L'energia eolica, conosciuta anche come energia eolica, è il mezzo per sfruttare il vento e trasformarlo in elettricità. L'efficienza eolica media delle turbine è compresa tra il 35 e il 45%.
Produzione di energia eolica
Il vento viene prodotto nell'atmosfera terrestre a causa della differenza di temperatura terrestre a livello locale o su scala regionale e globale. Quando il caldo si riscalda sale lasciando il luogo con una bassa pressione dell'aria; l'aria proveniente dalle regioni più fredde con pressioni più elevate si sposta per equalizzare la pressione dell'aria.
I mulini a vento e le turbine sfruttano l'energia cinetica o "energia di movimento" che sposta l'aria o il vento da un luogo a un altro e lo converte in elettricità. Le turbine eoliche vengono erette in luoghi ventosi, quindi il vento può muovere le pale delle turbine. Queste pale fanno ruotare un motore e gli ingranaggi aumentano le rotazioni abbastanza da produrre elettricità. Diversi modelli di turbine sono adatti a condizioni diverse.
Efficienza del vento e fattore di capacità del vento
L'efficienza eolica non è la stessa cosa del fattore di capacità eolica, che è ciò di cui si parla quando le persone pensano all'efficienza energetica. Wind Watch spiega la differenza tra i due fenomeni.
Efficienza del vento e suoi limiti
L'efficienza del vento è la quantità di energia cinetica del vento che viene convertita in energia meccanica ed elettricità. Le leggi della fisica descritte da Betz Limit affermano che il limite teorico massimo è del 59,6%. Il vento richiede che il resto dell'energia passi oltre le pale. Questo in effetti è buono. Se una turbina intrappolasse il 100% dell’energia eolica smetterebbe di soffiare e le pale di una turbina non potrebbero girare per produrre elettricità.
Tuttavia, attualmente non è possibile per nessuna macchina convertire tutto il 59,6% dell'energia cinetica intrappolata dal vento in elettricità. Esistono limiti dovuti al modo in cui i generatori sono realizzati e progettati, che riducono ulteriormente la quantità di energia che viene infine convertita in energia. La media attuale è del 35-45%, come notato sopra. Il massimo al picco delle prestazioni potrebbe raggiungere il 50% secondo Wind Watch. Anche un documento del governo australiano (NSW) concorda sul fatto che il 50% è la massima efficienza eolica ottenibile (pag. 3).
L'efficienza energetica non varia tanto quanto il fattore di capacità eolica, che dipende in larga misura dalla posizione e dalle condizioni meteorologiche.
Fattore di capacità del vento
Il fattore di capacità eolica è la quantità di energia prodotta da un generatore rispetto a quella che potrebbe produrre se funzionasse tutto il tempo alla massima capacità, secondo Green Tech Media. Il fattore di capacità eolica tende a variare da luogo a luogo e in diversi periodi dell'anno, anche con le stesse turbine, poiché dipende dalla velocità del vento, dalla sua densità e dall'area spazzata che dipende dalle dimensioni del generatore sottolinea Open EI. Il fattore di capacità del vento può essere ottimizzato scegliendo luoghi in cui prevalgono condizioni di vento ideali per tutto o gran parte dell'anno. Quindi è importante considerare il fattore della capacità eolica e le condizioni che lo influenzano per massimizzare la produzione di energia.
- Velocità del ventosotto le 30 miglia all'ora produce poca energia secondo Wind Watch. Anche piccoli aumenti di velocità possono tradursi in un aumento sostanziale della potenza generata secondo Open EI. L'elettricità generata è il cubo della velocità del vento, spiega Wind EIS.
- La densità dell'aria è maggiore nelle regioni più fresche e al livello del mare che in montagna. Quindi i luoghi ideali con elevata densità di vento sono i mari con temperature più fredde secondo Open EI. Questa è una delle ragioni dell'espansione su larga scala della produzione eolica offshore.
- Turbine più grandi e più alte possono trarre vantaggio da una maggiore quantità di vento più in alto rispetto al suolo e dalla maggiore apertura delle loro pale. Le considerazioni economiche diventano quindi importanti qui.
Il fattore di capacità viene costantemente aumentato grazie al miglioramento della tecnologia. Secondo Green Tech Media, le turbine eoliche costruite nel 2014 hanno raggiunto un fattore di capacità del 41,2% rispetto al 31,2% delle turbine costruite tra il 2004 e il 2011. Tuttavia, il fattore di capacità eolica è influenzato non solo dalla tecnologia, ma anche dalla stessa disponibilità del vento. Pertanto, nel 2015 il fattore di capacità delle turbine era inferiore alla media degli anni precedenti a causa della "siccità del vento", spiega Green Tech Media.
Confronto con altre fonti di energia
L'efficienza energetica del vento è migliore dell'efficienza energetica del carbone. Solo il 29-37% dell'energia contenuta nel carbone viene convertito in elettricità, mentre il gas ha quasi la stessa efficienza dell'energia eolica poiché il 32-50% dell'energia contenuta nel gas può essere convertito in elettricità.
Tuttavia, in termini di fattori di capacità, i combustibili fossili hanno ottenuto risultati migliori dell'eolico negli Stati Uniti nel 2016 secondo la U. S. Energy Information Administration (EIA).
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rinnovabili vs fabbriche Le centrali a carbone negli Stati Uniti funzionavano al 52,7% della loro capacità.
- Il fattore di capacità per gli impianti a gas è stato del 56% negli Stati Uniti.
- L'energia nucleare ha un fattore di capacità del 92,5%, secondo i dati dell'EIA per i combustibili non fossili.
- Il fattore di capacità dell'energia idroelettrica era del 38%.
- Il fattore di capacità dell'energia eolica è stato del 34,7%.
Quando si confronta la potenza erogata da diverse fonti di energia, è meglio considerare non solo il fattore di capacità, ma anche la loro efficienza energetica. Questo è ciò che rende l’aumento della produzione di energia eolica competitiva e fattibile rispetto ai combustibili fossili, anch’essi gravati dai problemi di inquinamento che causano.
L'intermittenza influisce sulla produzione di energia eolica
L'energia eolica soffre di intermittenza poiché il vento non è sempre disponibile e può soffiare a velocità variabili, il che significa che l'energia viene generata a livelli incoerenti. L’intermittenza energetica è il fenomeno in cui l’energia non è disponibile in modo continuo a causa di molti fattori che le persone non possono controllare. Pertanto c'è variazione nell'offerta.
Soluzioni all'intermittenza
Poiché la generazione di energia dalle turbine eoliche fluttua di ora in ora, o addirittura di secondo in secondo, i fornitori di energia devono disporre di maggiori riserve di energia per soddisfare e mantenere livelli costanti di alimentazione, spiega lo scienziato americano. Intermittenza significa non solo carenze ma anche periodi di eccessi; questo fornisce quindi anche una possibile soluzione. Lo scienziato americano spiega che con l'aumento del numero di fonti di energia eolica, le differenze locali nelle condizioni meteorologiche e del vento possono bilanciare carenze ed eccessi.
Le previsioni meteorologiche e la modellizzazione migliorate rendono inoltre più semplice tenere conto dei cambiamenti, anche a breve termine, dell'energia eolica. È inoltre necessario un mix di fonti per compensare le differenze diurne o stagionali nella produzione di energia eolica.
Indipendentemente dall'intermittenza, secondo Clean Technica, i nuovi parchi eolici diffusi negli Stati Uniti hanno effettivamente contribuito a stabilizzare l'approvvigionamento energetico, soprattutto durante le condizioni meteorologiche estreme in Texas.
Costo
Nel 2017, The Independent ha annunciato che la produzione di energia dal vento era più economica rispetto ai combustibili fossili. Nel 2017 produrre un megawattora (MWh) costava 50 dollari. Con il miglioramento della tecnologia, i costi continuano a diminuire, rendendola più attraente rispetto alle fonti energetiche convenzionali inquinanti. Gli Stati Uniti sperano di stimolare questo movimento fornendo incentivi statali, per aumentare la quota di energia eolica che, secondo l’EIA, ha fornito il 6% della loro elettricità nel 2016.
Wind EIS rileva che l'80% dei costi sono costi di capitale coinvolti nell'installazione delle turbine e il 20% è operativo. Tuttavia, poiché non comporta costi di carburante e considerando l’energia generata nel suo intero ciclo di vita, l’energia eolica è competitiva.
Energia senza carbonio
L'energia eolica è una delle alternative più efficienti all'energia basata sui combustibili fossili. Si prevede che entro il 2050, 139 paesi che attualmente utilizzano il 99% dell’energia mondiale potrebbero utilizzare il 100% di energia rinnovabile. Secondo un rapporto del World Forum del 2017, l’energia eolica e quella solare insieme potrebbero fornire fino al 97% di questa energia. Ciò può aiutare a contenere l’aumento del riscaldamento globale al di sotto di 1,5°C. Che si tratti di un parco eolico su una collina o lungo una costa, la tecnologia delle turbine eoliche offre un modo molto più efficiente per generare elettricità utilizzabile rispetto alle fonti tradizionali non rinnovabili.
