Minieolico: sosteniamo lo sviluppo. Le best practice per la finanziabilità

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1 Minieolico: sosteniamo lo sviluppo Le best practice per la finanziabilità

2 Minieolico: sosteniamo lo sviluppo Le best practice per la finanziabilità

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4 INDICE Introduzione 5 1 Il mercato 9 2 Gli aspetti tecnici Gli aerogeneratori 2.2 I componenti 3 La producibilità I fondamenti teorici La curva di potenza La distribuzione del vento 3.2 La determinazione della risorsa eolica 3.3 La campagna di misure 3.4 Le prestazioni energetiche medie 3.5 Le peculiarità del minieolico 4 Le certificazioni Le certificazioni di processo 4.2 Le certificazioni di prodotto 4.3 La certificazione della curva di potenza 5 Gli aspetti autorizzativi e amministrativi La normativa nazionale 5.2 La normativa regionale Calabria Puglia Basilicata Campania Sardegna Sicilia 5.3 La connessione alla rete elettrica 6 Gli aspetti contrattuali I contratti di fornitura delle turbine 6.2 I contratti di operation & maintenance delle turbine 6.3 Le polizze assicurative 7 Gli aspetti economici e finanziari La simulazione Conclusioni 59 Bibliografia

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6 INTRODUZIONE

7 INTRODUZIONE Gli impianti di produzione di energia eolica possono essere costituiti da aerogeneratori di media-grande o di piccola taglia di potenza, ai quali si riferisce la definizione di minieolico. In realtà, non esiste una classificazione univoca, in quanto è connessa ad una logica normativo-regolatoria e varia da Paese a Paese. Nell analisi sono stati considerati come minieolici quegli impianti che rientrano in un range di potenza compreso tra 20 e 200 kw, ove il limite inferiore coincide con la soglia di investimento minima di potenziale interesse per operazioni di finanza strutturata, mentre il limite superiore corrisponde all attuale valore massimo per l applicazione della Tariffa Omnicomprensiva di 300 /MWh per 15 anni, previsto dal D.M. 18/12/2008 e dal recente D.M. 6 luglio 2012 che ha fissato la Tariffa Omnicomprensiva a 268 /MWh per tale range di potenza. Le turbine di piccole dimensioni rappresentano ancora una quota minore del mercato dell energia eolica, ma hanno un grande potenziale di sviluppo. A differenza di Paesi come Stati Uniti, Cina, UK e Germania, dove è stato dimostrato da subito un grande interesse verso il settore, in Italia la partenza del minieolico è stata molto più lenta, a causa del ritardo nell introduzione di un adeguato sistema di incentivazione. Negli ultimi anni, anche nel nostro Paese è stato riscontrato un interesse crescente da parte degli investitori e degli istituti di credito verso l eolico di piccola taglia e, considerando i tassi di crescita a livello globale, esistono concrete potenzialità per il settore di aumentare le quote di mercato nel prossimo futuro e consolidarsi. Range di potenza compreso tra 20 e 200 kw Considerando la fluidità dello scenario economico e normativo, è utile approfondire le peculiarità del settore e, in particolare, gli aspetti relativi alla producibilità degli impianti, i contratti di costruzione, gestione e manutenzione, gli aspetti autorizzativi, i costi e i ricavi attesi, al fine di sostenere lo sviluppo in atto in un ottica di bancabilità. Il settore è stato fotografato anche in base all esperienza maturata da Protos in materia, grazie alla collaborazione con numerosi investitori nella filiera del minieolico, alle attività di Due Diligence effettuate per alcuni dei principali istituti di Leasing sulle prime operazioni di finanziamento del settore e grazie all esperienza consolidata in oltre dieci anni nell eolico di grande potenza per i più grandi istituti bancari e di Leasing. Per definire potenzialità e caratteristiche del settore e, quindi, sostenere le valutazioni sulla finanziabilità degli impianti di piccola potenza, è opportuno considerare che, al di là dell evidente fattore di scala e della differente tecnologia, il minieolico e l eolico di grande potenza hanno dinamiche ed esigenze simili. Le potenzialità di sviluppo del minieolico, tuttavia, trovano terreno fertile in alcuni aspetti che costituiscono un vantaggio rispetto agli impianti di grande potenza. 6

8 INTRODUZIONE Settore facilmente accessibile per gli investitori Semplicità di realizzazione e tempi ridotti di fornitura e installazione: nonostante non ci siano differenze strutturali sostanziali rispetto alle macchine di taglia superiore ai 200 kw, il fattore di scala rende più agevole il trasporto e l accesso ai siti, nonché l installazione stessa delle macchine, con minori tempi e costi per la messa in opera. Analoghe considerazioni possono essere fatte anche per le opere civili, specificatamente per le fondazioni e per le opere elettriche. Ridotti valori di investimento rendono il settore facilmente accessibile a un range più ampio di investitori, che non avrebbero la capacità di investimento per impianti di maggiore potenza. Tempi ridotti per il procedimento autorizzativo, soprattutto per gli impianti di potenza inferiore ai 60 kw che possono avvalersi di una procedura semplificata, a condizione che l installazione avvenga in zone prive di vincoli, in quanto diversamente richiederebbero istruttorie complesse. Tempi accettabili per le connessioni, con particolare riferimento a quelle in bassa tensione (potenze fino a 100 kw). Ridotti problemi di saturazione della capacità elettrica delle rete, per la possibilità di allacciare l impianto direttamente alla rete di bassa o media tensione in un ottica smart grid. La fornitura di energia può, quindi, essere destinata a utenze limitrofe, a volte senza la necessità di una trasformazione BT/MT e/o MT/AT con conseguenti minori perdite di efficienza a vantaggio di una migliore economia di sistema. Maggiore disponibilità di siti idonei all installazione, derivante da una capillarità diffusa della rete a media e bassa tensione rispetto a quella ad alta, dal minor impatto ambientale, dal trasporto più agevole e dalle caratteristiche specifiche di alcune macchine. Percezione di maggior stabilità del regime incentivante (Tariffa Omnicomprensiva per anni), in quanto, rispetto ai Certificati Verdi è considerato più stabile e meno soggetto alle fluttuazioni del mercato e ad eventuali interventi normativi limitativi. Migliore impatto sull opinione pubblica e sulle amministrazioni pubbliche, grazie a una maggiore sostenibilità ambientale. Buona integrazione economica e ambientale con i mercati agricoli e della piccola e media impresa, come fattore di supporto e stabilizzazione. Tuttavia, sono ancora riscontrabili alcune barriere che hanno rallentato lo sviluppo del minieolico e la loro finanziabilità, ma che possono sicuramente essere affrontate e superate. 7

9 Problemi tecnici maggiori rispetto alle macchine di grandi taglie (velocità di rotazione più elevate, maggiori sollecitazioni a fatica, maggior esigenza di efficienza e rapidità nei controlli). Regimi di vento meno intensi e più turbolenti a causa di un inferiore altezza delle turbine (mediamente 30 metri rispetto agli metri dell eolico di grande taglia). Filiera relativamente giovane e, quindi, di minor esperienza industriale e finanziaria. Mancanza di track record significativi delle macchine e assenza di certificazioni di prodotto/performance. Maggiore incidenza dei costi e dei tempi per le verifiche preventive della producibilità. Incompleta definizione dei processi autorizzativi-amministrativi, ancora limitati al range di potenza kw. Analizzare le best practice di mercato Scarsa adeguatezza dei contratti di costruzione, gestione e manutenzione di solito proposti. Nuovo scenario normativo per gli impianti che entreranno in esercizio successivamente al 2012, per i quali il DM 6 luglio, in attuazione dell articolo 24 del decreto legislativo 3 marzo 2011 n. 28, prevede obblighi aggiuntivi quali registri, certificazioni, scaglioni massimi di potenza incentivabile. A fronte di queste considerazioni, esiste un oggettiva esigenza di analizzare le potenzialità e di prospettare possibili soluzioni per le criticità esistenti, di individuare le attuali best practice di mercato, i necessari trend di miglioramento e di introdurre i possibili approcci ottimali, in un ottica di finanziabilità responsabile per il settore. 8

10 IL MERCATO

11 1IL MERCATO A livello globale l energia eolica rappresenta un business ormai maturo e diffuso, con una potenza globale installata di circa 238 GW nel 2011, dei quali circa 0,4 GW di minieolico, ripartiti principalmente tra Stati Uniti, Cina, Canada, Germania e Gran Bretagna (figura 1). La World Wind Energy Association (WWEA) nel suo studio sul minieolico, Small Wind World Report 2012, ha calcolato che i mini-aerogeneratori installati nel mondo, cioè le turbine con capacità compresa tra i 6 watt e i 300 kw, hanno raggiunto le 656 mila unità alla fine del 2010, per una potenza complessiva di circa 0,4 GW. A detenere il dominio delle installazioni è la Cina, con 450 mila unità e 166 MW installati, seguita da Stati Uniti con 144 mila unità 179 MW installati, pari al 40% della potenza globale installata di minieolico (figura 1). Potenza globale installata 238 GW nel 2011 Total Cumulative Installed Capacity As of the End of Cumulative Installed Capacity (KW) USA China UK Germany Canada Countries Spain Poland Japan Italy Sweden South Korea Figura 1 WWEA Small Wind World Report 2012, potenza minieolico installata nel mondo, al 2010 Il minieolico è nato e si è sviluppato per rispondere al fabbisogno elettrico di utenze isolate (off-grid), ma ormai la quasi totalità delle installazioni è destinata alla generazione e cessione in rete dell energia prodotta e si sostiene grazie alle specifiche politiche incentivanti (rimandiamo alla figura 2 per i dettagli sui singoli Paesi). Le previsioni di sviluppo del minieolico installabile a livello mondiale fino al 2020 sono ottime, sia su base annuale sia cumulata, così come illustrato nella figura 3. 10

12 IL MERCATO Country/ Region Chinese Taipei Canada Ontario Denmark Nova Scotia Hawaii Small Wind Feed-in Tariff Pricing Worldwide Size Limit Other Limits # of EUR/ kwh 1-10 kw N/A 0,182 < 10 kw < 10 kw < 25 kw No Domestic content UK < 1,5 kw MCS Certified 20 0,421 0,574 0,565 0,362 Vermont < 15 kw 0,015 EUR/kWh PTC 20 0,157 0,215 0,209 0,134 expire ,098 0,250 0,243 0,155 0,135 0,131 0,085 0,081 0,111 0,108 0,070 Greece < 50 kw 20 0,250 0,343 0,333 0,215 Italy < 200 kw 15 0,220 0,302 0,293 0,189 Israel < 15 kw 20 0,250 0,343 0,333 0,215 < 50 kw 20 0,320 0,439 0,427 0,275 Portugal < 3,68 kw 15 0,432 0,593 0,576 0,371 Slovenia < 50 kw 15 0,095 0,130 0,127 0,082 Switzerland < 10 kw 20 0,244 0,335 0,325 0,210 USA CAD/ kwh USD/ kwh / kwh 1,5-15 kw MCS Certified 20 0,326 0,444 0,437 0, kw MCS Certified 20 0,295 0,401 0,395 0,253 < 100 kw 20 0,103 0,142 0,138 0,088 Figura 2 VWEA Small Wind World Report 2012, tariffe incentivanti nei Paesi a maggior sviluppo SWF Installed Capacity World Market Forecast ,400 5,000 Annual Installed SWT Capacity (MW) 1,200 1, ,500 4,000 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1, Cumulative Installed SWT Capacity (MW) Annual Installed SWT Capacity (MW) Annual Forecast Installed SWT Capacity (MW) Cumulative Installed SWT Capacity (MW) Figura 3 VWEA Small Wind World Report 2012, previsione mondiale di crescita per il minieolico al

13 EOLICO: la crescita delle installazioni in Italia 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1, MW Figura 4 Rapporto Comuni Rinnovabili 2012 di Legambiente, trend di crescita del settore eolico in Italia L Italia segue il trend mondiale, contribuendo alla crescita globale dell energia prodotta dal vento: la capacità complessiva ad oggi installata, in circa 400 degli Comuni italiani è di circa 7 GW (figura 4), secondo il dossier Comuni Rinnovabili di Legambiente, considerando sia gli impianti di piccola sia quelli di grande taglia. In particolare, la potenza di minieolico installata in Italia, alla fine del 2011, è di circa 14 MW. Anche le previsioni future sull eolico seguono il trend attuale, considerando anche il contributo percentuale che può derivare dagli impianti di piccola taglia: secondo l Associazione Nazionale Energia del Vento (ANEV), infatti, il potenziale eolico totale installabile, fino al 2020 in Italia, è di circa 16 GW, dei quali 1 GW può derivare dal minieolico. Dall analisi delle rilevazioni contenute nel rapporto Comuni Rinnovabili (figure 5-6-7) è possibile notare che la gran parte delle installazioni di piccola taglia al momento sono ubicate nelle stesse aree geografiche del macroeolico. Potenza minieolico installata in Italia 14 MW nel 2011 Al di là del fatto che entrambi i settori tendono naturalmente a svilupparsi nelle regioni più ventose (come Puglia, Sardegna, Campania, Sicilia, Basilicata, Calabria), la potenziale disponibilità di dati anemologici nelle località dove sono stati realizzati impianti di grande dimensione e potenza rappresenta un vantaggio in termini di costi e tempi per la determinazione della risorsa eolica disponibile. Investimenti in aree non oggetto di precedente sviluppo eolico, infatti, prevedono maggiori costi e tempi più lunghi, proprio a causa dell assenza di dati anemometrici storici. 12

14 IL MERCATO Figura 5 Rapporto Comuni Rinnovabili, ripartizione geografica installazioni di macro eolico in Italia Figura 6 Rapporto Comuni Rinnovabili, Ripartizione geografica installazioni di minieolico in Italia 13

15 Figura 7 Rapporto Comuni Rinnovabili 2012 di Legambiente, Comuni italiani con maggiori installazioni di grande e minieolico Dai dati rappresentati nella figura 7, relativa agli impianti di mini eolico installati in Italia, è possibile ricavare la distribuzione media per tipologia (potenza di picco) di turbine (figura 8). I tagli a maggior potenza ( kw) sono riferiti a investimenti avvenuti nel 2010 e nel % % % % 0.00 % Numero aerogeneratori P< 50 50<=p< <=p<200 p>=200 Potenza Installata Figura 8 Distribuzione statistica della taglia di potenza delle turbine minieoliche installate in Italia 14

16 GLI ASPETTI TECNICI

17 2GLI ASPETTI TECNICI Per turbina eolica s intende una macchina fluidodinamica capace di convertire l energia cinetica del vento in lavoro meccanico che può essere impiegato tal quale, come nel caso delle pompe eoliane (dove il lavoro meccanico è utilizzato per l estrazione di acqua da pozzi profondi), oppure può essere convertito in lavoro elettrico, grazie all accoppiamento con un generatore elettrico. Quest ultima soluzione rappresenta oggi la quasi totalità delle applicazioni per le macchine di minieolico, così come avviene già per quelle di grande taglia. 2.1 GLI AEROGENERATORI Nella classe delle turbine eoliche di piccola taglia rientrano molte tipologie costruttive, tuttavia poche hanno avuto un risultato commerciale significativo. Per semplificazione, possiamo distinguere due tipologie di turbine eoliche: ad asse orizzontale e ad asse verticale. Con questo criterio le macchine non sono classificate in base alla potenza nominale di generazione elettrica, ma in base all orientamento dell asse principale intorno al quale avviene il moto degli organi rotanti. I generatori ad asse verticale (Vertical Axis Wind Turbine - VAWT), pur presentando caratteristiche peculiari che destano interesse (figura 9-10), soprattutto in casi particolari come le installazioni urbane, anche integrate con l edilizia, hanno un ruolo di secondo piano rispetto a quelli ad asse orizzontale (Horizontal Axis Wind Turbine - HAWT). Prima di intro- 16

18 GLI ASPETTI TECNICI durre queste ultime, è opportuno comunque accennare alle tre tipologie principali di macchine ad asse verticale, differenti sostanzialmente per il tipo di funzionamento-comportamento aerodinamico, che può basarsi sul principio della portanza (come per le tradizionali macchine HAWT), su quello della resistenza, oppure su entrambi contemporaneamente. Portanza e resistenza sono le due forze aerodinamiche principali Portanza e resistenza sono le due forze aerodinamiche principali, che agiscono sulle pale di un aerogeneratore, per lo sfruttamento delle quali sono necessarie soluzioni progettuali radicalmente diverse. Per lo sfruttamento della resistenza si ricorre all utilizzo di pale semplici e con superficie molto grandi, che possono anche superare l area complessiva spazzata dal rotore, ottenendo di conseguenza velocità di traslazione minori di quella del vento (rotazione complanare con la direzione del vento). Per lo sfruttamento della portanza, invece, si ricorre a pale con particolari profili aerodinamici, di ridotta dimensione trasversale, che permettono di raggiungere velocità di traslazione superiori a quella del vento (rotazione ortogonale alla direzione del vento). Nelle cosiddette macchine veloci (funzionamento a portanza) si riescono a generare coefficienti di potenza molto superiori a quelli realizzati in una turbina progettata sul principio della resistenza, con conseguente aumento della resa energetica. Grazie alla semplicità progettuale e realizzativa, che ben si presta anche all autocostruzione, e per la loro economicità, le macchine eoliche a resistenza continuano a occupare una loro specifica nicchia. La presenza nel mercato delle turbine ad asse verticale (figura 9) è comunque ancora molto limitata, anche se non è possibile escludere uno sviluppo futuro, connesso all evoluzione tecnologica. Figura 9 Le quattro principali tipologie di turbine ad asse verticale 17

19 Figura 10 Generatori ad asse verticale Figura 11 Generatori ad asse orizzontale Ci soffermeremo, quindi, a illustrare brevemente le caratteristiche tecniche degli aerogeneratori ad asse orizzontale (figura 11), tralasciando quelli ad asse verticale. La trattazione non è esaustiva e serve principalmente a fornire un quadro tecnologico e ad introdurre tematiche richiamate nei capitoli successivi. Si rimanda alla letteratura di settore, tra cui quella citata in bibliografia, per una trattazione più analitica e completa. 18

20 GLI ASPETTI TECNICI 2.2 I COMPONENTI I componenti principali degli aerogeneratori sono il sostegno, il rotore, la turbina eolica, il generatore, il sistema di controllo e l inverter. Si andrà ad analizzare peculiarità e possibili alternative progettuali. Il sostegno è una torre tubolare in acciaio ancorata al terreno, solitamente mediante fondazioni in cemento armato; la torre è suddivisa in diverse sezioni (o conci ) che vengono sovrapposte fino a raggiungere l altezza desiderata. Il primo concio, immerso nella colata di cemento della fondazione, viene connesso ai successivi agli altri attraverso un collegamento flangiato o a innesto. La torre può essere dotata o meno di scala interna o esterna che semplifica le modalità di manutenzione e il positivo impatto sui relativi costi. La tipologia di turbina più diffusa è la tripala L altezza della torre è legata, principalmente, alla potenza nominale della macchina, anche se dovrebbe essere la massima possibile (compatibilmente con i costi di realizzazione e i limiti ambientali) per posizionare il rotore a quote dove il vento è meno disturbato. Per impianti minieolici (20 kw- 200kW) l altezza del palo di sostegno varia da un minimo di circa 18 metri a un massimo di 60 metri. La turbina eolica è disposta verticalmente e orientata lungo la direzione del vento; le pale ruotano attorno a un asse parallelo al moto del flusso. L orientamento del rotore può essere semplice con timone a vento o motorizzata con controllo d imbardata¹. Il rotore, organo centrale di un aerogeneratore, è responsabile della conversione dell energia cinetica, propria del flusso d aria, in energia meccanica utile (al generatore), direttamente o tramite un moltiplicatore di giri, qualora presente. La tipologia di turbina eolica più diffusa è quella tripala, ma non mancano esempi di macchine con un diverso numero di elementi rotanti (figura 12). Figura 12 Le più diffuse tipologie di rotori per "HAWT" ¹ L imbardata è la rotazione della turbina (VAWT) intorno al proprio asse verticale. 19

21 Il numero di questi elementi incide molto sul comportamento e sulle caratteristiche delle macchine stesse. Infatti, definiti alcuni parametri, come λ (coefficiente di velocità periferica, pari al rapporto tra la velocità periferica delle pale e la velocità del vento), Cp (coefficiente di potenza, pari al rapporto tra potenza erogata e potenza disponibile), σ (solidità della turbina, pari al rapporto tra la superficie totale delle pale e l area del disco battuto dal vento), le macchine con maggior numero di pale raggiungono prestazioni ottimali a velocità inferiori (figura 13-14), ovvero il loro massimo coefficiente di potenza, fino ad arrivare al rotore ideale² che, con un numero infinito di pale, permette di raggiungere asintoticamente il valore massimo teorico di energia estraibile da una vena fluida, ovvero il limite di Betz (Cp=0,6). Figura 13 Rappresentazione grafica del Cp dei vari tipi di turbina al variare della velocità di rotazione Figura 14 Curva di funzionamento ottimale delle turbine in base al loro numero di pale (solidità) ² Un rotore ideale non possiede mozzo, ha un infinito numero di pale e attrito pari a 0. 20

22 I generatori più diffusi sono quelli sincroni e asincroni GLI ASPETTI TECNICI Quelle bipala, anche se sono in grado di fornire la stessa resa energetica delle turbine tripala (risparmiando sulle quantità di materiali utilizzati e quindi a un costi più bassi), producono maggiori emissioni acustiche a causa delle più elevate velocità di rotazione. Le turbine monopala, invece, trovano ormai impiego solamente per aerogeneratori molto piccoli (<10 KW). Entrambe queste ultime tipologie soffrono di una rotazione meno simmetrica, anche se più rapida, rispetto alle macchine tripala, che mette a dura prova le componenti meccaniche rotoriche e può ridurre l affidabilità nel lungo periodo. Il generatore è il componente nel quale avviene propriamente la trasformazione dell energia meccanica in energia elettrica, e rappresenta il cuore dell aerogeneratore. Trascurando i classici generatori in corrente continua, ormai quasi del tutto abbandonati per le macchine eoliche, si possono individuare due tipi di generatore elettrico: sincroni e asincroni (detti anche a induzione). I generatori sincroni sono macchine a velocità variabile, cosa che può risultare vantaggiosa per l efficienza e la semplicità di regolazione della turbina. La frequenza della corrente immessa in rete risulta, però, altrettanto instabile, perciò è necessario l accoppiamento con un inverter. I generatori asincroni sono invece caratterizzati da una velocità di rotazione pressoché costante e forniscono una corrente alternata alla frequenza costante imposta dalla rete esterna. Possono, quindi, fare a meno dell inverter. A differenza dei sistemi capaci di operare a velocità variabile, questi sono in grado di funzionare nelle condizioni di massima efficienza per una sola condizione di velocità del vento. Il sistema di controllo, che comprende anche dell inverter, è il componente al quale spetta la gestione elettrica a garanzia del corretto funzionamento dell aerogeneratore. Il principio di funzionamento segue la teoria aerodinamica della distribuzione della pressione intorno al profilo delle pale. Il flusso che investe il rotore genera una distribuzione favorevole di forze lungo la superficie della pala (portanza, resistenza e momento); tale distribuzione assicura una coppia motrice, la cui intensità dipende sia dalla distribuzione delle forze sia dalla lunghezza delle pale. Si produce, mediante rotazione dell asse del rotore, lavoro meccanico utile al generatore per la produzione della potenza elettrica. Nella classe di aerogeneratori presi in considerazione per il minieolico, i sistemi di controllo della sovravelocità (ovvero della velocità eccessiva alla quale può arrivare il rotore) possono essere sia di tipo passivo sia attivo; questi ultimi sono presenti nelle macchine di qualità superiore. Il controllo di tipo passivo è formato da un sistema che entra in azione spontaneamente, senza variazione dell assetto geometrico della pala, attivando forze meccaniche che sono in grado di ridurre la velocità della pala. Le due principali modalità sono: controllo per stallo passivo e con- 21

23 trollo per imbardata. I sistemi con controllo di tipo attivo si suddividono in: controllo per stallo attivo e controllo di pitch 3. Il controllo per stallo attivo consiste nel mandare in stallo il profilo alare diminuendone la portanza. Il controllo per pitch è analogo allo stallo attivo, ma la riduzione delle portanza avviene riducendo gradualmente, anziché totalmente, l angolo di incidenza. Infine, il controllo per imbardata viene effettuato ruotando la navicella, fino a porla ortogonalmente al vento. L inverter è l apparecchiatura elettrica che trasforma la corrente continua in corrente alternata con caratteristiche adatte per l accoppiamento alla rete. Esistono inverter progettati ad hoc per l applicazione in ambito eolico, dotati di protezioni che intervengono sia nel caso di guasti o sovratensioni sulla rete esterna, sia nel caso di guasti provenienti dal lato del generatore. In conclusione, relativamente agli aspetti tecnici, si constata che le aziende che operano in questo settore, essendo generalmente di piccole dimensioni e in fase di start up, non dedicano molto tempo alla ricerca e all innovazione dei loro prodotti. Di conseguenza il livello tecnologico è da considerare ancora medio e spesso vengono replicati, in scala ridotta, i design progettuali dei grandi aerogeneratori, mentre quelli di piccola taglia hanno peculiarità ed esigenze specifiche che non possono essere sottovalutate e che devono essere considerate nella progettazione. Ricerca e innovazione tecnologica, quindi, se applicate al minieolico in tempi brevi, potranno sostenere e accelerare ulteriormente la crescita e la redditività del settore. Ricerca e innovazione per accelerare la crescita e la redditività del settore 3 Il pitch è la rotazione della pala stessa intorno al proprio asse. 22

24 LA PRODUCIBILITÀ

25 3LA PRODUCIBILITÀ Al fine di sintetizzare le prestazioni energetiche fornite da questo ristretto segmento di macchine eoliche, è descritto in breve il fondamento teorico del calcolo della producibilità di un impianto eolico e si offre una panoramica generale, di valenza statistica, sulle caratteristiche di vento e sulle producibilità normalmente plausibili nel nostro Paese. 3.1 I FONDAMENTI TEORICI LA CURVA DI POTENZA Il parametro utile alla valutazione delle prestazioni di una turbina eolica in un determinato sito è il coefficiente di potenza Cp, definito dal rapporto tra la potenza effettivamente ricavata dall aerogeneratore e la potenza contenuta nella vena fluida: Cp= 1 2 P ρυ³ S Dove: p è la potenza aerodinamica estratta dal flusso ventoso; ρ è la densità dell aria [Kg/m3]; S è la superficie equivalente spazzata dal rotore della turbina [m2]; υ è la velocità del vento [m/s]. La legge di Betz determina il limite massimo teorico per il Cp, fissandolo a un valore pari a 0,6. Indipendentemente dalla geometria della turbina, dal numero di pale e dal sistema di regolazione della velocità, un aerogeneratore sarà in grado di trasformare non più del 60% dell energia cinetica, racchiusa nel vento, in potenza meccanica utilizzabile per la produzione di energia elettrica. In pratica si osserva una diminuzione di tale valore teorico che non supera mai di fatto il 50%, al netto delle perdite. Il coefficiente di potenza Cp serve a valutare le prestazioni di una turbina A partire dal coefficiente di potenza è possibile quindi ricavare l effettiva potenza massima erogabile: 1 πd² 1 P = C p ρν³ = 0,5ρν³ πd² 4 avendo indicato con D il diametro del rotore della macchina considerata. La conoscenza del valore della potenza elettrica erogabile istantaneamente dalla turbina e della velocità del vento rende possibile tracciare la cosiddetta curva di potenza (nella figura 15 un andamento tipico). Nella figura 15 si individuano: la velocità minima per la quale il miniaerogeneratore è in grado di erogare potenza utile (cut-in); la velocità 24

26 LA PRODUCIBILITÀ P [kw] P rated V cut-in V rated V cut-out V Figura 15 Curva di potenza di un aerogeneratore oltre la quale la macchina si dispone in una configurazione di sicurezza (ovvero di non produzione) per evitare sollecitazioni eccessive causate dall elevata ventosità (cut-out); il valore di vento in cui l aerogeneratore raggiunge la potenza massima (rated); l inclinazione della curva tra il punto di cut-in ed il punto in cui l aerogeneratore raggiunge la potenza massima (è il punto più importante ed è quello che incide maggiormente sulla produttività di un modello rispetto a un altro, soprattutto in Italia dove i venti medi per le altezze di riferimento sono nel range di 4-6 m/s). Caratteristiche molto apprezzate negli aerogeneratori sono la bassa velocità di cut-in e la forte inclinazione della prima parte della curva, in quanto possono assicurare una più vasta area di applicabilità in zone a minor ventosità, tipiche del territorio italiano Distribuzione della velocità del vento frequenza (ore/anno) velocità del vento (m/s) Figura 16 Tipica distribuzione delle velocità di vento in un anno 25

27 LA DISTRIBUZIONE DEL VENTO Per una corretta valutazione delle potenzialità energetiche di un sito eolico, è importante effettuare precise misurazioni della velocità del vento: le misure così ottenute, ovvero i valori mediati su un intervallo di tempo di 10 minuti (standard comunemente utilizzato anche nelle curve di prestazione delle turbine eoliche fornite dai costruttori), vengono organizzati, ai fini dell analisi, in classi di velocità (bins) di ampiezza fissa. Ogni classe è definita da un valore medio delle velocità del vento, al quale è associato il corrispondente numero di ore/anno di persistenza della velocità del vento all interno del relativo intervallo. La distribuzione di velocità del vento, che diviene tanto più rappresentativa quanto maggiore è il periodo di rilevazione anemologica, presenta il tipico andamento mostrato nella figura 16, con un valore massimo localizzato in prossimità della velocità media. Al fine di una sintetica rappresentazione della distribuzione di frequenza delle occorrenze ventose, è interessante poter disporre di una funzione matematica che esprima con buona approssimazione il suo andamento. Si tratta della distribuzione di Weibull, la cui funzione di ripartizione è definita attraverso la relazione: ( v) k F= 1 e A essendo A un parametro di scala, legato alla velocità media del vento, e k un parametro di forma. Il parametro A è, dunque, legato alla velocità media del vento, la quale risulta mediamente pari al 90% del parametro A e molto prossima al valore mediano della velocità del vento (ovvero il valore di velocità in corrispondenza del quale F=0,5). Il parametro di forma k è, di solito, compreso fra 1,5 e 2,5, con un valore tipico di riferimento pari a 2 (in questo caso la distribuzione Weibull MWS =7.5, k = 1.5 MWS =7.5, k = 2 MWS =7.5, k = Hours per year Wind speed (m/s) Figura 17 Esempio di variazione della distribuzione di Weibull al variare del parametro k per la stessa media di vento (MWS=7,5 m/s) 26