L’integrazione di micro e minieolico negli edifici. Come smascherare annunci ingannevoli (Terza puntata)

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Nelle due puntate precedenti abbiamo spiegato le ragioni che frenano il decollo degli impianti minieolici integrati nell’edilizia nel nostro Paese, siano esse di tipo normativo–burocratico, o puramente disinformazione causata dal marketing di alcune aziende. Non vogliamo chiudere la nostra breve trattazione senza dare qualche elemento pratico a lettori e lettriciche pazientemente ci hanno seguito.
Leggi il primo articolo della serie | Vuoti normativi e pregiudizi culturali sul microeolico
Leggi il secondo articolo della serie | Leggende e strategie di marketing che ostacolano l’integrazione del microeolico in edilizia

Riportiamo un annuncio poco attendibile che spesso troviamo sia nella comunicazione dei fabbricanti che dei distributori: “Il nostro aerogeneratore è in grado di sfruttare venti di soli 2 m/s”. Se un tale aerogeneratore fosse acquistato ed installato dal consumatore disinformato, si finirà con l’inficiare la credibilità, non soltanto dell’installatore ma anche di tutto il settore minieolico. Gli acquirenti passeranno presto dall’entusiasmo all’inevitabile e profonda delusione e magari senza garanzia o possibilità alcuna di rivalsa per rimediare l’errato investimento sostenuto in buona fede. Come docente ed esperto in materia di progettazione di macchine eoliche di piccola potenza posso dimostrare scientificamente che siamo di fronte ad un’autentica bugia!

VEDIAMO IL PERCHE’

Innanzi tutto precisiamo che la velocità di “cut in” (velocità di avviamento) si definisce come la velocità alla quale inizia a girare il rotore. Tuttavia, con tale velocità di vento, è fisicamente impossibile erogare potenza utile. Per comprenderne le ragioni consideriamo, come elemento di comparazione, una turbina tripala ad asse orizzontale. Motiviamo la nostra scelta per questa tipologia poiché è stato riscontrato nella pratica che ha il rendimento aerodinamico più elevato in assoluto, dimostrabile anche matematicamente. Supponiamo che il diametro misuri 10 m, circa l’equivalente grafico di una casa uni o bifamiliare a due piani fuori terra inclusa la copertura. Immaginiamo che le pale siano costruite con i profili aventi le migliori prestazioni tecniche disponibili nel mercato e che la elica sia progettata per raggiungere il massimo di efficienza aerodinamica proprio a 2 m/s.
In queste condizioni assolutamente ideali, la potenza meccanica all’asse della nostra ipotetica turbina non può superare il valore dato dalla seguente formula:

P = ½ ρ Cp A V3

Dove

ρ = densità dell’aria circa uguale a 1,22 kg/m3 (assunto come costante per non complicare i calcoli).
= coefficiente di potenza. Il massimo possibile per la miglior turbina difficilmente potrebbe superare 0,45. Una turbina senza attritti ed in condizioni ideali non può superare 0,59 . È un limite fisico dimostrato dal Teorema di Betz, oltre il quale è impossibile andare oltre.
A = area esposta al vento. Nel nostro esempio, un cerchio di 10 m di diametro = 78,5 m2 (in realtà sarebbe inferiore, perché il centro essendo occupato dal mozzo e dalla navicella contenente il generatore, non conta).
V = velocità del vento in m/s. Supposta costante e uniforme in tutta la sezione esposta dell’elica, altra condizione teorica che non si verificherà mai nella pratica.

Facendo i conti troviamo che la potenza raggiunge... 172,5 W (appena sufficiente per alimentare un televisore!).

Ma la storia non finisce qui! Tralasciando le perdite meccaniche nella moltiplicazione ad ingranaggi, ricordiamo che i generatori elettrici di piccola potenza difficilmente superano il 95% di efficienza (definita alla potenza e frequenza nominale). Va detto che i magneti al niobio non comporterebbero vantaggi apprezzabili in queste condizioni di funzionamento, quindi rappresentano un costo aggiuntivo poco giustificabile. Inoltre, non dimentichiamo che dopo il generatore è necessario installare anche l’inverter. E pure questo dispositivo lavora con rendimenti bassissimi quando non è a piena potenza. Per cui nel migliore dei casi, nel regime di funzionamento ipotizzato, la potenza elettrica effettivamente erogata raggiungerebbe al massimo i 110 Watt, e con alcuni modelli di inverter anche zero. Eppure la turbina starebbe girando, così come pubblicizzato da tutti i venditori.

I fabbricanti più “professionali” si riconoscono poiché forniscono sempre una curva o tabella indicante la potenza erogata ad ogni velocità del vento. In tutti i casi si vede chiaramente che, contrariamente a quanto gli stessi fabbricanti o installatori sostengono poi negli annunci pubblicitari, alla velocità di cut in la potenza è nulla o quasi.
Quando anche gli stilisti tentano di cimentarsi in un tema a loro evidentemente sconosciuto proponendo soluzioni al problema di ricaricare le batterie di telefonini e I–Pod , si rassenta il grottesco. Vedremo forse in futuro la turbina “griffata” dal calciatore o dal personaggio televisivo del momento? Mai dire mai...

Mini-eolico-3-turbina

Il teorema di Betz

è una legge inesorabile, alla quale non possono scappare nemmeno le realizzazioni dei guru del design. Diversamente potremmo parlare solo di arte e non di assolvere a funzioni concrete come generare energia pulita con il minimo costo ed impatto ambientale. Gli adoratori dei magneti al niobio sappiano che i principali giacimenti di questo materiale estremamente scarso in natura sono in Cina, un paese che nasconde sistematicamente gli impatti ambientali del suo sistema produttivo. Inoltre, essendo classificato come risorsa strategica critica, aumentare la sua domanda nel mercato significherebbe con molta probabilità preparare il terreno a future tensioni geopolitiche e sociali. Anche ai tifosi della fibra di carbonio consigliamo di guardare la Cina. Questo Paese ha cominciato a produrre le pale di turbine fino a 1 MW in composito di fibra di bambú, materiale altrettanto resistente ma infinitamente più sostenibile.

Foto 2 | RhymeAndReasonCreative

Foto 3 | Prototipo di turbina in fibra di carbonio, foto realizzata alla fiera Ecomondo da Sustainable Technologies SL.

Mario Rosato

Mario Rosato Ingegnere

La sua passione sono le soluzioni soft tech per lo sviluppo sostenibile, possibilmente costruite con materiale da riciclaggio. Un progetto per quando andrà in pensione: costruire un'imbarcazione a propulsione eolica capace di andare più veloce del vento in ogni direzione.