Eolico in Sardegna, alcune alternative

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La rapida e a tratti disordinata proliferazione di proposte progettuali in aree di pregio, ha acceso un intenso dibattito sulla compatibilità tra le esigenze di transizione energetica e la tutela del paesaggio e dell’ambiente. Pertanto è utile prendere in considerazione l’intero spettro delle tecnologie eoliche disponibili, valutandone in modo critico pro, contro e impatti e quali possono essere le proposte tecniche ed economiche concrete per incentivare la ricerca, lo sviluppo e l’adozione di soluzioni a basso impatto visivo e ambientale.

Sardegna, la regione del vento

Nei dibattiti ormai sempre più accesi sul tema delle rinnovabili in Sardegna, una delle frasi più comuni è senz’altro: “La Sardegna è la regione del vento, per questo è adatta agli impianti eolici”. 

I venti principali che interessano la Sardegna sono il Maestrale, il Ponente e lo Scirocco. Il Maestrale, il più “citato”, è un vento freddo proveniente da Nord-Ovest, si presenta spesso in modo violento e può raggiungere velocità superiori ai 100 km/h.

Ma contrariamente alla credenza comune, i grandi impianti eolici non sempre beneficiano di venti eccessivamente forti; anzi, superata una soglia di sicurezza (cut-out speed), gli aerogeneratori si arrestano per prevenire danni strutturali.

Gli aerogeneratori ad asse orizzontale, i più diffusi, operano entro un preciso intervallo di velocità del vento, definito da tre parametri fondamentali:

  1. Velocità di avvio (cut-in speed): Generalmente compresa tra 3 e 4 metri al secondo (circa 11-14 km/h), è la soglia minima necessaria perché le pale inizino a ruotare e a produrre energia. Al di sotto di questa velocità, la turbina rimane inattiva.
  2. Velocità nominale (rated speed): È la velocità del vento alla quale la turbina raggiunge la sua massima potenza di produzione. I profili aerodinamici e la progettazione meccanica sono ottimizzati per operare con la massima efficienza in presenza di venti moderati e costanti.
  3. Velocità di arresto (cut-out speed): Superata questa soglia di sicurezza il sistema frena e arresta le pale. Questo meccanismo è essenziale per proteggere la struttura da sollecitazioni meccaniche che potrebbero causare guasti o danni permanenti.
Questo significa che, proprio durante le giornate di vento più intenso per cui l’isola è nota, i parchi eolici potrebbero trovarsi in stato di fermo macchina, con una produzione energetica nulla.
La vera risorsa per l’eolico non è quindi il vento violento e sporadico, ma la presenza di regimi di vento costanti e moderati, che massimizzano le ore di funzionamento della turbina all’interno del suo range ottimale, garantendo una produzione di energia continua e prevedibile.

Energia, ambiente, cultura e paesaggio: una cosa non esclude l’altra

Nei dibattiti in corso in Sardegna riguardanti l’energia eolica e la situazione speculativa, si osserva spesso una polarizzazione marcata delle opinioni sulle scelte da adottare. Esempi classici di queste polarizzazioni includono affermazioni come: “Non volete le rinnovabili? Preferite il carbone!” oppure “Meglio la vista delle pale eoliche che producono energia pulita“, e così via.

Tuttavia, la realtà dei fatti è molto complessa e soprattutto una cosa non esclude l’altra. In determinate condizioni è infatti possibile produrre energia dal vento senza necessariamente deturpare il paesaggio. O perlomeno è fondamentale considerare l’intero spettro delle tecnologie rinnovabili attualmente disponibili, con particolare attenzione a quelle più avanzate, efficienti e a basso impatto ambientale. 

Perché le pale eoliche sono così grandi?

Davanti all’impatto visivo di imponenti aerogeneratori, visibili anche a chilometri di distanza, spesso sorge spontanea la domanda: “Perché sono così alte?“.

I motivi sono sia economici che tecnici.

Le grandi aziende produttrici di aerogeneratori, data la necessità di contenere i costi di produzione, cercano di raggiungere economie di scala al fine di essere maggiormente competitive sul mercato. Ciò comporta produzioni in serie e, di conseguenza, tecnologie che si debbano adattare agevolmente alla maggior parte dei contesti. Realizzare tecnologie adatte a singoli contesti territoriali comporta costi molto elevati. La produzione in serie di tali tecnologie si basa su dati e informazioni generali, cercando di rispondere a caratteristiche comuni a molte aree e regioni del mondo.

Per questo l’altezza delle turbine eoliche è cruciale, poiché i venti più adatti e costanti si trovano generalmente a quote maggiori. In particolare, nelle aree con bassa ventosità, la velocità del vento aumenta con l’altitudine, quindi torri più alte permettono di accedere a venti più potenti e costanti. Inoltre, pale eoliche più grandi, dotate di rotori più ampi, sono in grado di generare una quantità maggiore di energia.

Tuttavia, l’aumento dell’altezza e delle dimensioni delle pale comporta sfide tecniche significative. Una torre più alta richiede una sezione del basamento più ampia e una fondazione nel terreno più stabile e ben progettata, il che incrementa sia i costi, sia l’impatto ambientale e paesaggistico.

[esempi di basamenti delle turbine eoliche]

L’eolico “gigante”, quali problematiche?

Le grandi turbine eoliche, pur contribuendo alla produzione di energia rinnovabile ad un prezzo accessibile, presentano impatti ambientali non trascurabili, tra cui:

  • Occupazione del suolo: A causa della loro bassa densità energetica, le turbine eoliche richiedono ampie superfici per produrre quantità significative di energia. Questo può comportare la sottrazione di terreni ad altri usi, come l’agricoltura o la conservazione della natura. (Ad esempio, confrontando la densità di potenza generata (W/m²) da una centrale eolica con quella di una centrale a turbine a gas, il divario è evidente: 0,5-1,5 W/m² per una centrale eolica rispetto a 5.000-15.000 W/m² per una centrale a gas che utilizza metano come combustibile).
  • Consumo di materie prime: La costruzione di grandi turbine eoliche richiede notevoli quantità di materie prime, tra cui acciaio, calcestruzzo, rame, terre rare e fibra di vetro. L’estrazione e la lavorazione di queste materie prime comportano un significativo impatto ambientale, comprese emissioni di gas serra e produzione di rifiuti tossici.
  • Impatto paesaggistico: Le turbine eoliche, specialmente quelle di grandi dimensioni, possono avere un impatto visivo notevole sul paesaggio. Torri alte fino a 180 metri e pale lunghe fino a 100 metri possono essere visibili a grande distanza, alterando la percezione visiva di aree naturali o rurali, in particolare in zone considerate incontaminate o di particolare valore naturalistico e paesaggistico. Questo impatto è rilevante anche per le turbine eoliche offshore, che possono superare i 200 metri.
  • Impatto sulla biodiversità: Le turbine eoliche possono rappresentare non solo un pericolo per gli uccelli, che possono entrare in collisione con le pale in movimento, ma anche per tantissimi altri animali e vegetali e dunque per la biodiversità in generale. La scelta del sito di installazione è fondamentale per ridurre al minimo questo rischio, evitando aree di particolare importanza per la fauna e flora selvatica.

Non esistono solo le "pale eoliche"

I generatori eolici si distinguono principalmente in due grandi categorie:

1) HAWT (Horizontal Axis Wind Turbines) – Generatori eolici ad asse ORIZZONTALE

2) VAWT (Vertical Axis Wind Turbines) – Generatori eolici ad asse VERTICALE

 

HAWT – Generatori eolici ad asse ORIZZONTALE

I generatori ad asse orizzontale, conosciuti in gergo non-tecnico come pale eoliche, sono turbine in cui il rotore deve essere orientato, attivamente o passivamente, parallelamente alla direzione di provenienza del vento. Queste turbine sono le più diffuse e riconoscibili nel panorama eolico.

VAWT – Generatori eolici ad asse VERTICALE

I generatori ad asse verticale, al contrario, hanno un orientamento indipendente dalla direzione di provenienza del vento. Questi generatori eolici presentano un numero ridotto di parti mobili nella loro struttura, conferendo loro una maggiore resistenza alle forti raffiche di vento e la capacità di sfruttare il vento proveniente da qualsiasi direzione senza la necessità di un continuo orientamento.

I VAWT sono macchine versatili, adatte sia all’uso domestico che alla produzione centralizzata di energia elettrica su larga scala. Una singola turbina VAWT può generare energia sufficiente per alimentare circa 1000 abitazioni. Rispetto alle turbine ad asse orizzontale (HAWT), i VAWT occupano meno spazio.

Una ricerca del California Institute of Technology ha dimostrato che un parco eolico VAWT, con una disposizione ottimizzata, può generare una potenza fino a dieci volte superiore rispetto a un impianto HAWT di pari dimensioni.

Il Problema dello Spazio e l’Effetto Scia (Wake Effect)

Il principale limite dei parchi eolici tradizionali è l’interferenza aerodinamica. Le turbine HAWT generano una turbolenza a valle, nota come “effetto scia” (wake effect), che riduce la velocità e la qualità del vento per le turbine posizionate dietro. Per mitigare questa perdita di efficienza, gli aerogeneratori devono essere distanziati notevolmente.

Le turbine VAWT, al contrario, trasformano questo limite in un vantaggio. Studi scientifici hanno dimostrato che, se posizionate a distanza ravvicinata (appena quattro diametri di turbina) e con rotazione opposta, non solo evitano interferenze negative, ma creano interazioni aerodinamiche costruttive che possono addirittura aumentare l’efficienza complessiva del parco eolico.

Il vantaggio delle VAWT risiede in accoppiamenti aerodinamici favorevoli. Uno studio pubblicato su arXiv ha analizzato configurazioni di VAWT ispirate alla disposizione dei banchi di pesci (fish schooling), dimostrando che la prossimità tra le turbine può mantenere o persino aumentare l’efficienza individuale.

Altre ricerche hanno confermato che schieramenti di VAWT, in modalità co-rotante o contro-rotante, incrementano la densità di potenza grazie a meccanismi di accelerazione del flusso tra le turbine. (mdpi). In pratica, la presenza di una turbina migliora le condizioni del vento per la turbina vicina, invece di peggiorarle. Ricerche recenti (2021 e oltre) continuano a confermare la resistenza di queste configurazioni ai venti turbolenti e la loro capacità di massimizzare la produzione in aree ridotte (mdpi).

E la grandezza?

Le turbine ad asse verticale (VAWT), come quelle usate nel Field Laboratory for Optimized Wind Energy (FLOWE), sono alte 10 metri e larghe 1,2 metri!

Una volta individuata un’area idonea che rispetti tutti i criteri ambientali, culturali e paesaggistici, l’installazione di un parco di turbine eoliche ad asse verticale (VAWT) consentirebbe di ottenere alcuni vantaggi:

  • Risparmio di spazio: A differenza delle turbine ad asse orizzontale (HAWT), i generatori VAWT possono essere posizionati molto vicini tra loro. Questo permette di ottimizzare l’uso del terreno disponibile, riducendo l’occupazione del suolo.
  • Ridotto impatto visivo: Le turbine VAWT, con un’altezza di soli 10 metri e una larghezza di 1,2 metri, hanno un impatto visivo significativamente minore rispetto alle HAWT, che possono superare i 150 metri di altezza. Questo aiuta a preservare il paesaggio naturale e a ridurre l’impatto visivo delle installazioni eoliche.
  • Minore impatto dei basamenti: Le turbine VAWT richiedono basamenti di dimensioni ridottissime rispetto alle HAWT, riducendo così l’impatto ambientale e il consumo di materiali per le fondazioni.
  • Silenziosità: Le turbine VAWT sono molto più silenziose rispetto alle loro controparti HAWT, rendendole più adatte a essere installate in prossimità di aree residenziali o in ambienti sensibili al rumore.
  • Adattabilità a terreni complessi: Grazie alla loro struttura compatta e robusta, i VAWT sono più facilmente adattabili a terreni complessi e irregolari, offrendo una maggiore flessibilità nella scelta dei siti di installazione.

Certamente, anche per questi impianti è essenziale installarli nei luoghi opportuni, lontani dalle bellezze naturali e culturali e dalle aree ricche di biodiversità. Tuttavia, le tecnologie VAWT risultano decisamente meno impattanti.

PRO E CONTRO

La scelta della tecnologia eolica non è univoca e dipende da molteplici fattori. Un confronto diretto tra le turbine ad asse orizzontale (HAWT), le classiche “pale eoliche”, e quelle ad asse verticale (VAWT) rivela un quadro di compromessi tecnici:

  • Produzione Energetica: A parità di dimensioni, le HAWT hanno una maggiore area di spazzamento e, di conseguenza, una produzione energetica nominale superiore in condizioni ideali.
  • Direzione del Vento: Le VAWT sono omnidirezionali e non necessitano di orientarsi, garantendo una produzione più costante in aree con venti variabili e turbolenti. Le HAWT, invece, devono costantemente riposizionarsi, con una potenziale perdita di efficienza.
  • Efficienza di Conversione: Grazie a un’aerodinamica più matura e alla possibilità di montare pale molto lunghe, le HAWT presentano un’efficienza di conversione del vento in elettricità generalmente più elevata.
  • Condizioni Operative: Le VAWT dimostrano una maggiore resilienza in contesti caratterizzati da venti forti e raffiche irregolari, condizioni tipiche del clima sardo.

Sebbene le VAWT necessitino di regimi di vento mediamente più sostenuti per operare al meglio, questa caratteristica si adatta perfettamente al contesto della Sardegna.

Il Dominio delle HAWT: Tecnologia Matura e Costi Iniziali

La predominanza delle turbine ad asse orizzontale nel mercato eolico non deriva da una superiorità tecnologica assoluta, ma da fattori storici ed economici. La tecnologia HAWT è matura: decenni di sviluppo hanno portato a economie di scala, filiere produttive consolidate e costi di installazione inferiori. Al contrario, la tecnologia VAWT, pur promettente, è meno diffusa e presenta costi iniziali più elevati.

Questa disparità economica guida la quasi totalità delle scelte di investimento, che privilegiano la soluzione a minor costo immediato.

Oltre il Costo Iniziale: Valore Pubblico vs. Interesse Privato

Tuttavia, un’analisi basata esclusivamente sul costo di acquisto e installazione è incompleta e favorisce l’interesse privato a discapito del valore collettivo. Il “costo” di un impianto energetico non può essere ridotto al solo esborso economico iniziale. Un’analisi corretta deve internalizzare tutte le esternalità negative, ovvero i costi che la collettività si trova a pagare:

  • Costo ambientale e paesaggistico: L’impatto visivo di torri alte 180 metri e dei relativi basamenti in cemento armato in aree di pregio.
  • Costo del ciclo di vita: Le spese per la manutenzione straordinaria e, soprattutto, per lo smaltimento a fine vita delle componenti non riciclabili.
  • Costo sociale ed economico: La potenziale svalutazione del patrimonio naturalistico e storico-culturale, che rappresenta una risorsa strategica per altri settori economici come il turismo.

Il patrimonio paesaggistico e ambientale non è una variabile da monetizzare, ma un bene pubblico da preservare. Pertanto, la scelta tecnologica non può essere delegata a una mera logica di profitto privato.

L’assenza di gare competitive ex-ante

La normativa attuale, orientata a procedure autorizzative non competitive, non incentiva adeguatamente l’adozione delle soluzioni tecnologicamente più virtuose per il territorio. Infatti è il soggetto proponente a scegliere la tecnologia da utilizzare nella presentazione del progetto. Una delle vie per allineare gli obiettivi energetici con la tutela del paesaggio può risiedere nell’introduzione di gare competitive per l’assegnazione delle concessioni come accade in altri Paesi europei. In questo modello, il criterio del prezzo più basso verrebbe bilanciato da un punteggio tecnico che premi le proposte a minor impatto.

Altra considerazione potrebbe essere quella di vincolare determinate località ad installazioni ad altezze ridotte, facendo in modo che i proponenti debbano considerare tecnologie alternative o svilupparne di nuove.

Conclusione: Un Approccio Strategico per Energia e Paesaggio

Nessuna singola tecnologia può rappresentare la soluzione universale per la transizione energetica. Le turbine ad asse verticale (VAWT) non si propongono come un sostituto degli aerogeneratori tradizionali (HAWT), ma come uno strumento strategico essenziale per coniugare produzione energetica e tutela del territorio, specialmente in contesti di elevato valore paesaggistico. È imperativo avviare un processo normativo ed economico che incentivi le soluzioni a minore impatto ambientale. Questo approccio non solo permette di ottimizzare il capacity factor complessivo del sistema rinnovabile integrando diverse tecnologie, ma garantisce la salvaguardia di vaste aree, un bene collettivo non negoziabile.

L’approccio attuale, guidato da iniziative private e spesso orientato all’uso di tecnologie standardizzate e a basso costo, non risponde all’interesse pubblico né rispetta le peculiarità del territorio sardo. La transizione energetica deve essere un processo governato dove la tutela del patrimonio paesaggistico, culturale e della biodiversità non è un costo da minimizzare, ma un valore fondante e un asset strategico irrinunciabile per il futuro della Sardegna.

Mini parco Eolico

Mini parco eolico - Giappone

Giappone. Installazione di 6 turbine da 3kW per la vendita di energia. Vantaggi parco eolico da 18kW: minimo impatto ambientale grazie ai pali da 8m, non vengono intaccate le falde acquifere grazie alle fondamenta poco profonde, in caso di fermo macchina il parco continua a produrre energia.

Parcheggio

Parcheggio - Taiwan

Taiwan. Installazione presso un parcheggio per la vendita totale dell’energia prodotta, tre turbine da 3kW installate su pali da 6m di altezza per una potenza totale 9kW.

Torri radio di telefonia

Torri radio di telefonia - Mongolia

Mongolia. Installazione di 1 turbina da 3kW in abbiamento a fotovoltaico e gruppo elettrogeno, mix di energia per rendere autosufficiente la torre di telecomunicazioni in un’area isolata dalla rete elettrica. La soluzione con accumulo in batterie rende l’energia prodotta sempre disponibile.

Parco eolico 1,2MW

Parco eolico 1,2MW - Taiwan

Taiwan. Installazione di turbine da 3kW per connessione in rete e produzione di energia verde. Il progetto si è concluso nel giugno 2018 grazie all’investimento realizzato dalla Taiwan Power Company nel distretto dell’energia eolica di Wanggong. Gli aerogeneratori sono installati vicino tra loro, occupando pochissimo spazio ed un’altezza di appena 8 metri.

Suorces: