effetti nel 2009 l'energia prodotta è stata pari a 6.7 Twh. Comunque le proiezioni hanno solo un piccolo bias.
Per confronto i dati 2009 delle altre energie rinnovabili sono:
- 47 Twh idroelettrico
- 6.7 Twh eolico
- 6.5 Twh biomasse
- 1 Twh solare fotovoltaico
Aggiornamento 15 feb 2011: La produzione di energia eolica è in linea con le previsioni, inserirò maggiori dettagli quando i dati di Terna saranno definitivi.
Per quanto riguarda il supposto problema degli uccelli che perirebbero a causa delle pale eoliche, c'è un interessante articolo di Marco Pagani su ecoalfabeta che si è occupato di riassumere gli articoli scientifici sul tema. Emerge che i volatili deceduti sono da 0.23 a 1 uccello per ogni Gwh prodotto. Per fare un raffronto gli impianti termoelettrici a carbone causano 5.19 morti ogni GWh.
Il grafico nell'articolo di Marco illustra che per ogni 10 mila decessi 3 sono da imputare agli impianti eolici, 48 alle torri radio, 719 ai pesticidi, 859 ai veicoli, 1396 agli elettrodotti, 1073 ai gatti e un numero enorme 5904 alle finestre.
Avete mai preso in considerazione la possibilità di dotare gli appartamenti di batterie economiche, tipo quelle delle auto di una volta, che danno la possibilità di sostituire ogni singolo componente (recipiente, elementi metallici, coperchio, ecc.) in modo semplice quando si dovessero usurare. Il vantaggio sarebbe quello della facilità dell’operazione, della massima concorrenza sia per la fabbricazione degli elementi che per la manutenzione, la longevità della batteria, il basso prezzo.
La mancanza di efficienza di tali batterie, considerate ora obsolete, potrebbe essere controbilanciata dall’aumento di esse. Infatti, in un’abitazione è facile individuare un luogo dove posizionarle, e varia poco se l’ingombro è di mezzo metro cubo o, invece, di un metro.
Tali batteria, quindi, potrebbero essere un polmone per l’alimentazione degli impianti domestici elettrici (riscaldamento, scaldabagno ecc.) e, cioè, accumulare energia durante la giornata e rilasciarla, senza incidere sulla rete elettrica, per il funzionamento degli impianti, specialmente per non incidere sulla rete elettrica quando vi è il picco di utilizzo degli impianti domestici.
Tali batterie, poi, potrebbero essere programmate per accumulare energia quando vi fosse una sovraproduzione di energia rinnovabile (con conseguente basso prezzo) e rilasciarla nella rete ad un prezzo maggiore nel caso di produzione scarsa.
Tutto dipenderebbe, pertanto, dalla quantità di energia eolica o solare e dal costo di essa, perché solo allora conseguirebbe una sostituzione degli attuali impianti a gas con quelli elettrici.
L’energia eolica, se liberata dalla maggior parte dei divieti burocratici, potrebbe incrementarsi notevolmente, conseguendone, anche, la riduzione dei costi, per la concorrenza dei nuovi costruttori di generatori che entrerebbero nel mercato (d'altronde si tratta sempre di grossi ventilatori. Si ricordi poi quanto costavano i videoregistratori trent’anni fa e quanto costavano prima che fossero sostituiti dai cd).
Per ciò che attiene al costo, si osserva che per produrre energia con il gas o con il petrolio, la maggior parte del costo è pagato all’estero, mentre nel caso di eolico o fotovoltaico, sono costi che potrebbero essere pagati ad italiani (l’Italia ha le capacità tecniche per produrre generatori eolici o pannelli solari). Vale a dire, per il petrolio o per il gas, necessariamente il costo è pagato all’estero, mentre per quelle rinnovabili potrebbe essere pagato in Italia.
Se i costi sono pagati in Italia, ad essi conseguono redditi per gli italiani stessi (l’ingegnere che ha progettato il generatore spende lo stipendio in una salumeria italiana, l’imprenditore che l’ha costruito compra con gli utili in Italia un vestito alla figlia ed il motorino al figlio).
Quello che si vuole dire è, anche se il costo delle rinnovabile è maggiore, è necessario considerare anche che genera reddito per altri italiani, e ciò non avviene per le energie fossili.
Molta energia a prezzi bassi potrebbe essere utilizzata per le automobili. Si pensi ad esempio, ad autovetture economiche progettate per le brevi distanze (sino a 30 – 50 km) con le già descritte batterie obsolete e con un motore a scoppio di scorta di 30 cv. Esse potrebbero essere fabbricate da numerosi produttori (perché semplici, spartane, senza tecnologie particolari) e potrebbero essere utilizzate da numerosissimi cittadini per recarsi al lavoro senza utilizzare l’autovettura principale. La scarsa efficienza delle batterie è compensata dalla sicurezza di potere ritornare a casa con il motore a scoppio e potrebbe essere compensata, anche, dalla possibilità di effettuare ricaricare quando si parcheggia.
La possibilità che autovetture del genere possano essere costruite da un elevato numero di imprenditori, comporterebbe una riduzione notevole dei costi.
kensan il 14 settembre 2010 con il titolo: Kitegen.
http://www.kensan.it/articoli/KiteGen.php