SPECIFICA TECNICA GENERALE

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1 INGEGNERIA FOGLIO 1 SPECIFICA TECNICA GENERALE TRBINA EOLICA JIMP30 N REV. DATA DESCRIZIONE DELLA REVISIONE REDAZIONE 1 16/04/2012 EMISSIONE Pietro Lecce Giuseppe Rizzo il documento è costituito da n. 20 fogli

2 INGEGNERIA FOGLIO 2 INDICE 1. OGGETTO 3 2. DOCMENTI DI RIFERIMENTO NORME 3 3. CONDIZIONI AMBIENTALI DI FNZIONAMENTO 3 4. DESCRIZIONE DELL AEROGENERATORE JIMP DATI DI PROGETTO I S/SISTEMI DELL AEROGENERATORE JIMP il rotore caratteristiche generali della pala caratteristiche costruttive della pala il sistema per la variazione del passo delle pale il mozzo pala le ralle del passo pala i manovellismi il generatore elettrico e linea d asse il telaio e ralla di imbardata l ogiva, la capote e la banderuola il sistema di controllo le condutture elettriche FONDAZIONE E TORRE DI SOSTEGNO IL COLLEGAMENTO ELETTRICO ALLA RETE LE MODALITÀ INSTALLATIVE 20

3 INGEGNERIA FOGLIO 3 1. OGGETTO Il presente documento definisce le caratteristiche tecniche dell aerogeneratore JIMP30, in particolare le caratteristiche tecniche generali di: pale sistema per la variazione del passo delle pale generatore elettrico e linea d asse telaio e ralla di imbardata ogiva, capote e banderuola sistema di controllo condutture elettriche 2. DOCMENTI DI RIFERIMENTO 2.1. NORME Il progetto è conforme alle seguenti Norme: CEI IEC II edizione, Marzo Wind Turbines, part 2: design requirements for small wind turbines. 3. CONDIZIONI AMBIENTALI DI FNZIONAMENTO Temperatura -20 / +50 C midità fino a 95% composizione atmosferica equivalente a quella dell'atmosfera continentale non inquinata intensità di radiazione solare di 1000 W/m 2 densità dell'aria di 1,225 kg/m 3

4 INGEGNERIA FOGLIO 4 4. DESCRIZIONE DELL AEROGENERATORE JIMP30 La turbina eolica JIMP30, progettata e costruita nello stabilimento della Jonica Impianti a Lizzano (TA), rappresenta l evoluzione tecnologica della turbina JIMP25. La maggiore potenza istantanea di JIMP30 è resa possibile dall evoluzione del generatore elettrico multipolare a magneti permanenti (aumento della tensione a velocità di rotazione più basse), da un'evoluzione tecnologica del sistema di attuazione del passo, dal nuovo rotore eolico, con pala leggermente più lunga, realizzata in vetroresina e verniciatura su strato di gel-coat, per migliorare il rendimento aerodinamico. L interfaccia elettrica è realizzata con convertitore ac/dc/ac, a doppio ponte total controllato e trasformatore elettrico, con isolamento galvanico, di potenza continuativa fino a 30 kw. La potenza nominale della turbina JIMP30 è definita mediante l'impostazione della velocità di rotore in corrispondenza della quale interviene il sistema di variazione del passo pale. In questo modo, la curva di potenza viene troncata al valore di potenza elettrica desiderato. L'aerogeneratore JIMP30 viene fornito in configurazione da 20, 25 e 30 kw con due differenti rotori eolici. I nuovi rotori vengono prodotti su linee robotizzate, i cicli automatizzati migliorano la qualità dei manufatti realizzando pale con caratteristiche geometriche conformi a quelle di progetto e la possibilità di installare rotori perfettamente equilibrati. Anche le carenature sono state rinnovate, con lavorazioni automatizzate e nuovo design. Particolare attenzione è stata riservata al sistema di convogliamento dell'aria verso le superfici alettate dello statore elettrico e al sistema di frenatura in mancanza di alimentazione da parte della rete. Il rotore è tripala, disponibile con diametro di 11,60 m e con diametro di 10,40 m, con attacco diretto ad un generatore sincrono multipolare a magneti permanenti a flusso assiale, con numero di paia poli pari a 17, installabile su una torre di sostegno, in acciaio, di altezza standard pari a 30 metri. L orientamento alla direzione prevalente del vento è determinato da una banderuola realizzata in vetroresina e dalla ralla di interfaccia tra navicella e torre. Il controllo della potenza è reso possibile dal sistema di passo variabile delle pale e da un attuatore elettrico lineare comandato dal sistema di controllo di navicella. Le condutture tra navicella e base torre permettono il passaggio della potenza elettrica fino al convertitore di frequenza ac/dc/ac. Esse sono costituite, per un primo tratto, da un cavo elettrico a spirale altamente flessibile che permette almeno 50 giri di 360 della navicella, orari o antiorari, senza comprometterne le caratteristiche meccano-elettriche. Il passaggio della potenza elettrica alla rete nazionale è possibile con l utilizzo di un convertitore di frequenza ac/dc/ac, che presenta un circuito intermedio in corrente continua per permettere di disaccoppiare i valori di tensione e di frequenza a monte e a valle; con immissione in rete in conformità ai valori nominali della stessa rete elettrica. L inverter che interfaccia la turbina JIMP30 con la rete in b.t., presenta la particolarità di un doppio ponte total controllato, con riduzione notevole del contenuto armonico sia in rete che nel generatore

5 INGEGNERIA FOGLIO 5 elettrico a magneti permanenti. Oltre al collegamento in rete, mediante il sistema di conversione descritto, sono possibili altre architetture di impianto come il collegamento in isola mediante sistema di conversione in moduli ac/dc e dc/ac con accumulo energetico per l alimentazione di utenze isolate. 4.1 DATI DI PROGETTO Linee guida del progetto: 1. L aerodinamica del rotore: profili ad alto rendimento per numeri di Reynolds inferiori a La sicurezza intrinseca: alle alte velocità di vento, intervento di sistemi attivi e/o passivi applicati al passo delle pale. 3. Il contenimento dei livelli di rumore: particolare profilo del tip pala. 4. L allargamento del range di funzionamento: basso valore di cut-in, dovuto all utilizzo dei profili altamente performanti e all attacco diretto tra rotore e generatore elettrico, alto valore di cut-out, dovuto al controllo attivo del passo delle pale e il mantenimento delle condizioni di sicurezza per tutte le ipotesi di carico previste dalla norma CEI EN Le modalità realizzative delle pale in composito: utilizzo della tecnica dell infusione della resina, assistita dal vuoto, con un significativo aumento qualitativo del prodotto, in termini di rapporto tra vetro e resina, con minor peso a parità di altre caratteristiche meccaniche. 6. L ottimizzazione dei rendimenti meccano-elettrici: dovuta (i) all utilizzo del generatore sincrono multipolare a magneti, (ii) all'assenza del moltiplicatore di giri e (iii) ad un sistema di controllo che consente di produrre energia elettrica mantenendo costante il rapporto tra velocità del vento e velocità di rotazione del rotore Dati di input del progetto: La turbina eolica JIMP30 è disegnata mediante CAD tridimensionale THINK 3, modellata e verificata mediante codice di calcolo FEM ALGOR. I calcoli strutturali nelle ipotesi di carico estreme proposte dalla normativa CEI-EN sono stati effettuati con l'ausilio di un sistema di calcolo sviluppato da Jonica Impianti. Le condizioni di carico previste sono le seguenti:

6 INGEGNERIA FOGLIO 6 Situazione di progetto 1) Produzione di potenza 2) Produzione di potenza più occorrenza di guasto DLC Condizioni del vento 1.1 NTM V in <V hub <V out 1.2 NTM V in <V hub <V out 1.3 ETM V in <V hub <V out 1.4 ECD V in <V hub <V out 1.5 EWS V in <V hub <V out 2.1 NTM V in <V hub <V out 2.2 NTM V in <V hub <V out 2.3 EOG V hub =V r ±2 m/s e V out 2.4 NTM V in <V hub <V out 3) Avviamento 3.1 NWP V in <V hub <V out 3.2 EOG V hub =V in, V hub =V r ±2 m/s e V out TABELLA 1 Altre condizioni Per l'estrapolazione di eventi estremi Guasto del sistema di controllo o perdita della rete elettrica Guasto del sistema di protezione o precedente guasto elettrico interno Guasto elettrico interno o esterno compresa la perdita della rete elettrica Guasto del sistema di controllo, di protezione o elettrico compresa la perdita della rete elettrica Tipo analisi F F F Coefficiente di sicurezza parziale s N 3.3 EDC V hub =V in N 4) Arresto normale 4.1 NWP V in <V hub <V out F 4.2 EOG V hub =V r ±2 N m/s e V out 5) Arresto di 5.1 NTM V hub =V r ±2 N emergenza m/s e V out 6) Parcheggio (macchina ferma o funzionante a vuoto) 6.1 EWM intervallo di ricorrenza di 50 anni N A 6.2 EWM intervallo di ricorrenza di 50 anni 6.3 EWM intervallo di ricorrenza di 1 anno Perdita di connessione alla rete elettrica Disallineamento estremo in imbardata 6.4 NTM F N N N N A A N N

7 INGEGNERIA FOGLIO 7 7) Parcheggio e condizioni di guasto 8) Trasporto, montaggio, manutenzione e riparazione V hub <0.7V ref 7.1 EWM intervallo di ricorrenza di 1 anno 8.1 NTM V maint da dichiarare a cura del costruttore 8.2 EWM intervallo di ricorrenza di 1 anno A T A I simboli utilizzati hanno il seguente significato: DLC Ipotesi di carico di progetto; ECD Raffica coerente estrema con cambiamento di direzione; EDC Cambiamento di direzione estremo; EOG Raffica di funzionamento estrema; EWM Modello di velocità del vento estrema; EWS Gradiente della velocità del vento estremo; NTM Modello di turbolenza normale; ETM Modello di turbolenza estrema; NWP Modello del profilo del vento normale; V r ±2 m/s Analisi per tutte le velocità del vento nell'intervallo. F Fatica; Resistenza estrema; N Normale; A Anormale; T Trasporto e installazione; * Sicurezza parziale alla fatica; V in Velocità del vento necessaria per l'avviamento; V out Massima velocità del vento di funzionamento; V hub Velocità del vento mediata su 10 minuti all'altezza del mozzo. Maggiori approfondimenti sulle ipotesi di carico sono disponibili sulla norma CEI EN Le analisi strutturali sono state effettuate al fine di verificare il progetto secondo prescrizioni previste per la classe IIA della norma CEI EN

8 INGEGNERIA FOGLIO 8 Di seguito si riportano le caratteristiche di funzionamento di un aerogeneratore Jimp30 equipaggiato con un rotore del diametro di 11.6 m. TABELLA 2 JIMP30 Velocità Velocità Potenza Spinta Rendimento Coppia vento rotore elettrica aerodinamica generatore [m/s] [RPM] [kw] [Nm] (N) (%) 3,5 44,0 1, ,0 51,0 1, ,5 56,0 2, ,0 63,0 2, ,5 70,0 3, ,0 76,0 4, ,5 84,0 6, ,0 92,0 8, ,5 99,0 10, ,0 107,0 12, ,5 114,0 14, ,0 121,0 17, ,5 128,0 20, ,0 136,0 23, ,5 143,0 27, ,0 155,0 33,

9 INGEGNERIA FOGLIO 9 Nella tabella 3 sono riportate le caratteristiche di funzionamento con rotore da 10.4 m TABELLA 3 JIMP30 Velocità Velocità Potenza Spinta Rendimento Coppia vento rotore elettrica aerodinamica generatore [m/s] [RPM] [kw] [Nm] (N) (%) 4,0 44,0 1, ,5 51,0 1, ,0 56,0 2, ,5 63,0 2, ,0 70,0 3, ,5 76,0 4, ,0 84,0 6, ,5 92,0 8, ,0 99,0 10, ,5 107,0 12, ,0 114,0 14, ,5 121,0 17, ,0 128,0 20, ,5 136,0 23, ,0 143,0 27, ,7 155,0 33, Le grandezze di funzionamento riportate nelle tabelle 2 e 3 si riferiscono a valori istantanei lato generatore. La legge di corrispondenza tra la velocità di rotazione e la coppia è dettata dalla curva di corrente settata sul sistema di controllo del convertitore. Tale corrispondenza viene scelta in modo da massimizzare il rendimento complessivo (elettrico ed aerodinamico) dell'aerogeneratore. Il settaggio della curva di corrente può essere differente a seconda della tipologia del sito. Tutte le situazioni transitorie (accelerazioni e decelerazioni) della turbina portano ad un abbassamento del rendimento aerodinamico. La curva di potenza lato rete dipende dal rendimento del sistema utilizzato per la connessione dell'aerogeneratore all'utenza (rete elettrica nazionale, rete in isola, ecc). Nel caso di una connessione alla rete nazionale mediante un convertitore statico, le curva di potenza lato rete sono approssimativamente le seguenti:

10 INGEGNERIA FOGLIO 10 TABELLA 4 JIMP30, rotore da 11,6 m Velocità vento Potenza elettrica [m/s] [kw] 3,5 0,30 4,0 1,10 4,5 1,65 5,0 2,50 5,5 3,60 6,0 4,70 6,5 6,10 7,0 7,65 7,5 9,50 8,0 12,65 8,5 14,85 9,0 16,70 9,5 19,65 9,6 20,00 10,0 23,15 10,7 25,00 10,5 26,95 11,0 30,00 TABELLA 5 JIMP30, rotore da 10,4 m Velocità vento Potenza elettrica [m/s] [kw] 4,0 0,75 4,5 1,30 5,0 1,85 5,5 2,50 6,0 3,40 6,5 4,20 7,0 5,50 7,5 7,30 8,0 9,05 8,5 10,80 9,0 13,00 9,5 15,80 10,0 18,10 10,3 20,00 10,5 21,30 11,0 25,00 11,7 30,00

11 INGEGNERIA FOGLIO 11 La turbina JIMP30, quando necessario (siti caratterizzati da elevata velocità media del vento) e/o su richiesta della committenza, può montare pale da 5,2 m per massimizzare la produzione in condizioni di alte velocità del vento. In questi casi, infatti, il rotore più piccolo garantisce una minor frequenza dei casi in cui risulta necessario variare il passo pale con conseguente riduzione della potenza media. Nei siti caratterizzati da velocità del vento medie e basse e nei siti caratterizzati da elevata turbolenza (classi di vento II e III e classi di turbolenza A e B definite secondo la CEI EN ), risulta più conveniente l'impiego del rotore con diametro pari a 11,6 m in quanto viene minimizzata l'incidenza dei consumi fissi del convertitore e di tutti gli ausiliari Caratteristiche tecniche generali della turbina eolica JIMP30: Potenza nominale: kw (@in rete) Numero pale: 3 Materiale pale: resina epossidica o vinilestere, rinforzata con fibre di vetro Profilo pale: SG Diametro rotore: 11,60 m (opzione 10,40 m) Momento d'inerzia rotore: 1500 kg*m 2 Materiale ogiva, capote, banderuola : resina vinilestere/poliestere, rinforzata con fibre di vetro Peso: 900 kg Colore: bianco Orientamento: Sopravento Velocità di avviamento: 3,5 m/s (diametro 11,6 m) - 4 m/s (diametro 10,4 m) Vel. di riferimento (vedi CEI EN ): 42,5 m/s Controllo di potenza: attivo, con variazione del passo Controllo sovravelocità: attivo/passivo, con variazione del passo e della corrente lato generatore Regolazione imbardata: passiva, con banderuola Velocità di rotazione: fino a 155 rpm Generatore elettrico: sincrono, multipolare a magneti permanenti a flusso assiale Tensione di uscita: 400 Vca Velocità del vento 20 kw 25 kw 30 kw alla potenza nominale Rotore da 11,6 m 9,6 m/s 10,7 m/s 11,0 m/s Rotore da 10,4 m 10,3 m/s 11,0 m/s 11,7 m/s

12 INGEGNERIA FOGLIO La curva di potenza dell'aerogeneratore JIMP30 Figura 1. Curva di potenza dell'aerogeneratore Jimp30 (diametro rotore 11,60 m) Figura 2. Curva di potenza dell'aerogeneratore Jimp30 (diametro rotore 10,40 m) Le curve di potenza sopra riportate rappresentano la corrispondenza tra potenza immessa in rete e velocità istantanea del vento mediata sull'intera area spazzata dal rotore. Per valutare la produzione di energia della turbina a partire dalle curve di potenza, è necessario tenere in considerazione il momento d'inerzia del rotore e la variabilità temporale della velocità del vento. Nel caso di configurazione a 20 kw o a 25 kw dell'aerogeneratore JIMP30, la curva di potenza risulterà troncata al valore di potenza nominale desiderato. Questo è possibile mediante l'utilizzo del sistema di regolazione del passo, chiamato in causa al raggiungimento della velocità di rotazione nominale definita in funzione della potenza nominale.

13 INGEGNERIA FOGLIO I S/SISTEMI DELL AEROGENERATORE JIMP Il rotore Il rotore di JIMP30 è costituito da n 3 pale, con profili SG Le pale sono realizzate in resina epossidica rinforzata con fibre di vetro e collegate al mozzo con attacchi metallici. Esse hanno la funzione di catturare l energia del vento e trasformarla in energia meccanica di rotazione; l utilizzo di profili aerodinamici consente di ottimizzare i rendimenti; in particolare, le pale in oggetto presentano profili alari della classe SG 6040 e SG 6041, scelti per essere utilizzati in un regime aerodinamico a bassi numeri di Reynolds (Re < 10 6 ). Il tip pala ha una geometria tale da consentire una diminuzione del rumore dovuto alla formazione dei vortici di estremità alare nelle condizioni di funzionamento che non prevedono l'utilizzo del sistema di attuazione del passo. Ogni pala è realizzata in due shell strutturali, con la tecnica dell infusione assistita dal vuoto: la finitura, prima e dopo l incollaggio dei due gusci (ventre e dorso), viene realizzata con l assistenza di un robot a 5 assi. La scelta di realizzare la pala in composito è dettata da: Ottimizzazione delle prestazioni aerodinamiche con l utilizzo di geometrie complesse quali la variazione non lineare delle corde e delle frecce in funzione del raggio; Ottimizzazione dei pesi, quindi minori carichi centrifughi; Ottimizzazione della vita a fatica; Ottimizzazione del momento d'inerzia del rotore. Le pale sono progettate per sopportare tutte le condizioni di carico previste per un aerogeneratore di classe IIA come definito dalla norma CEI EN (Vedi tabella 1) Caratteristiche generali della pala Il rotore con diametro pari a 11,6 m è costituito da 3 pale aventi le seguenti caratteristiche: Air foil: SG Connessione al mozzo: Attacco cilindrico in ghisa sferoidale Lunghezza: 5550 mm Corde max / min: 500 /176 mm Twist: (17,2 ) Peso: 65 kg Colore: bianco Rotazione: oraria (vista di fronte) Orientamento: sopra vento

14 INGEGNERIA FOGLIO 14 Tip: 150 mm di lunghezza a profilo per limitare i vortici Il rotore con diametro pari a 10,4 m è costituito da 3 pale aventi le seguenti caratteristiche: Air foil: SG Connessione al mozzo: Attacco cilindrico in ghisa sferoidale Lunghezza: 4950 mm Corde max / min: 467 /188 mm Twist: (14,5 ) Peso: 55 kg Colore: bianco Rotazione: oraria (vista di fronte) Orientamento: sopra vento Tip: 150 mm di lunghezza a profilo per limitare i vortici di estremità alare Caratteristiche costruttive della pala La pala è composta da: n. 2 shells strutturali realizzati in vetroresina con tecnica dell infusione assistita dal vuoto; n. 1 attacco cilindrico in ghisa sferoidale, con montaggio all interno della pala, in fase di incollaggio dei due shells Il sistema per la variazione del passo delle pale Il mozzo pala La trasmissione della coppia meccanica dal rotore eolico al generatore elettrico avviene con l attacco delle pale ai mozzi, posti a 120 tra loro. I tre mozzi, realizzati in ghisa sferoidale, sono collegati meccanicamente al rotore del generatore, in ghisa sferoidale,attraverso tre ralle, con caratteristiche riportate nel seguito Le ralle del passo pala Ogni mozzo è dotato di una ralla realizzata in materiale 42 CrMo4 di grado B, dalle seguenti caratteristiche: diametro esterno pari a 236 mm diametro di calettamento esterno pari a 235 mm diametro interno 85 mm diametro di calettamento interno pari a 84 mm altezza tot. pari a 50 mm e 5 mm di differenza tra il piano anello interno e il piano anello esterno giro fori interno pari a 110 mm

15 INGEGNERIA FOGLIO 15 giro fori esterno pari a 210 mm n. 14 bulloni M12, classe 10.9 coppia di spunto a vuoto < di 5 Nm I manovellismi Il meccanismo che consente la variazione del passo pale è stato modificato rispetto a quello presente sull'aerogeneratore mod. JIMP25 al fine di minimizzare gli attriti in modo da aumentare l'affidabilità e la vita utile dei componenti. Ogni singolo mozzo pala presenta, meccanicamente collegato, un sistema biella manovella, in acciaio Fe 510. na crociera, in ghisa sferoidale, che scorre su tre guide metalliche, interconnette i tre manovellismi; il tutto è installato all interno dell ogiva. Il moto è determinato da un attuatore lineare, costituito da un albero coassiale all albero principale, svincolato da cuscinetti lineari, collegato ad un pistone elettrico, montato sul telaio della turbina. Tra albero di attuazione e pistone elettrico è montato un giunto magnetico, che, in caso di necessità, sconnette meccanicamente l albero dal pistone. All interno dell ogiva è montata una molla a compressione, che permette la messa in bandiera delle pale, con giunto magnetico scollegato. Per evitare il brusco rallentamento del rotore, alla molla è contrapposto uno smorzatore a fluido che consente una messa in bandiera delle pale in un intervallo di tempo di alcuni secondi Il generatore elettrico e linea d asse La turbina eolica JIMP30 presenta un generatore elettrico sincrono multipolare a magneti permanenti a flusso assiale che consente l attacco diretto al rotore. Le caratteristiche tecniche generali sono le seguenti: - Numero di poli 34 - Numero di fasi 3 Potenza Nominale in rete 20 kw 25 kw 30 kw Coppia nominale (Nm) Velocità nominale (rpm) Rendimento a potenza nominale (%)

16 INGEGNERIA FOGLIO 16 Figura 2. Curva di rendimento del generatore elettrico della turbina Jimp30 La geometria del generatore è caratterizzata dalla presenza di uno statore resinato, solidale al telaio, e da n. 2 corone, che rappresentano i rotori. Sulle facce interne delle due corone sono alloggiati i magneti permanenti, in Nd-Fe-B, ad una distanza (traferro) di 3 mm, circa, dallo statore. Il rotore esterno è solidale con il mozzo della turbina, i due rotori sono meccanicamente collegati attraverso la linea d asse, realizzata con un albero in acciaio, 18NiCrMo5, cementato, temprato e rettificato. L interfaccia tra parte fissa, solidale al telaio, e parte mobile, solidale alle pale, è garantita da n. 2 cuscinetti orientabili a rulli Il telaio e ralla di imbardata na struttura in ghisa sferoidale costituisce il telaio della turbina JIMP30. no squadro in ghisa sferoidale, imbullonato al telaio, permette l interconnessione con il generatore elettrico. Il telaio presenta un foro centrale per il passaggio dei cavi verso la base torre, una ralla, interfaccia tra torre di sostegno e telaio, permette il movimento di imbardata. La ralla di imbardata, realizzata in materiale 42 CrMo4 di grado B, presenta le seguenti caratteristiche: - diametro esterno pari a 329 mm - diametro interno pari a 191 mm - altezza pari a 46 mm - giro fori interno pari a 215 mm - giro fori esterno pari a 305 mm - n. 20 bulloni M12, classe coppia di avviamento a vuoto < di 10 Nm

17 INGEGNERIA FOGLIO L ogiva, la capote e la banderuola L ogiva e la capote sono realizzate in resina poliestere con fibre di vetro di tipo "E". La banderuola è realizzata in resina vinilestere rinforzata con le stesse fibre di vetro E. L ogiva ha il compito di proteggere tutte le parti rotanti (mozzo, generatore e i manovellismi necessari alla variazione del passo); la capote copre la sagoma del telaio e la componentistica presente. La banderuola in VTR e longherone in VTR, ha una superficie esposta al vento di circa 2,2 mq, e ha il compito di orientare la turbina al vento. L ogiva, solidale con il rotore, e la capote, solidale con il telaio, sono distanziate di circa 5 mm lungo tutta la circonferenza, per evitare interferenze e consentire l uscita dell aria calda. Sulla parte anteriore dell'ogiva è praticato un foro con un sistema di convogliamento dell'aria in grado di provvedere al raffreddamento passivo dello statore elettrico. I manufatti sono realizzati con la tecnica dell infusione assistita dal vuoto e finiture con cicli di lavoro robotizzati Il sistema di controllo Il controllo della turbina eolica JIMP30 è ubicato in parte nella navicella e in parte a base torre. In ingresso riceve informazioni sul posizionamento lineare dell attuatore del passo, sui valori di tensione, frequenza, corrente e temperatura del generatore, sulla posizione di ap/ch del giunto magnetico. In uscita comanda l attuatore lineare e l alimentazione al giunto magnetico. E presente nell hardware una porta seriale per la comunicazione con il sistema elettrico di base torre (p.e. inverter ac/dc/ac per il parallelo con la rete, convertitore ac/dc per sistemi ad accumulo elettrico). La strategia di controllo si può sintetizzare nel modo seguente: Controllo di emergenza. Il sistema verifica che tutti i parametri di interesse (velocità di rotazione, tensione lato rete e lato generatore, temperatura del generatore, ecc.) siano all'interno del range consentito per il normale funzionamento. Nel caso non sia possibile immettere potenza in rete, viene attuata una procedura di emergenza mediante dei dispositivi passivi. Il generatore viene collegato a dei resistori che permettono la creazione di una coppia resistente del 30% superiore a quella nominale, il giunto magnetico, disalimentato, consente l'azionamento di una molla collegata al sistema del passo che porta le pale in bandiera. In contrapposizione alla molla è presente uno smorzatore a fluido che consente una graduale dissipazione dell'energia cinetica del rotore e quindi evita l'innescarsi di carichi dannosi per i componenti dell'aerogeneratore. Controllo della coppia resistente. Il sistema controlla la corrente circolante nel generatore (e quindi la coppia resistente creata sull'albero rotore) in funzione della velocità di rotazione al fine di ottimizzare il

18 INGEGNERIA FOGLIO 18 rendimento aerodinamico all'interno del range nominale di funzionamento. Controllo di velocità. Quando la velocità di rotazione supera il suo valore nominale, il sistema di controllo agisce in due differenti maniere al fine di ridurre la velocità e portare l'aerogeneratore a potenza costante. n controllo rapido della velocità viene effettuato facendo variare la corrente circolante nel generatore mentre un controllo su intervalli di tempo dell'ordine di alcuni secondi viene realizzato variando il passo pale Le condutture elettriche Le condutture tra navicella e base torre permettono il passaggio della potenza elettrica e di segnale fino al dispositivo elettrico in base torre. La turbina JIMP30 presenta un sistema di trasmissione che esclude l esigenza di qualsiasi tipo di contatto strisciante e/o movimentazione attiva dell imbardata. n cavo spiralato, adatto a gravose sollecitazioni meccaniche, collegato elettricamente alla morsettiera del generatore e del controllo, è vincolato rigidamente alla navicella con un cavo di acciaio, in asse con l asse torre. Tale soluzione permette almeno 50 giri di 360 della navicella, orari o antiorari, senza comprometterne le caratteristiche meccano-elettriche. n eventuale rottura del cavo (di segnale o di potenza) non compromette, comunque, la sicurezza del sistema eolico. 4.3 FONDAZIONE E TORRE DI SOSTEGNO La turbina JIMP30 viene installata su sostegni con altezza standard di 30 metri; le caratteristiche tecniche dei sostegni e delle relative fondazioni sono esposte in specifici documenti progettuali. La torre di sostegno è dimensionata in base alle sollecitazioni trasmesse dalla turbina JIMP30 e dall azione del vento agente lungo tutto lo sviluppo della stessa. Il dimensionamento è congruente alle seguenti norme: D.M. LL.PP. 09/01/1996 (G.. 05/02/1996 n. 29 suppl. ord. n. 19) (Norme tecniche per il calcolo, l esecuzione ed il collaudo delle strutture in cemento armato, normale e precompresso e per le strutture metalliche) D.M. LL.PP. 16/01/1996 (G.. 05/02/1996 n. 29 suppl. ord. n. 19) (Norme tecniche relative ai Criteri generali per la verifica di sicurezza delle costruzioni e dei carichi e sovraccarichi ) Circ. del Ministero dei LL.PP. 04/07/1996 n. 156AA.GG./STC. (G.. 16/09/1996 n.151) (Istruzioni per l applicazione delle Norme tecniche relative ai criteri generali per la verifica di sicurezza delle costruzioni e dei carichi e sovraccarichi di cui al decreto ministeriale del 16/01/1996) D.M. 14/01/08 Norme tecniche per le costruzioni

19 INGEGNERIA FOGLIO 19 Eurocodice 3 Progettazione delle strutture in acciaio: parte 1-1 regole generali e regole per gli edifici Eurocodice 3 Progettazione delle strutture in acciaio: parte 31-1 torri, pali e ciminiere-torri e pali Ai fini della stabilità, la turbina JIMP30 necessita di un ancoraggio al terreno mediante la realizzazione in opera di un plinto in conglomerato cementizio armato. Il plinto viene dimensionato in base ai carichi trasmessi dalla turbina e dalla torre di sostegno e verificato in fase esecutiva sulla base delle caratteristiche geotecniche del sito. Il dimensionamento viene effettuato in conformità alle seguenti norme: D.M. LL.PP. 09/01/1996 (G.. 05/02/1996 n. 29 suppl. ord. n. 19) (Norme tecniche per il calcolo, l esecuzione ed il collaudo delle strutture in cemento armato, normale e precompresso e per le strutture metalliche) D.M. LL.PP. 16/01/1996 (G.. 05/02/1996 n. 29 suppl. ord. n. 19) (Norme tecniche relative ai Criteri generali per la verifica di sicurezza delle costruzioni e dei carichi e sovraccarichi ) Circ. del Ministero dei LL.PP. 04/07/1996 n. 156AA.GG./STC. (G.. 16/09/1996 n.151) (Istruzioni per l applicazione delle Norme tecniche relative ai criteri generali per la verifica di sicurezza delle costruzioni e dei carichi e sovraccarichi di cui al decreto ministeriale del 16/01/1996) 4.4 IL COLLEGAMENTO ELETTRICO ALLA RETE Di seguito si descrivono le caratteristiche generali del dispositivo elettrico necessario al collegamento in parallelo della turbina JIMP30 alla rete pubblica di b.t. (@400 Vca, 50 Hz). La turbina eolica JIMP30, a valle dei morsetti del generatore, presenta l installazione di un convertitore di frequenza con circuito intermedio in corrente continua. Tale sistema consente di dissociare i valori di frequenza e tensione del generatore elettrico dai valori della rete elettrica. Con questo sistema è possibile attuare strategie di controllo a velocità variabile pur mantenendo, a valle, i livelli di tensione e frequenza necessari al parallelo con la rete pubblica. Il sistema di conversione utilizzato, a commutazione forzata ma senza riferimenti interni di tensione e corrente, determina un sistema di produzione non idoneo a sostenere tensione e corrente (CEI 11-20, art. n b)). Il convertitore ac/dc/ac è alloggiato all interno di un quadro metallico, completo di sistema di frenatura elettrica, contattore (dispositivo del generatore) e interruttore bt. Esso è costituito da un doppio inverter, che permette una più efficace gestione dell energia reattiva generata dall alternatore, è possibile, quindi, effettuare un controllo efficace dello sfasamento tra tensione e corrente lato generatore e lato rete. Per il diverso principio di funzionamento l inverter è, inoltre, un generatore di forme d onde sinusoidali, quindi, per costruzione, presenta un basso contenuto armonico lato generatore e lato rete e una conseguente riduzione del rumore diretto ed indotto. L armadio metallico di custodia del dispositivo elettrico deve essere predisposto per l installazione all aperto, ai piedi della torre di sostegno; a tal fine occorre avere caratteristiche di protezione dalle polveri, dall acqua e dal

20 INGEGNERIA FOGLIO 20 ghiaccio. La turbina JIMP30, oltre al collegamento in rete, con l ausilio di un inverter ac/dc/ac, può essere utilizzata interfacciata ad un convertitore ac/dc, per accumulo elettrico, o ad un quadro elettrico, per l alimentazione diretta di elettropompe, compressori, o altre utenze. 4.5 LE MODALITÀ INSTALLATIVE Di seguito si riporta una sintesi delle attività necessarie per l installazione di una turbina eolica JIMP30. - realizzazione dello scavo e del plinto, almeno 28 gg prima dell installazione - predisposizione, nello scavo, per il passaggio delle condutture elettriche, dalla base torre verso l esterno (tubazione in pvc flessibile, diam.=80 mm) - montaggio a terra dei conci di torre - posa della torre sulla piastra di base, annegata nel plinto - posa delle condutture elettriche con un estremo vincolato alla testa torre e l altro in uscita dal cavidotto - montaggio a terra di banderuola e pale, con pale in bandiera e angolo di calettamento - montaggio della ralla di imbardata sulla torre - montaggio della navicella sulla ralla di imbardata - vincolo meccanico delle condutture alla navicella - collegamenti elettrici in navicella - collegamenti elettrici a bordo del dispositivo elettrico di interfaccia a base torre Mezzi necessari: - gru portata 4 ton, altezza di lavorazione di 32 metri - cestello porta-persone, altezza di lavorazione 32 metri