LE FASI DI SVILUPPO E LA REALIZZAZIONE DI UN PROGETTO MINI-EOLICO

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1 LE FASI DI SVILUPPO E LA REALIZZAZIONE DI UN PROGETTO MINI-EOLICO Corso di formazione ANEV di secondo livello 1/2012 Roma, marzo 2012 Ing. Luigi Imperato Studio Rinnovabili

2 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

3 INDICE 1 a 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

4 MINI EOLICO: IL MERCATO IL MERCATO DEL MINI EOLICO kw Privati per uso domestico: Case in ambiente extra urbano Utenze isolate 3 50 kw Piccole e medie imprese: stazioni di servizio in aree extra urbane villaggi turistici aziende agricole ed agriturismi kw Impianti industriali: Impianti connessi alla rete e finalizzati alla produzione e cessione dell energia

5 MINI EOLICO: UNA RISORSA? Le tipiche domande che si pone l investitore del mini eolico:

6 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..

7 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

8 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 m 2 ρ in Kg/m 3 V in m/s

9 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

10 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

11 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)

12 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

13 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) ( 50metri

14 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

15 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)

16 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 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 kw

17 CAMPAGNA DI MISURA - PROBLEMATICHE Errori comuni sul misuratore Disturbo sul flusso dato dalla vicinanza del palo (minimo diametri dal palo) Turbolenze del parafulmine o della direzione Turbolenze esterne Anemometri non calibrati Posizione del braccio inclinata Installazione non corretta del sensore

18 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

19 TURBOLENZE DOVUTE AD OSTACOLI

20 TURBOLENZE DOVUTE AD OSTACOLI Caso della turbina vicino alla casa Casa di due piani H = 8m 2 H = 16 m 20 H = 160 m H o più turbolento H 2 H 20 H

21 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

22 OSTACOLI 2 Evitare le turbolenze in altezza Bergey Excel Potenza: 7 kw Diametro:7 m Altezza:25 m Palo strallato! rumore

23 OSTACOLI 3 Micro turbine, meno sensibili alle turbolenze Ampair; LVM Potenza: 0,1 kw; 0,05 kw Diametro:1 m! Rumore/ Vibr.

24 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

25 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.

26 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 z 0 del terreno

27 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

28 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

29 SITING TURBOLENZA DEL VENTO Turbolenza: fluttuazioni stocastiche della velocità del vento wind speed mean value turbulent fluctuatio n 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 : I σ u = u = 1 N N i= 1 u ' ( u ) i 2

30 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 1 anno 12 ore Frequenza Tipico intervallo di tempo tra record misurati dall anemometro: 10 minuti

31 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: Algoritmi di calcolo lineari Algoritmi non-lineari Calcolo risorsa eolica, energia WAsP Calcolo risorsa eolica, energia Vari impatti ambientali Wind Pro Wind Farmer Wind Farm Calcolo risorsa eolica basato sulla CFD, energia, WindSim Meteodyn Anni 80 Anni 90 Anni 00

32 DATI DEL VENTO PRELIMINARI Aeronautica Aeroporti Autostrade Enti locali ARPA Centri Meteo (es. Meteo Italia)

33 DATI VENTO AUTOSTRADE Rete autostradale italiana Dettagli stazioni meteo

34 DATI VENTO AUTOSTRADE PROBLEMI TIPICI Ma spesso.. La qualità dei dati disponibili non è ottimale!!

35 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

36 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

37 MCP MEASURE CORRELATE PREDICT ANALISI DELLA CORRELAZIONE : PROCEDIMENTO 1) Correlazione delle direzioni di vento 2) Correlazione delle velocità per ogni settore di direzione (es. regressione lineare) U V Coefficienti correlazione: U = mv + q

38 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

39 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 Analisi atlante eolico italiano Verifica in sito per analisi esposizione al vento, presenza ostacoli, orografia e rugosità locale, ecc. Scelta del sito per misure ed installazione del mini eolico CAMPAGNA DI MISURE Installazione anemometro (secondo specifiche esigenze) Misurazione e registrazione dati per circa 6 mesi Elaborazione preliminare dei dati, filtraggio dati non validi CORRELAZIONE CON ALTRI DATI Identificazione dei dati anemometrici di lungo periodo da utilizzare Eventuale verifica di correlazione con dati di vento di provenienza satellitare Correlazione e determinazione di una climatologia di mediolungo periodo STUDIO DI RISORSA EOLICA E PRODUZIONE ENERGETICA Modello digitale del terreno, che tenga conto di orografia e rugosità Analisi aerodinamica con software di calcolo opportuno, implementazione della climatologia sperimentale 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

40 INDICE 2 a 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

41 LE FASI DI SVILUPPO DI UN PROGETTO MINIEOLICO 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 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 PROGETTAZIONE Stima producibilità Scelta della tipologia di aerogeneratore Valutazione di produzione dell impianto Calcolo delle perdite

42 FASI DI SVILUPPO DI UN PROGETTO Ricerca del sito e prefattibilità Contatto con le amministrazioni e i proprietari Progetto e autorizzazione Finanziamento Costruzione Gestione Tempo/anni Scelta del sito- Posizionamento anemometro Progetto e Finanziamento autorizzazioni Trattative con enti locali Costruzione Verifiche di produzione

43 FASI DI UN PROGETTO - ASPETTI COINVOLTI Esempio Progetto / scelta della turbina REALIZZAZIONE DELL IMPIANTO Costruzione Autorizzazione / DIA Normativa e contratti Finanziamento

44 FASI DI UN PROGETTO - ASPETTI COINVOLTI Influenze reciproche Progetto / scelta della turbina Un progetto scadente rende impossibile il finanziamento Finanziamento Eventuali prescrizioni devono avere un senso tecnico Il progetto deve rispettare i vincoli di legge Autorizzazione / DIA Il progetto necessita di contratti coerenti Le clausole contrattuali devono permettere il progetto Il finanziamento non può prescindere dalle condizioni contrattuali e dal progetto Normativa e contratti

45 DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA Le macchine eoliche sono sistemi preposti alla conversione dell energia cinetica del vento in energia elettrica o meccanica Aeropompe e Aerogeneratori

46 CLASSIFICAZION PER POTENZA DEGLI AEROGENERATORI Si parla di classi di potenza degli aerogeneratori micro Multi MW mini

47 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)

48 SISTEMI EOLICI ISOLATI, CONNESSI A RETE, IBRIDI 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

49 SISTEMI EOLICI ISOLATI, CONNESSI A RETE, IBRIDI Sistemi eolici Ibridi PV Ideali per alimentazione di comunità isolate non servite dalla rete, ad esempio le isole wind diesel inverter 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

50 TECNOLOGIE DISPONIBILI Asse orizzontale (sopravvento, sottovento) Asse verticale + potenza + efficienza - rumore - robustezza + robustezza + silenziosità - efficienza - costo

51 TECNOLOGIA

52 SCELTA DELLA TECNOLOGIA Turbine ad asse verticale o ad asse orizzontale VAWT vs HAWT vantaggi svantaggi No navicella in quota (torre snella) Effetto panemone (autorientante) Efficace per siti su pendii Minore rumorosità Venti modesti in prossimita del suolo Rendimento inferiore a HAWT Turbina non auto avviante No controllo passo (controllo complesso per velocità di rotazione costante) Manutenzione complessa Maggiore area occupata

53 SCLETA DELLA TECNOLOGIA Rotore sopravvento o sottovento Nelle turbine ad asse orizzontale, il rotore può essere sopravento o sottovento rispetto alla navicella Rotore sopravento No interferenza torre Rotore non auto-allineante Fatica ridotta sulla struttura Rotore sottovento Effetti interazione torre-rotore Rotore auto-allineante Opportunita rotore flessibile

54 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

55 SCELTA DELLA TECNOLOGIA Numero delle pale Bipala vs Tripala 2 pale 3 pale Minor costo del rotore (peso rotore minore) Maggiore rumorosità (velocità periferica maggiore) Maggiore complessità di progettazione (necessita di un mozzo oscillante) Erezione più semplice (assemblaggio rotore a terra) Maggiore bilanciamento delle forze aerodinamiche Maggiore stabilità meccanica (forze giroscopiche bilanciate) Coppia motrice più uniforme Visivamente è meno impattante Maggiormente commercializzato

56 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 )

57 SCELTA DELLA TECNOLOGIA Tipo di accoppiamento elettromeccanico Dipendentemente dalla soluzione di accoppiamento, il rotore può essere a velocità fissa o velocità variabile Velocità fissa Semplificazione della strategia di controllo Possibile connessione diretta con la rete (inverter non necessario) Limitati problemi di risonanza Velocità variabile Possibilità di mantenere l ottimo cinematico con conseguenti vantaggi in termini di efficienza aerodinamica e ottimizzazione strutturale delle pale Capacità di assorbire le raffiche

58 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 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:

59 CALCOLO DI PRODUZIONE ENERGETICA LORDA wind Produzione Energetica annua AEP [kwh/year] AEP = 8760 N i= 1 ( f i P i )

60 CLASSIFICAZIONE ANEMOMETRICA IEC Da: CEI/IEC , Wind turbines Part 2: Design requirements for small wind turbines, 2006 V ref : 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. V ref deve essere calcolata in corrispondenza dell hub di ciascun aerogeneratore. I ref : 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

61 CALCOLO DI PRODUZIONE SEMPLIFICATO Potenza nominale turbina: 1 kw Per confrontare turbine diverse, si fa spesso riferimento alle ore equivalenti alla max potenza come parametro di efficienza: h equiv (h)=produz(kwh)\pot.nomin.(kw)

62 SENSIBILITA DELLA PRODUZIONE ALLA VENTOSITA diam: 13 m + 36% + 25%

63 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

64 INDICE 3 a / 4 a 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

65 TIPOLOGIE DI TORRE DI SOSTEGNO

66 TIPOLOGIE DI TORRE DI SOSTEGNO Traliccio

67 TIPOLOGIE DI FONDAZIONI Base in cemento con flangia affogata In alternativa: palo strallato su fondazione

68 OPERE CIVILI PREPARAZIONE FONDAZIONE

69 DIMENSIONAMENTO FONDAZIONI NORME TECNICHE Il calcolo strutturale è inquadrato delle Norme IEC: Turbine eoliche con A 200 m 2 D 16m Turbine Eoliche con A<200 m 2 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.

70 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.

71 DIMENSIONAMENTO FONDAZIONI La pressione del vento è data dall espressione: p = q ref c e c p c d dove: q ref è la pressione cinetica di riferimento c e è il coefficiente di esposizione c p 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; c d 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.

72 DIMENSIONAMENTO FONDAZIONI

73 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 Descrizione terreno Aree urbane in cui almeno il 15% della superficie sia coperto da edifici la cui altezza A media superi i 15 m B Aree urbane (non di classe A), suburbane, industriali e boschive Aree con ostacoli diffusi (alberi, case, muri, recinzioni,...), aree con rugosità non C riconducibile alle classi A, B, D Aree prive di ostacoli o con al più rari ostacoli isolati (aperta campagna, aeroporti, aree D 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.

74 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 p adm 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 = M S /M X = > 1.5 dove M S è il momento delle forze che si oppongono al ribaltamento rispetto al lembo esterno e M X è il momento delle forze che favoriscono il ribaltamento rispetto allo stesso punto

75 OPERAZIONI DI INSTALLAZIONE Caso di torre strallata e incernierata

76 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 DIMENSIONAMENTO 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)

77 DIMENSIONAMENTO IMPIANTO ELETTRICO DIMENSIONAMENTO DEI CAVI Criterio termico Dissipazione di energia per effetto Joule Aumento della Temperatura in seno al conduttore Riduzione della vita utile del conduttore 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. I I Z Z = I0K1K2 > I B

78 DIMENSIONAMENTO IMPIANTO ELETTRICO DIMENSIONAMENTO DEI CAVI Criterio 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. V = I B = V % = ρ r = S 3LI ( r cosϕ + xsinϕ) Caduta di tensione 3V P B cosϕ Corrente di impiego V 100 Caduta di tensione % V Resistenza cavo

79 DIMENSIONAMENTO IMPIANTO ELETTRICO ELETTRODOTTI MT OPERE CIVILI RELATIVE Sezione cavidotti e pozzetti tipici

80 INDICE 4 a Parte Manutenzione e gestione Condizioni generali Manutenzione ordinaria Manutenzione straordinaria Gestione dell impianto

81 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 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

82 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

83 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

84 BIBLIOGRAFIA Wind Energy Handbook - Tony Burton, David Sharpe, Nick Jenkins, Ervin Bossanyi, 2001, John Wiley & Sons, Ltd. European best practice guidelines for wind energy development - EWEA, 2001 Wind Energy The Facts - European Commission, Directorate-General for Energy European Wind Atlas - Riso National Laboratoty, Denmark International Standard IEC International Standard IEC , Small Wind Turbine Safety Le Energie Rinnovabili - Andrea Bartolazzi, 2006, Hoepli Corso Wind Farm Design - Garrad Hassan & Partners, Ltd. Wind Modeling in Mountains: Intercomparison and Validation of Models - Beat 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

85 CONTATTI Studio Rinnovabili S.r.l. Via G. L. Lagrange, Roma Tel Fax