L adattamento con le misure al suolo e la preparazione dell Atlante

Transcript

1 Torna alla presentazione Atlante eolico dell Italia L adattamento con le misure al suolo e la preparazione dell Atlante G.Botta 3 marzo

2 Quali obiettivi per l Atlante eolico L Atlante deve fornire indicazioni di massima, dal punto di vista anemologico, sulle aree d interesse per lo sfruttamento energetico. Utile innanzitutto per chi, come le amministrazioni centrali e locali, è responsabile della programmazione dell uso delle risorse energetiche d interesse per il Settore Elettrico. Utile agli operatori del settore eolico, anche se l informazione fornita non sostituisce la ben più approfondita caratterizzazione anemologica necessaria per decidere la realizzazione di un impianto. Impostato per essere affinato ed aggiornato con ulteriori contributi (ad es. nuovi dati anemometrici). 2

3 L adattamento con le misure al suolo e la preparazione dell Atlante PIANO DI LAVORO Raccolta ed elaborazione di dati anemometrici Confronto tra dati anemometrici e mappe WINDS Adattamento delle mappe di velocità del vento Valutazione delle producibilità specifiche L Atlante eolico 3 marzo

4 L adattamento con le misure al suolo e la preparazione dell Atlante PIANO DI LAVORO Raccolta ed elaborazione di dati anemometrici Confronto tra dati anemometrici e mappe WINDS Adattamento delle mappe di velocità del vento Valutazione delle producibilità specifiche L Atlante eolico 3 marzo

5 Raccolta di dati anemometrici Archivi anemologici esistenti rete anemometrica ENEL rete ENEA rete dei Servizi Meteorologici dell'aeronautica Mil. reti Regionali ed altre. Integrazione con almeno un anno di dati da una decina di nuove stazioni installate ad hoc da Scelta di 240 stazioni "selezionate" con le quali è stato condotto in modo completo il processo di adattamento della mappa WINDS 5

6 Data base anemologico Distribuzione sul territorio nazionale delle stazioni di misura utilizzate ENEL ENEA Aeronautica Mil. Reti Regionali Altre reti In colore pieno il gruppo di 240 stazioni selezionate 6

7 Analisi dei profili delle medie mensili La media di lungo periodo V m della velocità del vento mesi mesi 7

8 Cause di incertezza dei valori medi V m Incertezza imputabile al processo di misura, raccolta e trattamento dei dati anemometrici presso le stazioni al suolo Incertezza derivante dalla limitatezza e dalla discontinuità delle serie storiche misurate Incertezza derivante dalla non conoscenza (o conoscenza non documentata) della corretta installazione della stazione di misura rispetto alle finalità energetiche 8

9 Valori medi V m e relative incertezze s m 0,9 0,8 0,7 0,6 Sm (m/s) 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0, Vm (m/s) 9

10 L adattamento con le misure al suolo e la preparazione dell Atlante PIANO DI LAVORO Raccolta ed elaborazione di dati anemometrici Confronto tra dati anemometrici e mappe WINDS Adattamento delle mappe di velocità del vento Valutazione delle producibilità specifiche L Atlante eolico 3 marzo

11 Determinazione della velocità media V p nel punto stazione P secondo la mappa WINDS Estrazione di V p dalla mappa WINDS relativa alla quota dal suolo pari all altezza della stazione di misura - in prevalenza 10 e 15 m, in alcuni casi 30 m. 11

12 Determinazione della velocità media V p nel punto stazione P secondo la mappa WINDS P 12

13 Determinazione della velocità media V p nel punto stazione P secondo la mappa WINDS P 13

14 Determinazione della velocità media V p nel punto stazione P secondo la mappa WINDS V p P 14

15 Cause di incertezza dei valori medi V p Incertezza derivante dall eventuale incertezza sulle coordinate della stazione di misura Incertezza derivante dall influenza dei dettagli delle caratteristiche reali del terreno (orografia e rugosità) intorno alla stazione di misura rispetto alla rappresentazione digitale data in input al modello WINDS Incertezza derivante dall algoritmo di estrazione del valore di V p dalla matrice WINDS (maglia larga) 15

16 Valori medi V p e relative incertezze s p 1,6 1,4 1,2 Sp (m/s) 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, Vp (m/s) 16

17 Confronto tra V m e V p 10 9 Velocità del vento su mappe (m/s) Mappa WINDS Velocità del vento misurate (m/s)

18 L adattamento con le misure al suolo e la preparazione dell Atlante PIANO DI LAVORO Raccolta ed elaborazione di dati anemometrici Confronto tra dati anemometrici e mappe WINDS Adattamento delle mappe di velocità del vento Valutazione delle producibilità specifiche L Atlante eolico 3 marzo

19 Metodo di adattamento della mappa WINDS ai dati sperimentali Fattore moltiplicativo di correzione, definito in ogni nodo della maglia e dipendente dalle sole coordinate orizzontali V*(x,y,z) = f(x,y) V(x,y,z) preservato il tipo di profilo in verticale della velocità del vento con un andamento "morbido" di f(x,y) anche la conservazione della massa, che caratterizza il campo V(x,y,z), viene sostanzialmente rispettata 19

20 Adattamento della mappa WINDS ai dati sperimentali (cont.) Determinazione dei fattori di correzione presso le singole stazioni anemometriche i m f = V / V i i p Interpolazione iniziale con tecniche automatiche (ad es. kriging) Adattamento manuale guidato dall operatore esperto 20

21 21 Algoritmo di interpolazione governato da operatore 2, 2,,,,,,, ) ( ) ( ) ( ) ( ), ( l k l k l k l k l k l k l k l k x y x x r r r y x f + = Φ Φ = ω { } 2,, ) / ( exp ) ( R r r l k l k = Φ I valori governati di ω k,l sono definiti sui nodi di controllo (x k,l, y k,l ) L algoritmo utilizzato è stato costruito mediante una funzione interpolante avente la seguente struttura

22 Mappa dei nodi di controllo N k,l 22

23 Criterio guida per l adattamento del fattore di correzione in corrispondenza della i-esima stazione anemometrica 1 - Rispetto, ove possibile, della condizione f s < f ( x, y ) < f + s i f i i i f i dove l incertezza s fi del fattore di correzione f i è i 2 m i 2 p 2 s s f i = + V s i i 2 i 2 P Vm i 4 V p 2 - Verifiche di consistenza della mappa dal punti di vista climatologico 23

24 Risultati dell'adattamento 10 9 Velocità del vento di mappa (m/s) Mappa WINDS Mappa finale Velocità del vento misurate (m/s)

25 Mappa complessiva della velocità media del vento (m/s) a 50 m dal suolo per l intera Italia

26 Frequenze % 35% 30% 25% 20% 15% 10% Distribuzione dei valori dell incertezza s stimati in corrispondenza delle stazioni Valori medi delle distribuzioni (m/s) ITALIA : 0.87 Nord : 0.95 Centro : 0.71 S ud-isole : % 0% 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Incertezza (m/s) Nord Centro Sud-Isole ITALIA 26

27 L adattamento con le misure al suolo e la preparazione dell Atlante PIANO DI LAVORO Raccolta ed elaborazione di dati anemometrici Confronto tra dati anemometrici e mappe WINDS Adattamento delle mappe di velocità del vento Valutazione delle producibilità specifiche L Atlante eolico 3 marzo

28 Valutazione delle producibilità specifiche Stima della producibilità media annua di un aerogeneratore rapportata alla sua potenza nominale (in MWh / MW), cioè del numero di ore equivalenti annue di funzionamento alla piena potenza nominale. La producibilità indicata è è da intendersi come teorica, quindi con disponibilità dell aerogeneratore pari al 100% Valutazioni effettuate in ogni punto del territorio con riferimento alla mappa a 50 m dal suolo (altezza caratteristica delle macchine eoliche di taglia media) 28

29 Potenza P(V) (kw) Distribuzione di frequenza delle velocità del vento Curva di potenza Producibilità =1868 MWh Producibilità specifica = =1868 MWh / 0,6 MW =3088 MWh/MW Energia (per fascia di velocità di 1 m/s) media 7 m/s Velocità del vento (m/s) 29

30 Potenza P(V) (kw) media 7 m/s Velocità del vento (m/s) 30

31 Potenza P(V) (kw) Velocità del vento (m/s) media 7 m/s 31

32 Valutazione delle producibilità specifiche Statistica delle velocità del vento rappresentate con una distribuzione di Weibull, la cui cumulata è Φ( V ) = 1 exp[ ( V / A) k ] Stima dei valori dell esponente k sul territorio nazionale (attraverso tecniche simili a quelle utilizzate per il fattore di correzione). 32

33 Mappa complessiva della producibilità specifica (MWh/MW) per l intera Italia >

34 Aree di maggior producibilità secondo le mappe Estensione (km 2 ) con producibilità specifica tra MWh/MW > 2000 MWh/MW Valle d Aosta Umbria Piemonte Lazio Liguria Abruzzo Lombardia Molise Veneto Campania Trentino A. Adige Puglia Friuli V. Giulia 2 18 Basilicata Emilia R Calabria Toscana Sicilia Marche Sardegna Italia

35 L adattamento con le misure al suolo e la preparazione dell Atlante PIANO DI LAVORO Raccolta ed elaborazione di dati anemometrici Confronto tra dati anemometrici e mappe WINDS Adattamento delle mappe di velocità del vento Valutazione delle producibilità specifiche L Atlante eolico 3 marzo

36 Torna alla presentazione Atlante eolico dell Italia L Atlante eolico Copertura del territorio italiano con 27 tavole sfondo cartografico in scala 1: Distribuzione sul territorio italiano dei valori stimati di velocità media del vento a 25 m, 50 m e 70 m dal suolo e di producibilità specifica a 50 m Scala cromatica ad intervalli di 1 m/s o di 500 MWh/MW 36