IL PROGETTO WINDBOOSTER

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1 IL PROGETTO WINDBOOSTER

2 La turbina eolica La funzione di una turbina eolica è quella di «sottrarre» energia al flusso d aria intercettato e convertirla in energia elettrica. Il progetto Windbooster

3 La tecnologia Windbooster (1/2) INSTALLAZIONE PRESSO L AMBASCIATA ITALIANA IN BRASILE Il progetto Windbooster

4 La tecnologia Windbooster (2/2) Windbooster è una turbina eolica ad asse verticale a flusso convogliato progettata per risolvere gli inconvenienti che limitano l efficienza delle tradizionali turbine eoliche ad asse verticale. Windbooster è una turbina eolica appositamente progettata per installazioni «on-roof». La parte rotante della macchina (il cosiddetto «rotore») è completamente contenuta all interno di un «convogliatore» statico. Tale caratteristica rende il prodotto particolarmente idoneo ad installazioni in ambienti urbani: in caso di cedimento strutturale (evento remoto ma possibile) il convogliatore svolge la funzione di schermo ed evita l eiezione di frammenti solidi potenzialmente pericolosi. Il convogliatore svolge anche l importante funzione di migliorare la qualità del flusso d aria che alimenta il rotore interno: rispetto alle tradizionali turbine ad asse verticale, la Windbooster sfrutterà in modo più efficiente i flussi turbolenti tipici delle installazioni in ambienti urbani con un ingombro, a parità di potenza nominale, nettamente inferiore alla concorrenza. Il progetto Windbooster

5 Windbooster 1.0: curva di potenza La curva di potenza di un aerogeneratore descrive, in termini di potenza, il comportamento «reale» della turbina eolica al variare della velocità istantanea del vento (al netto di tutte le perdite aerodinamiche, meccaniche ed elettriche caratteristiche della macchina eolica). Si riportano le curve di potenza meccanica ed elettrica, potenza espressa in W (asse sinistro delle ordinate) corredate dai rendimenti dei dispositivi che compongono il sistema elettrico della macchina eolica (asse destro delle ordinate). In ascissa la velocità istantanea del vento. Il progetto Windbooster

6 Stato attuale del progetto Protezione della proprietà intellettuale: è nella fase finale la procedura per la presentazione della domanda di brevetto. Analisi della concorrenza: è in corso un analisi del mercato delle turbine eoliche ad asse verticale con potenza nominale compresa tra 300 W e 3 kw. Attualmente sono state prese in esame 19 macchine eoliche. Caratterizzazione della macchina eolica: una Windbooster 1.0 (potenza nominale di 1 kw) è stata installata in un sito di test. Attualmente il «track record» ha un estensione temporale pari ad 1 anno. Il progetto Windbooster

7 Confronto con la concorrenza Si mette a confronto la Windbooster 1.0 con le turbine eoliche selezionate (analisi della concorrenza) sulla base dei seguenti indicatori di efficienza. Denominazione Indicatore specifico Indicatore integrale Coefficiente di potenza si no Producibilità no si Producibilità specifica si si Producibilità/costo no si Un indicatore di efficienza si definisce «specifico» se tiene conto delle dimensioni della macchina eolica: esso permette quindi di confrontare anche macchine di taglia diversa, rendendo relativa la produzione di energia rispetto alla dimensione del generatore. Un indicatore di efficienza si definisce «integrale» se tiene conto di tutte le possibili condizioni operative sperimentabili dalla macchina eolica: esso quindi guarda alla prestazione globale della macchina eolica in un certo intervallo di tempo. Per rendere più significativo il confronto con la concorrenza, quando si utilizza un indicatore «specifico» il confronto è esteso a tutte le macchine eoliche selezionate (potenza nominale compresa nell intervallo kw), mentre quando l indicatore è non «specifico», il confronto è limitato alle sole turbine eoliche con potenza nominale simile a quella della Windbooster 1.0 ( 1.5 kw). Il progetto Windbooster

8 Windbooster 1.0: il coefficiente di potenza Il coefficiente di potenza misura quanto la macchina eolica sia efficiente nel sottrare energia al flusso d aria che la investe: efficienza non solo in termini di potenza sottratta ma anche in termini di spazio necessario. Si riporta un confronto fra i valori del coefficiente di potenza medio delle turbine eoliche prese in esame: la media è effettuata sui valori del coefficiente di potenza sviluppato nell intervallo di valori della velocità del vento 3 15 m/s. La Windbooster 1.0 supera tutte le turbine concorrenti! Il progetto Windbooster

9 Windbooster 1.0: producibilità Si riporta la produzione annua di energia, espressa in kwh, in funzione del valore atteso della velocità media annua caratteristica del sito di installazione. La Windbooster 1.0 (curva rossa) si dimostra particolarmente adatta ad essere impiegata in contesti ambientali caratterizzati da velocità del vento medio/basse (inferiori a 7.5 m/s). Il progetto Windbooster

10 Windbooster 1.0: producibilità specifica (1/2) Si riporta la produzione annua specifica di energia, espressa in kwh/m 2, in funzione del valore atteso della velocità media annua caratteristica del sito di installazione. La Windbooster 1.0 (curva rossa) si dimostra essere una turbina con un elevata producibilità specifica: supera tutte le turbine di pari potenza nominale e compete con le turbine di taglia superiore grazie alle sue doti di «compattezza». Il progetto Windbooster

11 Windbooster 1.0: producibilità specifica (2/2) Si riporta la produzione annua specifica di energia, espressa in kwh/m 2, in funzione del valore atteso della velocità media annua caratteristica del sito di installazione. La Windbooster 1.0 (curva rossa) si dimostra essere una turbina con un elevata producibilità specifica: supera tutte le turbine di pari potenza nominale e compete con le turbine di taglia superiore grazie alle sue doti di «compattezza». Il progetto Windbooster

12 Windbooster 1.0: producibilità specifica % (1/2) Si riporta la produzione annua specifica di energia, espressa in percentuale della produzione annua specifica della Windbooster 1.0, in funzione del valore atteso della velocità media annua caratteristica del sito di installazione. La linea rossa (Windbooster 1.0) separa le turbine con una maggiore producibilità specifica (ordinata >100%) da quelle con una minore producibilità specifica (ordinata < 100%). Il progetto Windbooster

13 Windbooster 1.0: producibilità specifica % (2/2) Si riporta la produzione annua specifica di energia, espressa in percentuale della produzione annua specifica della Windbooster 1.0, in funzione del valore atteso della velocità media annua caratteristica del sito di installazione. La linea rossa (Windbooster 1.0) separa le turbine con una maggiore producibilità specifica (ordinata >100%) da quelle con una minore producibilità specifica (ordinata < 100%). Il progetto Windbooster

14 Windbooster 1.0: producibilità/costo % Si riporta il rapporto producibilità/costo, espresso in percentuale del valore relativo alla Windbooster 1.0, in funzione del valore atteso della velocità media annua caratteristica del sito di installazione. La Windbooster 1.0 (curva rossa) supera tutte le turbine di pari potenza nominale. Il progetto Windbooster

15 Sviluppi del progetto Windbooster La serie Windbooster: utilizzare l esperienza maturata con il modello Windbooster 1.0 per sviluppare una nuova gamma di prodotti. Identificare le classi di potenza più «appetibili» per il mercato. Sviluppare una soluzione tecnica per un impianto multi-turbina («totem»). Sviluppare una soluzione tecnica per un impianto ibrido fotovoltaico + eolico. Identificare una soluzione tecnica efficiente ed economica per dotare la serie Windbooster di un sistema di accumulo. Migliorare l estetica del prodotto per renderlo più idoneo ad installazione urbane. Il progetto Windbooster

16 La tecnologia Windbooster oggi: profili consumer SOLUZIONI ON-GRID Soluzione Sistema Windbooster Inverter Dump load Small (1 kw) kw 2 kw Medium (2 kw) 2 x kw 4 kw Large (3 kw) 3 x kw 6 kw SOLUZIONI OFF-GRID Soluzione Sistema Windbooster Basic (1 kw) FV Smart small (1+1 kw) kw Smart medium (2+2 kw) 2 x kw Smart large (3+3 kw) 3 x kw Accumulo 310 V 310 V 520 V 750 V Il progetto Windbooster

17 La tecnologia Windbooster oggi: profili business SOLUZIONI ON-GRID Soluzione Sistema Windbooster Feed-in tariff [ /kwh] MFIT12 4 x 3 kw MFIT15 5 x 3 kw Il progetto Windbooster

18 GRAZIE PER L ATTENZIONE S.E.I. S.r.l. Via GIORDANIA , GROSSETO [email protected] Contatti:

19 IL PROGETTO WINDBOOSTER Analisi finanziaria soluzioni on-grid

20 SOLUZIONI ON-GRID Soluzione Potenza nominale Prezzo Produzione attesa annua 6 m/s Tariffa incentivante VAN 6 m/s PBP 6 m/s Spazio occupato Consumer Small Consumer Medium Consumer Large Business MFIT12 Business MFIT kw 3, kwh /kwh 2,031 9 anni 4 m kw 6, kwh /kwh 6,722 7 anni 4 m kw 9, kwh /kwh 11,261 6 anni 4 m kw 34, kwh /kwh 39,804 7 anni 144 m kw 43, kwh /kwh 51,545 7 anni 232 m 2 1 Valori calcolati considerando un modello statistico di ventosità tipo Weibull a due parametri con un fattore di forma "k" di valore pari a 2 e senza alcun ostacolo in prossimità della turbina (disponibilità 100%, rendimento 100%). 2 Valori calcolati senza tenere conto dei costi di connessione alla rete e considerando una installazione standard: per installazione standard si intende un installazione su tetto piano a 10 m di altezza, senza blocco di fondazione, con l utilizzo di una piccola gru (sono esclusi mezzi di sollevamento speciali). 3 Tempo di ritorno dell investimento. Il Progetto Windbooster - Analisi finanziaria soluzioni on-grid

21 Soluzione Prezzo turbina Oneri amministrativi Avviamento Manutenzione ordinaria Tasso di attualizzazione Tasso di inflazione atteso SMALL 3,850 1, /anno 4.53% 2% Il Progetto Windbooster - Analisi finanziaria soluzioni on-grid

22 Soluzione Prezzo turbina Oneri amministrativi Avviamento Manutenzione ordinaria Tasso di attualizzazione Tasso di inflazione atteso MEDIUM 6,250 1, /anno 4.53% 2% Il Progetto Windbooster - Analisi finanziaria soluzioni on-grid

23 Soluzione Prezzo turbina Oneri amministrativi Avviamento Manutenzione ordinaria Tasso di attualizzazione Tasso di inflazione atteso LARGE 9,000 1, /anno 4.53% 2% Il Progetto Windbooster - Analisi finanziaria soluzioni on-grid

24 Soluzione Prezzo turbina Oneri amministrativi Opere civili Avviamento Gestione impianto Manutenzione ordinaria Tasso di attualizzazione Tasso di inflazione atteso MFIT12 34,800 1,200 7,000 1, /anno 720 /anno 4.53% 2% Il Progetto Windbooster - Analisi finanziaria soluzioni on-grid

25 Soluzione Prezzo turbina Oneri amministrativi Opere civili Avviamento Gestione impianto Manutenzione ordinaria Tasso di attualizzazione Tasso di inflazione atteso MFIT15 43,500 1,200 7,000 2, /anno 900 /anno 4.53% 2% Il Progetto Windbooster - Analisi finanziaria soluzioni on-grid

26 m V m V m Valori calcolati considerando un profilo verticale della velocità con esponente 0.25 (aree sub-urbane). Soluzione Altezza del rotore 2 Prezzo turbina Oneri amministrativi Opere civili Avviamento Gestione impianto Manutenzione ordinaria Tasso di attualizzazione Tasso di inflazione atteso MFIT12 10 m 34,800 1,200 7, , /anno 720 /anno 4.53% 2% MFIT15 10 m 43,500 1,200 7, , /anno 900 /anno 4.53% 2% HAWT 20 kw 4 18 m 47,950 1,200 17,517 15, /anno 1,700 /anno 4.53% 2% 2 MIFT prevede un installazione su tetto piano a 10 m di altezza. 3 MIFT non prevede un blocco di fondazione: le opere civili si riferiscono alla costruzione del fabbricato per la cabina di consegna in BT. 4 Turbina eolica ad asse orizzontale con una potenza nominale di 20 kw ed una torre di sostegno di altezza pari a 18 m. Il Progetto Windbooster - Analisi finanziaria soluzioni on-grid

27 siamo a Vs. disposizione per valutare la migliore configurazione d impianto per le Vs. esigenze energetiche! S.E.I. S.r.l. Via GIORDANIA , GROSSETO [email protected] Contatti:

28 IL PROGETTO WINDBOOSTER Appendice

29 Windbooster 1.0: caratteristiche Convogliatore statico: altezza massima: 1.8 m larghezza massima: 1.8 m profondità massima: 1.8 m Rotore: tri-pala, tipo Savonius Velocità inizio produzione: 3 m/s Velocità nominale: 11 m/s Potenza nominale: 1.0 kw (@ 11 m/s) Potenza massima: 1.23 kw Velocità di sopravvivenza: classe II (IEC ) Sistema di controllo «overspeed»: passivo Tipologia di controllo «overspeed»: di tipo dissipativo Tipologia di trasmissione meccanica: diretta (no moltiplicatore di giri) Tipologia di generatore elettrico: asincrono a magneti permanenti Uscita verso rete (inverter): potenza massima AC: 2.7 kw tensione nominale AC: 230 V corrente massima AC: 13.0 A frequenza nominale: Hz Il progetto Windbooster - Appendice

30 Windbooster 1.0: il coeff. di potenza Il coefficiente di potenza è un parametro di efficienza caratteristico di una qualsiasi macchina motrice idonea a trasformare l energia disponibile in un fluido in energia meccanica. In particolare nel caso di un generatore eolico, il coefficiente di potenza è definito come segue: C ı ı Potenza estratta dal generatore eolico Potenza disponibile nella vena fluida ovvero C ı ı Potenza estratta dal generatore eolico 1 2 ρavı Nel caso dei generatori eolici ad asse orizzontale, il valore dell area della sezione normale alla vena fluida intercettata (A) è pari all area del disco palare (pr 2 ), essendo R il raggio del disco palare. Per i generatori eolici ad asse verticale, il valore dell area della sezione normale alla vena fluida intercettata (A) è pari all area del rettangolo le cui dimensioni sono il diametro del rotore (D) e l altezza del rotore (h). Inoltre il valore del coefficiente di potenza (C p ) è in questo caso indipendente dalla direzione del vento (a parità di intensità V), essendo indipendente dalla direzione del vento sia la potenza estratta dal generatore eolico che l area della sezione normale alla vena fluida intercettata dal generatore (A). Il progetto Windbooster - Appendice

31 Windbooster 1.0: la producibilità NAEP = 8760 N (η schiera η dis η) fdp (u i ) {[P reale (u i ) + P reale (u i-1 )]/2} LA TURBINA EOLICA (curva di potenza) IL CONTESTO AMBIENTALE (modello di ventosità) Il progetto Windbooster - Appendice

32 Windbooster 1.0: analisi della concorrenza Il progetto Windbooster - Appendice