Progetto di massima di una FOWT

Al di là delle particolarità che differenziano alcune macchine eoliche rispetto ad altre, in linea generale tutti gli aerogeneratori ad asse orizzontale (micro, mini e grandi) condividono i medesimi principi di funzionamento. Le pale iniziano a muoversi quando il vento raggiunge la velocità minima di avvio (cut-in wind speed).

Le soglie di cut-in sono variabili in funzione della taglia del generatore: di solito per l’avvio di aerogeneratori di piccolissima taglia sono sufficienti velocità del vento molto basse, anche soltanto di 2-3 metri al secondo. Il rotore è collegato ad un albero di trasmissione, che ruota all’interno della navicella. Grazie a un generatore elettrico l’energia rotazionale, cioè meccanica, dell’albero di trasmissione si trasforma in energia elettrica.

L’elettricità prodotta viene convogliata nei cavi che corrono all’interno della torre e che provvedono a distribuirla all’utenza o alla rete elettrica. Rotore e generatore elettrico possono essere direttamente collegati oppure associati ad un moltiplicatore di giri. Indispensabile nei grandi aerogeneratori, il moltiplicatore di giri fa sì che la lenta rotazione delle pale permetta comunque una corretta alimentazione del generatore elettrico. Le macchine eoliche più piccole, caratterizzate da alte velocità di rotazione delle pale, possono anche fare a meno del moltiplicatore di giri.

La maggior parte degli impianti eolici, sia isolati che connessi alla rete, sono dotati di un inverter. L’inverter trasforma la corrente continua (CC) in corrente alternata (CA) a 220 Volt, rendendola adatta per l’immissione in rete o per l’autoconsumo. Soltanto nel caso di piccole utenze isolate e alimentate direttamente in CC, è possibile fare a meno dell’inverter. All’aumentare della velocità del vento corrisponde un progressivo aumento della potenza istantanea erogata dalla macchina, fino al raggiungimento della velocità nominale (rated wind speed), cioè della velocità del vento nella quale il generatore raggiunge la potenza di targa.

Il picco di potenza erogata rimane costante fino alla soglia massima (cut-out wind speed) di velocità del vento tollerata dalla macchina. Oltre questa soglia, il generatore smette di produrre energia e si mette in sicurezza, ricorrendo a sistemi attivi o passivi di protezione, al fine di evitare danni alle componenti meccaniche.