I parametri del vento necessari per investire nell’eolico

Riassunto Una panoramica sulla risorsa vento, sulle sue caratteristiche e origini, fondamentale per chi vuole investire nel settore.

Il vento è un fenomeno stocastico causato, nella sua natura macrogeografica, dalla differenza di pressione e temperatura fra strati atmosferici. Le cause di queste differenze sono maggiormente riconducibili alla differente esposizione ai raggi solari della superficie terrestre a causa dell’inclinazione e della rotazione del pianeta che fanno si che latitudini diverse siano diversamente riscaldate dal sole. Tuttavia, essendo l’aria un elemento volatile, influenzano il vento numerosissimi altri fattori quali la topografia e la disposizione del suolo in esame. In questo articolo Energyhunters fornisce una panoramica dei parametri fondamentali necessari per valutare la quantità di energia aerodinamica disponibile su un terreno quando lo si analizza al fine dello sfruttamento della risorsa eolica. Ancora una volta la conoscenza si dimostra alla base della comprensione e dello sfruttamento della risorse naturali rinnovabili, con questo spirito è nata Energyhunters, per cacciare il sole,il vento e ogni altra risorsa che ci possa portare verso un futuro sostenibile. L’eolico e il mini eolico sono risorse straordinarie, difficili da cogliere ma di grande potenza, per questo scriviamo, informiamo, ricerchiamo, perché ognuno di voi possa capire per poi usare queste risorse e conquistarsi quindi,un po’ di libertà.

Introduzione – Cause e variazioni tipiche del vento

Il vento è un fenomeno di natura estremamente complessa. Le forze che agiscono e concorrono alla sua formazione sono principalmente quattro e sono sotto riportate in ordine di potenza e importanza decrescente:

  1. La forza di pressione (effetto su grandi distanze)
  2. La forza di Coriolis (effetto su grandi distanze)
  3. La forza d’inerzia (effetto costante)
  4. La forza di frizione con la superficie terrestre (effetto locale)

La forza di pressione nasce dalla continuità di masse d’aria a pressione differente. Il vento, in linea generale, tenderà sempre a spirare da una zona a pressione più alta a una a pressione più bassa per compensare la differenza di pressione. Questa forza agisce maggiormente sulle grandi distanze, laddove le differenze di pressione (provocate dalle cause più svariate)sono elevate e mettono in movimento grandi masse d’aria ma anche a livello locale dove differenti temperature (causate per esempio dalla presenza di acqua) creano scompensi locali di pressione.

Nel contempo agisce sulle masse d’aria anche la forza di Coriolis, una forza apparente, cui risulta soggetto una massa quando si osserva il suo moto da un sistema di riferimento che sia in moto circolare (in questo caso la terra) rispetto a un sistema di riferimento inerziale (il luogo di osservazione) [2]. La forza di Coriolis è una forza con direzione sempre perpendicolare alla direzione del moto e di modulo direttamente proporzionale alla velocità e a un parametro variabile con la latitudine.

Analizzate queste due forze siamo in grado di capire cos’è un vento geostrofico. Questi venti sono infatti espressione dei macrofenomeni climatici del nostro pianeta e danno origine ai venti più noti quali i monsoni, gli alisei o altri tipi di venti. Supponiamo di poter ridurre la massa ventosa in un punto e rappresentiamola in mezzo a due isobare di pressione (linee che delimitano zone a pressione atmosferica costante). In Fig. 1 si rappresenta l’andamento che avrebbe una massa d’aria in base alle due forze descritte sopra mentre di seguito si riportano le espressioni delle due forze.

Dove:

ρ è la densità dell’aria [Kg/m3]

dP/dn: è il differenziale di pressione fra due isobare infinitesime [Pa]

n: è il versore è che indica la direzione della forza in questo caso perpendicolare alle isobare decrescenti

Forza di Coriolis:

Dove:

f=2ωsinφ detto fattore di Coriolis dipendente dalla latitudine φ e dalla velocità angolare della terra ω

u è la velocità del vento [m/s].

Fig. 1 – Rappresentazione del moto di una massa d’aria fra due linee isobare sotto l’effetto delle forze di pressione e di Coriolis sul suo moto.

La Figura 1 mostra con un punto nero una massa d’aria e concentrata posizionata fra due isobare. Nella zona fra le due linee la differenza di pressione è positiva; per effetto della forza di pressione che spinge la massa da un punto a pressione più alto a quello a pressione più basso, la massa d’aria comincerebbe a muoversi. A mano a mano che la massa si avvicina all’isobara di bassa pressione questa forza diminuisce (poiché diminuisce la differenza di pressione) e compare, non appena la massa ha del movimento, la forza di Coriolis proporzionale alla velocità del moto d’aria e perpendicolare ad essa. Questa forza devia il flusso d’aria verso l’isobara ad alta pressione. L’effetto prosegue e la forza di pressione è sempre più bilanciata da quella di coriolis cosicchè la cinematica della massa d’aria tende ad assumere l’andamento mostrato in fig. 1.

Fra le forze minori che influenzano il vento troviamo la forza d’inerzia di cui però non ci occuperemo poiché è una forza presente normalmente dove ci siano in gioco masse ed accelerazioni e, come forza di minore influenza, la forza di attrito (in questo caso con la superficie terrestre).

La forza di attrito fa parte dei fenomeni locali di modifica dei profili ventosi. Il terreno esercita una forza di attrito dipendente dalla conformazione del terreno e dalla sua scabrezza (più è rugoso più queste forze sono potenti). L’effetto di queste forze è quello di spingere i flussi d’aria verso l’alto e di rallentarli. Da queste forze dipende quindi la distribuzione di velocità del vento al variare dell’altezza, argomento che meriterebbe una trattazione separata e che Energyhunters ha intenzione di affrontare nei prossimi articoli.

Prima di passare ai parametri utili per una valutazione anemometrica è giusto capire quali sono le variazioni tipiche del vento. Esse si distinguono (solitamente) in quattro categorie, ognuna caratterizzata da una frequenza tipica, ossia l’intervallo di tempo con cui essa si manifesta solitamente:

  • Variazioni pluriannuali (>20 anni): dovute a grandi variazioni geomorfologiche (cambiamento di assetti idrogeologici grandi) e fuori dalla portata di misurazioni.
  • Variazioni annuali (1 anno): dovute all’aleatorietà del fenomeno stesso conseguente a condizioni di origine estremamente variabili, ma oggetto delle misurazioni per eolico e solitamente ricorrenti negli anni (temperature, irraggiamenti ecc)
  • Variazioni giornaliere (24 h): Solitamente la velocità del vento durante il corso della giornata ha un andamento variabile anche di molto. questo è dovuto in gran parte all’apporto di calore da irraggiamento solare diverso fra giorno e notte. Queste differenze sono maggiori in estate e minori in inverno e sono tanto più evidenti quanto più grande è l’altitudine sul livello del mare. A titolo di esempio riportiamo un andamento mediato su un intero anno per una località che è stata soggetta a una campagna di misura anemometrica condotta da Energyhunters.[3]
Fig.2 – Rappresentazione della “giornata ventosa media” ossia media annuale della velocità del vento calcolata l’ungo l’arco della giornata, si nota la variazione fra giorno e notte nel grafico annuale (sinstra). Nei riquadri a destra, le variazioni estive (in alto), e invernali (in basso).[3]
  • Variazioni short-term o transitorie (<10 minuti): in questa categoria si inseriscono tutte le variazioni la cui durata è inferiore ai 10 minuti. Per queste variazioni ormai la comunità scientifica è concorde nel pensare che siano da classificarsi di natura stocastica uniformemente distribuita come un rumore di fondo.[4] Benchè poco rilevanti in termini di energia producibile (anche se non trascurabili) queste variazioni, dette anche “wind gust” (folate) e “wind sag”(buchi di vento) sono molto importanti quando si progetta una turbina eolica poiché a livello meccanico ed elettrico possono dare origine a problemi notevoli quali stress meccanici, elettrici e problemi di power quality.

Parametri caratteristici del vento e loro valori di riferimento

Dopo questa brevissima introduzione, che è ovviamente soltanto un minimo accenno sulla natura del vento, passiamo a vedere quanti e quali siano i parametri che serve conoscere per stimare la potenzialità eolica di un sito. Partiamo dal presupposto che, visti anche i tempi delle variazioni tipiche descritte nel paragrafo precedente, il tempo di misura minimo richiesto per valutare correttamente un sito è un anno.Variazioni pluriennali che si verificano in intervalli temporali di 20 anni e oltre non sono oggetto di misure per eolico.Lo strumento principe che si usa per compiere queste misure è l’anemometro che misura l’intensità del vento e quindi la sua velocità (esprimibile in m/s). Oltre a questo oggetto è importate misurare la direzione del vento e alcune variabili ambientali che vedremo in seguito.Se consideriamo una sezione cilindrica di aria di sezione A si può dire che l’energia cinetica per unità di tempo (quindi la potenza) che fluisce nella sezione cilindrica è data dalla classica formula:

Dove:

m: è la massa in questo caso d’aria [Kg]

v: è la velocità del flusso d’aria [m/s]

Ma la portata in massa infinitesima nel tubo di sezione A e lunghezza unitaria è altresì esprimibile come:

Dove:

A è la sezione del tubo di flusso

ρ è la densità dell’aria supposta costante nell’intervallo infinitesimo [Kg/m3]

u è la velocità del flusso d’aria [m/s]

Sostituendo quindi ad m la portata in massa si ha che:

Che è la formula che indica il valore della potenza aerodinamica estraibile da un flusso d’aria che viaggia alla velocità u spazzando un’area A.Le variabili che concorrono a sviluppare potenza sono in primis, la velocità del vento, quindi la densità dell’aria e l’aria spazzata dalla turbina che, ovviamente, non prenderemo in considerazione.In questo articolo prenderemo in esame solo le variabili del vento principali che occorre valutare tralasciando quelle secondarie e quelle derivate da successive elaborazioni. Diremo, per ognuna di esse, quale è il valore limite di accettabilità perché un terreno possa essere considerato redditizio ai fini della produzione di energia eolica.

1 – La velocità media del vento

La velocità del vento è un parametro importante ai fini della caratterizzazione di un terreno poiché concorre alla potenza aerodinamica con il suo valore al cubo. Questo vuol dire che al raddoppio della velocità media di un sito corrisponde una potenza disponibile di 8 volte tanto.La velocità del vento media non è un valore facile da calcolare. I valori di velocità vanno acquisiti almeno 1 volta ogni minuto per non incorrere in errori grossolani nella stima della velocità media.Una volta acquisiti i valori vengono “disposti” in un grafico dove sull’asse delle ascisse si trova la velocità del vento e sull’asse delle ordinate si trovano quanti campioni hanno avuto quella velocità.Potrebbe sembrare strano ma la “forma” che questa distribuzione assume è simile per tutti i siti che si possono analizzare nel mondo. Il vento infatti segue una distribuzione di Weibull [5] dove il suo fattore di forma è compreso solitamente fra 1 e 2 e il suo fattore di scala dipende dalla natura del vento.Nella Fig. 3 si riportano dei grafici tratti da una campagna anemometrica svolta da Energyhunters dove i dati sono stai elaborati come descritto.

Fig.3 – Sulla sinistra rappresentazione della media giornaliera della velocità del vento durante il corso di una campagna di misura annuale, a destra corrispondente distribuzione di tutti i valori di velocità acquisiti durante la campagna di misura a formare distribuzione di Weibull, in questo caso il fattore di forma globale è risultato pari a 1,36

Essendo la velocità del vento espressa da una variabile aleatoria, non si può parlare di vento “medio” ma sarebbe meglio parlare di valore atteso. Vedremo più avanti che ridurre l’analisi alla velocità media è rischioso per chi valuta il terreno: esistono infatti parametri più significativi e precisi. Il termine vento medio risulta ad oggi il più commerciale e usato ma rischia, a volte, di eludere o falsare l’aspettativa di produzione di un sito.Non esiste ad oggi una classificazione energetica globale unificata sull’energia estraibile dal vento partendo dal valore di vento medio. L’AWEA (American wind Energy Association) ha però stilato una classificazione dei terreni che è stata “recepita” anche dall’EWEA (European Wind Energy Association) [6]. Questa classificazione è anche basata sul valore di vento medio,essa infatti divide i terreni in 7 classi crescenti per velocità di vento crescente. La classificazione è riportata di seguito nella tabella di Fig. 4 per le misure effettuate a 10m e a 50m:

CLASSE DI VENTO Velocità del vento misurata a 10 m dal suolo [m/s] Velocità del vento misurata a 50 m dal suolo [m/s]
1 <4,4 <5,6
2 4,4 ~5,1 5,6 ~6
3 5,1 ~5,6 6,4 ~7,0
4 5,6 ~6,0 7,0 ~7,5
5 6,0 ~6,4 7,5 ~8,0
6 6,4 ~7,0 8,0 ~8,8
7 >7,0 >8,8

Fig. 4 – Tabella descrittiva delle “classi di vento” secondo la classificazione dell’EWEA [6]

Concludiamo il paragrafo col riportare quindi i valori minimi consigliati di vento medio per poter affrontare un investimento nell’eolico o nel mini eolico. In linea di massima si consideri che per “grande eolico” vengono considerate tutte quelle turbine con potenza nominale maggiore di 200kW mentre con “mini eolico” quelle con potenza inferiore a questa soglia.

Variabile in esame Velocità di acquisizione consigliata Velocità di media e salvataggio consigliata Classe minima consigliata Potenza media specifica consigliata [W/m2]
Potenza aerodinamica specifica <1 campione minuto 1 anno >classe 3 per mini eolico
>classe 2 per grande eolico
>150

2 – La potenza aerodinamica specifica

Spesso quando si parla di quantità di vento si parla solo di vento medio. Comparare i terreni in base alla potenza aerodinamica media sarebbe invece sempre più corretto. Questo perché , come visto nella relazione (5) la potenza è funzione della velocità del vento elevata al cubo. Essendo la velocità campionata in un tempo molto basso e mediata, per esempio, ogni 10 minuti, si potrà avere che terreni con la stessa velocità media di vento risultino avere diverse potenze aerodinamiche.La potenza aerodinamica specifica è spesso riferita all’unità di superficie (quindi supponendo nella (3) A=1m2) e caratterizza univocamente il terreno. Non a caso la classificazione definita dall’ AWEA [6] parla di classi di densità di potenza del vento. Questo parametro è calcolato quindi, all’interno di ogni tempo di acquisizione, usando la velocità media del vento e la densità dell’aria in quel periodo, i dati vengono poi mediati per dare un dato aggregato nel periodo di interesse (mese, anno ecc). Per capire meglio la differenza fra potenza aerodinamica e velocità media del vento si mettono a confronto le rispettive distribuzioni delle due grandezze nella Figura 5. In questa figura al posto della potenza, è stato costruito un grafico riguardo l’energia (espressa in potenza per ora) al fine di comparare le due distribuzioni.

Fig. 5 – Distribuzione dell’accadimento di ciascuna velocità del vento (in nero) e della corrispondente energia apportata da ciascuna velocità di vento (in rosso) per una campagna di misura annuale effettuata da Energyhunters, altezza di misura 10 m dal suolo, la potenza aerodinamica media a 10m in questo caso è risultata pari a 121,7 W/m2. [3].
La Figura 5 è abbastanza eloquente. Mentre le velocità del vento si distribuiscono come descritto nel paragrafo precedente, la distribuzione della potenza e dell’energia corrispondenti dipende dalle singole componenti del vento in modo estremamente diverso essendo la relazione fra potenza e velocità cubica. In particolare, supponendo di avere 2 siti con lo stesso vento medio, avrà potenza sempre maggiore quello in cui le velocità di vento accadono con più frequenza alle alte velocità di vento poiché esse apportano un quantitativo estremamente maggiore di energia rispetto a tanti istanti ma con vento medio basso.Sempre in riferimento alla figura precedente se ci posizioniamo sulla velocità di 10 m/s essa è presente per pochissime ore (circa 150) ma apporta 100 kW/m2 corrispondenti al 10% dell’energia totale; il vento che è invece spirato a 2 m/s è di gran lunga più presente (1300 ore) ma apporta appena 10 kW/m2 corrisponenti ad appena all 1,2% del’energia annua totale.Per valutare correttamente quindi la potenzialità di un terreno ci si deve riferire alla potenza o all’energia aerodinamica poiché esse UNIVOCAMENTE determinano il potenziale del terreno.Quanta potenza aerodinamica media ci vuole per investire nell’eolico? Bisogna anche in questo caso riferirsi alle tabelle dell’AWEA/EWEA [5][6], esse categorizzano i terreni con le 7 classi di vento anche (e soprattutto), in base alla potenza. Nella tabella di Figura 6 sono specificati i valori di riferimento.

CLASSE DI VENTO Potenza aerodinamica media a 10m dal suolo [W/m2] Potenza aerodinamica media a 50m dal suolo [W/m2]
1 <100 <200
2 100 ~150 200 ~300
3 150 ~200 300 ~400
4 200 ~250 400 ~500
5 250 ~300 500 ~600
6 300 ~400 600 ~800
7 >400 >800

Fig. 7 – tabella di classificazione delle classi di potenza del vento secondo l’AWEA/EWEA. I dati sono range di potenza entro i quali collocare i dati elaborati da campo.

La tabella vento medio/potenza sarebbe in realtà unica in cui le 7 classi sono presentate in base alla velocità del vento e la potenza, solitamente si applica il criterio che si usa il valore che permette di entrare nella classe più alta di potenza. Di seguito i valori consigliati per la potenza aerodinamica.

Variabile in esame Velocità di acquisizione consigliata Velocità di media e salvataggio consigliata Classe minima consigliata Potenza media specifica consigliata [W/m2]
Potenza aerodinamica specifica <1 campione minuto 1 anno >classe 3 per mini eolico
>classe 2 per grande eolico
>150

3 – La direzione del vento

La direzione del vento è un parametro relativamente influente sulla producibilità di un terreno. Da questa analisi possono però provenire informazioni rilevanti sia per la scelta della turbina che per una sua eventuale collocazione. La direzione del vento si misura con la cosiddetta “banderuola” semplicemente un profilo verticale a forma di timone che si allinea per forza di pressione, nella direzione opposta a quella dove spira il vento. I dati vengono quindi acquisiti in gradi o radianti e viene costruita con essi la cosiddetta “rosa dei venti” ossia una figura che riporta la direzione del vento per ogni suo range di velocità per ogni direzione.I metodi per rappresentarla sono i più diversi. Solitamente la variazione minima tipica di direzione del vento è superiore a 10 – 20 gradi e difficilmente una banderuola, a causa delle oscillazioni, riuscirebbe a misurare variazioni inferiori a 5°.Energyhunters utilizza rose dei venti graduate che riportano sia la direzione, sia la quantità di vento per ogni direzione e anche la divisione di velocità per ogni quantità di vento.Un altro parametro da considerare è la dispersione della rosa.Il vento può avere più direzioni tipiche (poiché per esempio si trova in una valle con direzione costretta). Gli scenari più frequenti sono 3:

  • Una rosa dei venti con 1 direzione prevalente (vento monodirezionale)
  • Una rosa dei venti con 2 direzioni prevalenti (gole, fiumi, valli ecc…)
  • Una rosa dei venti distribuita

È possibile valutare un indice di dispersione in direzione, in pratica la varianza dei valori di direzione rispetto alla media. Se questo parametro è basso si avranno poche direzioni prevalenti e il vento in quel luogo avrà poche direzioni tipiche, se invece l’indice è alto la rosa sarà distribuita e il vento sarà pluridirezionale.

Fig. 8 – Rappresentazione di due rose dei venti per due differenti siti analizzati da Energyhunters e loro corrispondente fattore di dispersione, i settori sono di 30°, i colori più accesi rappresentano intensità di vento più forti, settori più grandi rappresentano più quantità di vento per quel settore.[8]
Per la direzione del vento ovviamente non è possibile definire valori tipici; sicuramente però possiamo affermare che fattori di dispersione minori corrispondono a rese aerodinamiche delle turbine maggiori poiché i meccanismi di orientamento del vento devono lavorare meno e quindi l’energia persa per orientamento è minore. Ad oggi non esistono studi che valutino queste perdite ma si ritiene che esse possano essere anche rilevanti per turbolenze direzionali elevate e addirittura superiori al 10%.

4 – La densità dell’aria

La Densità dell’aria è un parametro secondario ma altrettanto fondamentale nella stima della producibilità eolica. Essa concorre direttamente alla potenza disponibile nel vento secondo la relazione (5). La densità dell’aria è definita a partire dal suo valore standard misurato al livello del mare a 15°C ed è pari a 1,275 Kg/m3.Questo valore però non è costante ma bensì influenzato da vari parametri quali:

  • L’altitudine sul livello del mare:Il 90% del peso dell’atmosfera (che è alta circa 100 Km) è concentrato nei primi 16 Km di atmosfera. Alla quota in cui viviamo e sono presenti terreni per l’eolico l’altitudine influenza estremamente la densità dell’aria. In particolare salendo di altitudine la pressione atmosferica diminuisce e, di conseguenza, diminuisce anche la densità. La relazione non è né lineare né uguale per tutti gli strati dell’atmosfera. Nei primi 5000m di altitudine la relazione fra densità dell’aria e altitudine sul livello del mare può essere stimata tramite la relazione:

Dove:

ρ è la densità dell’aria alla quota z e alla temperatura T [Kg/m3]

p è la pressione atmosferica da trovare [Pa]

z: è l’altezza sul livello del mare a cui si vuole calcolare la pressione p [m]

T: è la temperatura assoluta misurata all’altitudine z [K]

La temperatura a sua volta varia al variare dell’altitudine. Questo parametro è detto gradiente termico verticale. Esso è quasi sempre negativo (ossia la temperatura diminuisce al variare dell’altitudine) nei primi 5000m di atmosfera ed è mediamente pari a -6,5°C/1000m.[7]

Nella Figura 9 si riporta l’analisi annuale di temperatura e densità dell’aria per una campagna di misura condotta da Energyhunters a 500 m di altitudine.

Fig. 9 – Andamento della temperatura mensile media rispetto alla media annuale (in rosso) e della densità dell’aria media mensile rispetto alla media annuale (in blu) per una campagna annuale condotta da Energyhunters di durata annuale [3]. La densità media nella località in esame è risultata di 1,1552 Kg/m3

L’argomento della relazione fra le grandezze temperatura, altitudine e densità dell’aria meriterebbe una trattazione separata che esula al momento dagli scopi di questo articolo; di certo c’è che i dati raccolti e mostrati in figura 9 verificano che alla temperatura più bassa corrisponda la densità più alta e viceversa, inoltre è possibile affermare che mediamente in questo sito le perdite di energia per densità dell’aria (ossia la differenza con l’energia che si avrebbe considerando la densità standard al livello del mare) sono stimabili intorno al 6% quota assolutamente non trascurabile e riconducibile all’altitudine. Ancora una volta questa analisi fa capire quanto riduttivo sia il giudizio di un terreno basato sulla sola valutazione del vento medio.

5 – L’indice di turbolenza (TI)

L’indice di Turbolenza o turbulence intensity (o tubolence index) è un parametro usato per misurare la turbolenza dell’intensità del vento. Questo parametro è molto importante per la stima della producibilità della turbina poiché si ripercuote su perdite meccaniche o elettrice causate da regimi transitori troppo turbolenti di vento che generano transitori meccanici ed elettrici nei generatori. Esso è definito come:

Dove:

σu è lo scarto quadratico medio della velocità del vento definito come:

Dove:

Ns: è il numero di campioni acquisti

U: è la velocità media del vento

Le implicazioni energetiche di questo parametro su una turbina eolica non sono ancora oggi del tutto note, di sicuro si sa che questo parametro decresce all’aumentare del vento medio e quindi dell’altezza. Valori tipici di turbulence intensity al suolo sono pari a 0,5 – 0,6 ma possono anche scendere sotto 0,4 per venti consistenti. Nella Figura 10 si riportano i risultati di uno studio[9] condotto in differenti zone con differenti venti medi e con altezze di misura diverse che evidenziano quanto detto.

Fig. 10 – Tubolence intensity per ogni campione di velocità dei vento (punti blu) per due diverse altezze di misura (a sinistra 33m a destra 15m). Si nota una maggiore turbolenza alle basse velocità di vento.

Come già accennato precedentemente minore è il TI maggiore sarà la producibilità del sito a parità di potenza aerodinamica disponibile. Volendo dare dei valori minimi di riferimento si presentano quelli di seguito dettati dalla nostra esperienza e dalla letteratura tecnica di riferimento.

Variabile in esame Velocità di acquisizione consigliata Velocità di media e salvataggio consigliata Valore medio massimo consigliato
TI – turbulence index 1 secondo <1 minuto 75%

6 – Altri parametri di misura

Una campagna anemometrica è fatta di tantissimi parametri, abbiamo in precedenza toccato i più eclatanti e indispensabili per capire la potenzialità di un terreno. Ci sono però tutta una serie di parametri secondari e derivati che servono per affinare l’analisi e renderla comprensibile e ben interpretabile.Di seguito riportiamo altri indici che non abbiamo citato e che Energyhunters elabora quando eseguiamo misure di ventosità.

  • Ore registrate[h]: Ore di registrazione globali.
  • Ore di vento[h]: Ore nelle quali il vento è stato significativo, sono quindi tutte quelle ore che hanno contribuito al monte energia del sito.
  • Periodi di non vento [%]: percentuale di tempo nel quale ha spirato un vento con velocità inferiore al vento significativo definito pari a 0.5 m/s.
  • Disponibilità dati [%]: Ci si riferisce all’ammontare dei dati registrati sul data logger rispetto a quelli teorici previsti nel tempo di esecuzione della campagna anemometrica. Il numero di dati dipende dalla velocità di campionamento. Essi vengono confrontati con il numero che ci si aspetta dividendo il tempo di misura per la frequenza di campionamento stessa.
  • Vento Max [m/s]: velocità massima del vento registrata [m/s]
  • DeltaVmax [m/s/10s]:Ci si riferisce alla variazione massima di velocità di vento registrata fra due intervalli di acquisizione consecutivi (massima variazione short-term)
  • Temp. Min [°C]: temperatura minima registrata nel mese
  • Temp. Max [°C]: temperatura massima registrata nel mese
  • La densità media dell’aria (in ogni mese) [Kg/m3]
  • Energia specifica aerodinamica incidente [kWh/m2]: ci si riferisce all’energia aerodinamica incidente per ogni m2 di area spazzata
  • Potenza media specifica in ogni mese [W/m2]: Valore medio della potenza aerodinamica incidente per ogni metro quadro spazzato
  • Fattore di scala[-]: fattore di scala della distribuzione di velocità di vento nel periodo di riferimento fattore adimensionale dipendente dalla media campionaria dei dati della velocità del vento.
  • Fattore di Forma[-]: Fattore di forma della distribuzione di velocità del vento nel periodo di riferimento fattore adimensionale che indica lo scostamento della distribuzione dell’intensità del vento rispetto al valor medio.
  • Valore atteso[m/s]: parametro riportante il valore atteso della distribuzione di intensità del vento caratterizzante il sito, esso corrisponde al vento medio.
  • Varianza σ [m/s]: Varianza della velocità del vento e scarto quadratico medio, sono parametri relativi alla distribuzione statistica della velocità del vento caratterizzante il sito, più questo numero è grande più grande è la dispersione dei valori di velocità attorno al valore atteso.
  • Quota energetica mensile [%]: Frazione dell’energia aerodinamica incidente che si è presentata nel mese rispetto al totale della campagna di misura.
  • Indicatore di turbolenza (Turbulence Intensity)
  • Ore equivalenti @ 11 m/s [h]: Ore di funzionamento di una turbina standard alla velocità del vento nominale di 11 m/s, per produrre la quantità di energia totale prevista nel periodo di misura.

Conclusioni

Produrre energia dal vento non è semplice come farlo dal sole;presuppone una conoscenza notevole della risorsa e della strumentazione utilizzata per fare le rilevazioni. Capire il vento per noi di Energyhunters è stato ciò che ha dato inizio alla nostra avventura, il motivo per cui siamo partiti, volevamo capire se da un elemento così aleatorio e apparentemente irregolare si potesse ricavare una regolarità. La risposta dopo più di due anni di ricerche, due anni di programmazione di software e esperienze sul campo è inequivocabilmente, si. Dietro la sua apparente irregolarità il vento cela un’immensa potenzialità rinnovabile capace di produrre notevoli quantità di energia rinnovabile ma per essere utilizzata essa deve essere prima studiata poi elaborata ed infine (e forse più importante) ottimizzata. Come è sempre stato nel nostro spirito e nella nostra mission continueremo le ricerche su questa e sulle altre forme di energia rinnovabile, perché crediamo che ottimizzando le risorse ognuno possa essere in grado di rendersi indipendente dalle fonti energetiche a pagamento e continueremo a pubblicare le nostre ricerche così che tutti voi possiate informarvi, capire e usare il caos solo apparente della natura.

Se volete farvi un’idea delle cifre in gioco nel mini eolico in Italia visitate il nostro simulatore online windhunter all’indirizzo: http://www.energyhunters.it/wind-hunter

References

[1]: In copertina: http://jondorart.com – Jon Dorn – Wind turbine

[2]: http://it.wikipedia.org/wiki/Forza_di_Coriolis

[3]: Grafico tratto da una campagna anemometrica condotta da Energyhunters – Provincia di Benevento, altezza s.l.m. 500m, Campania 2011 – dati interni riservati. Dati elaborati con WINDBO 6 – Programma sviluppato interamente da Energyhunters – tutti i diritti sono riservati.

[4]: John Wiley & Sons, Wind Energy Explained – Theory, Design And Application 2002 – ISBN 0471499722

[5]: http://en.wikipedia.org/wiki/Weibull_distribution

[6]:American Wind energy association – wind power class classification: www.ewea.org, http://archive.awea.org/faq/basicwr.html

[7]: Dalla voce “gradiente termico verticale”: http://it.wikipedia.org/wiki/Gradiente_termico_verticale

[8]: Dati elaborati con programma WINDBO di energyhunters da varie campagne anemometriche effettuate in Italia – tutti i diritti sono riservati.

[9]: Turbulence Intensity in Complex Environments and its Influence on Small Wind Turbines – Nicole Carpam – Department of Earth Sciences, Uppsala University – 2011 – ISSN 1650-6553 Nr 219

3 comments

  • buona sera,
    se dovessi investire nell’eolico per un’abitazione privata di fronte al mare con un vento medio annuo di 5/6ms ad un’altezza compresa tra 25 e 50 mt dal suolo sopra un solarium privo di ostacoli,
    che macchina potrei installare con 5000 € ?, è meglio accumulare energia o vendere?.
    Grazie per qualsiasi risposta, saluti.

    • Salve,
      La ventosità che ci descrive, se effettiva, è sicuramente OTTIMA così come l’altezza di installazione.
      Dobbiamo precisare però che altezze simili, oltre a presentare grandi difficoltà di autorizzazione, sono tipiche per mini eolico di potenze elevate (200 kW nominali si installano solitamente a 25 m mentre 50 m sono già eolici da 500 kW). Consideri, come costo al kWp finito fra i 2500 e i 3000 €/kWp per il mini eolico, le consigliamo con quella velocità media del vento di investire in una macchina da 10 kwW per esempio, la può acquistare in project financing a circa 30000 € e con quel vento può puntare a un rientro dell’investimento in circa 8 anni. Le consigliamo inoltre di utilizzare macchine direc drive ad asse orizzontale ad un’altezza di installazione di circa 15 metri.
      Maggiori informazioni sul nostro simulatore mini eolico online: http://www.energyhunters.it/windhunter/. Oppure ci scriva per una consulenza: http://www.energyhunters.it/contact-us/
      Cordialmente

      • buon giorno,
        la ringrazio per la gentile risposta di conferma, mi spiego meglio, il mio pensiero è rivolto ad una produzione per il fabbisogno familiare ad uso privato senza una pretesa di lucro e fissare un “areoplanino” sul terrazzo dove solitamente c’è più vento.
        Fisserò un anemometro a conferma di quanto detto e se il risultato sarà positivo inizierò il progetto per l’installzione.
        Ancora grazie anche solo per aver risposto, auguro a tutti VOI un buon lavoro.
        cordiali saluti Renato.

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