TEMA D ESAME CORSO PRODUZIONE DI POTENZA DA FONTI RINNOVABILI (a.a )

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1 TEMA D ESAME CORSO PRODUZIONE DI POTENZA DA FONTI RINNOVABILI (a.a ) (Tempo a disposizione 2 ore) Tutti gli strumenti necessari per la risoluzione del tema d esame sono riportati sul tema stesso. Non è consentito l utilizzo degli appunti né la consultazione con i colleghi. Esercizio 1 (Punti 11) Si calcoli il diametro di una turbina eolica che genera energia elettrica pari a 2850 MWh annui, con la curva di ventosità e prestazioni sotto riportate e ipotizzando una disponibilità di 8000 h all anno. La turbina è posizionato sul livello del mare con temperatura pari a 15 C. (5 punti). Velocità del vento (m/s) Frequenza (%) Cp (%) (range 4-8) (range 9-13) (range 14-18) (range 19-25) Calcolare la potenza nominale della turbina e si identifichino le velocità caratteristiche della suddetta turbina, graficandole, nonchè la velocità di rotazione sapendo che il tip-speed ratio (λ) è pari a 7. (3 punti) Gestionali: Si calcoli il costo dell elettricità generato sapendo che la turbina costa /m di raggio, il costo del generatore e della struttura pari a 500 /kw. Si considerino poi i costi di installazione pari al 25% dei costi dei componenti, oneri sui capitali pari al 10% dei costi di impianto e un capital carrying charge del 15%. Le assicurazioni valgono il 2% del costo di impianto e i costi di manutenzione annui sono 0.03 /W. (2 punti). Qualora la turbina fosse installata in quota, il COE varierebbe (1) linearmente, (2) meno che linearmente, (3) più che linearmente con l altezza? Giustifichi. (1 punto) Meccanici: Si calcoli la forza assiale agente sulla struttura della turbina per velocità del vento pari a 11 m/s e per la stessa velocità si disegnino i triangoli di velocità al diametro medio e all apice della pala (calcolare velocità assoluta, relativa e di trascinamento). (3 punti) Risultati: Quesito 1: Area rotore: 1974 m 2, diametro: 50 m Quesito 2: Potenza turbina 708 kw, V cut-in 4 m/s, V rated: 11 m/s, V cut out 25 m/s V rotazione 3.1 rad/s

2 Quesito 3 Ges: COE 77 /MWh, il COE varia meno che linearmente poichè la Potenza si reduce meno che linearmente Quesito 3 Mec: F assiale 130 kn apice medio U (m/s) V (m/s) W (m/s) Beta ( )

3 Esercizio 2 (Punti 11) Calcolare la potenza effettivamente generata da un impianto fotovoltaico localizzato a Firenze (43 47 N E) il giorno 23 settembre a mezzogiorno solare con una radiazione diretta pari a 850 W/m 2 e una diffusa pari a 100 W/m 2 e una temperatura ambiente pari 23 C. L impianto è costituito da un numero di pannelli tali per cui la potenza complessiva è pari a 135 kw (@STC) e il rendimento dell inverter è pari al 94.5%. (5 punti). 360( d 284) δ sin n + = 365 cos = sin sin + cos cos cos = sin θ δ φ δ φ ω γ ZS (sin γs sinφ sin δ) cos ψs = [ sign( φ)] cosγ cosφ Caratteristiche pannelli: S S Hour Angle( ω ) = ( Solar time 12) 15 Dove d n è il giorno dell anno, φ la latitudine e θ ZS l angolo zenitale solare Quanto sarebbe la potenza termica generata e i rendimenti (termico e complessivo) di un impianto solare termico schematizzabile come un tubo ricevitore con concentratore tipo parabolico (3 punti). Si consideri che l impianto occupi la stessa superficie del caso precedente e come condizioni ambiente si assumano quelle del caso precedente. Ulteriori informazioni: Eta ottico 77% Tmed fluido 45 C h (tubo-ambiente) 5 W/m 2 K IAM (θ inc in ) cos(θ inc ) C (fattore di concentrazione) 2 Si calcoli la potenza prodotta da un pannello (sia FV sia termico) alle stesse condizioni ambientali ipotizzando che i pannelli ombreggino il 25% della superficie del pannello successivo (i pannelli sono posti in posizione verticale). (3 punti) Risultati: Quesito 1: Radiazione su pannello W/m 2, T pannello 52 C, Potenza pannello 200 W, potenza prodotta impianto kw pre inverter, kw dopo inverter

4 Quesito 2: Il rendimento termico dipende dalla schematizzazione che uno propone. Considerando il π, questo risulta pari al 71.8%, non considerando pari al 91.3% La potenza totale risulta pari a kw e kw nei due rispettivi casi. Quesito 3: Nel caso termico la potenza termica generata scende a e kw rispettivamente. Da ricordarsi che le perdite termiche rimangono costanti e indipendenti dal fatto che una parte sia ombreggiata. Nel caso FV, il pannello produce potenza come se lavorasse tutto alla radiazione diffusa e quindi a 100 W/m 2. La potenza per pannello si riduce a 24 W circa.

5 Quesiti: 2.5 punti per ciascuno Quesito 1: discutere i vantaggi/svantaggi di un concentratore con inseguitore a due assi rispetto a quelli ad un asse. Quesito 2: Presenti le tipologie di solare termico con i rispettivi vantaggi/svantaggi.

6 Quesito 3: Ipotesi e risultati principali della legge di Betz? Quesito 4: Processi termochimici per lo sfruttamento delle biomasse. Quali sono e in cosa differiscono.