Struttura generale di un aerogeneratore

Si descrive nel seguito la configurazione più generale, indicando anche la terminologia inglese, di una macchina reale ad asse orizzontale, utilizzata per convertire l’energia del vento in energia elettrica (si veda anche fig. allegata).

Le pale (blades) della macchina sono fissate su un mozzo (hub), e nell’insieme costituiscono il rotore (rotor); il mozzo, a sua volta, è collegato ad un primo albero (main shaft), detto albero lento, che ruota alla stessa velocità angolare del rotore. L’albero lento è collegato ad un moltiplicatore di giri (gear box), da cui si diparte un albero veloce (drive shaft), che ruota con velocità angolare data da quella dell’albero lento per il rapporto di moltiplicazione del moltiplicatore. Sull’albero veloce è posizionato un freno (brake), a valle del quale si trova il generatore elettrico (generator), da cui si dipartono i cavi elettrici di potenza.

Nella maggior parte delle macchine odierne, tutti i componenti su menzionati, ad eccezione naturalmente del rotore, sono ubicati in una cabina, detta navicella (nacelle) la quale, a sua volta, è posta su di un supporto-cuscinetto, (yaw ring), in maniera da essere facilmente orientabile secondo la direzione del vento.

Oltre ai componenti su menzionati, vi è un sistema di controllo che esegue, nel caso più generale, diverse funzioni: il controllo della potenza (power regulation), che può essere eseguito ruotando le pale intorno all’asse principale(sistema di attuazione del passo, pitch regulation), in maniera da

aumentare o ridurre la superficie esposta al vento, oppure in termini costruttivi, tramite la scelta di un opportuno profilo delle pale (stall regulation); il controllo della navicella - detto controllo dell’imbardata – che serve ad inseguire la direzione del vento (yaw control), ma che può essere anche utilizzato per il controllo della potenza; l’avviamento della macchina allorché è presente un vento di velocità sufficiente (cut-in wind speed), la fermata della macchina, quando vi è un vento di velocità superiore a quella massima per la quale la macchina è stata progettata (cut-off wind speed).

L’intera navicella è posta su di una torre (tower) che può essere a traliccio o conica tubolare.

Un aerogeneratore commerciale è caratterizzato principalmente dalla curva di potenza (power curve), che esprime la potenza elettrica che la macchina rende disponibile al variare della velocità del vento.

La velocità del vento di avviamento (start-up) è la minima velocità alla quale la macchina inizia a ruotare (a questa velocità l’aerogeneratore non eroga energia).

La velocità del vento nominale (rated) è in genere la minima velocità del vento che dà la potenza corrispondente al massimo rendimento aerodinamico del rotore (rated power).

Quando la velocità del vento supera il valore corrispondente alla velocità di avviamento la potenza cresce al crescere della velocità del vento. La potenza cresce fino alla velocità nominale e poi si mantiene costante fino alla velocità di fuori servizio. Per ragioni di sicurezza a partire dalla velocità nominale la turbina si regola automaticamente. L’aerogeneratore continua a fornire la potenza nominale nell’intervallo di velocità rated cut-out servendosi dei suoi meccanismi di controllo. L’aerogeneratore si avvicinerà più o meno al valore della potenza nominale in funzione della tipologia della turbina: passo fisso, passo variabile, velocità variabile, etc.

Il rumore prodotto dagli aerogeneratori rappresenta un problema di entità contenuta atteso che già a distanze dell’ordine di 50m dall’installazione il rumore prodotto risulta sostanzialmente indistinguibile dal rumore di fondo.

Uno dei problemi tecnici maggiori per le macchine eoliche è rappresentato dalle caratteristiche di producibilità (legate alla intermittenza e casualità della fonte).