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1 Prof. Ing. D. P. Coiro Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale (DIAS) Università di Napoli Federico II Pantelleria, isola energica, Giugno 2012

2 Università degli Studi di Napoli Federico II Prof. D. Coiro - Dr. F. Nicolosi - Dr. A. De Marco Dr. F. Scherillo - Ing. U. Maisto Ing. R. Familio Ing. G. Troise Ing. S. Marmo Ing. F. Lioniello Ing. Elia Daniele Ing. L. Izzo S. D Urso

3 Il gruppo di ricerca ADAG opera nel settore della ricerca applicata dell aerodinamica, idrodinamica, prove sperimentali in galleria del vento e vasca navale. Sviluppa progetti nel mondo dell aviazione leggera ed in quello delle rinnovabili dal vento (mini turbine eoliche) e dalle correnti marine e fluviali. 11ricercatori appartengono al gruppo ADAG Design of a new composite STOL ultralight: EASYFLY Multiple winglet design Flexible structures Flight test Wind tunnel test 4/38 6-DOF simulator

4 Siamo un gruppo che opera nel campo della ricerca applicata. Nelle rinnovabili operiamo in due settori: 1. Energia dalle correnti marine e fluviali 2. Mini eolico con turbine ad asse orizzontale e verticale Sinergia tra gruppo di ricerca ADAG-Università e EOLPOWER Group Srl, EOLPOWER Group, energia pulita dal vento e dall acqua per la micro-generazione distribuita

5 Le aziende private con cui collaboriamo 60 kw EOL-CK-60 COMECART (CN) CARTFLOW (CE) 5 kw EOL-H-5 1 kw X-ONE Eolpower Group JCOPLASTIC (SA) 2,5 kw BORA Montanari Energy (RE) Kobold tidal turbine Seapower tidal turbine GEM tidal turbine PONTE DI ARCHIMEDE INTERNATIONAL FRI-EL SEAPOWER Ing. Nicola Morrone Parco Scientifico e tecnologico Molise

6 Tecnologia eolica CLASSIFICAZIONE PER ASSE DI ROTAZIONE Asse orizzontale Asse verticale // 90 7

7 Tecnologia eolica ASSE VERTICALE ALCUNI ESEMPI Savonius H- Darrieus Darrieus Gorlov 8

8 ACQUA O ARIA Swept Area Velocita =V D Potenza Teorica del flusso d aria o acqua che investe il rotore = 0.5 r V 3 S r è la densita dell acqua o aria (la densità dell acqua è 850 più grande dell aria) V è la velocità del fluido che investe il rotore S è l area frontale investita (S= *R 2 Horiz. or S=D*H-Vertical) Esempio: r = 1.22 Kg/m 3 V = 10 m/s S = 30 m 2 D = 6 m => P theoretical =.5 * 1.22 * 1000 * 30 = Watts = 18.3 Kw

9 P elettrica =.40 * 18.3 = 7.32 Kw Concetti di Base Potenza Teorica del fluido che investe il rotore = 0.5 r V 3 S (Watts) Potenza Elettrica effettiva prodotta dal generatore P elettrica (Watts) Efficienza Globale del sistema = η = P P electrical theoretical P.5 ρ electrical η = 3 V S Esempio (aria): r = 1.22 Kg/m 3 V = 10 m/s S = 30 m 2 D = 6 m => P teorica =.5 * 1.22 * 1000 * 30 = Watts = 18.3 Kw P elettrica = P teorica * Rotore * Gearbox * generatore * Sistema elettrico Se L Efficienza Globale è: = Rotore * Gearbox * Generatore * Elettrico= = 40% =>

10 PERCHE LE CORRENTI MARINE? Con solo 1 m 2 di area frontale intercettata e con una velocità della corrente di marea di 3 m/s, è possibile produrre circa 3.3 kw di potenza elettrica (con un sistema con un rendimento globale =.25) Un equivalente flusso d aria che intercetta 1 m 2 di area frontale, per produrre 3.3 kw deve avere una velocità di circa 28 m/s (101 km/h) 1 metro ACQUA ARIA

11 I VANTAGGI DELL ACQUA

12 Progetti e prototipi realizzati TURBINA MARINA AD ASSE VERTICALE PROGETTO KOBOLD ( ) dal 2008=>oggi Progettazione, sperimentazione in galleria del vento e realizzazione di una turbina marina ad asse verticale (denominata KOBOLD) per lo sfruttamento delle correnti di marea. La turbina è stata sviluppata insieme alla società Ponte di Archimede International di Messina. La turbina ha un diametro di 6 m e le pale sono lunghe 5 metri. Il prototipo è installato nello stretto di Messina. La turbina KOBOLD è stata oggetto del brevetto internazionale n. WO 2005/ A1. KOBOLD II è in fase di sviluppo e sarà installata in Indonesia e nelle Filippine Disegno del sistema completo Prototipo in opera nello Stretto di Messina Prototipo sul molo MOVIE

13 Designed and tested prototype: SEA-POWER Project

14 Progetti e prototipi realizzati TURBINE MARINE AD ASSE ORIZZONTALE PROGETTO SEA-POWER Il progetto di ricerca, in collaborazione con la FRI-EL, e ancora in corso. Sono state effettuate numerose prove nella vasca navale della Federico II e sara la controllata FRI-EL SEA POWER S.p.A a realizzare un prototipo in scala reale da 500 kw la cui progettazione e gia in fase avanzata. Il sistema e costituito da un corpo galleggiante, fissato al fondo marino, al quale sono collegati 4 filari su ognuno dei quali sono montate 5 turbine ad asse orizzontale. Ogni filare e anche l albero di trasmissione del moto e della potenza prodotta da tutte le turbine. Test effettuati anche a mare. VIDEO (Italian)

15 Ruota Idraulica In collaborazione con Ecolcap Srl Semplicità + Bassi Costi Miglioramento dell efficienza rispetto allo standard Adatta ai fiumi video

16 Progetti e prototipi realizzati TURBINA MARINA AD ASSE ORIZZONTALE PROGETTO GEM: L aquilone del mare La turbina nasce da un progetto di ricerca in collaborazione con l Ing. Nicola Morrone originariamente con il Parco Scientifico e Tecnologico del Molise. Obiettivo finale è una turbina da 300 kw per la produzione di energia dalle correnti di marea da installare a circa 12 m di profondità. La turbina, avente 3 pale avra un diametro di circa 5 m. Sono state svolte dettagliate analisi numeriche e due modelli sono stati sperimentati nella vasca navale della Federico II. BREVETTATA Vasca navale Primo modello in scala

17 In assenza di corrente (profondità=15 m) GEM: Come funziona Attivamente controllato in rotazione In presenza di corrente In manutenzione e pronto per il trasporto

18 II modello in scala 1:8 Esperimenti in vasca navale Efficienza globale del rotore di.8!! Prestazioni del prototipo da 100 kw -Potenza nominale di 100 kw con una velocità della corrente di 2.6 m/s - Diametro del rotore: 3 m - Profili innovativi per la pala - Pale in carbonio - Velocità di rotazione nominale: 70 rpm

19 GEM e installato nella Laguna Veneta Senza impatto visuale Argano per l autoaffondamento Ritorno in superficie per una facile manutenzione Stabilità elevata Auto-allineante alla corrente Molto stabile anche con una turbina inoperativa Facile trasportabilità

20 GEM Il primo prototipo a scala reale Il primo prototipo e stato installato recentemente ed è stato finanziato dalla Regione Veneto

21 GEM Caratteristiche principali - Peso totale: kg - Forza di galleggiamento: 5200 kg - Profondità: da 15 m a 9.8 m (presenza di corrente) - Potenza nominale: 100 kw con una corrente di 2.6 m/s - Rotore di 3 pale dal diametro di 3 m - Profili delle pale innovativi - Pale in fibra di carbonio - Diffusori in vetroresina - Velocità di rotazione nominale: 65 rpm - Efficienza del rotore: Produzione media annua prevista per un sito con velocità della corrente massima di 2,5 m/s: ~ 300 MWh Dimensioni - Lunghezza: 9.2 m - Altezza: 5.2 m - Larghezza: 10.4 m

22 GEM e installato nella Laguna Veneta Bassa velocità della corrente a Venezia: max 1.5 m/s Massima potenza attesa= 20 kw Stiamo cercando investitori

23 GEM Il primo prototipo a scala reale Movie

24 GEM La fattoria

25 IL LABORATORIO NELLO STRETTO E stato costituito il Consorzio pubblico privato SEAPOWER tra l Università Federico II e la Fri-El per gestire il laboratorio a cielo aperto nello Stretto di Messina che ospiterà anche turbine provenienti da paesi esteri al fine di certificarne le prestazioni VIDEO

26 EOL-H-5 X-ONE Pronta alla produzione EOL-H-5 Diametro 6 m Potenza nominale= 5 kw Velocità vento nominale= 9 m/s Variazione del passo passivo Pala con profili avanzati Diametro 2 m Altezza pale=2.5 m Potenza nominale= 1 kw Velocità del vento nominale= 10 m/s

27 Turbina ad asse verticale X-ONE 1kW Adatta ad ambienti urbani

28 Vista prospettica della turbina EOL-H-5 e della turbina EOL-V-1 MYTHOS montate su pali di 12 m

29 La nuova nata: BORA 2.5 kw -PRONTA ALLA VENDITA IN 6 MESI Collaborazione con Montanari Energy Emilia Romagna Performance data Nominal power 2.5 kw with wind at 10.5 m/s 1. kw power with wind at 7 m/s Low start-up speed: 2 m/s Cut out speed: >30 m/s Rotor Three-blades 3,7 m diameter rotor Innovating blade section profiles Fiberglass blades Rotation speed: 30 to 300 rpm Rated rotational speed: 300 rpm Overspeed control: three independent systems Blade stall through electronic RPM control Furling system Safety electrical resistance Low Noise Generator Permanent Magnet direct drive generator High global efficiency of the system

30 EOL-CK-60 con Comecart (Cuneo) Potenza nominale 60 kw con vento di 10 m/s Genera ~ 24 kw con vento di 6 m/s Rotore tripala con diametro 16,5 m Bassa velocità di avvio (~ 2 m/s) Sistema automatico e attivo di variazione del passo e di yaw

31 EOL-CK-60 in collaborazione con COMECART SPA Prove fatica pala Prove rottura pala

32 EOL-H-5 EOL-CK-60

33 Fattibilità Economica 1. La parola più importante per la sostenibilità è: INTEGRAZIONE di fonti diverse di energia (solare, vento, onde, eventualmente correnti marine) 2. Indipendentemente dal tipo di sorgente scelta e dalla potenza installata, per ognuna di essa va condotta un analisi di fattibilità economica 3. E necessario quindi rispondere alle seguenti domande: Quanto costeranno I sistemi? Quanta energia posso ottenere per ognuno di essi? Quanto costerà la manutenzione? Quanto dureranno I sistemi? 4. Solo quando si riesce ad avere con buona confidenza le risposte alle domande poste, si riesce a stimare con buona accuratezza il tempo di ritorno dell investimento e quindi si riesce ad effettuare la scelta migliore in termini di tecnologia e/o tipologia del sistema più adatto alle risorse disponibili

34 Quanto vento c e a Pantelleria? In prossimità della costa: Zone centrali piu alte: velocità medie tra 6 e 7 m/s, velocità medie tra 7 e 8 m/s.

35 Quanto energia si può produrre a Pantelleria? In prossimità della costa: velocità medie tra 6 e 7 m/s Stima preliminare produzione annua netta della turbina EOL-H-5 Energia annua: Ea= kwh Ore equivalenti: He= 3280 h Ricavo annuo (tariffa 0.3 /kwh): Y= 4920 Ricavo annuo (tariffa 0.26 /kwh): Y= 4264 Stima preliminare produzione annua netta della turbina EOL-CK-60 Energia annua: Ea= kwh Ore equivalenti: He= 2835 h Ricavo annuo (tariffa 0.3 /kwh): Y= Ricavo annuo (tariffa 0.26 /kwh): Y= 44226

36 Quanto energia si può produrre a Pantelleria? Nelle zone interne: velocità medie tra 7 e 8 m/s Stima preliminare produzione annua netta della turbina EOL-H-5 Energia annua: Ea= kwh Ore equivalenti: He= 3760 h Ricavo annuo (tariffa 0.3 /kwh): Y= 5640 Ricavo annuo (tariffa 0.26 /kwh): Y= 4888 Stima preliminare produzione annua netta della turbina EOL-CK-60 Energia annua: Ea= kwh Ore equivalenti: He= 2835 h Ricavo annuo (tariffa 0.3 /kwh): Y= Ricavo annuo (tariffa 0.26 /kwh): Y= 44226

37 In quanto tempo rientra l investimento? Nelle zone costiere: velocità medie tra 6 e 7 m/s Eol-H-5 Prezzo della turbina installata ,00 Autorizzazioni, allaccio alla rete, qualifica 2.000,00 IAFR Fatturato 4.888,00 / anno Manutenzione ordinaria, assicurazione 1.000,00 / anno Manutenzione straordinaria 2.000,00 / 10anni Ripristino dei luoghi dopo 20 anni 5.000,00 Rientro dell investimento 5,65 anni Guadagno a 20 anni ,00 Rendimento annuo dell investimento 17,7%

38 In quanto tempo rientra l investimento? Nelle zone costiere: velocità medie tra 6 e 7 m/s Eol-CK-60 Prezzo della turbina installata ,00 Autorizzazioni, allaccio alla rete, qualifica 6.000,00 IAFR Fatturato ,00 / anno Manutenzione ordinaria, assicurazione 3.000,00 / anno Manutenzione straordinaria 3.000,00 / 10anni Ripristino dei luoghi dopo 20 anni ,00 Rientro dell investimento 4,78 anni Guadagno a 20 anni ,00 Rendimento annuo dell investimento 20,9%

39 Integrazione delle piccole turbine sui moli Una turbina da 60 kw e tre da 5 kw ad asse orizzontale, due da 1 kw ad asse verticale : potenza totale installata pari a 77 kw

40 Integrazione delle piccole turbine sui moli Energia totale prodotta per anno: kwh Guadagno totale per anno: Euro PAYBACK TIME: circa 5 anni!!

41 Integrazione delle piccole turbine: Accademia Aeronautica di Pozzuoli

42 EOLPOWER Group : Le Convinzioni La reale promozione e lo sviluppo della produzione di energia pulita da fonti eoliche passa per la diffusione della microgenerazione distribuita Dateci un fluido in moto e noi estrarremo il massimo di energia! EOLPOWER Group, energia pulita dal vento e dall acqua per la microgenerazione distribuita