SPECIFICA TECNICA GENERATORE EOLICO 60 Kw Codice TREBA-0160

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1 SPECIFICA TECNICA GENERATORE EOLICO 60 Kw Codice TREBA / 24

2 Rev4 23/01/2014 Sommario DESCRIZIONE GENERALE... 3 CARATTERISTICHE TECNICHE... 4 CARATTERISTICHE PRINCIPALI DEL GENERATORE... 5 Generatore elettrico... 7 Pale... 8 Sistema per la gestione passo pale Pitch... 9 Sistema per la gestione imbardata Yaw Sistema di frenatura Sensori per la gestione delle sicurezze Sistema di raffreddamento; TORRE DI SOSTEGNO AEROGENERATORE PLC LOGICA PER LA GESTIONE ELETTRONICA GRUPPO DI CONVERSIONE ARMADIO ELETTRICO CABLAGGIO ELETTRICO MESSA A TERRA DEL SISTEMA ACCESSO AL SITO PER L INSTALLAZIONE E LA MANUTENZIONE PLINTO DI FONDAZIONE DELLA TORRE INDICI DI OCCUPAZIONE LAYOUT: TURBINA EOLICA 60 Kw CURVA POTENZA/VELOCITA DEL VENTO: TURBINA EOLICA 60 Kw / 24

3 Il presente documento definisce la descrizione tecnica per la fornitura di un impianto per la produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile eolica con potenza nominale da 60 Kw. L impianto così descritto può essere collegata alla rete elettrica in modo conforme seguendo tutti i requisiti normativi richiesti. Le prestazioni, grazie anche alle varie innovazioni apportate all impianto, sono assicurate anche nei periodi problematici di stress meccanico dovuti a condizioni climatiche non adatte (forte vento, pioggia, neve ecc ). Mediante un sistema di telecontrollo è possibile monitorare e interagire costantemente con l'aerogeneratore. L evoluzione delle tecnologie applicate ed una serie di sensori che mandano segnali da monitorare al PLC, prevengono le manutenzioni e riducono le tempistiche di manutenzione. Questi sistemi sono in grado di reagire agli eventi modificando il funzionamento in modo da prevenire dei guasti e/o addirittura fermare l'aerogeneratore in caso di situazioni gravi. Le nuove turbine presentano le caratteristiche di compattezza e sono studiate in modo tale da generare corrente elettrica per mezzo del motore/generatore sincrono a magneti permanenti di ultima generazione. L impianto è costituito dalle seguenti parti: - Turbina eolica con utilizzo di nuova configurazione di generatore innovativo (deposito domanda di brevetto n VR2013A000105) e sviluppo di nuove pale con alto rendimento aereodinamico. - Torre di supporto altezza standard 24 metri fuori terra. (Altezza fuori standard 34 metri). - PLC che si occuperà in base ai segnali provenienti dai sensori a bordo macchina, di garantire le migliori condizioni di funzionamento al generatore per ottimizzare la produzione di energia elettrica. - Gruppo di conversione elettrica AC/DC/AC completo di dispositivo di interfaccia alla rete in bassa tensione come richiesto dalle normative. - Armadio elettrico per la gestione di tutti i componenti elettrici ed elettronici presenti. - Cablaggio di tutto il sistema dalla navicella al gruppo di conversione. Tuti i componenti assemblati rispettano le rispettive normative di riferimento. 3 / 24

4 Le principali caratteristiche del generatore sono le seguenti: Nominal power Potenza nominale 60 kw Number of blades Numero pale 3 Blades material Materiale pale Fiberglass Vetroresina Blade profile Profilo delle pale Specific Specifico Rotor diameter Rotore diametro Generator weight Peso generatore Blade Orientation Orientazione Nominal turns Numero di giri nominale Standard height of rotor (standard) Altezza del rotore da terra (Standard Cut in velocity Velocità di cut in Cut off velocity Velocità di cut off Nominal wind velocity Velocità del vento nominale Yaw control Sistema di controllo imbardata Blade pitch control Sistema di controllo passo Over speed control Controllo sopravelocità 19,60 m (21,6 m fuori standard) Kg Upwind Sopravento 60 rpm 24 m (34 m fuori standard) 2,3 m/s 25 m/s 8.7 m/s Active Attivo Active Attivo Active Attivo Generator Generatore Synchronous multi-pole permanent magnets Sincrono multipolare a magneti permanenti Maximum wind velocity Velocità di sopravvivenza 52,5 m/sec Operating temperature Condizioni di -20 C / + 50 C temperatura Generator class Classe del generatore III CEI-IEC Voltage output Tensione di uscita 400/50 V/Hz Remote data transmission Trasmissione dati remoto PLC and electrical drives PLC e azionamenti ADSL/GPRS/GSM Siemens 4 / 24

5 L aereogeneratore è un sistema tripala con asse orizzontale e regolazione attiva. A condizioni standard di densità dell aria la potenza viene erogata ad una velocità di CUT IN di 2,3 m/sec, raggiunge il valore di progetto nominale di 60 Kw con velocità del vento di 8,7 m/sec e viene mantenuto costante fino da una velocità di CUT OFF di 25 m/sec attraverso un sistema per la gestione del passo pale. Il generatore si mantiene in condizioni di sicurezza fino alla velocità del vento pari a 37,5 m/sec. La sua progettazione è stata realizzata seguendo la normativa CEI-EN utilizzando della strumentazione di simulazione molto avanzata sia per la definizione della geometria sia per l analisi strutturale. Le prestazioni della turbina eolica sono qui di seguito riportate: Potenza nominale: 60 Kw; Velocità di Cut In: 2,3 m/sec; Velocità di Cut Off: 25 m/sec; Velocità di rotazione nominale rotore: 60 rpm; Rotore tripala; Ogiva frontale in vetroresina; Altezza standard torre: 24 metri (speciale 34 metri); Dimensione pale: 19,6 metri diametro (speciale 21,6 metri); Controllo di overspeed: sistema automatico attivo di variazione del passo; La turbina eolica è composta dai seguenti sotto sistemi: - Generatore elettrico; - Pale in vetroresina con alto rendimento aereodinamico, diametro standard di 19,6 metri (Diametro fuori standard 21,6 metri). - Sistema per la gestione del passo pale (Asse di Pitch); - Sistema per la gestione dell imbardata (Asse di Yaw); - Sistemi di frenatura; - Sensoristica di gestione movimentazioni; - Sensoristica per la gestione delle sicurezze; - Sistema di raffreddamento; 5 / 24

6 Fig. 1-1 Fig / 24

7 Generatore elettrico Il sistema di generazione dell energia elettrica è costituito da un generatore elettrico sincrono a magneti permanenti con funzionamento tramite inverter sensorless. Viene fissato in modo diretto al mozzo tramite un supporto con cuscinetti. Il rotore e lo statore sono posti radialmente uno rispetto all altro. Le caratteristiche principali del generatore sono le seguenti: Potenza prodotta Velocità di rotazione a potenza nominale Potenza massima immessa nella rete Grado di protezione Tensione generatore Frequenza generatore Numero di poli 20 Collegamento di bobina statore 60 Kw 60 rpm 58,8 Kw (cosϕ=0,99) 7 / 24 IP VAC (85 rpm) 50 Hz (Lato rete) Stella Fattore di potenza, default (cosϕ) 1.0 Corrente a pieno carico 110 A (cosϕ=1) lato rete, 104 A lato generatore L inverter che viene utilizzato per la gestione della generazione di corrente elettrica e per il comando del generatore è di tipo sensorless. La corrente elettrica prodotta dal generatore a magneti permanenti viene trasformata mediante un convertitore AC/DC/AC in corrente a bassa tensione immettibile nella rete elettrica nel rispetto dei parametri di accettazione imposti dal Gestore del Servizio Elettrico. Il convertitore elettrico del generatore eolico è adeguato agli obblighi che sono in vigore alla data di installazione richiesta. Il convertitore è installato in un armadio al piano del terreno per potere accedervi in ogni momento per monitorare le modalità di trasformazione e funzionamento. Il convertitore di frequenza AC/DC/AC gestisce anche il controllo della rotazione del generatore rotante a velocità variabile, garantisce elevatissime prestazioni alle varie velocità e carichi di lavoro.

8 Pale Le pale sono realizzate in materiale composito e vengono montate a 120 componendo un rotore del diametro di 19,6 metri standard. Esiste la possibilità aumentando l altezza della torre di introdurre delle pale di diametro 21,6 metri. Ogni pala consta di un guscio esterno con nervature interne di irrigidimento. La pala è collegata con viti al corpo rotante ed al sistema di controllo del passo della pala, atte a garantire la resistenza a fatica. Le pale sono dotate di bottone di captazione e di conduttore di scarica dei fulmini. Per garantire la sicurezza, l aerogeneratore frena mettendo in bandiera le pale. 8 / 24

9 Sistema per la gestione passo pale Pitch Il generatore eolico è dotato di un sistema automatico di controllo del passo delle pale tramite un attuatore elettromeccanico lineare ed un attuatore idraulico che le fa ruotare attorno al proprio asse. Esso consente il mantenimento della massima producibilità possibile in tutte le condizioni di vento ed allo stesso tempo la messa in sicurezza in condizioni di vento eccessivo o di mancanza di rete. La possibilità di gestione del passo pale (accumulo energia elastica) ottimizza l'efficienza del generatore sincrono multipolo applicato al generatore regolandone i flussi di energia e mettendo in stallo il sistema nel caso che le pale tendano ad andare in fuga con il rischio della rottura impianto. L asse stesso viene controllato in ogni sua posizione tramite dei sistemi di misura. Inoltre è stata inserita una soluzione innovativa in cui la gestione della messa in stallo delle pale in caso di interruzione della corrente elettrica avviene tramite attuatore idraulico. Questo garantisce che si possa determinare una configurazione tale per cui durante il normale funzionamento il sistema è gestito elettricamente tramite freni motore e sistemi irreversibili mentre nel momento in cui manca la corrente elettrica interviene un sistema idraulico. 9 / 24

10 Sistema per la gestione imbardata Yaw L orientamento della macchina verso la direzione del vento nella prima fase di ricerca viene fatto tramite un motoriduttore ad alto rendimento con elevata riduzione in modo tale da garantire una notevole coppia sull asse di rotazione. Il sistema si orienta e si muove secondo le indicazioni pervenute dal sistema di controllo. 10 / 24

11 Sistema di frenatura Il generatore è dotato di un sistema di frenatura elettromagnetico che permette di bloccare la rotazione del generatore nel caso di problematiche legate alle variazioni climatiche. Viene posto anche sull asse di YAW un sistema di bloccaggio composto da un freno motore e da un dispositivo che interviene direttamente sulla ralla del riduttore, atto ad evitare la rotazione della pala stessa, considerando il fatto che già il motoriduttore è un sistema irreversibile quindi in grado di bloccare la macchina nella sua posizione inoltre sul motore è presente un freno. 11 / 24

12 Sensori per la gestione delle sicurezze La Movimentazione è gestita tramite motori Bruschless, su entrambi i motori degli assi di YAW e PITCH sono applicati dei sistemi di misura assoluti questo permette di avere sempre il controllo della posizione del sistema. A bordo generatore sono applicati dei rilevatori di direzione del vento e un misuratore della velocità del vento dati necessari per la gestione della macchina. Sempre a bordo del generatore sono state inserite delle sonde termiche per controllare sempre la temperatura dello stesso evitando surriscaldamenti che porterebbero alla sua rottura. Inoltre è stato posizionato un accelerometro triassiale per individuare eventuali vibrazioni del sistema che possono causare la rottura dei componenti meccanici. Nel momento in cui questi sistemi intervengono, scatta la procedura di messa in sicurezza in funzione della loro gravità, fino alla messa in sicurezza del sistema stesso avviando la procedura di arresto per i casi più gravi. Sistema di raffreddamento; All interno della navicella è stato studiato un sistema di raffreddamento che convoglia l aria dall esterno all interno attraverso delle condotte sfruttando la rotazione del rotore in modo tale da raffreddare il generatore. In questo modo si riesce a termostabilizzare tutto il corpo navicella garantendo un funzionamento ad alto rendimento del generatore stesso con bassa dispersione termica. Il sistema di protezione contro i fulmini e quello di messa a terra proteggono non solo il generatore eolico da fulminazioni dirette ma anche tutto l impianto eolico dalle sovratensioni transitorie che possono danneggiare in particolar modo i circuiti elettrici. 12 / 24

13 Il sistema di protezione contro i fulmini è progettato e testato in accordo con lo standard CEI classe I. I sistemi di protezione sono divisi in esterni ed interni, in particolar modo quelli esterni consistono in terminazioni aeree, un conduttore verticale ed un sistema di messa a terra come misure di protezione delle parti elettriche della turbina. 13 / 24

14 L aerogeneratore è installato su una torre in acciaio di forma tubolare conica, poligonale, all interno della quale è ricavato il passaggio per i cavi. L accesso al generatore avviene dall esterno della torre tramite una scala esterna che parte dalla base dalla torre ed arriva fino alla navicella. Il collegamento alla fondazione è previsto mediante gabbia tirafondi. L altezza standard della torre all asse del rotore è di 24 metri, composta da due tronchi flangiati oppure di 34 metri composta da tre tronconi flangiati. A seconda della soluzione progettuale ed in relazione alla classificazione del sito di installazione il diametro della torre viene opportunamente dimensionato. In alcune zone, anche in base alla normativa locale, è possibile l installazione di torri di maggiori e/o minori altezze. La torre viene protetta mediante zincatura a bagno. 14 / 24

15 Il PLC si occuperà di garantire in base ai segnali provenienti dalla sensoristica installata, le migliori condizioni di funzionamento all inverter generatore per massimizzare la produzione di energia elettrica: - Controllo dello YAW (rotazione navetta) in funzione del segnale proveniente dal sensore di direzione vento (banderuola); - Controllo PITCH (angolo pale) in funzione della velocità del vento e delle condizioni operative dell inverter; Il PLC sarà interfacciato all inverter tramite bus di campo in modo da scambiare il maggio numero di informazioni possibili e renderle disponibili tramite HMI all operatore. Nel PLC, è presente un software per la gestione della navetta nelle diverse modalità operative in base alle condizioni ottimali di funzionamento richieste dall'inverter principale (direzione del vento, angolo di incidenza pale) e predisposizione della memorizzazione(log)/visualizzazione condizioni attuali di funzionamento su un supporto da definirsi (pannello operatore, server, oppure telediagnosi, opzionale). Tutto il sistema deve essere integrato con la macchina stessa in modo da poter gestire le varie fasi di intervento in modo automatico sia nell ambito di condizioni di sicurezza che nell ambito delle gestioni nomali di funzionamento. 15 / 24

16 La corrente elettrica prodotta dal generatore a magneti permanenti viene trasformata mediante un convertitore AC/DC/AC in corrente a bassa tensione immettibile nella rete elettrica nel rispetto dei parametri di accettazione imposti dal Gestore del Servizio Elettrico. Il convertitore elettrico del generatore eolico è adeguato alla norma CEI 0-21 e Allegato A70 ed è compatibile con gli obblighi che sono in vigore alla data di installazione richiesta (secondo le deroghe temporanee previste per le varie scadenze di entrata in vigore dall articolo 4.1.e della Delibera AEEG 84/2012/R/EEL). Il convertitore è installato in un armadio al piano del terreno in maniera da potere accedervi in ogni momento per monitorare le modalità di trasformazione e funzionamento. 16 / 24

17 Il quadro elettrico suddetto conterrà sezionatore di linea, protezioni da cortocircuito/sovratemperatura, alimentatore 24Vdc, elettromeccanica, moduli di sicurezza per gestione emergenze, scambiatore termico, PLC con moduli I/O necessari, inverter comando attuatori YAW (rotazione navetta) e PICTH (angolo pale). Il tutto cablato in ottemperanza alla EN e successive modificazioni. L armadio contiene: Interruttore automatico generale di rete Filtri Relay di interfaccia CEI 0-21 Trasformatore trifase a secco Doppio inverter ad IGBT Il convertitore elettrico del generatore eolico è costruito per funzionare nelle seguenti condizioni: - Temperatura -10/+50 C; - Umidità fino al 90% a 20 C; - Altitudine 2000 m s.l.m.; Eventuali peggiori condizioni ambientali potranno essere valutate di volta in volta con adattamenti progettuali opportuni che tengano conto delle specifiche condizioni richieste. Alla base dell aerogeneratore è alloggiato un interruttore/sezionatore in bassa tensione. Il sistema protegge l aerogeneratore dalle sovracorrenti e dal cortocircuito. All uscita dell inverter sono installati il trasformatore a secco e le protezioni generali e di interfaccia, secondo le specifiche CEI 0-21 di ENEL. 17 / 24

18 I vari componenti elettrici sono protetti da eventuali correnti parassite che derivano dalla generazione di corrente elettrica. Si precisa che il limite di fornitura dei collegamenti elettrici è la morsettiera in uscita al quadro di conversione. Il collegamento fra quadro di conversione e quadro di arrivo linea di rete è a carico del cliente, su indicazioni di dimensionamento fornite. L offerta prevede inoltre il posizionamento del quadro di conversione entro 10 metri dalla base della torre di sostegno dell aerogeneratore. L impianto dovrà essere collegato ad una linea a bassa tensione in grado di ricevere l energia elettrica prodotta dall aerogeneratore per l immissione in rete. Il collegamento tra l aerogeneratore e la sottostazione viene realizzato attraverso linee in cavo isolato in BT aereo oppure interrato. Nel caso di collegamento aereo il cavo sarà sostenuto da pali rispondenti alle norme CEI e dell Ente Distributore. Il cavo trasporterà l energia prodotta dal gruppo di produzione (Aerogeneratore, gruppo di conversione e protezione di Interfaccia e Generale) al contatore bilaterale capace di misurare l energia entrante (consumata dai servizi ausiliari) e prodotta dalla trasformazione dell energia cinetica in energia meccanica prima ed elettrica poi. Tutte le apparecchiature elettromeccaniche sono installate su opportuni box secondo le prescrizioni dell ente distributore. Il generatore si sgancerà dalla rete se la tensione o la frequenza eccederà i seguenti limiti (misurati sul lato 100V): Il generatore ed il convertitore saranno staccati se: - La tensione è superiore a 115% della tensione nominale per 0.2s ( 460V) - La tensione è superiore a 110% della tensione nominale per 3s (440V) - La tensione è inferiore a 85% della tensione nominale per 0.4s (340V) - La tensione è inferiore a 40% della tensione nominale 0.2s (160V) La frequenza è superiore a 50.5Hz per 0.1 s La frequenza è inferiore a 49.5Hz per 0.1 s La frequenza è superiore a 51,5 Hz per 0.1 s La frequenza è inferiore a 47,5 Hz per 0.1 s 18 / 24

19 Se vi è difetto sulla rete, la mancanza di alimentazione al controller dell inverter, fa scattare il circuito d emergenza che aprirà il circuito dell aerogeneratore. La turbina è protetta da sistemi meccanici e dalla gestione via software. Le protezioni meccaniche staccano in caso di qualsiasi cortocircuito. La protezione software protegge il sistema dal sovraccarico termico e dalle tensioni e/o correnti fuori standard. Il software protegge dalle variazioni di tensione e dalla corrente fuori dai limiti consentiti (vedi variazioni di frequenza). 19 / 24

20 Il sistema di messa a terra, a carico del cliente ove non diversamente specificato è cosi caratterizzato. Un conduttore circolare in cavi di rame da 50mmq è alloggiato ad una distanza di 1m dalla fondazione approssimativamente ad 1m sotto l ultima superficie. Il conduttore circolare è integrato con due barre di messa a terra lunghe 6m (Sezione 16 mm^2) rivestite in rame. Il conduttore circolare è connesso alla rete dell armatura del plinto. Se in questo modo la resistenza a terra non è sufficientemente bassa, le due barre di messa a terra si possono estendere fino a 10m; se ciò non bastasse si possono aggiungere altre due barre da 10m disponendo così le quattro barre a 90 l una dall altra. L impianto sarà comunque esteso fino a raggiungere il valore di dispersione prescritto dalle vigenti normative tecniche e di sicurezza, e dovrà essere certificato da un professionista pena il decadimento della garanzia. 20 / 24

21 Deve essere previsto l accesso all area dell aerogeneratore. Il sito deve essere raggiungibile da parte di automezzi di trasporto (autoarticolato di 13,60 metri di lunghezza) e di servizio (gru, piattaforme aeree): deve esserci lo spazio sufficiente alla presenza contemporanea dei mezzi e, se possibile, allo stoccaggio temporaneo a terra di componenti della turbina, per poter procedere ai montaggi finali. E necessario il livellamento del terreno per permettere l entrata dei mezzi di trasporto e della gru sotto l area dell aerogeneratore. In sostanza, i lavori comporteranno la compattazione del fondo, il ripristino della sede stradale di accesso ove fosse dissestata e (se necessario) la correzione del tracciato per permettere il transito dei mezzi. La massicciata sarà composta da uno strato di materiale stabilizzato profondo 30 cm con una granulometria che va da 0 a 70 mm, capace di resistere alla pressione massima di 10 t e da uno strato superiore di materiale più fine spesso 10 cm. Eventuali costi aggiuntivi, ivi compresi i costi di presenza dei ns. tecnici oppure i costi per la trasferta qualora essa non abbia potuto essere produttiva in conseguenza della necessità di adeguamento del sito a causa del non rispetto delle prescrizioni precedenti, saranno totalmente a carico del cliente, così come i costi per l adeguamento del sito alle predette prescrizioni. 21 / 24

22 Il palo viene ancorato nel terreno mediante un plinto in conglomerato cementizio armato (realizzazione in opera). Il plinto di fondazione deve essere dimensionato in base ai carichi trasmessi dalla turbina e dal palo ed alle prescrizioni di progettazione imposte dalla normativa nazionale per il luogo di installazione. Indicativamente il plinto è a base quadrata realizzato in calcestruzzo armato con eventuali strutture di rinforzo. Lo scavo deve essere effettuato fino alla profondità specificata dal progettista, il fondo dello scavo viene compattato e si procede alla stesura di uno strato di ripartizione di calcestruzzo magro. Il plinto dovrà essere certificato da un professionista pena il decadimento della garanzia. Deve essere valutato l indice di occupazione per un confronto con i valori indicati nel P.R.G., che comprende le seguenti superfici: Fondazione (interrata) Piazzola di installazione e servizio 22 / 24

23 Configurazione generale: TURBINA EOLICA CON GENERATORE A MAGNETI PERMANENTI 60 Kw: 23 / 24

24 La curva di potenza in funzione del vento del generatore eolico è la seguente: 24 / 24