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Ing. Luigi Imperato – Studio Rinnovabili
LE FASI DI SVILUPPO E LA REALIZZAZIONE DI UN PROGETTO MINI-EOLICO Corso di formazione ANEV di secondo livello 1/2012 Roma, 15-16 marzo 2012
INDICE GENERALE
Valutazione ed interpretazione delle caratteristiche anemometriche del sito
Tecnologia e scelta dell’aerogeneratore
Implicazioni sostanziali nella scelta della torre di sostegno
Dimensionamento delle opere civili
Progettazione dell’impianto elettrico
Manutenzione e gestione
INDICE – 1a Parte
Valutazione ed interpretazione delle caratteristiche anemometriche del sito
Premessa - Il mercato del mini eolico Caratteristiche e previsione del vento Banche dati vento misura del vento, scelta della posizione di misura e
conflitto con gli ostacoli modelli di previsione aerodinamica Metodi di correlazione
MINI EOLICO: IL MERCATO
Privati per uso domestico: Case in ambiente extra urbano Utenze isolate Piccole e medie imprese:
stazioni di servizio in aree extra urbane villaggi turistici aziende agricole ed agriturismi
Impianti industriali: Impianti connessi alla rete e finalizzati alla produzione e cessione dell’energia
0.5 – 3 kW
3 – 50 kW
50 – 200 kW
IL MERCATO DEL MINI EOLICO
MINI EOLICO: UNA RISORSA?
Le tipiche domande che si pone l’investitore del mini eolico:
… IL PIÙ DELLE VOLTE L’APPROCCIO È …
Disponibilità di un terreno o di uno spazio “ritenuti” idonei
Contatti con fornitori di turbine DIA presso il comune Richiesta di allaccio alla rete Acquisto Installazione della turbina Allaccio alla rete..
… MA L’APPROCCIO CORRETTO DOVREBBE ESSERE …
Studio dell’area e verifiche tecnico ambientali Caratterizzazione anemologica Sviluppo del progetto Richiesta ed ottenimento dei permessi necessari Costruzione dell’impianto Gestione e manutenzione dell’impianto
DA COSA DIPENDE LA POTENZA ESTRAIBILE
La potenza meccanica disponibile è funzione della velocità del vento ed è proporzionale all’area spazzata alla densità (e perciò alla temperatura e umidità) alla velocità del vento al cubo
P in Watt A in m2
ρ in Kg/m3
V in m/s
BETZ ED ALTRI
Con una superficie intercettante si può estrarre solo il 59,3% dell’energia del vento (legge di Betz).
Oltre a ciò bisogna aggiungere l’efficienza aerodinamica della turbina. Da questo si può calcolare la potenza meccanica estraibile
FUNZIONAMENTO DELLA PALA DELLA TURBINA
Il funzionamento della turbina dipende dalla forza di portanza che il vento esercita sulle pale del rotore
Il flusso incidente con angolo di attacco α sul profilo aerodinamico comporta una variazione di pressione sulle due facce, che si traduce in una forza di portanza (Lift)
Una componente (minoritaria) della portanza Ft produce lavoro, mettendo in rotazione la pala
MAPPE EOLICHE
Per avere una idea iniziale della possibile ventosità di un sito si ricorre a mappe calcolate a partire di dati disponibili a tutti. Wind Atlas (1990), CESI (2004/06)
MAPPA DEL CESI
È stata ricavata usando una griglia di 1 km di lunghezza. Per questo motivo formazioni di dimensioni più piccole rispetto alla griglia potrebbero essere considerate erroneamente.
La mappa non sostituisce alcuna misurazione in loco. La linea verde indica la nuova superficie orografica.
1 km
MAPPA DEL CESI - DETTAGLIO
Per avere una idea iniziale della possibile ventosità di un sito si ricorre a mappe calcolate a partire di dati disponibili a tutti.
CESI (2004/06) (www.cesiricerca.it) 50metri
CAMPAGNA DI MISURA – INDAGINE NECESSARIA
RAGIONI CHE RENDONO FONDAMENTALE L’ESECUZIONE DI UNA CAMPAGNA ANEMOMETRICA Opportunità di conoscere le reali condizioni di vento esistenti nel sito di
installazione
Forte influenza di orografia e rugosità a bassa quota
La scelta della tecnologia e della turbina eolica più idonea dipende dalle condizioni di vento esistenti in sito
Ottimizzazione del posizionamento della turbina e dell’altezza del mozzo della navicella
Minimizzazione del rischio imprenditoriale di realizzare un impianto poco produttivo
Possibilità di fornire dati anemologici certi ed in sito ai fini di analisi di producibilità per eventuali forme di finanziamento del progetto
CAMPAGNA DI MISURA – STRUMENTAZIONE
Strumentazione necessaria alla campagna anemometrica:
Uno o più sensori di misura della velocità del vento
(anemometri) Uno o più sensori di misura della direzione del
vento (banderuole)
Centralina di acquisizione e memorizzazione dei dati (data logger)
Sistema di alimentazione (batterie,
pannello solare)
CAMPAGNA DI MISURA - STRUMENTAZIONE
Supporto del sensori di misurazione del vento
Strutture di supporto esistenti Attenzione alle deformazioni del flusso + economico Adatto per impianti di micro eolico – 0.5 – 5 kW
Palo da antenna (poche centinaia di Euro) (fino a 10 m, max 12m)
- difficile reperire tutti i pezzi + economico Adatto per impianti da 5-10 kW
Pali tubolari in alluminio o ferro zincato (dedicati)
+ maggiore solidità e rispetto delle norme internazionali sulle misurazioni di vento
Possibilità di misurare facilmente a 20, 30 o 40 m di altezza - costo maggiore - richiedono personale specializzato per il montaggio Adatto per impianti da 20 – 200 kW
CAMPAGNA DI MISURA - PROBLEMATICHE
Errori comuni sul misuratore Disturbo sul flusso dato dalla vicinanza del palo
(minimo 12-15 diametri dal palo)
Turbolenze del parafulmine o della direzione
Turbolenze esterne
Anemometri non calibrati
Posizione del braccio inclinata
Installazione non corretta del sensore
TURBOLENZE (E OMBRE) DEL PALO
Errori comuni sul misuratore Turbolenze del palo (15 diametri dal palo)
Turbolenze del parafulmine o della direzione
esempi:
Posizionamento non corretto dei sensori rispetto al palo
Ghiaccio
TURBOLENZE DOVUTE AD OSTACOLI
TURBOLENZE DOVUTE AD OSTACOLI
Caso della turbina vicino alla casa
15-20 H o più
H
turbolento
20 H 2 H
Casa di due piani H = 8m 2 H = 16 m 20 H = 160 m
FLUSSO SU CAMBI DI RUGOSITÀ
Nel caso di flusso su cambi di rugosità , la turbolenza associata si propaga fino a distanze di 100 volte l’ingombro che causa la turbolenza
Es. foresta con alberi alti 20 m H = 20 m 100 H = 2000 m
OSTACOLI – 2
Evitare le turbolenze in altezza Bergey Excel Potenza: 7 kW Diametro:7 m Altezza:25 m Palo strallato ! rumore
OSTACOLI – 3
Micro turbine, meno sensibili alle turbolenze
Ampair; LVM Potenza: 0,1 kW; 0,05 kW Diametro:1 m ! Rumore/ Vibr.
CAMPAGNA DI MISURA – TIPICHE DIFFICOLTÀ
DIFFICOLTÀ PRINCIPALI NELLE MISURE Costo della misura in confronto con il costo del progetto Livello di conoscenze di chi controlla la campagna anemometrica
e lo stato della manutenzione Tempo necessario per le misure
DIFFICOLTÀ DI INTERPRETAZIONE DEI DATI
Modello dello spazio aereo circostante la misura Modello degli ostacoli Costo della modellazione
“Siting”
SITOLOGIA
Per avere una idea della direzione prevalente e anche della possibile ventosità di un sito si può utilizzare lo schema di Griggs Putnam delle modificazioni delle conifere.
Valutazione degli accessi Riferimento alle “trasportation guidelines”
del costruttore.
Valutazione della connessione Richieste formali a Terna o a enel
distribuzione.
Valutazione dei vincoli Siti regione, SITAP, Piani di bacino,
Zonizzazione acustica comunale, PRG.
SITING - LEGGI DEL WIND-SHEAR
Su un terreno pressoché pianeggiante, il profilo verticale del vento ha un andamento che può essere descritto da una legge logaritmica e dipende dalla rugosità z0 del terreno
SITING - LEGGI DEL WIND-SHEAR
Effetto collina, restringimento del tubo di flusso compresso tra superficie terrestre e pressione della stratificazione atmosferica
Conseguente aumento della velocità di passaggio dell’aria per effetto della conservazione della quantità di moto
A1 A2
SITING - FLUSSO SU PERCORSI COMPLESSI
Nel caso di flusso su pendii ripidi ci possono essere casi di distacco del flusso e di formazione di bolle di separazione, ossia di turbolenze
SITING – TURBOLENZA DEL VENTO
wind speed
mean value
turbulent fluctuation
Turbolenza: fluttuazioni stocastiche della velocità del vento
In uno strato limite, la turbolenza è dovuta alla viscosità del fluido, ed alla sua interazione con il terreno
La turbolenza dipende dal wind shear, quindi dall’orografia, vegetazione e presenza di ostacoli (i.e. friction velocity)
Intensità Turbolenta : ( )
u
uN
uI
N
ii
u∑=== 1
2'1σ
SITING – SPETTRO DI FREQUENZA DEL VENTO
Curva di Van der Hoven, illustra con quali frequenze avvengono i cambiamenti meteo. Nella finestra 1 ora – 10 minuti non avvengono statisticamente importanti cambiamenti, e perciò questa frequenza di campionamento dei dati vento è indicata per avere medie stabili
Densità di potenza 4 giorni
12 ore
1 anno
Frequenza
Tipico intervallo di tempo tra record misurati dall’anemometro: 10 minuti
SITING – SOFTWARE ANEMOLOGICI
Per descrivere al meglio la complessità dei fenomeni aerodinamici che caratterizzano la ventosità di un sito (wind shear, turbolenza ecc.) è possibile utilizzare software che risolvono il campo aerodinamico:
WAsP Wind Pro Wind Farmer Wind Farm ……
WindSim Meteodyn
Anni ‘80 Anni ‘90 Anni ‘00
Algoritmi di calcolo lineari Algoritmi non-lineari
Calcolo risorsa eolica, energia Calcolo risorsa eolica, energia Vari impatti ambientali
Calcolo risorsa eolica basato sulla CFD, energia,
DATI DEL VENTO PRELIMINARI
Aeronautica Aeroporti
Autostrade Enti locali ARPA Centri Meteo (es. Meteo Italia)
DATI VENTO AUTOSTRADE
Rete autostradale italiana Dettagli stazioni meteo
DATI VENTO AUTOSTRADE – PROBLEMI TIPICI
Ma spesso …
.. La qualità dei dati disponibili non è ottimale!!
MCP – MEASURE CORRELATE PREDICT
Cosa è il metodo MCP È un metodo che consente di ricalcolare i parametri di ventosità di un
sito in cui si ha una base dati scarsa, usando i dati di una altra stazione non sul sito con una base dati di lunga durata
Risultati Velocità media a lungo termine Rosa dei venti corretta
MCP – MEASURE CORRELATE PREDICT
Dati di input Anemometro sul sito
1 anno di dati (ma si può fare una analisi provvisoria con meno dati)
Anemometro meteo 5-10 anni di dati Sovrapposizione temporale dei dati sul sito ai dati dell’anemometro meteo Esposizione allo stesso regime di venti Analisi della situazione dell’anemometro storico negli anni (vegetazione,
ostacoli) Fonti: Aeronautica, Autostrade, Enti pubblici (parchi, servizio antiincendio,
Agenzie di protezione ambiente), Altri sviluppatori, Stazioni meteo private
MCP – MEASURE CORRELATE PREDICT
1) Correlazione delle direzioni di vento
ANALISI DELLA CORRELAZIONE : PROCEDIMENTO
U = mV + q
V
U
Coefficienti correlazione:
2) Correlazione delle velocità per ogni settore di direzione (es. regressione lineare)
MCP – MEASURE CORRELATE PREDICT
Previsione Dai parametri di correlazione tra le due serie di dati si può
sintetizzare una rosa dei venti di lungo periodo, che rappresenta la ventosità nel sito includendo il contenuto informativo del periodo temporale esteso
Distribuzione in frequenza di lungo periodo in sito
STUDIO DELLA PRODUZIONE PER MINI-EOLICO
Fase 1: 0.5 mesi Fase 2: 6 mesi Fase 3: 0.5 mesi Fase 4: 0.5 mesi VERIFICA
PRELIMINARE CAMPAGNA DI
MISURE CORRELAZIONE CON
ALTRI DATI STUDIO DI RISORSA EOLICA E PRODUZIONE ENERGETICA
Analisi atlante eolico italiano
Installazione anemometro (secondo specifiche esigenze)
Identificazione dei dati anemometrici di lungo periodo da utilizzare
Modello digitale del terreno, che tenga conto di orografia e rugosità
Verifica in sito per analisi esposizione al vento, presenza ostacoli, orografia e rugosità locale, ecc.
Misurazione e registrazione dati per circa 6 mesi
Eventuale verifica di correlazione con dati di vento di provenienza satellitare
Analisi aerodinamica con software di calcolo opportuno, implementazione della climatologia sperimentale
Scelta del sito per misure ed installazione del mini eolico
Elaborazione preliminare dei dati, filtraggio dati non validi
Correlazione e determinazione di una climatologia di medio-lungo periodo
Determinazione risorsa eolica e stima di produzione energetica per la turbina di progetto
Valutazione produttività e del progetto in un tempo complessivo di circa 7-8 mesi ed a costi sufficientemente contenuti
INDICE – 2a Parte
Tecnologia - Scelta dell’aerogeneratore
Fasi di sviluppo di un progetto Inserimento degli impianti eolici nella rete
infrastrutturale Tecnologia disponibile Scelta della tecnologia più idonea in relazione al
progetto in sviluppo
ANALISI Campagna di misure
anemometriche Installazione
delle stazioni di misura
Recupero e filtraggio dei dati
Analisi preliminare dei dati
Studio anemologico Correlazione con
dati storici Stima potenziale
eolico
PRE-FATTIBILITÀ Verifica preliminare di:
Caratteristiche del sito
Ostacoli Possibilità di
connessione Studio preliminare
risorsa eolica Ricerca dati
storici Consultazione
atlante eolico Valutazione
esposizione ai venti
Esclusione di vincoli
PROGETTAZIONE Stima
producibilità Scelta della
tipologia di aerogeneratore
Valutazione di produzione dell’impianto
Calcolo delle perdite
LE FASI DI SVILUPPO DI UN PROGETTO MINIEOLICO
FASI DI SVILUPPO DI UN PROGETTO
Ricerca del sito e prefattibilità Contatto con le amministrazioni e i proprietari Progetto e autorizzazione Finanziamento Costruzione Gestione
Scelta del sito- Posizionamento anemometro
Progetto e autorizzazioni
Finanziamento Verifiche di produzione
Costruzione Trattative con enti locali
Tempo/anni
FASI DI UN PROGETTO - ASPETTI COINVOLTI
Esempio
REALIZZAZIONE DELL’IMPIANTO
Progetto / scelta della
turbina
Autorizzazione / DIA Normativa
e contratti
Finanziamento
Costruzione
FASI DI UN PROGETTO - ASPETTI COINVOLTI
Influenze reciproche
Progetto / scelta della
turbina
Autorizzazione / DIA
Normativa e contratti
Finanziamento
Un progetto scadente rende impossibile il finanziamento
Il finanziamento non può prescindere dalle condizioni contrattuali e dal progetto
Il progetto necessita di contratti coerenti
Le clausole contrattuali devono permettere il progetto
Eventuali prescrizioni devono avere un senso tecnico
Il progetto deve rispettare i vincoli di legge
DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA
Le macchine eoliche sono sistemi preposti alla conversione dell’energia cinetica del vento in energia elettrica o meccanica
Aeropompe e Aerogeneratori
CLASSIFICAZION PER POTENZA DEGLI AEROGENERATORI
Si parla di classi di potenza degli aerogeneratori micro
mini Multi MW
SISTEMI EOLICI ISOLATI, CONNESSI A RETE, IBRIDI
Sistemi eolici Isolati (off grid) Le turbine eoliche sono utilizzate ai fini dell’accumulo di energia elettrica
principalmente per:
Alimentazione di utenze isolate (minieolico)
Ricarica batterie (micro-eolico per diporto nautico, stazioni meteo, ripetitori)
E’ comunque necessario un sistema di accumulo dell’energia (meccanico, idraulico o elettrochimico)
Sistemi eolici Connessi a rete (on grid)
E’ la rete stessa a fare da “sistema di accumulo”, utilizzando l’energia prodotta in modo discontinuo dalla turbina
Beneficiano dei sistemi di incentivazione
SISTEMI EOLICI ISOLATI, CONNESSI A RETE, IBRIDI
Sistemi eolici Ibridi
wind PV
diesel
inverter
Ideali per alimentazione di comunità isolate non servite dalla rete, ad esempio le isole
Possono essere in serie, a commutazione o in parallelo
La diffusione è ostacolata dal fatto che spesso le comunità isolate possono acquistare gasolio a prezzo inferiore a quello di mercato
SISTEMI EOLICI ISOLATI, CONNESSI A RETE, IBRIDI
TECNOLOGIE DISPONIBILI
Asse orizzontale (sopravvento, sottovento)
Asse verticale
+ potenza
+ efficienza
- rumore
- robustezza
+ robustezza
+ silenziosità
- efficienza
- costo
TECNOLOGIA
SCELTA DELLA TECNOLOGIA Turbine ad asse verticale o ad asse orizzontale
vantaggi svantaggi
No navicella in quota (torre snella) Venti modesti in prossimita’ del suolo
Effetto panemone (autorientante) Rendimento inferiore a HAWT
Efficace per siti su pendii Turbina non auto avviante
Minore rumorosità No controllo passo (controllo complesso per velocità di rotazione costante) Manutenzione complessa
Maggiore area occupata
• VAWT vs HAWT
SCLETA DELLA TECNOLOGIA Rotore sopravvento o sottovento
Rotore sopravento Rotore sottovento
No interferenza torre Effetti interazione torre-rotore
Rotore non auto-allineante Rotore auto-allineante Fatica ridotta sulla struttura
Opportunita’ rotore flessibile
Nelle turbine ad asse orizzontale, il rotore può essere sopravento o sottovento rispetto alla navicella
SCELTA DELLA TECNOLOGIA Numero delle pale
Numero di pale da 1 a … molte Dal numero di pale dipende: • Il coefficiente di potenza e la velocità di rotazione • Peso navicella • Sollecitazioni della struttura • Costi
Monopala Bipala
Multipala
SCELTA DELLA TECNOLOGIA Numero delle pale
Bipala vs Tripala
2 pale 3 pale Minor costo del rotore (peso rotore minore) Maggiore bilanciamento delle forze
aerodinamiche Maggiore rumorosità (velocità periferica maggiore)
Maggiore stabilità meccanica (forze giroscopiche bilanciate)
Maggiore complessità di progettazione (necessita di un mozzo oscillante)
Coppia motrice più uniforme
Erezione più semplice (assemblaggio rotore a terra)
Visivamente è meno impattante Maggiormente commercializzato
SCELTA DELLA TECNOLOGIA Tipo di accoppiamento elettromeccanico
Indiretto (rotore-riduttore-generatore elettrico)
Generatore ad alta velocità e poche coppie polari
Generalmente asincrono (induzione) Con una/due velocità di rotazione o un
campo limitato di variabilità (opti-slip®)
Diretto (rotore-generatore elettrico) Generatore a bassa velocità e molte
coppie polari Velocità variabile (20-40 rpm) Generalmente sincrono
Misto (Multibrid®)
SCELTA DELLA TECNOLOGIA Tipo di accoppiamento elettromeccanico
Velocità fissa Velocità variabile
Semplificazione della strategia di controllo
Possibilità di mantenere l’ottimo cinematico con conseguenti vantaggi in
termini di efficienza aerodinamica e
ottimizzazione strutturale delle pale
Possibile connessione diretta con la rete (inverter
non necessario)
Limitati problemi di risonanza
Capacità di “assorbire” le raffiche
Dipendentemente dalla soluzione di accoppiamento, il rotore può essere a velocità fissa o velocità variabile
PRODUZIONE ENERGETICA
GLI AEROGENERATORI HANNO UNA RESA ENERGETICA IN FUNZIONE DELLA VELOCITA’ DEL VENTO E DEI SEGUENTI PARAMETRI: Una velocità di cut-in compresa tra i 2 ed i 4 m/s Una velocità nominale pari a circa 12-14 m/s Una velocità di cut-off compresa tra 20 e 25 m/s
CONOSCERE LA FREQUENZA DI VENTO ALL’INTERNO DELLA FASCIA DI
FUNZIONAMENTO DELL’AEROGENERATORE DIVENTA FONDAMENTALE PER LA STIMA DELLA PRODUZIONE ENERGETICA:
CALCOLO DI PRODUZIONE ENERGETICA LORDA
Produzione Energetica annua AEP [kWh/year]
wind
)(87601∑=
⋅=N
iii PfAEP
Vref: si riferisce alle condizioni di vento estremo, ed esprime il valore di velocità massima (mediato su 10 minuti) che ha più elevata probabilità di occorrenza in un dato periodo di riferimento, tipicamente 50 anni. Vref deve essere calcolata in corrispondenza dell’hub di ciascun aerogeneratore.
Iref: Intensità della turbolenza (σ/V) a 15 m/s calcolato in corrispondenza dell’hub di ciascun aerogeneratore
NB: Per entrambi i parametri, il calcolo viene effettuato nella posizione dell’anemometro attraverso i dati da esso misurati, e quindi scalando presso le turbine attraverso analisi di micrositing
Da: CEI/IEC 61400-2, “Wind turbines – Part 2: Design requirements for small wind turbines”, 2006
CLASSIFICAZIONE ANEMOMETRICA IEC
CALCOLO DI PRODUZIONE SEMPLIFICATO
Per confrontare turbine diverse, si fa spesso riferimento alle
ore equivalenti alla max potenza come parametro di efficienza: hequiv (h)=Produz(kWh)\Pot.nomin.(kW)
Potenza nominale turbina: 1 kW
SENSIBILITA’ DELLA PRODUZIONE ALLA VENTOSITA’
+ 36% + 25%
diam: 13 m
SCELTA DELLA TECNOLOGIA
l’utilizzo di turbine con maggior diametro è più idoneo alla massimizzazione della produzione energetica In generale la curva di potenza delle turbine presenti sul mercato non è certificata
INDICE – 3a / 4a Parte
Implicazioni sostanziali nella scelta della torre di sostegno Tipologie di torri di sostegno esistenti
Dimensionamento delle opere civili Tipologie di fondazioni utilizzabili Dimensionamento delle fondazioni
Progettazione dell’impianto elettrico
Dimensionamento dei cavi Criterio termico e criterio elettrico Sezioni cavidotti e pozzetti
TIPOLOGIE DI TORRE DI SOSTEGNO
TIPOLOGIE DI TORRE DI SOSTEGNO
Traliccio
Base in cemento con flangia affogata
In alternativa: palo strallato su fondazione
TIPOLOGIE DI FONDAZIONI
OPERE CIVILI – PREPARAZIONE FONDAZIONE
DIMENSIONAMENTO FONDAZIONI
NORME TECNICHE
Il calcolo strutturale è inquadrato delle Norme IEC: 61400-1 Turbine eoliche con A≥200 m2 D ≥ 16m 61400-2 Turbine Eoliche con A<200 m2
Le Norme stabiliscono: a) le condizioni a contorno con cui eseguire i calcoli dei carichi b) le metodologie con cui eseguire i calcoli dei carichi (modelli aeroelastici, misure, mod. semplificati ove possibile ecc.) c) gli intervalli di valori e la filosofia con cui scegliere il coefficienti di sicurezza d) la filosofia con cui elaborare i carichi per ottenere gli sforzi (quali componenti trascurare, come stimare il carico equivalente per la vita a fatica ecc.) d) le metodologie per estrapolare i dati statistici sui carichi e) NON sono un manuale di progetto!
Le Norme richiedono il calcolo dei carichi e quindi degli sforzi e dei coefficienti di sicurezza per una serie di casi di carico. Il concetto di caso di carico contiene di per se la probabilità che un certo evento avvenga in concomitanza con altri.
DIMENSIONAMENTO FONDAZIONI
Le fondazioni superficiali, anche chiamate dirette, applicano una pressione subverticale al terreno su un'area di impronta allargata rispetto agli elementi portanti della sovrastruttura. Il piano di posa della fondazione deve essere posizionato ad una profondità tale da: oltrepassare lo strato superficiale di detriti e riporti o costituito da terreni
vegetali a scarse caratteristiche geotecniche; oltrepassare lo strato di terreno soggetto all'azione del gelo o a variazioni
stagionali del contenuto d'acqua; mettersi al sicuro dalla possibile erosione delle acque superficiali (soprattutto
per le fondazioni delle pile di ponti); essere esterno all'intervallo di oscillazione stagionale della falda; rispettare i vincoli geometrici relativi alla posizione del piano di posa delle
fondazioni vicine.
DIMENSIONAMENTO FONDAZIONI
La pressione del vento è data dall’espressione: p = qref × ce × cp × cd dove:
qref è la pressione cinetica di riferimento
ce è il coefficiente di esposizione
cp è il coefficiente di forma (o coefficiente aerodinamico), funzione della tipologia e della
geometria della costruzione e del suo orientamento rispetto alla direzione del vento. Il suo valore può essere ricavato da dati suffragati da opportuna documentazione o da prove sperimentali in galleria del vento;
cd è il coefficiente dinamico con cui si tiene conto degli effetti riduttivi associati alla non contemporaneità delle massime pressioni locali e degli effetti amplificativi dovuti alle vibrazioni strutturali.
DIMENSIONAMENTO FONDAZIONI
DIMENSIONAMENTO FONDAZIONI
Categorie di esposizione del sito kr z0 (m) zmin (m) I 0,17 0,01 2 II 0,19 0,05 4 III 0,20 0,10 5 IV 0,22 0,30 8 V 0,23 0,70 12
Nelle fasce entro i 40 Km dalla costa delle zone 1, 2, 3, 4, 5 e 6, la categoria di esposizione è indipendente dall’altitudine del sito.
Classi di rugosità del
terreno Descrizione
A Aree urbane in cui almeno il 15% della superficie sia coperto da edifici la cui altezza media superi i 15 m
B Aree urbane (non di classe A), suburbane, industriali e boschive
C Aree con ostacoli diffusi (alberi, case, muri, recinzioni, ...), aree con rugosità non riconducibile alle classi A, B, D
D Aree prive di ostacoli o con al più rari ostacoli isolati (aperta campagna, aeroporti, aree agricole, pascoli, zone paludose o sabbiose, superfici innevate o ghiacciate, mare, laghi, ...)
L’assegnazione della classe di rugosità non dipende dalla conformazione orografica e topografica del terreno. Affinché una costruzione possa dirsi ubicata in classe di rugosità A o B è necessario che la situazione che contraddistingue la classe permanga intorno alla costruzione per non meno di 1 km e comunque non meno di 20 volte l’altezza della costruzione. Laddove sussistano dubbi sulla scelta della classe di rugosità, a meno di analisi rigorose, verrà assegnata la classe più sfavorevole.
DIMENSIONAMENTO FONDAZIONI
VERIFICA DI SOSTENTAMENTO In questa verifica si controlla che il peso espresso dalla torre e dal generatore siano in
linea con quanto sostenuto dal terreno, ossia che : p < p adm dove p è il peso dell’aerogeneratore e
padm è il peso massimo ammissibile dal terreno Si usano normalmente dei fattori di sicurezza rispetto al soddisfacimento della
condizione di cui sopra. VERIFICA DI RIBALTAMENTO
La verifica di ribaltamento consiste nel calcolare con quale momento la struttura della fondazione dell’aerogeneratore si ribalta, e quindi verificare che il momento resistente sia maggiore del momento di ribaltamento massimo, ossia che:
ν = MS/MX = > 1.5 dove MS è il momento delle forze che si oppongono al ribaltamento rispetto al lembo esterno e MX è il momento delle forze che favoriscono il ribaltamento rispetto allo stesso punto
OPERAZIONI DI INSTALLAZIONE
Caso di torre strallata e incernierata
PROGETTAZIONE IMPIANTO ELETTRICO
ELETTRODOTTI MT o BT
Definizione tracciato cavidotti (eseguibilità scavi, sezioni, piano particellare, disciplinare strade esistenti)
Dimensionamento dei cavi in base alla potenza dei singoli generatori e dell’impianto, e delle distanze di progetto.
Sintesi schema elettrico unifilare con sezioni e tipologie di cavo
Criterio elettrico (o della massima caduta di tensione ammissibile) Criterio termico (o del massimo riscaldamento ammissibile dei conduttori) Criterio economico (o del massimo tornaconto economico)
DIMENSIONAMENTO
DIMENSIONAMENTO IMPIANTO ELETTRICO
DIMENSIONAMENTO DEI CAVI Criterio termico
Si determina la sezione del conduttore in modo tale che la massima densità di corrente (e quindi la massima sovratemperatura rispetto all’ambiente circostante) non superi determinati valori di sicurezza. In base ai valori limiti delle portate di corrente (Iz) stabiliti dai costruttori dei cavi, nelle varie condizioni di posa, esse devono essere superiori alle correnti di impiego (IB)calcolate in ogni tratto che compone il circuito elettrico.
Dissipazione di energia per effetto Joule Aumento della Temperatura in seno al conduttore Riduzione della “vita utile” del conduttore
BZ
Z
IIKKII
>= 210
DIMENSIONAMENTO IMPIANTO ELETTRICO
Note la potenza transitante lungo il conduttore, la tensione nominale dell’impianto, la lunghezza del conduttore, si determina la sezione del conduttore in modo tale che in nessun punto della linea venga superata la c.d.t. massima consentita.
Sr
VVV
VPI
xrLIV
B
B
ρ
ϕ
ϕϕ
=
∆=∆
=
+=∆
100%
cos3
)sincos(3 Caduta di tensione Corrente di impiego Caduta di tensione %
Resistenza cavo
DIMENSIONAMENTO DEI CAVI Criterio elettrico
DIMENSIONAMENTO IMPIANTO ELETTRICO
ELETTRODOTTI MT– OPERE CIVILI RELATIVE
Sezione cavidotti e pozzetti tipici
INDICE – 4a Parte
Manutenzione e gestione
Condizioni generali Manutenzione ordinaria Manutenzione straordinaria Gestione dell’impianto
MANUTENZIONE E GESTIONE: CONSIDERAZIONI GENERALI
I mini generatori eolici sono macchine semplici e robuste, in grado di funzionare autonomamente senza la necessità di particolari interventi esterni.
Di norma si realizzano due interventi all'anno di controllo e manutenzione, ad un costo pari a circa il 2-3% dell'investimento complessivo.
La manutenzione richiesta dipende molto dalla taglia della turbina e dal fatto di avere o meno il moltiplicatore di giri
Normalmente fino a 50-60 kW utilizzando macchine con generatori sincroni a magneti permanenti e ad accoppiamento diretto (senza quindi moltiplicatore di giri) si evitano i cambi d’olio del moltiplicatore
Tanto più la macchina è semplice, tanto meno manutenzione è necessaria. Una macchina a controllo passivo (imbardata passiva, con timone), senza elettronica a bordo, dà pochi problemi di manutenzione
Nelle macchine di taglia superiore aumenta l’incidenza dell’elettronica e quindi è molto importante il sistema di controllo della turbina ed il monitoraggio da remoto di funzionamento dell’impianto
Le attività di manutenzione si distinguono in: Manutenzione ordinaria Manutenzione straordinaria
MANUTENZIONE
Controllo di efficienza e funzionalità del generatore:
Controllo degli organi di trasmissione Verifica di usura dei componenti Controllo del circuito idraulico per l’afflusso di olio lubrificante
Verifica del sistema di controllo della turbina eventi di forte ventosità:
macchine con controllo del passo delle pale macchine a ribaltamento del rotore Controllo per imbardata del rotore
Manutenzione del trasformatore (ove presente, normalmente per P > 100 kW
Controllo del livello e della temperatura dell’olio Pulizia generale del trasformatore Controllo di tenuta delle guarnizioni
Monitoraggio dell’immissione in rete
Controllo di funzionamento del convertitore di frequenza e tensione
GESTIONE DELL’IMPIANTO
Verifica di funzionamento della turbina
Pianificazione delle attività di manutenzione
Controllo da remoto dell’impianto
Rapporti con il GSE (Gestore dei Servizi Elettrici)
Monitoraggio delle condizioni di vento
BIBLIOGRAFIA
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Schaffner (METEOTEST), Arne Reidar Gravdahl (VECTOR AS) Wind Flow over Complex Terrain: Application of Linear and CFD Models - Pep Moreno
& Manel Romero (ECOTÈCNIA) Arne R. Gravdahl, (VECTOR AS) Elettricità dal vento - Paul Gipe, Muzzio
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