olico Schede sulle energie rinnovabili: energia eolica Il Mercato Impianti Off-shore Impianti eolici di piccola taglia La risorsa eolica

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1 olico Il Mercto Impinti Off-shore Impinti eolici di piccol tgli L risors eolic Schede sulle energie rinnovbili: energi eolic Nel mondo, l cpcità di produzione di energi elettric d fonte eolic cresce del 2-3% ll nno. Nel 27, h superto i 9 GW (5 volte l potenz instllt del 199). Nel 26, l energi elettric prodott d fonte eolic è stt pri 152 TWh. Gli investimenti nnuli hnno toccto i 5 milirdi di dollri USA nel 27. Gli ddetti l settore eolico sono, nel mondo, 2.. I costi dei genertori eolici sono diminuiti di 4 volte prtire dgli nni 8, m sono umentti del 2-8% dl 24 in poi per l scrs offert di genertori e componenti e gli elevti prezzi delle mterie prime. Nel 27, i costi dei genertori eolici on-shore si ggirvno intorno 1,2-1,8 milioni di $/MW. Più di recente, per gli impinti on-shore ubicti in siti con risorse eoliche di lt-medi qulità, si è registrto un costo per MWh prodotto di $. Gli impinti eolici on-shore risultno competitivi qundo sono loclizzti in siti che presentno buone crtteristiche nemometriche e di ccesso ll rete. L pubbliczione dell AIE Energy Technology Perspectives 28 indic che, con l intensificrsi degli sforzi e l innovzione tecnologic nel settore, l produzione d fonte eolic potrebbe coprire fino l 12% dell richiest di energi elettric del mondo l 25. Gli ostcoli ll crescit dell eolico comprendono l investimento di cpitle, l incertezz sulle politiche di sostegno, l imptto dell non progrmmbilità dell risors sul sistem elettrico, i limiti di cpcità di trsporto dell rete e l imptto visivo. Nel 26, l energi elettric prodott d fonte eolic è stt pri 152 TWh. Nel 27, gli impinti eolici hnno coperto il 2% dei consumi di energi elettric in Dnimrc, il 1% in Spgn ed il 6% in Germni. L potenz instllt, già nel 27, superv i 2 GW, con gli USA in test, seguiti dll Cin e dll Spgn. Il digrmm riportto finco mostr l potenz instllt cumult. Il mggiore impinto eolico in servizio nel 27 (Texs) vev un potenz di oltre 7 MW, cioè dello stesso ordine di grndezz di un centrle elettric trdizionle. Figur 1. Potenz eolic instllt cumult (GW) nei principli pesi, Nel 27, gli impinti off-shore vevno un potenz instllt di 1,1 GW ed erno loclizzti in soli 6 pesi, fr i quli Dnimrc (42 MW), Regno Unito (3 MW), Olnd (13 MW), Irlnd (25 MW) e Svezi (135 MW). Numerosi progetti di costruzione di impinti di grnde tgli sono previsti in ltri pesi. Gli impinti eolici off-shore, grzie venti più intensi e più stbili, sono in grdo di produrre fino l 5% in più di energi elettric rispetto gli nloghi impinti on-shore. Altri vntggi sono l notevole riduzione dell imptto visivo, l minore turbolenz ed il minor numero di vincoli legti ll rumorosità che consentono un mggiore velocità dei rotori. Dll ltro lto, i costi dei componenti e di instllzione sono, con le ttuli tecnologie, più elevti. In pssto, gli erogenertori di piccol tgli o micro sono stti dottti soprttutto per le utenze isolte non collegte ll rete. Di recente, lcuni pesi (fr i quli Cnd, Irlnd, Itli, Portogllo, Spgn, Regno Unito e USA) hnno mostrto un rinnovto interesse per questo tipo di erogenertori. Permngono, tuttvi, problemi legti ll loro ffidbilità, che ne rendono esiguo il reltivo mercto L crtin riportt qui sotto mostr le risorse eoliche disponibili nel mondo e le velocità medie del vento in siti on-shore ed off-shore. Il contenuto energetico del vento è proporzionle l cubo dell velocità. Perciò, un velocità medi lievemente più elevt può fr crescere notevolmente l produzione di energi elettric, il che h un rilevnte incidenz sull fttibilità economic dei progetti. Inftti, per l loclizzzione di un impinto di medie dimensioni, viene considerto idoneo un sito dove l velocità del vento è di lmeno 7 m/s ( Spgn Germni Indi Cin USA

2 olico km/h) d un ltezz del mozzo ( hub ) di circ 8 m. L importnz di un situzione nemometric buon è dimostrt dl ftto che gli USA hnno prodotto nel 27 più energi elettric d fonte eolic di qulunque ltro pese, pur non disponendo dell mggiore potenz instllt. Nel 26, gli impinti eolici off-shore (1,8% di tutt l potenz eolic instllt) hnno prodotto il 3,3% di tutt l energi elettric d fonte eolic. Risorse eoliche ottimli sono presenti su tutto il pinet Fbbriczione di Qusi tutti gli erogenertori del mondo sono fbbricti in 6 pesi (Figur 2). Pur disponendo di poco più del 3% di componenti eolici tutt l potenz eolic instllt nel mondo, l Dnimrc è stto il pese pioniere dell eolico moderno e fbbric ed occupzione ttulmente circ un terzo di tutti gli erogenertori venduti nel mondo. Altri importnti pesi di fbbriczione sono Nuovi investimenti Germni, Spgn, USA, Indi e Cin. Gli ddetti l settore eolico sono, nel mondo, circ 2. Nel 27, gli investimenti nel settore toccvno i 5,2 milirdi di $, pri l 43% di tutti i nuovi investimenti in energie rinnovbili. L energi elettric d fonte eolic colloct sull zionrito privto risultv pri 11,3 milirdi di $, di cui il 6% ttrverso un unic Offert Pubblic Inizile ( Initil Public Offering IPO ) velocità del vento su superficie mrin m/s 2 USA % 15.5% Potenz instllt cumult (GW) nel 27 Incremento ne o di potenz (GW) nel 27 TWh d fonte eolic nel 27 Quot di produzione di energi ele ric d fonte eolic nel 27 Quot di fbbriczione di componen nel mondo nel 26 Regno Unito % Dnimrc % 3.1 Germni velocità del vento su superficie terrestre 35.5% 3 6 m/s % 22% 2.7 Itli % Spgn % 18.4% Cin n/ 2.8% Portogllo Frnci % 4 8 Indi 1.6 n/ 7.7%.7% 4 Mondo Wind resource mp 28 3TIER Inc. Figur 2. Risorse eoliche on-shore e off-shore nel mondo (ltezz 8 m, risoluzione 15 km), con dti reltivi ll potenz instllt, ll produzione di energi elettric ed ll fbbriczione dei componenti nei principli pesi Note: Le cifre reltive ll incremento di potenz in Indi e Cin nel 27 sono lorde. I TWh prodotti in Indi e Cin si riferiscono l 26. L mggior prte delle ttività svolte in Dnimrc nel 27 sono stte ripotenzimenti. I principli stti degli USA, in termini di incidenz dell produzione d fonte eolic sul totle dell produzione elettric nzionle, sono Minnesot (5%), Iow (5%), New Mexico (4%) e Oregon (3,5%). Aspetti Economici Costi d investimento I costi degli erogenertori sono diminuiti di 4 volte dgli inizi degli nni 8. Tuttvi, prtire dl 24, essi sono umentti di circ il 28% (26) per insufficiente offert (erogenertori, moltiplictori di giri gerbox - ple, cuscinetti e torri) ed elevti prezzi delle mterie prime (in prticolre, cciio e rme). Figur 3. Evoluzione dei costi di investimento in lcuni pesi (milioni di $/MW) d n C D o S o e di ni ci nd tli on nd egi ll gn ezi zer Unit U I v n rm Gre Irl iz no pp Ol orv rtog Sp S v S N Po g F Ge Gi Re c r m ni l in

3 Eolico Gli esperti del settore prevedono un mplimento dell offert nel 21. Nel 27, i costi degli erogenertori on-shore oscillvno fr 1,2 milioni di $/MW negli USA 1,8 milioni di $ in Itli. I costi totli dell impinto instllto (comprensivo di erogenertori) vrivno fr 1,4 milioni di $ nel Regno Unito e 2,7 milioni di $ in Irlnd (Figur 3). Esercizio e mnutenzione Nei siti che offrono le migliori crtteristiche nemometriche e di ccesso ll rete, gli impinti eolici possono essere competitivi rispetto lle centrli elettriche trdizionli. Il costo unitrio dell energi elettric prodott dipende dll qulità dell risors eolic (rppresentt 2 dlle ore di funzionmento pieno crico), di costi di 2.3 $/kw $/kw investimento, di costi di esercizio e mnutenzione e 12 dll durt di vit degli erogenertori. Gli impinti eolici sono d lt intensità di cpitle. Di conseguenz, 8 nell stim dei costi dell eolico, il costo del cpitle 4 (tsso di ttulizzzione) è un fttore decisivo. Ad esempio, i costi crtteristici dell produzione di energi Ore di funzionmento pieno crico elettric (in monet costnte per tutto il ciclo di vit dell erogenertore), con un tsso di ttulizzzione del Figur 4. Costi di produzione di energi elettric 7,5% e costi di investimento di 1,6 milioni di $/MW, d fonte eolic in funzione delle risorse eoliche oscillno fr 75 e 97/MWh in siti con risorse eoliche di disponibili e dei costi di investimento medi-lt qulità, come illustrto in Figur 4. Costi di produzione dell energi elettric uesti costi dipendono, in lrg misur, dll profondità del mre e dll distnz dll cost. I costi per le Q fondzioni, il montggio ed il collegmento ll rete sono molto più elevti nei siti off-shore. Un erogenertore cost in genere il 2% in più, mentre le torri e le fondzioni possono costre oltre il 15% in più. Tuttvi, l produzione di energi elettric di un impinto off-shore, grzie lle mggiori velocità del vento, può essere del 5% in più. Fr il 27 ed il 28, gli impinti situti in Regno Unito e Svezi vevno un costo per MW di 2,5-3,7 milioni di $ ed un costo per MWh prodotto di di $. Costi degli impinti off-shore I fttori-chive per l riduzione dei costi sono il migliormento delle prestzioni e dell ffidbilità, i progressi tecnologici, le mggiori dimensioni delle turbine eoliche (se instllte off-shore) e l incremento dell cpcità di fbbriczione dei componenti. L impiego di curve di pprendimento per vlutre le future riduzioni dei costi è bsto sull ipotesi che si mntengno le tendenze ttuli. In estrem sintesi, quest metodologi fornisce un determint percentule di riduzione dei costi per ogni rddoppio dell produzione. Il tsso di pprendimento per l energi eolic, secondo un recente nlisi dell AIE, è di circ il 1-2%. Con un tsso di pprendimento del 1%, il costo per MWh prodotto in un sito on-shore con lt intensità del vento srebbe di circ 53 $ l 215. Riduzione dei costi Le strtegie di lott i cmbimenti climtici di ntur ntropic e gli ltri imptti negtivi sull mbiente, dovuti ll produzione di energi elettric d fonti trdizionli, hnno portto ll definizione di numerosi strumenti pubblici di promozione delle energie rinnovbili (lcuni dei quli incentivno in modo specifico l eolico) ed ll crezione di mercti delle emissioni. Altri fttori trinnti sono lo sviluppo tecnologico, l penuri di combustibili fossili ed il reltivo incremento dei prezzi e le preoccupzioni crescenti in ftto di indipendenz energetic, l liberlizzzione del mercto elettrico, l ccrescimento dell domnd di energi elettric, soprttutto nelle economie emergenti. Altro elemento fondmentle nei pesi in vi di sviluppo è l diffusione dell energi elettric nelle ree rurli (non collegte ll rete) e l riduzione dell povertà. Prospettive Gli ostcoli che si frppongono ll crescit dell eolico dipendono, fr l ltro, dll incertezz sul futuro degli strumenti di incentivzione o dll mncnz di tli strumenti (d esempio, negli USA, l prorog nnule del sistem del Production Tx Credit ) e dlle preoccupzioni rigurdnti l imptto dell non progrmmbilità Ostcoli $/MWh Nel 26, i costi nnuli di esercizio degli erogenertori on-shore di grnde tgli, comprensivi di ssicurzione, mnutenzione ordinri, prti di ricmbio, riprzioni e oneri mministrtivi, sono stti di $/MWh. I costi di esercizio e mnutenzione degli erogenertori off-shore sono molto più elevti. Fttori trinnti l crescit

4 olico dell risors sull ffidbilità del sistem elettrico, l ccesso ll rete di trsmissione, l percezione degli imptti visivi ed mbientli, nonché l struttur dei mercti dell energi elettric prodott d fonti trdizionli. L evoluzione di questi mercti è stt guidt soprttutto dll produzione d fonti trdizionli, nche se, in molti csi, essi sono stti ottimizzti per promuovere l prtecipzione degli opertori eolici. Scenri lungo Per l energi eolic, si prevede un tsso nnule di crescit costnte due cifre. L pubbliczione dell AIE termine Energy Technology Perspectives 28 (ETP) sottoline che l l eolico potrà relisticmente rppresentre Vribilità dell risors Imptti mbientli Costi esterni Il funzionmento degli impinti eolici - come quello di ltri impinti che sfruttno l energi del moto ondoso, delle mree e l energi solre è condizionto dll vribilità dell risors disponibile. Il vento non soffi costntemente in un determinto sito. Di conseguenz, il fttore di potenz degli erogenertori è del 24% inferiore quello delle centrli di bse trdizionli. In genere, l vribilità viene percepit come un problem qundo rggiunge vlori elevti, m non esiste lcun tetto di crttere tecnico ll vribilità potenzile delle fonti rinnovbili. Tuttvi, dto che le immissioni di energi nel sistem elettrico diventno vribili, nch esso deve diventre più flessibile onde compensre l eventule deficit di produzione eolic. Nel sistem elettrico, gli impinti flessibili sono quelli che, nel mix di generzione, possono essere ttivti rpidmente per il servizio di rmp, fcendo umentre o diminuire l produzione elettric second del fbbisogno. M il sistem può nche fr fronte lle fluttuzioni dell produzione d fonte eolic ttrverso sistemi di ccumulo, prelevndo energi d ltre zone o intervenendo sul lto domnd. Interventi opertivi possono nche essere ttuti sui mercti dell energi elettric e dell cpcità di trsporto. I costi socili ed mbientli dell inquinmento sono rrmente presi in considerzione qundo si trtt di vlutre i costi delle tecnologie di produzione di energi elettric. Gli impinti eolici non utilizzno combustibili fossili e presentno un bsso inquinmento mbientle nelle fsi di costruzione, esercizio e dismissione. Le emissioni di CO2 degli impinti eolici sono limitte (circ 1 g di CO2 per kwh prodotto). In bse gli studi effettuti, se le normli vlutzioni di costo prendessero in considerzione i costi esterni, l energi eolic srebbe già competitiv rispetto ll mggior prte delle ltre tecnologie di produzione di energi elettric. Imptti locli Se, d un lto, le forme di incentivzione dell energi elettric d fonte eolic sono in molti csi numerose, dll ltro gli erogenertori vengono tlvolt considerti come visivmente intrusivi. Tecniche di microloclizzzione possono essere dottte per ridurne l imptto visivo, mentre le problemtiche legte l rumore erodinmico possono essere risolte, nell mggiornz dei csi, con norme degute che prevedno fsce di rispetto nelle ree con insedimenti bittivi. Inoltre, molte delle vlutzioni mbientli, effettute in rispost preoccupzioni rigurdnti l eventule imptto su vifun, pipistrelli e sull mbiente mrino, hnno evidenzito che un ttent loclizzzione degli erogenertori può ridurre l minimo tli problemi. 1 Scenrio ACT, in cui le emissioni di CO2 l 25 rimngono stbili i livelli ttuli e vengono messi in tto interventi con un costo mssimo di 5 $/t di CO2. 2 Scenrio BLUE, nel qule le emissioni di CO2 l 25 sono dimezzte rispetto i livelli ttuli e vengono messi in tto interventi con un costo mssimo di 2 $/t di CO2. Resource mp from 3Tier; cpcity nd production figures from IEA Wind nd Wind Power Monthly; mnufcturer dt from BTM Consult. Photos: EWEA, 28. Aspetti di sistem TWh il 9% (circ 2.7 TWh) di tutt l energi elettric prodott nel mondo nel 231. Al 25, in bse llo scenrio vnzto BLUE dell AIE, che scont 6 significtive innovzioni tecnologiche, l quot eolic 2 5 è relisticmente pri l 12% (circ 5.2 TWh) 4. Nell Figur 5, questi dti sono riportti per cmpi 3 di vrizione. Il Globl Wind Energy Council h elborto uno scenrio vnzto secondo il qule, 2 se venissero precocemente messe in cmpo zioni 1 più incisive, l produzione elettric d fonte eolic potrebbe risultre ncor più elevt: 5.2 TWh nel 23 e 7.2 TWh nel 25. Gli scenri dell AIE sono il risultto di un modello che prende in considerzione Figur 5. Scenri AIE-ETP: produzione potenzile di energi elettric d fonte eolic (TWh) nel mondo nche le tecnologie di generzione concorrenti.

5 Eolico li erogenertori ctturno l energi cinetic dl flusso d ri in movimento (vento) e l trsformno in G energi elettric ttrverso un rotore erodinmico, che è collegto ttrverso un sistem di trsmissione d un genertore elettrico. L turbin stndrd odiern è formt d tre ple che ruotno su un sse orizzontle e che sono esposte direttmente ll direzione del vento prim dell nvicell ( upwind ), con un genertore sincrono o sincrono collegto ll rete. Esistono nche turbine due ple con trsmissione dirett (senz moltiplictore di giri). Stto e sviluppo dell tecnologi L produzione di energi elettric di un erogenertore è pprossimtivmente proporzionle ll re del rotore. Quindi, un minor numero di rotori più grndi (su torri più lte) può utilizzre l risors eolic in modo più efficiente di un numero mggiore di mcchine più piccole. Attulmente, gli erogenertori di mggiori dimensioni hnno un potenz di 5-6 MW e un dimetro del rotore che può rrivre 126 m. Gli erogenertori hnno rddoppito l propri tgli pprossimtivmente ogni 5 nni. Tuttvi, cus di vincoli di trsporto, peso ed instllzione, lo sviluppo delle turbine on-shore procederà probbilmente d un ritmo più lento. Gli erogenertori di mggiori dimensioni L durt di vit stimt di un erogenertore è di 2-25 nni. Tle durt potrà umentre mno mno che l tecnologi diventerà più mtur. Tuttvi, considerndo l giovne età del settore ed i ripotenzimenti degli impinti con erogenertori di ultim generzione, pochi degli erogenertori esistenti sono in esercizio d un periodo sufficientemente lungo d convlidre quest ipotesi. Intense ttività di colludo e certificzione degli erogenertori confermno che l loro ffidbilità (percentule del tempo in cui sono tecnicmente esercibili) è di circ il 99%.. Durt di vitlità e disponibilità rzie llo sviluppo tecnologico, si registrno incrementi di efficienz. Ple e drive trin più efficienti, G nvicelle più leggere (rotore + genertore) e minor numero di componenti consentono un mggiore produzione di energi elettric per unità di mterile necessrio per il processo di fbbriczione. Questi incrementi di efficienz potrnno, in un cert misur, controbilncire l innlzmento dei costi di cpitle dovuto ll umento dei prezzi delle mterie prime (d esempio, rme e cciio). Sviluppi tecnologici S i può ffermre che lo sviluppo dell tecnologi eolic è trinto, in lrg misur, dgli impinti off-shore. Attulmente, l mggior prte di questi impinti è ubict bss profondità rispetto ll superficie del corpo idrico. Aerogenertori gllegginti per loclizzzioni off-shore grnde profondità sono in fse dimostrtiv; un prototipo d 2,3 MW srà instllto nel 29 l lrgo dell cost norvegese nel Mr del Nord ed un ltro d 2,5 MW srà instllto nel 29 l lrgo delle coste dell Pugli in Itli. Impinti off-shore bss e grnde profondità Altri settori di ricerc specifici per l tecnologi eolic rigurdno l vlutzione pprofondit di: risorse eoliche, mterili con più elevto rpporto resistenz/mss, tecnologie vnzte di integrzione nell rete, monitorggio e regolzione, controllo dell qulità dell energi elettric prodott, stndrdizzzione e certificzione, sviluppo di turbine per venti di bss intensità, migliormento delle previsioni, mggiore resistenz llo sforzo dei principli componenti (p.e. moltiplictori di giri), migliori modelli di erodinmic ed eroelsticità, erogenertori bsti sui superconduttori, fondzioni per impinti off-shore grnde profondità e quiloni eolici d lt quot. Priorità di ricerc e sviluppo Itlin trnsltion of Renewble Energy Essentils: Renewble Energy Essentils: Wind C OECD/IEA, 21. Sebbene l IEA si l utore dell pubbliczione nell su versione originle in inglese, l IEA non si ssume nessun responsbilità circ l esttezz o l completezz dell presente trduzione. Quest pubbliczione è trdott sotto l sol responsbilità del Gestore dei Servizi Energetici GSE, Itli Tecnologi degli erogenertori