I componenti delle macchine eoliche

Analizziamo ora più nello specifico i singoli componenti di un generatore eolico:

• Il rotore → Tra le diverse alternative di progetto è fondamentale la scelta del numero delle pale. I rotori degli attuali aerogeneratori hanno due o tre pale. I rotori a due pale sono meno costosi e girano a velocità più elevate, mentre quelli a tre pale presentano migliori proprietà dinamiche, poiché forniscono una coppia motrice più uniforme, e hanno una resa energetica leggermente superiore. Un'ulteriore alternativa di fondo nel progetto di un aerogeneratore riguarda la scelta di un rotore sopravvento o sottovento rispetto al sostegno.
  

• Le pale del rotore → Le soluzioni costruttive ideate per le pale variano a seconda della taglia delle macchine: in particolare, per le macchine di media e grossa taglia, la struttura della pala è simile a quella delle ali degli aerei. La progettazione della pala deve tener conto dell'esigenza di assicurare a essa un'adeguata resistenza a fatica che consenta di prevedere una vita economicamente accettabile. I carichi variabili sulla pala durante la sua rotazione sono dovuti al peso proprio e a quello di eventuali manicotti di ghiaccio, alle rapide fluttuazioni in direzione e intensità della velocità del vento, al fenomeno dello strato limite (l'intensità del vento che investe le parti più alte del rotore è maggiore di quella che investe le parti più basse) e, per le macchine con rotore sottovento, all'effetto torre, cioè alla schermatura dovuta al sostegno al momento del passaggio in corrispondenza di quest'ultimo. I materiali più usati per la costruzione delle pale sono i seguenti: acciaio, materiali compositi rinforzati con fibra di vetro, legno, leghe d'alluminio, materiali compositi di tipo innovativo (ad esempio quelli che utilizzano fibre di carbonio).
  

• Navicella (o gondola) → È l’elemento, montato alla sommità della torre, a cui è collegato il rotore e che contiene al suo interno il moltiplicatore di giri (non necessariamente), il generatore di corrente, il sistema di controllo ed il sistema di imbardata.
  
• Mozzo oscillante → Con i rotori a due pale è stato introdotto - almeno nelle medie e grandi macchine - il mozzo oscillante, che consente al rotore di oscillare di alcuni gradi perpendicolarmente al piano di rotazione. Questo grado di libertà riduce gli sforzi al piede della pala dovuti alle raffiche, allo strato limite e all'effetto torre.
  

• Trasmissione del moto → La trasmissione del moto dal rotore al generatore elettrico avviene attraverso un moltiplicatore di giri il cui rapporto è, in genere, tanto più elevato quanto maggiore è il diametro del rotore. L'albero veloce, per aerogeneratori collegati alla rete, deve ruotare alla velocità necessaria perchè il generatore elettrico generi corrente alternata alla frequenza di 50 Hz (la frequenza della corrente della rete in Europa). Se dunque al crescere del diametro del rotore diminuisce la velocità del cosiddetto albero lento, che trasmette il moto dal rotore al moltiplicatore, crescerà quindi l'ingombro trasversale e il numero degli stadi di quest'ultimo, a pari velocità dell'albero veloce. La trasmissione del moto avviene, nelle macchine più recenti, attraverso elementi flessibili che riducono le variazioni di coppia motrice e, in generale, contribuiscono ad attenuare le brusche sollecitazioni indotte nel sistema. Sull'albero veloce è presente anche un freno di parcheggio. Occorre infine osservare che, anche per le grandi macchine, si prospetta attualmente la possibilità di funzionare a più di una velocità di rotazione per meglio sfruttare le diverse velocità del vento, alcune società all'avanguardia producono macchine con la trasmissione del moto in presa diretta dal rotore che muovono generatori elettrici a numero di coppie polari variabili. e altre soluzioni tecniche ed elettroniche. Non necessitando del moltiplicatore non serve utilizzare un lubrificante con conseguenti minori costi di gestione e miglior ecologia del sistema.
  
• Sistemi di generazione → I problemi relativi agli aerogeneratori si presentano in modo diverso a seconda delle esigenze dell'utenza da alimentare. Accoppiando all'aeromotore un generatore a corrente continua o un generatore a corrente alternata di cui non interessi mantenere costante la frequenza si possono alimentare soltanto certe utenze isolate con esigenze ridotte. I sistemi che presentano invece maggior interesse sono quelli che generano corrente alternata a frequenza costante (50 o 60 Hz) i cui tipi principali sono (fig. 36): aeromotori a velocità costante accoppiati a generatori sincroni; aeromotori a velocità quasi costante accoppiati a generatori asincroni; aeromotori a velocità variabile accoppiati ad apparati di conversione capaci di generare corrente alternata a frequenza costante.
  

• Regolazione dell'allineamento del rotore → E' importante mantenere nel tempo un allineamento quanto più continuo possibile tra l'asse del rotore e la direzione del vento per garantire la massima producibilità della macchina. Nei piccoli aerogeneratori è frequente, con rotori sopravvento, l'impiego di una semplice pinna direzionale; con rotori sottovento, si tende spesso a realizzare un auto-orientamento spontaneo di tipo aerodinamico senza l'aiuto di servomotori. Nelle macchine di media e grande taglia è quasi sempre usato un servo-meccanismo.
  
• Quadri di controllo → Tra i morsetti del generatore e la linea si installano dispositivi che controllando il funzionamento della macchina, la proteggono, la mettono in parallelo con la rete, la staccano dalla stessa in caso di guasto o la fermano in caso di eccessiva velocità del vento. Il controllo si realizza mediante apparati più o meno sofisticati che misurano la tensione, l'intensità e la frequenza della corrente in ognuna delle tre fasi, l'energia prodotta dal generatore, il fattore di potenza. La tensione e l'intensità di corrente si misurano mediante trasformatori di misura.
  

• Trasformatore → Il trasformatore è q Style="text-decoration: none;"uell'elemento che si interpone tra la centrale e la rete elettrica; ha la funzione di variare la tensione della corrente in uscita dall'alternatore, in particolare di portare la corrente dalla tensione di uscita del generatore a quella (alta o media tensione, ad esempio 132 kV), della linea elettrica. Il trasporto della corrente elettrica avviene infatti ad alta tensione per ridurre le perdite per effetto Joule lungo la linea.
  
• Torre → Le macchine possono differire anche per il tipo di torre, che può essere tubolare, a traliccio o a palo strallato.
  
• Fondazioni → Alla base della torre sono necessarie, come per tutte le strutture civili od industriali, delle fondazioni, cioè delle strutture che trasferiscono a terra i carichi che agiscono sulla macchina eolica: peso proprio, spinta del vento ed azioni sismiche.
  
• Interferenze elettromagnetiche → Gli aerogeneratori possono essere fonte di interferenza elettromagnetica a causa della riflessione e della diffusione delle onde radio che investono la struttura. Per misurare gli effetti di questo fenomeno si può far ricorso sia a prove sperimentali che a previsioni teoriche. Il primo metodo consiste nel controllare, tramite rilevamenti effettuati a varie distanze dagli aerogeneratori, la qualità dell'immagine ricevuta, correlandola al livello d el segnale riflesso o diffuso dalla struttura del generatore stesso. Esistono inoltre modelli matematici predittivi per calcolare i livelli del segnale riflesso e diffuso dalle strutture in movimento. Questi permettono di individuare, in maniera conservativa, una zona di rispetto oltre la quale il rapporto tra segnale e disturbo è di entità tale da non incidere sulla qualità del radioservizio stesso. Sulla base di quanto riportato in letteratura e con riferimento a risultati di prove di caratterizzazione di macchine di media taglia, si ritiene che il rischio di tali disturbi possa considerarsi irrilevante per gli aerogeneratori attuali che utilizzano pale in materiale non metallico ed antiriflettente.