Il Sole irradia sulla terra una potenza media di 1370 W/mq, tale valore è chiamato Costante Solare. Il mezzo attraverso il quale il nostro pianeta riceve l’energia è l’atmosfera, uno strato di gas spesso alcune decine di km. Tenendo conto che la radiazione della costante solare è riferita ad un piano tangente alla superficie sferica terrestre (che misura 510 milioni di km quadrati) si può assumere che la potenza entrante nell’atmosfera è di 350 W/mq (1/4 circa) ovvero 178500 TW su tutta la superficie terrestre.   Considerando che la potenza media richiesta da tutte le utenze terrestri è di circa 16 TW (12 GTOE/Anno – Fonte IEA 2011) si vede bene come la radiazione solare sia ben oltre 10000 volte il fabbisogno umano attuale.  Una frazione del 30% di tale radiazione è immediatamente riflessa dall’atmosfera e reinviata nello spazio.  Dei circa 230 W/mq rimanenti gran parte viene trasformata in calore ed il resto è coinvolto in processi di evaporazione. Una parte si trasforma in energia meccanica (venti). Infine, per mantenere l’equilibrio energetico, il pianeta reirradia tutto verso lo spazio. Le tecnologie per lo sfruttamento dell’energia solare utilizzano la radiazione sia diretta che diffusa (solare fotovoltaico) oppure l’energia meccanica dei venti.
Per fissare le idee sulle potenzialità dei venti si esamini la figura qui riportata, tratta da G.Parolini – Considerazioni sui principali elementi che determinano l’ambiente sulla superficie della terra – Sistema, Roma, 1967. La media terrestre di 230 W/mq equivale a 230 Wh * 24 * 365 = 2 MWh /anno per metro quadro di energia teoricamente disponibile.
Sempre con riferimento alla figura si nota che una piccola parte della radiazione solare, 2W/mq è costantemente trasformata in energia cinetica ovvero vento e, essendo un regime stazionario, costantemente dissipata in calore mediante attriti contro la superficie terrestre e tra particelle di aria.  Un semplice calcolo consente di valutare a livello globale in 1020 TW tale dissipazione, anche questa è una quantità molto superiore ai 16 TW che ci sono necessari.  Inoltre la riserva di energia meccanica, cioè l’energia cinetica di tutte le particelle di atmosfera mosse dai venti (140 wh/mq) è superiore ai 70.000 TWh, circa 6 mesi di consumi energetici planetari ed è continuamente disponibile.  Da tale giacimento è estratta l’energia eolica. La tecnologia delle torri eoliche o windmill non consente di accedere che ad una piccola percentuale di questa energia, quella che si trova nei primi 2-300 metri dal suolo.  L’eolico troposferico, o di alta quota, di cui il KiteGen è il più avanzato progetto in fase di industrializzazione, si propone, salendo fino a quote di 2000 metri ed oltre, di accedere a frazioni sempre più consistenti di questa immensa quantità di nobile energia meccanica (nobile perchè trasformabile in energia elettrica con alte rese)
Ho volutamente tratto lo schema da un testo abbastanza datato, uno dei meno generosi nella stima della frazione di potenza solare che alimenta i venti e dei più conservativi nella stima dell’energia cinetica stazionaria dell’atmosfera per mostrare che anche le stime meno generose rivelano un potenziale energetico immenso.   Esistono studi più accurati che ci permettono di considerare valori ancora più grandi, fino a 3600 TW di potenza dissipata totalmente dai venti atmosferici (Gustavson 1979).  Fin dal 1939 Brunt aveva stimato 100.000 TWh di energia cinetica totale.  Le iniziative concrete sull’eolico troposferico sono relativamente recenti, l’interesse scientifico sull’argomento sta crescendo ed il numero di articoli e studi cresce, ma con esso cresce anche l’interesse economico che può influenzare  in positivo o in negativo le varie stime; è quindi importante considerare anche studi fatti quando ancora non si pensava concretamente a realizzare impianti eolici troposferici.

One Response to “Il ciclo dell’energia in atmosfera e la disponibilità di energia dal vento”

1. Leonardo LIBERO says:

   2012/02/23 at 8:06 am

   Grazie per questo tuo prezioso lavoro, Eugenio.
   Leo