INDICE. 1. Introduzione Calcolo strutturale...8

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2 INDICE 1. Introduzione Descrizione dell aerogeneratore Calcolo strutturale...8 1

3 1. Introduzione. Il COMUNE DI CANTIANO (PG), intende realizzare un impianto eolico che consiste nell istallazione di un aerogeneratore capace di convertire l energia del vento in energia elettrica. L area individuata per l istallazione dell unico aerogeneratore della potenza di 200 kw è sotto indicata: Immagine n 1 - Sito interessato alla localizzazione dell impianto eolico su estratto IGM. 2

4 Immagine n 2 - Foto del sito interessato alla localizzazione dell impianto eolico. La struttura della turbina (potenza pari a 200 kw) è costituita da una torre tubolare in acciaio alta 30 m che sostiene il vano motori a cui è collegato il rotore tripala o bipala in fibra di vetro del diametro di circa 29 m. La zona è posta ad una quota di 930 m sopra il livello del mare ed è tutta ricoperta da prati pascolo. Le strade sono esistenti e permettono il passaggio di mezzi speciali. Esiste la linea elettrica M.T V che permette un agevole cessione dell energia prodotta alla Rete di Distribuzione Nazionale. Ringraziamo per la fattiva collaborazione e per la documentazione fornita dalle Società produttrici d aerogeneratori. 3

5 2. Descrizione dell aerogeneratore L aerogeneratore è finalizzato alla produzione di corrente alternata in connessione automatica con la rete di distribuzione elettrica; include tutto l equipaggiamento necessario per il monitoraggio ed il controllo. Breve descrizione dell aerogeneratore: o Il primo organo di movimento della macchina è una turbina a tre pale controvento del tipo a velocità fissa, ad asse orizzontale e pale a copertura alare completamente orientabile. Il diametro del rotore è di 27,00 m. Il valore della velocità di rotazione del rotore è 43 o 32 giri al minuto. o La pale sono del tipo a sbalzo e imperniate, sono costruite con un albero cavo, allungato attraverso la pala, come elemento di supporto. Un guscio, costituito da due unità, è chiuso a contenere l albero e fornisce alla pala il suo profilo aerodinamico e la sua superficie affusolata. L albero ed il guscio sono costruiti con poliestere rinforzato e con fibra di vetro. L albero è prodotto con un processo speciale, utilizzando fibra di vetro con un alto contenuto di vetro, con le fibre orientate longitudinalmente all asse dell albero. Il guscio è prodotto con un metodo convenzionale manuale di modellazione. Le pale della macchina sono imbullonate su un mozzo ed insieme costituiscono il rotore; il mozzo, a sua volta, è collegato ad un primo albero, detto albero lento, che ruota alla stessa velocità angolare del rotore. Il rotore è autoavviante e la produzione inizia ad una velocità del vento a circa 3,5 m/s. La potenza nominale prodotta è raggiunta a circa 13 m/s, a velocità più alte, la produzione è mantenuta al valore nominale attraverso il controllo dell angolo di incidenza delle pale, a velocità del vento superiori a 25 m/s la macchina viene arrestata. A velocità del vento inferiori a 3,5 m/s e superiori a 25 m/s le pale sono poste in posizione di riposo (angolo di attacco pari a +80 ), che determina una riduzione della velocità di rotazione del rotore, così da garantire la lubrificata al sistema di guida e trasmissione. o L albero lento è collegato ad un moltiplicatore di giri, da cui esce un albero veloce; quest ultimo deve avere una velocità angolare, che in base ai poli del generatore, produca energia elettrica a 50 Hz. L albero principale ed il supporto a 4

6 cuscinetti principale sostengono il rotore e reagiscono ai carichi sul rotore. Sull albero veloce è posto un freno a valle del quale si trova il generatore elettrico da cui si dipartono i cavi elettrici di potenza. o Il generatore è: - trifase, - a 6 o 8 poli, - ad induzione, - con un valore di potenza pari a 200 o 50 kw; - intensità di corrente 400 o 100 A; - tensione 400 Vca; - frequenza 50 Hz; - fattore di potenza 0,81 o 0,72; - numero di giri 1008 o 760 rpm; l energia elettrica prodotta dall aerogeneratore è alla tensione di 400 V ed è elevata da un trasformatore interno sino a V. Il sistema di produzione elettrica è composto di elementi standard in accordo con la IEC-Recommendations. Dopo l elevazione, l energia elettrica è inviata ad una successiva cabina per essere ceduta alla rete gestita dal G.R.T.N. (Gestore della Rete di Trasmissione Nazionale). o Nella maggior parte delle macchine odierne, tutti i componenti su menzionati, ad eccezione naturalmente del rotore, sono ubicati in una cabina, detta navicella, la quale, a sua volta, è posizionata su un supporto-cuscinetto posto in cima alla torre. La navicella è costituita da un box di acciaio saldato, il tetto può essere sollevato, l accesso alla navicella avviene dall interno della torre, attraverso una botola posta sul pavimento vicino alla unità cambio principale, un lucernaio posto sul tetto della navicella consente l accesso all esterno. Il sistema d imbardata fornisce un controllo efficace per mantenere la navicella rivolta verso il vento in qualsiasi condizione. La rotazione della navicella è effettuata automaticamente, comandata dal sistema di controllo della turbina sulla base delle informazioni provenienti dalle banderuole. Inoltre il controllo dell imbardata della navicella è utilizzato per il controllo della potenza e per la fermata della macchina, quando vi è un vento di velocità superiore a 25 m/s. La navicella, i cuscinetti delle pale e il meccanismo di regolazione, sono protetti dalle condizioni climatiche da una trama costituita da poliestere rinforzato con fibra di vetro. o La torre è progettata come una struttura libera, rigida e tubolare; è costituita da una lamiera di acciaio verniciata, è collegata ad un blocco di fondazione in cemento armato. La prima frequenza di vibrazione naturale della torre è approssimativamente 1.0 Hz. La frequenza del rotore, ad una velocità di rotazione di 35 giri/minuto, è di 0.58 Hz. La frequenza di passaggio delle pale (eccitazione 3-P), alla velocità nominale del rotore, è di 1.75 Hz. Durante l avvio, il rotore passa attraverso la risonanza con eccitazione 3-P a 20 giri/minuto. La torre è prodotta con piastre d acciaio formate e saldate come un tubo conico. La struttura completa trasmette tutte le forze dinamiche e i carichi di fatica, dal rotore al sistema d imbardata fino alle fondazioni attraverso la torre. Una porta di acciaio è posta alla base della torre: essa da accesso all interno della torre, da cui raggiungere l interno della navicella per mezzo di una scala in alluminio, esistono dispositivi di sicurezza e piattaforme di riposo e protezione e due elementi di canalizzazione e fissaggio del cablaggio elettrico e istallazione d illuminazione ausiliaria. La torre ed il compartimento della navicella sono provvisti di un certo numero di golfare cui agganciare la corda di sicurezza. Tutti i punti di sicurezza sono dipinti in giallo (colore giallo traffico RAL-1023). Il colore delle torri è stato selezionato sulla base dell esperienza accumulata nella gestione dell impatto 5

7 o o o ambientale visivo: esso è scelto come quello ottimale al fine di rendere gli aerogeneratori confondibili (sulla lunga distanza) con lo sfondo del cielo. La macchina è monitorata e controllata da un sistema di controllo elettronico basato su un microcomputer. Il sistema di controllo e l apparecchiatura di comando è parzialmente inserito nel quadro comandi posto alla base della torre e parzialmente nella navicella con accesso tramite una porta chiudibile a chiave. Il trasformatore che eleva l energia a media tensione è posto alla base della torre. Per ogni evenienza la macchina è fornita di un controllo di arresto per le vibrazioni, che determina una fermata di emergenza per la macchina. Un sensore di vibrazione è montato nella parte posteriore del compartimento della navicella. Se attivato, la turbina si ferma tramite una procedura di frenata di sicurezza. Prima che possa ripartire, è richiesto un reset manuale del sensore Le caratteristiche progettuali complessive della macchina la rendono insensibile alla formazione del ghiaccio. Le superfici di poliestere, rallentano la formazione del ghiaccio e espellono facilmente il ghiaccio che si è eventualmente formato. DATI TECNICI. ROTORE Numero di pale 2-3 Struttura delle pale cantilever Asse di rotazione Orizzontale Diametro 29 m Altezza dalla fondazione dell asse centrale del rotore 30 m Velocità di rotazione (alla potenza nominale) giri/minuto Direzione di rotazione (guardando controvento) Antiorario Orientazione Controvento Angolo di inclinazione 6 Regolazione della potenza Regolazione variabile Angolo di cono 0 Solidità 6% Area spazzata 573 m 2 Velocità di punta a 32 giri/minuto 45 m/s SISTEMA DI CONTROLLO DEL ROTORE Sistema di controllo della regolazione Idraulico / meccanico Massimo valore di regolazione 10 /s Controllo di superamento della velocità massima Triplice controllo da parte di unità elettroniche indipendenti NAVICELLA Rigida, prodotto di fusione Materiale Acciaio contenente grafite sferoidale PALE Costruzione Albero centrale circondato da due gusci Materiale Poliestere rinforzato con fibre di vetro Sezione aerodinamica NACA , rugosità standard Svergolamento 8.5 Rastremazione Lineare UNITA CAMBIO A due stadi, elicoidale con alberi paralleli Rapporto 1:23 Potenza nominale 433 kw Velocità in entrata 32 giri/minuto Velocità in uscita 1008 giri/minuto 6

8 Volume lubrificazione 70 l Rendimento (alla potenza nominale) 97.5% GENERATORE Ad induzione Potenza nominale 200 kw Fattore di potenza 0.81 Voltaggio (fase-fase) Max. 3 x 400 V Fasi 3 Velocità (alla potenza nominale) 1008 giri/minuto Rendimento (alla potenza nominale) 96.5 % Frequenza 50 Hz Isolamento elettrico Classe F Grado di protezione Ip 54 TRASMISSIONE DELLA POTENZA ELETTRICA Trasferimento dalla navicella 3 cavi avvolgibili di potenza con voltaggio nominale di 750 V Connessione alla rete Attraverso il trasformatore SISTEMA DI FRENAGGIO Pale in bandiera Attivazione Pressione idraulica Tempo di frenata 8 s Freno meccanico Freno a disco SISTEMA DI CONTROLLO Automatico gestito da microcomputer NAVICELLA E ROTORE Materiale Acciaio e poliestere rinforzato con fibre di vetro SISTEMA DI IMBARDATA Idraulico/meccanico Velocità di imbardata 1.0 /s Attuatori di imbardata Idraulici Momento di imbardata 120 knm Freni di imbardata Idraulici Coppia di frenata di imbardaggio Approssimativamente 125 knm TORRE Tubolare, liberamente mantenuta in posizione eretta Materiale Acciaio verniciato Altezza 30 m Diametro 2.2 m Prima frequenza di oscillazione 1.0 Hz Modi di accesso alla navicella Scale interne Tecnica per la erezione Gru mobile FONDAZIONI Platea ottagonale di cemento rinforzato (armato) Materiali per un diametro di 9 m Cemento Circa 83 m 3 Rinforzo 2500 kg PESI Rotore (pale e navicella) 2900 kg Navicella con mozzo 7900 kg Torre kg PRESTAZIONI 7

9 Potenza nominale in uscita 200 kw a 13 m/s Interruzione (bassa velocità vento) 3,5 m/s Interruzione (alta velocità vento) 25 m/s Produzione della potenza nominale m/s Arresto 25 m/s LOCALIZZAZIONE DELL IMPIANTO 1 Località Moria Cantiano (PU) 2 Coordinate Gauss Boaga E N 3 Coordinate geometriche ED50 (gradi sessagesimali-decimali) 12, E 43, N Quota Calcolo strutturale. La relazione geologica fornisce la situazione morfologica, litologica, idrologica, sismica e geomeccanica per stabilire la stabilità del terreno prima e durante l esecuzione delle opere e le caratteristiche geomeccaniche, fisico-meccaniche del terreno per il progetto quantitativo delle fondazioni. Le relazioni specifiche saranno allegate ai progetti d esecuzione. L ubicazione dei siti si possono rilevare dalle cartografie allegate. La fondazione standard è costituita da un platea circolare di cemento armato, dimensionata tenendo conto delle condizioni del suolo e caratterizzata da un ammasso roccioso di coesione c = 217 kn/m 2 e angolo di attrito φ = 40 Le fondazioni devono garantire la stabilità di una torre sollecitata staticamente e dinamicamente. Le forze in gioco sono: forza verticale verso il basso: peso, terremoto sussultorio; forza orizzontale che può assumere qualunque direzione: vento, terremoto ondulatorio; momento ribaltante: vento, inerzia degli organi ruotanti, terremoto ondulatorio. La forza verticale e quella orizzontale che danno il momento ribaltante possono essere contrastate da una platea in c.ap. Al momento del progetto esecutivo delle fondazione, si effettueranno delle prove geotecniche per garantire la loro sicurezza, non si esclude la necessità di realizzare dei pali di fondazione. I valori iniziali, come la classe del sottosuolo secondo le condizioni del terreno e il valore di picco dell accelerazione al suolo, ag, sono dati secondo il grado di sismicità del sito, i relativi calcoli sono effettuati alla luce: Spettri di risposta D.M. 14 gennaio NTC Norme Tecniche per le Costruzioni; Riclassificazione zona sismica OPCM n del 20/03/2003; Programma di calcolo del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici; Media ponderata secondo Ordinanza PCM n del 28/04/2006 e allegati. Le sigle e i simboli fanno riferimento alle norme sopra indicate. T R ag Fo T C [anni] [g] - [s]

10 o La zona sismica è di seconda categoria, il valore di a g = 0,25g; o Vita nominale dell impianto (in sicurezza) 50anni; o Classe d uso II; o Coefficiente C u = 1. In base a quanto detto sopra e alla categoria del sottosuolo costituito da ammassi rocciosi affioranti o terreni molto rigidi caratterizzati da valori di Vs30 superiori a 800 m/s, eventualmente comprendenti in superficie uno strato di alterazione, con spessore massimo pari a 3m che presenta la velocità di riferimento della categoria A. Ne seguono i seguenti parametri: STATO T R ag F O T C S S S S C C a max LIMITE [anni] [g] - [s] orizzontale verticale [m/s 2 ] SLO SLD SLV SLC L impianto eolico è un sistema strutturale complesso che richiede uno studio dinamico; le NTC che sono orientate soprattutto alle costruzioni edili non permettono un adeguata soluzione alle tematiche in gioco dove si richiedono, oltre ai calcoli, una serie di prove dinamiche sui prototipi. Pertanto il progetto strutturale deve inevitabilmente essere completato in collaborazione con la Ditta costruttrice che conosce i risultati sperimentali, che sono di norma coperti da segreti industriali, tuttavia le caratteristiche fisiche, la resistenza della struttura devono essere depositate al Ministero dei Lavori Pubblici. Inoltre la Ditta si assume l impegno di garantire la resistenza della struttura e il funzionamento della macchina per cui richiede che vengano adottate determinate specifiche, che spesso sono più vincolanti delle normative nazionali. Dimensioni di massima delle fondazioni in oggetto: 9

11 Data,Feb 2012 Il progettista. 10