Gli impianti eolici offshore

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1 Gli impianti eolici offshore di Claudio Boccalatte Su questa rivista abbiamo già trattato della produzione d energia rinnovabile dall oceano, occupandoci in particolare delle onde, correnti e maree (numero di agosto-settembre 2009) e dell OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion cioè Energia da conversione termica dell oceano) (numero di settembre-ottobre 2010). Vogliamo ora parlate di un altra possibile modalità di ricavare energia pulita dal mare: gli impianti eolici offshore. L energia eolica può essere considerata come una forma indiretta d energia solare; infatti, l 1-2% dell energia che giunge sulla terra sotto forma di radiazione solare è trasformata in vento, che si forma per le differenze nel riscaldamento delle diverse zone della terra: l aria più densa delle zone più fredde circola verso le zone più calde, dove l aria, meno densa, si muove verso l alto. I moderni impianti eolici sono basati sugli aerogeneratori, macchinari che trasformano l energia eolica in energia meccanica mediante una turbina eolica e quindi in energia elettrica mediante un generatore. Ne esistono diversi per forma e dimensione; più aerogeneratori collegati insieme formano le wind farm, fattorie del vento, che sono delle vere e proprie centrali elettriche nelle quali la distanza tra gli aerogeneratori è calcolata per evitare interferenze reciproche che potrebbero causare cadute di produzione. Una interessante evoluzione degli aerogeneratori Dal momento che, di regola, gli aerogeneratori sono situati ad una distanza di almeno cinque-dieci volte il diametro delle pale, nel caso di un aerogeneratore con pale lunghe 20 metri ne andrà installato uno ogni 200 metri circa. Gli impianti offshore sono wind farms costruite in mare, generalmente a profondità contenute, in maniera di poter posare i basamenti sul fondo, ma si stanno iniziando ad impiegare anche aerogeneratori con basamenti galleggianti. Questi rappresentano un utile soluzione per quei Paesi densamente popolati e con forte impegno del territorio, che si trovano vicino al mare: i paesi nordici (la Danimarca è stata il pioniere delle installazioni eoliche offshore), Gran Bretagna, Germania ma anche in Belgio, Olanda, Francia, Spagna ed Italia. La tecnologia degli aerogeneratori da utilizzare in mare è in pieno sviluppo, principalmente ad opera d industrie europee. L energia eolica è oggi considerata come una delle più mature tra le tecnologie delle energie rinnovabili; questo particolare tipo del quale stiamo parlando, ha il vantaggio aggiuntivo di minimizzare l impatto ambientale (l occupazione del territorio, l impatto visivo, il rumore, gli effetti sulla flora e la fauna e le interferenze sulle telecomunicazioni) e di permettere di ricavare un energia maggiore rispetto ad un analogo impianto basato a terra, in quanto i venti sul mare sono più costanti e veloci. 15

2 Lo schema mostra i principali componenti di un aerogeneratore o turbina eolica; in apertura, un aerogeneratore in configurazione galleggiante Questi impianti costituiranno quindi una parte importante dei nuovi siti eolici, almeno in Europa, dove ve ne sono molti in fase d installazione o di progetto. Va sottolineato anche che la mancanza di abitanti in mare, elimina o riduce fortemente il problema della ricerca del consenso in sede locale, problema che in paesi come l Italia affligge la programmazione delle grandi infrastrutture (strade, ferrovie, centrali energetiche, impianti per lo smaltimento e il riciclaggio dei rifiuti, ecc.). Infatti nessuno dice di non volere le infrastrutture (e quindi i servizi che le stesse offrono) ma tutti, a livello locale, non vogliono che siano costruite nella propria zona di residenza; si tratta di un ben noto fenomeno noto con l acronimo inglese NIMBY (Not In My Back Yard: non nel cortile di casa mia). A fronte di questi vantaggi, è però da notare che un impianto eolico offshore presenta costi sia d installazione che di manutenzione superiori a quelli di un impianto terrestre, e richiede studi preliminari specialistici di impatto nei confronti di attività come la pesca, il turismo e il traffico marittimo, oltre a studi specialistici sui carichi generati dalle onde e dalle correnti sulle strutture di sostegno. Il costo d installazione è mediamente superiore del 30-50% a quello degli analoghi impianti terrestri, per i maggiori costi delle fondazioni e del sistema di collegamento alla rete di distribuzione dell energia; i programmi per installare grandi parchi eolici offshore devono quindi valutare attentamente questi costi a fronte della quantità d energia che potrà essere prodotta. I migliori di questi siti eolici sono oggi considerati quelli con venti che superano la velocità di 7-8 metri il secondo, che hanno bassi fondali (da 5 a 40 metri) e che sono situati fra i 3 e non più di 40 chilometri dalla costa; tuttavia questi impianti presentano, rispetto a quelli della terraferma, maggiori rischi e costi d investimento a fronte di maggiori opportunità di generare energia. Un altro problema delle wind farm è l elevata segnatura radar delle pale delle turbine in rotazione: in pratica queste, come le pale dei rotori degli elicotteri, sono viste dai radar come oggetti molto grandi, che possono essere confusi con gli echi di ritorno di aerei, mascherandoli; questo può generare problemi sia per i sistemi civili di controllo del traffico che per quelli militari della difesa aerea. Prima di installare una wind farm, occorre quindi valutare attentamente il suo impatto sui sistemi radar. Sono allo studio turbine eoliche basate su soluzioni impiegate nel mondo militare per limitarne la segnatura; d altra parte il problema è comune sia agli impianti terrestri che a quelli offshore. Ancora un aerogeneratore, ma questa volta del tipo a struttura galleggiante ormeggiata al fondale 16

3 Gli aerogeneratori per questi impianti sono simili a quelli terrestri, ma hanno generalmente dimensioni maggiori (fino a 5 o 6 MW di potenza a fronte dei 2 MW degli impianti terrestri) e fondamenta di tipo diverso. La maggior parte di questi parchi eolici in corso di realizzazione o in programma, prevede l installazione di aerogeneratori su fondamenta a gravità (strutture in cemento adagiate sul fondo e nelle quali sono infilati gli aerogeneratori) o su pali monolitici (strutture metalliche impiantate nel fondo marino con varie metodologie, sulle quali sono installati gli aerogeneratori). Una terza tecnologia per le fondazioni è costituita da tralicci metallici impiantati nel fondo marino, mentre un altra ancora in una fase molto preliminare, e soprattutto per ora troppo costosa e rischiosa per applicazioni pratiche su larga scala, è quella dei generatori istallati su strutture galleggianti. In questo settore è attivo il programma HYWIND del gruppo norvegese StatoilHydro, che ha visto l installazione nel Mare del Nord, nel giugno dello scorso anno, del primo aerogeneratore galleggiante di grandi dimensioni (altezza della torre 65 metri sul livello del mare, diametro dell elica 82 metri, altezza totale 106 metri). La struttura galleggiante, realizzata dal gruppo francese Technip, ha la forma di un cilindro verticale, con un immersione di circa 100 metri, collegato al fondo mediante tre linee d ancoraggio e dotato di zavorra mentre il generatore vero e proprio, della potenza di 2,3 MW, è stato prodotto da Siemens. L impianto è ancorato, su di un fondale di circa 220 metri di profondità, a circa 10 km al largo di Karmøy, nel Sud-Est della Norvegia, ed è collegato alla rete di terra, anche se per ora l obiettivo del programma non è la produzione d energia, ma l acquisizione d informazioni sul comportamento della struttura sotto l azione del vento, delle onde e delle correnti. Il programma WINFLO (Wind turbine with INnovative design for Floating Lightweight Offshore) per la concezione e lo sviluppo di un aerogeneratore galleggiante, coinvolge diverse industrie attive nel settore navale, petrolifero ed eolico (Nass&Wind, DCNS, SAIPEM, In Vivo, Ifremer ed ENSIETA). Obiettivo del programma è la costruzione di un prototipo da ubicare nel 2011 al largo della Bretagna, per collegarlo alla rete di distribuzione e provarlo in condizioni reali. L immagine mostra la complessa struttura del sistema di ormeggio di un aerogeneratore galleggiante Il Nord dell Europa è una delle zone più adatte allo sviluppo dell energia eolica offshore, in quanto ha spazi marittimi relativamente ampi e poco profondi (Mar Baltico e Mare del Nord), con venti forti e situati a breve distanza da una delle zone più densamente popolate e a più elevato consumo d energia al mondo. Ad esempio, nella sola Francia il potenziale di produzione d energia elettrica da fonte eolica offshore è stimato in 30 TWh, raggiungibili nel 2020: si tratta del consumo domestico di 13 milioni di famiglie, compreso il riscaldamento, che in Francia è prevalentemente elettrico per i bassi costi di questa forma d energia, prodotta in gran parte mediante centrali nucleari. La prima wind farm offshore è stata installata nel 1991 a Vindeby, al largo della Danimarca, utilizzando 11 aerogeneratori da 450 kw fabbricati da Siemens, ed è ancora in funzione. Secondo i dati dell associazione europea dell industria eolica (EWEA), il mercato di questo tipo di energia è in piena espansione, in particolare in Europa. Nell anno 2009 sono stati installati 199 aerogeneratori, per una potenza di 577 MW, con un aumento del 54% rispetto all anno precedente, mentre nel 2010 dovrebbero essere state installate macchine per oltre MW. Il fatturato dell industria è stato di circa 1,5 miliardi di euro, e le previsioni per la fine del 2010 prevedono il raddoppio della cifra. 17

4 I siti dove sono o saranno installati alcuni grandi impianti eolici offshore, dotati di aerogeneratori Siemens Alla fine del 2009 erano in costruzione 17 wind farm, per una potenza di MW (di cui 83 in Italia), ed era stata autorizzata la costruzione di altre 52, per oltre MW (di cui 162 in Italia); considerando tutti i progetti in varie fasi di pianificazione si arriva ad oltre 100 GW ( MW). Sempre alla fine del 2009, erano stati installati in Europa 828 aerogeneratori offshore, per una potenza di MW; queste macchine erano suddivise in 38 impianti situati in 9 Paesi. La taglia media degli aerogeneratori è di 2,9 MW; il 65% delle strutture è su pali metallici, il 23% su fondamenta a gravità. La profondità media delle acque dove Andamento della potenza installata ogni anno (in MW nuovi impianti in blu scuro e potenza installata totale in azzurro) degli impianti eolici offshore in Europa sono situate le wind farm esistenti è di 12 metri e la distanza dalla costa 14,4 km, mentre per quelle in costruzione tali valori salgono rispettivamente a 21,8 metri e 30,1 km. Uno dei più importanti programmi in fase di realizzazione è Thanet, che sarà installata tra il 2010 e il 2011 circa, 12 km al largo dell estuario del Tamigi, ad una profondità compresa tra i 20 e 30 metri. Una volta ultimata la fase di costruzione delle fondamenta attualmente in corso, saranno installati dal gruppo svedese Vattenfall 100 aerogeneratori prodotti dalla società danese Vestas, per un totale di 300 MW. L attuale crisi finanziaria ha colpito anche il settore di questa energia alternativa, ed in particolare i produttori indipendenti; rimane quindi fondamentale il contributo finanziario governativo. Recentemente, sono state realizzate forme di finanziamento agevolato da parte della BEI (Banca Europea degli Investimenti), mentre la Commissione Europea ha stanziato 255 milioni di euro per costruire altre 6 impianti. 18

5 Il mercato è attualmente dominato da due fabbricanti, entrambi danesi (Siemens Wind Power A/S e Vestas Wind Systems A/S), ma si stanno affacciando sulla scena numerosi nuovi attori, prevalentemente europei; in generale, l industria europea è ben piazzata per inserirsi nei nuovi mercati emergenti costituiti dal Nord America e dall Asia (India in particolare). Due elementi critici restano la flotta di unità specializzate per la posa delle wind farms, e le reti di connessione per il trasferimento dell energia elettrica prodotta nelle reti di distribuzione. Il mercato delle navi specializzate è uno dei settori di nicchia recentemente entrati nel campo delle costruzioni navali; tra i cantieri attivi in questo settore, il coreano Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering (DSME), che nel 2009 ha iniziato la costruzione di due mezzi della lunghezza di 109 metri, capaci di trasportare 4 aerogeneratori di grande potenza ciascuno. Queste unità saranno consegnate nel 2011 al gruppo tedesco RWE, con un costo di circa 200 milioni di euro. Immagine artistica di una delle unità navali specializzate nel trasporto e installazione di aerogeneratori offshore in costruzione nei Cantieri Daewoo per la Società RWE L immagine mostra la configurazione di una wind farm offshore Per quanto riguarda le interconnessioni tra le farm e le reti elettriche (offshore supergrid), nel 2009 sono stati compiuti significativi passi avanti nella pianificazione e finanziamento di diversi cavi sottomarini, in particolare tra Norvegia e Gran Bretagna. Nella pianificazione di queste infrastrutture giocano un ruolo importante sia i Governi nazionali che l Unione Europea. In Italia le prime macchine eoliche sono state installate a scopo dimostrativo a cavallo tra gli anni 1980 e 1990, ma solo dal 1996 si è avuto un significativo numero di impianti collegati alla rete di distribuzione elettrica. Alla fine del 2009 erano installati in Italia numerosi impianti eolici per complessivi 4,8 GW, e l obiettivo del governo è raggiungere gli 8 GW nel Nel settore off-shore i primi impianti italiani sono oggi ancora in costruzione. Alla fine del 2009 erano in costruzione impianti per una potenza di 83 MW, ed era stata autorizzata la costruzione di altri impianti per 162 MW. Un impianto con 13 aerogeneratori per una capacità complessiva di 26 MW è in costruzione ad Ururi, al largo di Termoli, nel Molise, e dovrebbe entrare in funzione alla fine del Le turbine sono fornite dalla Vestas danese e l investimento è effettuato da RWE Innogy Italia (51%) assieme a Fri-El Green Power S.p.A. (49%). La wind farm produrrà 55 milioni di kwh l anno, sufficienti per i consumi di