Principi del flusso del vento e previsione energetica. Ing. Mattia Boccolini

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1 Principi del flusso del vento e previsione energetica Ing. Mattia Boccolini Roma, 7 Giugno 2012

2 Esperti in energie rinnovabili Energia eolica onshore e offshore Energia marina Energia solare PV & CSP

3 Distribuzione geografica 950 persone, 42 città, 24 paesi Vancouver Ottawa Portland San Diego Montreal Peterborough Austin Querétaro Porto Alegre Santiago Glasgow London Slough Bristol Cork Paris Lisbon Heerenveen Sint Maarten Kaiser-Wilhelm- Koog Barcelona Zaragoza Madrid Cape Town Copenhagen Hinnerup Oldenburg Hamburg Warsaw Imola Izmir Cairo Beijing Seoul Tokyo Shanghai Mumbai Bangalore Newcastle Melbourne Wellington

4 Servizi Consulenza progetti eolici onshore e offshore Sviluppo Proprietà Banche Progettazione e certificazione turbine Ricerca e sviluppo Fornitura di sofware specifici Analisi strategiche Corsi di formazione

5 Prodotti GH WindFarmer Software di calcolo energetico e progettazione parco eolico GH Forecaster Previsioni energetiche a breve termine GH SCADA Sistema SCADA avanzato ed indipendente GH Bladed Software per la progettazione di turbine eoliche

6 Principi del flusso del vento e previsione di energia

7 Strato Limite Atmosferico

8 Profilo della velocità del vento medio nello strato superficiale Legge Logaritmica Legge di potenza

9 Valori tipici per Zo Tipo di terreno Fango, ghiaccio Mare calmo Sabbia Superficie innevata Terreno spoglio Erba bassa, steppa Maggese Campagna aperta Ripari Foreste e Boschi z o (m) α Zona suburbana Città

10 Esempio di rugosità

11 Z 0 = 0.03 m o

12 Variazione del profilo con la rugosità m/s

13 Distribuzione di probabilità della velocità media del vento Measured Weibull fit probability wind speed La distribuzione di Weibull è risultata ben rappresentativa delle distribuzioni di frequenza osservate; è caratterizzata da due fattori: A (fattore di scala) e k (fattore di forma)

14 Distribuzione di probabilità della velocità media del vento La distribuzione di frequenza Weibull è ritenuta consistente con le distribuzioni di frequenza osservate:

15 Flusso del vento sulle colline Massima accelerazione sulla cresta

16 Separazione del Flusso Massimo Speed-up Bolla di Separazione I modelli lineari sono affidabili solo per pendenze fino a ~0.3 (~17 )

17 Centrali eoliche in Italia ed atlante del vento

18 Monitoraggio del vento Pali anemometrici Strumenti per il monitoraggio Gestione dei dati

19 Strumenti per il monitoraggio: anemometro e banderuola

20 Altri strumenti per il monitoraggio Anemometro ultrasonico SODAR LIDAR

21 Linee guida per la strumentazione: anemometri Certificato di calibrazione

22 Altezza Palo e tipo di palo Altezza palo > ¾ Altezza mozzo Anche di tipo economico, ma dovrebbe seguire le indicazioni della IEC , 2005

23 Linee guida per siti in terreni complessi Se la centrale avrà questo aspetto.. Non c è motivo per installare il palo qui.. (anche se sarà la zona più ventosa) O qui (dove gli ostacoli o le variazioni locali di ruglistà superficiali possono fornire condizioni non rappresentative) Il palo deve essere installato in un punto rappresentativo.

24 Strumentazione per il monitoraggio L installazione dovrebbe seguire le indicazioni IEC , 2005

25 Di quanti pali ho bisogno? Terreno Massima distanza raccomandata tra ogni turbina ed il palo più vicino Semplice (es. Piatto o quasi piatto con alcuni cambi di rugosità) 2 km Moderatatamente Complesso (es. Colline morbide, o con bruschi cambi di rugosità boschi) Molto Complesso (es. Crinali di montagna) 1 km 0.5 km

26 Potenziali errori nelle misure Effetto montaggio sul top: Speed-up sul top del mast Studi indicano che gli anemometri saranno influenzati se montati entro 3D del mast top Flusso del vento

27 Effetti del palo: torre tubolare ed a traliccio Fonte IEC Effetto della torre tubolare sulla velocità del vento Effetto della torre a traliccio sulla velocità del vento

28 Anemometri e banderuole, buona e cattiva pratica Good Poor

29 Anemometri e banderuole, buona e cattiva pratica: esempio reale! Good Poor

30 Analisi dei dati raccolti dal data logger Validazione dati GHIACCIO

31 Analisi dei dati raccolti dal data logger Validazione dati ESEMPIO: GHIACCIO Velocità nulla Bassa temperatura Direzione costante Dev std sulla direzione 0

32 Distribuzione di Weibull Measured Weibull fit Measured Weibull fit probability probability wind speed wind speed Buona approssimazione Weibull Cattiva approssimazione Weibull

33 Analisi dei dati Creazione di rose dei venti per il punto di misura

34 Impatto della rosa dei venti sul layout

35 Metodo MCP E utile per estendere il periodo di misura e diminuire le incertezze

36 Esempio di correlazione della velocità del vento Site Mast wind speed (m/s) PCA fit Data Ref Mast wind speed (m/s) 240 degrees 270 degrees Site Mast wind speed (m/s) PCA fit Data Ref Mast wind speed (m/s) Site Mast wind speed (m/s) PCA fit Data PCA fit 26 Data Ref Mast wind speed (m/s) Ref Mast wind speed (m/s) 300 degrees 330 degrees 22 Site Mast wind speed (m/s)

37 Previsioni di energia eolica Sito per una potenziale centrale eolica con misurazioni del vento ad una certa quota di altezza I modelli software del flusso del vento possono essere usati per calcolare la velocità del vento ad altezza mozzo, (anche se diversa da quella palo) Esistono in commercio diversi modelli per la valutazione del flusso del vento.

38 Simulazione del flusso sul sito Mappa dell energia espressa in W/m 2 Mappa del vento in m/s 2 Screenshots da WindFarmer

39 Posizionamento turbine ed ottimizzazione del layout Screenshot da WindFarmer

40 Esempio ottimizzazione Layout manuale 13 iterazioni +0.5% resa 39 iterazioni +2.3% resa 1366 iterazioni +2.9% resa Ottimizzazione da WindFarmer

41 Energia del parco Dipendera dalla curva di potenza della turbina

42 Curva di potenza variazione della potenza con la densità dell aria

43 Curva di potenza variazione con diversi settaggi di funzionamento db(a) db(a) db(a) db(a)

44 Effetti scia e loro modellazione WIND

45 Previsione di produzione energetica media Potenza valutata Produzione Lorda MW GWh/anno Effetto Scia Efficienza elettrica Disponibilità Ghiaccio ed usura pale Isteresi ad alta velocità di vento Manutenzione sottostazione Disponibilità rete Aggiustamenti curva di potenza Sector Management Fermo macchina per bassa temperatura Effetto scia per progetti futuri Produzione netta 98.7% 97.0% 97.0% 99.5% 99.2% 99.8% 99.8% 100.0% 98.5% 100.0% 100.0% Calcolato Calcolato Da contratto O&M Ipotesi Calcolato Valore tipico Ipotesi Ipotesi Calcolato Ipotesi Ipotesi GWh/anno

46 Grazie per l attenzione!

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