Sia pure con i limiti derivanti dalle sue caratteristiche intrinseche, la fonte eolica ha un ruolo sempre più significativo e indispensabile in molti sistemi elettrici nazionali, grazie anche al supporto della Normativa.
A cura di Claudio Casale, Segretario del CT 88
Aspetti fondamentali della generazione di elettricità da fonte eolica
I sistemi di generazione da fonte eolica, cioè gli impianti che producono energia elettrica utilizzando il vento come fonte primaria, hanno sempre avuto, da oltre quarant’anni, una costante e significativa evoluzione. È soprattutto negli ultimi due decenni, però, che sono passati dall’essere un fenomeno circoscritto a pochi Paesi e limitato ad ambienti di ricerca e a poche imprese stimolate da incentivi statali, al venire considerati come una tecnologia di tutto rispetto che può fornire al sistema elettrico nazionale un contributo significativo.
Ciò tanto più in quest’ultimo biennio, in cui i fenomeni speculativi sui combustibili fossili e la guerra fra Russia e Ucraina hanno creato la nota situazione critica negli approvvigionamenti delle fonti energetiche primarie, rendendo ancora più impellente il ricorso a tutte quelle fonti rinnovabili, come l’acqua, il sole, il vento, ecc., che sembrano offrire una via d’uscita in grado di contribuire sia alla produzione energetica che alla sua sostenibilità dal punto di vista ambientale.
È però altrettanto importante che queste aspettative siano contenute nei limiti imposti dalle caratteristiche tecniche delle fonti stesse e dei relativi sistemi di conversione, per evitare speranze illusorie e gravi errori strategici nella pianificazione energetica. Proprio per questo è sempre utile ricordare, prima di fare il punto sui progressi delle installazioni eoliche nel mondo, quali sono le caratteristiche di base del vento e i principali aspetti tecnici ed economici dei sistemi di generazione da fonte eolica.
Il vento è disponibile diffusamente a livello locale, anche se però in misura marcatamente diversa tra le varie aree geografiche. Il suo impiego apporta un beneficio notevole per la bilancia commerciale e la sicurezza degli approvvigionamenti a livello nazionale, ma naturalmente solo per chi possiede risorse adeguate a un conveniente sfruttamento. Non si deve dimenticare che, per i suoi utilizzatori, l’energia del vento presenta aspetti, come la variabilità nel tempo, la limitata prevedibilità e la scarsa possibilità di accumulo, che non si conciliano facilmente con le esigenze di funzionamento dei sistemi elettrici, i quali devono essere sempre pronti a fornire ai loro utenti la potenza e, nel tempo, l’energia, stabilite per contratto con le dovute caratteristiche di frequenza e tensione.
I sistemi per la conversione dell’energia cinetica del vento in energia elettrica, denominati “aerogeneratori” o “turbine eoliche” (dall’inglese wind turbines), sono concettualmente simili ai vecchi mulini a vento, con la differenza che in essi il rotore aziona un generatore elettrico. La loro applicazione prevalente è nelle centrali eoliche (le cosiddette wind farms), costituite da un certo numero di aerogeneratori di media o grande potenza opportunamente disposti sul terreno e collegate, attraverso una stazione di trasformazione e una linea dedicata, alle reti elettriche pubbliche a media o alta tensione. Non mancano comunque aerogeneratori isolati operanti presso fattorie e villaggi.
Sin dagli inizi hanno prevalso gli aerogeneratori ad asse orizzontale, dotati di un rotore ad elica di solito con tre pale, posto all’estremità di una navicella sostenuta da una torre, rispetto alla quale il complesso navicella-rotore si orienta automaticamente nella direzione del vento. Nella navicella è collocato il generatore elettrico, sincrono o asincrono, azionato dal rotore eolico attraverso un moltiplicatore che lo fa girare alla velocità appropriata. Oggi c’è sempre più la tendenza ad eliminare il moltiplicatore e a far girare il complesso rotore-generatore a velocità variabile su un ampio spettro, in modo da mantenere il rendimento aerodinamico delle pale su valori più elevati al variare della velocità del vento. È però necessario montare, in questi casi, un convertitore statico di frequenza e tensione a valle del generatore elettrico per mantenere queste ultime grandezze pari ai valori richiesti per il collegamento alla rete di raccolta interna alla centrale eolica o direttamente al carico.
Gli aerogeneratori ad asse verticale differiscono naturalmente dai precedenti per avere rotori diversi, con varie configurazioni (rotori Darrieus a pale curve o diritte, rotori Savonius, ecc.), ma il loro impiego è stato finora limitato alle unità di piccola taglia perché quelle grandi hanno manifestato problemi vibratori e strutturali.
C’è stata, e continua tuttora, la tendenza verso aerogeneratori sempre più grandi, per i vantaggi che questi offrono occupando il territorio in modo meno fitto e producendo più energia a parità di potenza nominale installata. La loro crescente altezza al mozzo, ormai fino a oltre 100 m, consente infatti di sfruttare venti più forti, dato che l’attrito con il suolo tende a far diminuire la velocità del vento negli strati più bassi dell’atmosfera. Anche un diametro di rotore più grande, in rapporto alla potenza del generatore elettrico, contribuisce ad avere rendimenti migliori (e quindi maggiore energia prodotta) a velocità del vento più moderate che occorrono con frequenza più elevata. Per contro, l’aumentare delle dimensioni e dei pesi dei componenti comporta difficoltà e costi maggiori per il loro trasporto e montaggio, specie in siti montani o comunque difficili.
Oggi, per le installazioni terrestri, vengono immesse sul mercato turbine eoliche con potenze nominali fra 1 MW e 5 MW e diametri di rotore fra 60 m e 150 m. Potenze fino a 8-9 MW e diametri fino a oltre 200 m sono stati invece raggiunti dagli aerogeneratori destinati all’installazione in acque marine costiere (la cosiddetta installazione offshore). Esiste già qualche prototipo da 12-15 MW e si punta a 20 MW.
In Europa le centrali eoliche sulla terraferma comprendono fino a qualche decina di unità per potenze totali da qualche Megawatt a varie decine di Megawatt, ma solo eccezionalmente oltre il centinaio. Gli impianti offshore, e anche quelli terrestri in Paesi extraeuropei con ampi spazi, arrivano invece a diverse centinaia di Megawatt e talvolta superano i 1000 MW.
Non si deve però dimenticare che esiste anche un mercato per aerogeneratori di piccola taglia (il cosiddetto mini eolico), con potenze unitarie che vanno all’incirca da 1 kW a 200 kW, destinati all’alimentazione di utenze non servite dalla rete con l’ausilio di batterie di accumulo, da soli o in impianti ibridi con altre fonti, oppure al collegamento a reti in bassa o media tensione. Queste macchine sono diffuse soprattutto nei Paesi con bassa densità di popolazione.
Un aerogeneratore produce potenza elettrica in misura variabile all’interno di un preciso intervallo di velocità del vento, con un andamento in funzione della velocità del vento rappresentato dalla “curva di potenza”, tipica di ogni modello. Questa curva sale al crescere della velocità del vento fino al raggiungimento della potenza nominale della macchina, che avviene soltanto per velocità del vento relativamente elevate (velocità nominale, 10-18 m/s). Per velocità del vento ancora crescenti, la potenza è di solito limitata entro la nominale mediante il controllo del passo delle pale del rotore, allo scopo di limitare le sollecitazioni meccaniche sulla turbina e quindi evitare la necessità di strutture troppo pesanti e costose che sarebbero utilizzate per tempi molto ridotti.
Le risorse eoliche di un sito sono definite dalla velocità media annua del vento, ma anche e soprattutto dalla distribuzione di frequenza delle velocità del vento intorno a questo valore medio, nonché dalla curva di durata che se ne deduce, che fornisce il numero di ore annue per cui un dato valore di velocità del vento è superato. Obiettivo del progettista è scegliere l’aerogeneratore da installare in modo tale che la sua curva di potenza si combini con la curva di durata del vento nel sito così da rendere massima l’energia elettrica producibile in un anno.
Quando un’area viene presa in considerazione per un impianto eolico (in Italia, ad esempio, in base ad indicazioni generali tratte dall’Atlante Eolico di RSE S.p.A.), la sua ventosità deve comunque essere sempre verificata con misure sul posto mediante stazioni anemometriche per almeno un anno.
Nel caso di centrali con diverse unità, vengono poi condotti studi di micrositing con appositi strumenti software per definire i punti d’installazione ottimali delle varie turbine in funzione della configurazione del terreno e del regime ventoso, lasciando fra queste macchine distanze sufficienti ad evitare un’eccessiva interferenza aerodinamica dovuta agli effetti di scia a valle dei rotori, tipicamente 3-7 volte il diametro di questi ultimi.
A questi aspetti si aggiungono quelli dell’impatto ambientale, da valutare per tempo in vista delle procedure autorizzative, soprattutto in un Paese come l’Italia che ha un paesaggio naturale molto delicato e pregevole. Tra i problemi d’impatto ambientale ci sono: l’impegno notevole del suolo, anche se il terreno fra le macchine può continuare a essere utilizzato per pascolo o coltivazioni (di norma la potenza installabile non supera 5-6 MW/km2); l’impatto visivo sul paesaggio, un aspetto molto delicato e valutato in base a considerazioni inevitabilmente soggettive tra i vari attori coinvolti nelle analisi; la sicurezza delle persone contro il possibile lancio di elementi strutturali o frammenti di ghiaccio; il rumore, soprattutto di tipo impulsivo, immesso nell’area circostante; le possibili interferenze delle grandi pale rotanti con le telecomunicazioni e la loro coesistenza con l’avifauna, particolarmente in zone attraversate da rotte di migrazione.
L’interesse per le centrali offshore deriva dal fatto che la loro localizzazione ad almeno qualche kilometro dalla costa (ci sono ormai centrali oltre i 100 km) riduce l’impatto visivo e permette di sfruttare venti più forti e regolari, producendo quindi più energia a pari potenza installata. Basti ricordare che, mentre la producibilità specifica annua di un impianto terrestre va tipicamente da 1500 a 2800 MWh/MW (cioè ore equivalenti di funzionamento a potenza nominale), quella di un buon impianto offshore può essere dell’ordine di 3000-4000 MWh/MW.
Con le tecnologie attuali, basate sull’installazione degli aerogeneratori sul fondo marino con fondazioni di vario tipo (monopalo, a gravità, a tripode, a traliccio, a suzione), possono essere sfruttate aree con acque di profondità fino a 50 m. Per profondità superiori sembra inevitabile il ricorso ad aerogeneratori galleggianti. Questi sono da tempo oggetto di studi e realizzazioni prototipiche, ma sono appena all’inizio delle realizzazioni a livello industriale. Nel 2022, comunque, si annoveravano già centrali eoliche galleggianti per quasi 200 MW complessivi nei mari intorno alla Norvegia, alla Gran Bretagna, al Portogallo, ecc.
La diffusione di impianti eolici in zone poco servite dalla rete può richiedere sensibili costi aggiuntivi per nuove linee e stazioni o il rinforzo di quelle esistenti. Inoltre, si deve sempre ricordare che la variabilità e l’aleatorietà della fonte eolica possono comportare un incremento di costi nel sistema elettrico per assicurare, istante per istante, il bilanciamento fra l’energia prodotta e quella assorbita dagli utilizzatori, con l’intervento indispensabile di impianti di generazione “programmabili” in grado di sopperire alle fluttuazioni del vento, mantenendo così la frequenza e la tensione di rete entro gli intervalli previsti per la qualità del servizio.
Un contributo prezioso a questo riguardo viene apportato oggi anche dai modelli matematici, da anni costantemente perfezionati, che aiutano nella previsione temporale delle risorse eoliche disponibili.
Il quadro delle installazioni eoliche nel mondo alla fine del 2022
Il quadro delle installazioni dei sistemi di generazione da fonte eolica nel mondo, in particolare di quelli di taglia significativa collegati alle reti elettriche, può essere tratto dalle statistiche pubblicate da associazioni internazionali del settore come GWEC (Global Wind Energy Council) e, per l’Europa, WindEurope (già EWEA). Le ultime statistiche si riferiscono alla fine del 2022.
Per maggiori approfondimenti sul piano tecnico, sono poi da raccomandare i Rapporti Annuali della International Energy Agency (IEA) dell’OCSE. La IEA ha costituito sin dal 1977 un accordo ora noto come “IEA Wind TCP”. Nell’ambito di questo accordo, cui partecipano 22 Paesi fra cui l’Italia, più l’Unione Europea e WindEurope, sono condotti progetti internazionali di ricerca (detti Task). Il Rapporto IEA relativo al 2022 non è però al momento ancora disponibile.
L’andamento delle nuove potenze dei sistemi di generazione da fonte eolica installate ogni anno nel mondo dal 2000 in poi e delle corrispondenti potenze totali in campo alla fine dello stesso anno è rappresentato nella Figura 1, basata sulle statistiche di GWEC e WindEurope.
Figura 1 – Crescita della potenza di generazione da fonte eolica installata nel mondo.
Un incremento record delle potenze dei nuovi impianti si è avuto proprio nel triennio 2020-2022. Sia pure con un leggero rallentamento rispetto ai due anni precedenti, anche il 2022 ha visto l’installazione di quasi 78 GW di nuova potenza, di cui 69 GW sulla terraferma e 9 GW offshore, con un incremento netto (nuove unità installate meno quelle dismesse) che ha consentito di raggiungere ben 906 GW a fine anno. Di questo totale, 842 GW sono sulla terraferma e 64 GW offshore. Anche gli impianti offshore sono quindi ormai una realtà consolidata.
Dati più precisi, in Megawatt, sui Paesi con le maggiori potenze eoliche in campo alla fine del 2022 sono riportati nella Tabella 1.
Tabella 1 – Paesi con le maggiori potenze di generazione eolica in campo alla fine del 2022.
La Germania, per molti anni al primo posto, è stata sorpassata nel 2009 dagli Stati Uniti, a loro volta superati dalla Cina dal 2010 in poi. In questi ultimi tre anni, in particolare, la Cina ha svolto un ruolo dominante nelle nuove installazioni sia sulla terraferma che offshore, puntando sul vento come risorsa per attenuare l’impatto della sua generazione di elettricità tuttora fortemente basata sul carbone.
L’Italia è stata fra i primi Paesi ad avere installazioni eoliche commerciali e si classificava ancora sesta nel mondo e terza in Europa per potenza eolica nel 2010; ora è al dodicesimo posto, anche per gli inevitabili limiti sia di ventosità che di territorio utilizzabili.
L’Unione Europea dei 27 membri (senza Regno Unito), nel suo complesso, ha mantenuto un buon ritmo di crescita nel 2022, installando 16 GW e arrivando così, a fine anno, a oltre 204 GW, di cui 16 GW offshore. Considerando anche i Paesi non membri UE, l’Europa in totale (compresa la Turchia) ha installato 19 GW, arrivando a circa 255 GW, di cui 225 GW sulla terraferma e 30 GW offshore.
Per quanto riguarda gli impianti offshore, l’Europa detiene tuttora quasi metà della potenza installata mondiale, grazie soprattutto a Regno Unito (quasi 14 GW), Germania (8 GW), Paesi Bassi (2,8 GW), Danimarca (2,3 GW), Belgio (2,3 GW con 5,3 GW totali), oltre ad altri Paesi fra cui, dal 2022, anche l’Italia. Tre quarti della potenza offshore europea sono nel Mare del Nord, che unisce buona ventosità a bassi fondali.
La produzione da fonte eolica ha coperto più del 20% della domanda elettrica annua in 7 Paesi: Danimarca (55%), Irlanda (34%), Regno Unito (28%), Germania (26%), Portogallo (26%), Spagna (25%) e Svezia (25%). In Danimarca e Portogallo, in certe ore, l’energia da fonte eolica ha superato il fabbisogno elettrico nazionale, grazie all’interconnessione delle reti elettriche a livello europeo. Per gli USA si è riportato il 9,2%, per la Cina l’8% della domanda elettrica annua. Secondo stime di IEA Wind TCP, a livello mondiale il vento soddisferebbe circa il 6% della domanda sulle reti.
Sia GWEC che WindEurope fanno previsioni ottimistiche sulle potenze eoliche che potrebbero venire installate nei prossimi anni, pur lamentando una certa contrazione degli investimenti finanziari in futuri progetti osservata nel 2022. Ciò perché il vento, sia pure con i suoi limiti d’impiego, rimane una delle fonti energetiche più idonee a contribuire al raggiungimento del duplice obiettivo di garantire un sicuro e conveniente approvvigionamento di energia, senza pregiudicare la riduzione delle emissioni di CO2.
In particolare, GWEC si aspetta la messa in campo, a livello mondiale, di altri 680 GW eolici nei prossimi 5 anni (2023-2027), mentre WindEurope stima che, nello stesso periodo, l’Europa ne installi 129 GW, di cui 98 GW (quasi 20 GW all’anno in media) nella UE dei 27. Per la UE, WindEurope osserva però che, se si vogliono raggiungere gli attuali obiettivi comunitari per energia e clima al 2030, ciò implicherebbe un ulteriore cambio di passo, con 30 GW all’anno installati nel 2023-2027.
La situazione attuale del settore eolico in Italia
Per l’Italia, il Rapporto di WindEurope riporta dati relativi alle nuove installazioni nel 2022 forniti da Elettricità Futura e da ANEV (Associazione Nazionale Energia del Vento).
La potenza totale dei nuovi impianti eolici di taglia significativa collegati alle reti è stata di 526 MW, di cui 496 sulla terraferma e, per la prima volta, 30 MW in una centrale realizzata offshore nella rada del porto di Taranto. Quest’ultimo impianto, detto Beleolico, della società Renexia, con 10 turbine da 3 MW e 135 m di diametro di rotore, è stato il primo di questo tipo non solo in Italia, ma nel bacino del Mediterraneo.
In assenza di dismissioni di vecchi impianti, si è riportata a WindEurope una potenza eolica totale in Italia a fine 2022 pari a 11.848 MW. Il numero delle turbine eoliche in campo è stimabile a quasi 7.500 unità.
Si osserva, anche in Italia, un progressivo aumento delle taglie degli aerogeneratori di nuova installazione: negli impianti più recenti, anche se terrestri, non mancano turbine da 3000-4000 kW nominali con rotori ben oltre i 100 m di diametro. Nel 2022, in un impianto di San Severo (FG), sono state erette 5 macchine Nordex da ben 5.700 kW ciascuna, con 163 m di diametro di rotore e 108 m di altezza del mozzo da terra.
Secondo dati di Terna S.p.A. (Gestore della Rete di Trasmissione Nazionale), la produzione di energia elettrica netta da fonte eolica in Italia nel 2022 è stata di 20.358 GWh, cioè circa il 7,4% della produzione netta nazionale e il 6,4% della domanda elettrica sulla rete italiana.
L’andamento nel tempo della potenza eolica totale in campo a fine anno e della corrispondente produzione annua di energia in Italia è illustrata nella Figura 2.
Figura 2 – Andamento temporale della generazione di elettricità da fonte eolica in Italia.
Gli impianti eolici sulla terraferma si trovano, per la maggioranza, nell’Italia meridionale e nelle Isole. Il 90% circa della potenza installata è concentrato in sei Regioni: Puglia (24%), Sicilia (18%), Campania (16%), Basilicata (12%), Calabria (10%) e Sardegna (10%). Questo rispecchia del resto la distribuzione delle risorse eoliche sul territorio nazionale, quale si può desumere, fra l’altro, dal già menzionato Atlante Eolico di RSE.
A differenza di vari Paesi dell’Europa settentrionale con ampie zone pianeggianti dove soffiano venti forti e regolari provenienti dall’Oceano Atlantico, i siti terrestri italiani hanno regimi di vento meno intensi e costanti e si trovano prevalentemente in terreni montani. Ciò comporta, da un lato, rese energetiche più ridotte e, dall’altro, maggiori costi delle infrastrutture e dell’installazione.
Le aree ventose offshore lungo le coste italiane, d’altra parte, hanno sovente acque troppo profonde per gli aerogeneratori su fondazioni fissate al fondo marino (la profondità limite è oggi di 50 m). In molti casi si dovrebbe fare ricorso ad aerogeneratori galleggianti.
Nonostante tutto, però, grazie alla costante riduzione dei prezzi degli aerogeneratori dal 2011 in poi e all’affinarsi delle tecniche d’installazione, nel 2021 anche l’Italia ha riportato alla IEA Wind TCP un costo capitale medio dei suoi nuovi impianti installati di 1200 euro/kW, quindi abbastanza in linea con quello di tanti impianti esteri (assai più elevati sono, ovviamente, i costi per kilowatt degli impianti di piccola taglia).
L’Italia ha anche riportato, per la corrispondente produzione di energia, un fattore di utilizzo medio del 23% (cioè 2000 ore annue equivalenti a piena potenza). Da ciò si potrebbero stimare dei costi medi dell’energia prodotta dell’ordine di 70 euro/MWh, progresso notevole rispetto a un tempo, anche se ancora un po’ superiori ai prezzi del mercato elettrico all’ingrosso, almeno quali erano prima che iniziasse l’attuale fase critica, che ha ribaltato tutti i termini di confronto tra l’energia da fonte eolica e quella da combustibili fossili.
Numerosi operatori nazionali, che qui sarebbe lungo elencare, sono stati e sono tuttora impegnati nella realizzazione di centrali eoliche di produzione. Circa un quarto della potenza installata appartiene oggi a tre soggetti: Gruppo ERG, Enel GreenPower e E2i Energie Speciali. Però i costruttori di aerogeneratori presenti sul mercato italiano, tranne la società Leitwind (del gruppo Leitner di Vipiteno), sono tutti esteri; fra questi soprattutto la società danese Vestas, che ha stabilimenti anche a Taranto, poi Gamesa/Siemens, Senvion, Enercon, Nordex, General Electric, ecc. Alcune aziende italiane forniscono però ai costruttori di aerogeneratori vari componenti, fra i quali le stesse pale, come nel caso della BladeWorks Srl.
Secondo il Rapporto Annuale 2021 di IEA Wind TCP, l’impatto economico annuo complessivo del settore eolico in Italia poteva essere stimato intorno a 4,3 miliardi di euro (costruzione di nuovi impianti più esercizio e manutenzione più produzione e vendita dell’energia), con 16.000 posti di lavoro diretti o indiretti.
Diverse entità del mondo della ricerca sono state impegnate, sia in passato che oggi, in studi e sperimentazioni sulla generazione da fonte eolica: CNR, ENEA, Enel, RSE, Politecnici di Milano e Torino, Università di Roma, Firenze, Genova, ecc., nell’ambito di progetti nazionali e internazionali (fra i quali anche i vari Task di IEA Wind TCP), con finanziamenti della UE o del Governo italiano mediante il Fondo nazionale per la ricerca sul sistema elettrico (Ricerca di Sistema).
Dopo che la UE ha fissato i suoi nuovi traguardi per energia e clima al 2030, in particolare il raggiungimento, a livello dell’Unione dei 27, del traguardo del 32% da fonti rinnovabili nei consumi finali di energia, nel dicembre 2019 il Governo italiano ha emanato il Piano Nazionale Integrato per l’Energia e il Clima (PNIEC), che stabilisce, per il settore eolico, il raggiungimento, al 2030, di una potenza installata di 19,3 GW (di cui 0,9 GW offshore) con la produzione di 41,5 TWh l’anno. Questo piano viene adesso rivisto alla luce dei nuovi impegni presi con la UE dal Governo italiano attraverso il ben noto PNRR.
In Italia, però, molti dei siti che uniscono un’idonea ventosità all’assenza di opposizioni da parte delle Autorità e popolazioni locali alla realizzazione di impianti eolici sono già stati impegnati. Un notevole contributo all’incremento della potenza installata dovrà quindi essere fornito anche dal ripotenziamento (repowering) degli impianti terrestri ormai alla fine della vita utile (20-25 anni), nei cui siti le vecchie turbine di media taglia (qualche centinaio di kilowatt) sarebbero rimpiazzate da aerogeneratori di grande taglia (oltre 1 MW) con tecnologia più aggiornata.
Nella situazione del mercato elettrico di prima del 2022, con le risorse di vento disponibili in Italia la generazione da fonte eolica non poteva ancora raggiungere la piena competitività economica e necessitava ancora di meccanismi incentivanti, d’altronde giustificabili in riconoscimento dei vantaggi ambientali, strategici e commerciali che l’impiego dell’eolico comunque apporta.
L’ultimo meccanismo d’incentivazione attuato deriva dal DM del 4 luglio 2019, che prevede quote fisse di potenza incentivabile per i vari bandi periodicamente emessi e tariffe incentivanti da corrispondere per il periodo di vita utile dell’impianto (20 o 25 anni) per l’energia immessa in rete, decurtate dei ricavi ottenuti con la vendita della stessa energia sul mercato (il vero incentivo corrisposto è la differenza fra i due fattori). Queste tariffe sono fisse e decrescenti con la taglia per gli impianti sotto 1 MW. Per centrali da 1 MW e oltre la tariffa viene ridotta attraverso gare d’asta.
È da osservare che l’esito dei bandi emessi nel 2021-2022 è stato in parte deludente. Ciò può essere attribuito sia al recente aumento dei costi di fabbricazione delle macchine, sia alla complessità e durata delle procedure autorizzative degli impianti terrestri che ha scoraggiato gli investitori. Quest’ultimo aspetto trova conferma nell’atteggiamento dimostrato invece per i progetti di impianti eolici offshore: il Rapporto Annuale 2021 di IEA Wind TCP riporta che ben 64 manifestazioni d’interesse per progetti offshore sono state presentate al Governo italiano nel 2021 e, di queste, ben 40 riguardano installazioni con aerogeneratori galleggianti.
Tutti questi discorsi rimangono adesso comunque in sospeso dopo che il prezzo dell’energia elettrica sul mercato all’ingrosso ha raggiunto livelli tali da rendere competitivo l’eolico anche senza incentivi, ribaltando molti aspetti della questione. Come evolverà questa situazione nel futuro, anche molto prossimo, è da vedere. In ogni caso, però, bisogna dare atto alla risorsa eolica di avere fornito anch’essa un sensibile contribuito al contenimento del grave fenomeno di rialzo dei prezzi elettrici per gli utenti finali, sia pure nei limiti della sua disponibilità e delle sue caratteristiche d’impiego.
Il ruolo della Normativa tecnica internazionale e nazionale
La normativa tecnica ha iniziato, si può dire precocemente, fin dagli anni Novanta dello scorso secolo, a fornire il suo ausilio a progettisti e utilizzatori di aerogeneratori e centrali eoliche.
Le relative Norme di prodotto sono pubblicate in Italia dal CEI, che recepisce a livello nazionale le Norme Europee del CENELEC, a loro volta tratte, per la quasi totalità, dai documenti internazionali preparati dal TC 88 “Wind energy generation systems” della IEC. Questo titolo è stato assunto dal TC 88 dal settembre 2015 al posto del precedente “Wind turbines” proprio per sottolineare che il suo campo di applicazione non è più soltanto l’aerogeneratore, ma tutto il sistema che lo comprende e costituisce la centrale eolica fino al punto della sua connessione alla rete pubblica o al carico.
Nell’ambito del CEI, l’attività del CT 88 “Sistemi di generazione da fonte eolica” (già “Turbine eoliche”) si è quindi sempre concentrata sui lavori svolti nell’ambito della IEC. Il nucleo principale delle Norme internazionali per il settore eolico è costituito dalla Serie IEC 61400, che comprende oggi un notevole numero di Parti dedicate alle tematiche via via imposte all’attenzione dalle esperienze degli operatori del settore. Queste Norme, insieme ad altri documenti come Specifiche Tecniche (TS) e Rapporti Tecnici (TR), sono pubblicate in Italia dal CEI come CEI EN IEC 61400-x.
Il TC 88 della IEC è attivo dal 1988, anno di costituzione in Italia anche del CT 88 del CEI. L’attività normativa risale quindi ai tempi delle prime realizzazioni di impianti eolici commerciali di taglia significativa. Il primo tema affrontato è stato quello, allora dominante non solo fra gli operatori eolici, ma anche e soprattutto fra le Autorità e le popolazioni coinvolte, della sicurezza delle turbine eoliche, intesa proprio come salvaguardia dell’integrità di queste grandi strutture rotanti, che invadevano terreni aperti al pubblico facendo temere rischi per persone, animali e cose.
La prima Norma, ormai alla sua Quarta Edizione del 2019 pubblicata in Italia come CEI EN IEC 61400-1, ha avuto infatti come tema principale proprio i requisiti di progettazione delle turbine eoliche di qualsiasi taglia. Ad essa hanno fatto seguito Norme specifiche per la progettazione degli aerogeneratori di piccola taglia (CEI EN 61400-2) e sugli aspetti peculiari delle turbine offshore (Serie CEI EN IEC 61400-3).
In tempi successivi sono stati poi messi in cantiere anche documenti sui componenti principali degli aerogeneratori. Si tratta delle Norme oggi già in vigore sui moltiplicatori di giri (CEI EN 61400-4, in collaborazione con il TC 60 di ISO), sulle pale del rotore (CEI EN IEC 61400-5), e su torri e fondazioni (CEI EN IEC 61400-6), nonché di quella, sospesa nel 2021, sui convertitori elettronici di potenza (CEI EN IEC 61400-7) e di quella, ancora in sviluppo, sui componenti strutturali del complesso rotore e navicella (CEI EN IEC 61400-8). È stato da poco avviato anche un lavoro, per ora solo come TS (CEI EN IEC TS 61400-9), sui metodi probabilistici da utilizzare nella progettazione degli aerogeneratori.
Da lungo tempo il TC 88 tratta anche le prove in campo più critiche. Una è la misura del rumore acustico emesso dagli aerogeneratori, argomento della Norma CEI EN 61400-11, cui sta adesso seguendo anche un lavoro per una futura TS (CEI EN IEC TS 61400-11-2) sul rilievo del rumore percepito nei dintorni. Un’altra prova, molto importante anche per le verifiche contrattuali fra le parti coinvolte in un progetto, è la misura in campo delle prestazioni degli aerogeneratori, cioè il rilievo della loro curva di potenza, secondo metodologie diverse, definite dalle Norme della Serie CEI EN IEC 61400-12, recentemente ristrutturata in sette Parti comprendenti sei Norme e un TR.
Sono in vigore anche una Norma sulla misura in campo dei carichi meccanici (CEI EN 61400-13) e una Norma per la prova in scala reale delle pale del rotore (CEI EN 61400-23).
Da qualche anno è in corso un lavoro molto atteso, che fornirà prescrizioni sulle condizioni di vento per la valutazione dell’idoneità delle turbine eoliche al sito candidato per l’installazione (futura CEI EN IEC 61400-15-1) e sulle metodologie di misura, previsione e riporto delle risorse eoliche e quindi della potenziale resa energetica dei siti candidati (futura CEI EN IEC 61400-15-2).
Altre Norme, TR e TS in parte già in vigore, riguardano le caratteristiche dell’energia elettrica immessa nelle reti (Serie CEI EN IEC 61400-21, di cui la Parte 2 di recente pubblicazione, relativa alle centrali connesse alla rete, in coordinamento con il SC 8A di IEC), la certificazione di aerogeneratori e progetti d’impianti eolici (CEI EN 61400-22, adesso ritirata da IEC essendo la tematica passata a IECRE, sistema di certificazione per fonti rinnovabili di IEC, ma mantenuta temporaneamente da CENELEC per il gran numero di contratti che le fanno riferimento), la protezione dalla fulminazione (CEI EN IEC 61400-24), la supervisione e il controllo d’impianti eolici (Serie CEI EN 61400-25, con sei Norme e due TS, tutte in collaborazione con il TC 57 di IEC), la definizione di disponibilità (CEI EN IEC 61400-26-1) e di affidabilità (CEI EN IEC TS 61400-26-4 in corso di pubblicazione), i modelli per la simulazione elettrica di aerogeneratori e centrali (Serie CEI EN IEC 61400-27). Di recente pubblicazione è anche la CEI EN IEC TS 61400-29 su marcature e segnalazioni luminose da apporre sulle turbine eoliche.
Altri lavori da ricordare sono quello recentemente approvato per la futura Norma CEI EN IEC 61400-16 che prescriverà come presentare le caratteristiche di prestazione di potenza degli aerogeneratori, quello per la TS sulla gestione ed estensione della vita operativa degli impianti (Serie CEI EN IEC TS 61400-28, in parte già in corso di pubblicazione), quello per la TS sui criteri di progettazione finalizzati alla sicurezza del personale (CEI EN IEC TS 61400-30), quello per la TS, anch’essa ormai in via di pubblicazione, sulla valutazione dei rischi per persone e ambiente in un potenziale sito d’installazione (CEI EN IEC TS 61400-31) e quello da tempo in corso per una Norma sulla compatibilità elettromagnetica degli impianti eolici (CEI EN IEC 61400-40). I lavori per 61400-30 e 61400-40 hanno ripreso, al livello della IEC, le tematiche trattate da due documenti CENELEC ormai obsoleti, rispettivamente CEI EN 50308 e CLC/TR 50373.
È da ricordare infine la recente Serie CEI EN IEC 61400-50, che raggruppa Norme e TS, in parte già in vigore e in parte ancora in via di sviluppo, riguardanti metodologie per la misura del vento sia mediante anemometri tradizionali che mediante strumenti di misura a distanza (sodar e lidar).
Come si vede, questa normativa ha affrontato argomenti molteplici e assai diversi, a mano a mano che essi si sono imposti all’attenzione degli operatori con l’espandersi delle esperienze in campo. Tuttavia, proprio a causa di questo sviluppo intenso ma non programmato, chi oggi guardasse all’insieme dei numerosi e talvolta corposi documenti prodotti potrebbe avere difficoltà ad orientarsi. Di questo si è reso conto il TC 88 della IEC, che ha costituito un Gruppo di lavoro per la riorganizzazione dell’intera Serie IEC 61400 come insieme di Parti tratte dalle Norme esistenti, più altre nuove, tutte sotto un documento introduttivo, la futura CEI EN IEC 61400-101. Il processo di transizione richiederà tempo, ma la nuova struttura potrà rendere ancora più efficace il ruolo svolto dalla normativa eolica.
Bibliografia
[1] “L’energia elettrica dal vento”, monografia di RSE S.p.A. – Ricerca sul Sistema Energetico, Seconda Edizione 2017, Editrice Alkes, Milano, ISBN 978-88-907527-1-1, www.rse-web.it.
[2] “Global Wind Report 2023”, rapporto pubblicato da GWEC (Global Wind Energy Council) nel marzo 2023, www.gwec.net.
[3] “Wind Energy in Europe – 2022 Statistics and the Outlook for 2023-2027”, rapporto pubblicato da WindEurope nel febbraio 2023, www.windeurope.org.
[4] “IEA Wind TCP 2021 Annual Report”, rapporto del Comitato Esecutivo del Wind Energy Technology Collaboration Programme della IEA (International Energy Agency), https://iea-wind.org
[5] “Rapporto mensile sul sistema elettrico – dicembre 2022”, di Terna S.p.A., www.terna.it.
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