ENERGIA EOLICA. Energia dal vento: tecnologie e caratterizzazione della risorsa. Ing. Maurizio Vaccaro

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1 Camera di Commercio di Massa Carrara EAMS Giovedì 2 febbraio 2012 ENERGIA EOLICA Energia dal vento: tecnologie e caratterizzazione della risorsa Ing. Maurizio Vaccaro Università di Pisa Department of Energy and Systems Engineering maurizio.vaccaro@for.unipi.it 1

2 Sommario Camera di Commercio di Massa Carrara EAMS Giovedì 2 febbraio 2012 Introduzione Energia dal vento Velocità del vento (misurazione, distribuzione, profilo) Funzionamento: potenza e velocità; limite di Betz Tipologie di turbine eoliche Ad asse verticale Ad asse orizzontale Portanza e Resistenza Curva di potenza Aspetti tecnologici e ambientali Mini e micro eolico La situazione in Italia 2

3 Introduzione Le turbine eoliche hanno una lunga storia (dai primi mulini a vento ai giorni nostri), che ha portato all attuale diffusione di dispositivi e installazioni in tutto il mondo. Nella foto: mulino pompa a vento Vivarelli Prima turbina in grado di produrre corrente alternata Danimarca, anni 50 3

4 Introduzione L energia eolica deriva dall enorme quantità di energia solare che arriva sul nostro pianeta in ogni istante. Le masse di aria in movimento convertono l energia solare in energia cinetica dell aria (velocità del vento) e dell acqua (correnti marine). Alla base di questi spostamenti di masse d aria ci sono i gradienti termici fra le diverse parti della superficie terrestre, e fra le terre emerse e i mari (che assorbono e riflettono in maniera diversa la radiazione solare). Le masse d aria a diversa densità e a diversa pressione innescano questi moti, che posso essere più o meno intensi e con diversi gradienti di velocità. La velocità del vento, come vedremo più avanti, dipende dall altezza e dalla presenza di rilievi (rugosità) che ne ostacolano il moto (attrito). 4

5 Energia dal vento Profili di velocità del vento Effetto di un rilievo sul profilo di velocità del vento. 5

6 Energia dal vento Misurazioni della velocità del vento Anemometro a coppette Misure effettuate tipicamente a 10 m, 20 m, e 40 m con una frequenza di 10 minuti 6

7 Energia dal vento Distribuzioni di velocità Distribuzione di Weibull probabilità (f) che accada l evento di velocità del vento V f k V c c k 1 V exp V c k k fattore di scala c fattore di forma 7

8 Energia dal vento Atlante eolico d Italia 8

9 Energia dal vento Funzionamento Potenza e velocità A V Schema della sezione del rotore inserita nel tubo di flusso potenza velocità del vento densità dell aria P V A 2 3 sezione spazzata del rotore efficienza di conversione 9

10 Energia dal vento Limite di Betz Sotto opportune ipotesi vale la teoria di Betz, che pone come limite teorico 16/27 0,593 al coefficiente di potenza rotorico (C P,R rapporto tra la potenza messa a disposizione dalla velocità del vento e quella ricavata dall albero) rapporto fra la velocità periferica della pala e la velocità del vento 10

11 Tipologie di turbine eoliche ad asse orizzontale ad asse verticale mini e micro eolico eolico off-shore 11

12 Turbine ad asse verticale A resistenza (drag type) Savonius Elicoidali, altre A portanza (lift type) Darreius H Darreius Miste 12

13 Turbine ad asse verticale Savonius o Funzionamento a basse velocità del vento o Efficienza ridotta o Pale fisse, fermo meccanico per velocità superiori a quella nominale o Applicazioni di bassa potenza o Bassissima rumorosità 13

14 Turbine ad asse verticale Elicoidali, tipo Savonius (Windside) 14

15 Turbine ad asse verticale Darreius e H Darreius Basse efficienze (basso C P ) Range limitato di velocità di funzionamento (necessità di controllo della velocità) Applicazioni di piccola taglia Bassa rumorosità 15

16 Turbine ad asse verticale Soluzioni miste: Darreius Savonius ROTORE SAVONIUS ROTORE DARREIUS 16

17 Turbine ad asse orizzontale Funzionamento - La portanza e la resistenza 17

18 Turbine ad asse orizzontale Funzionamento e caratteristiche Curva di potenza V cut-in V r V cut-off Producibilità V cut off E TA T PT ( V ) Vcut in f V dv 18

19 Turbine ad asse orizzontale Aspetti tecnologici Caratteristiche interne della turbina VestasV52 19

20 Turbine ad asse orizzontale Aspetti tecnologici Diametro del rotore e producibilità 20

21 Turbine ad asse orizzontale Aspetti tecnologici e ambientali Trasporto e assemblaggio 21

22 Turbine ad asse orizzontale Aspetti tecnologici e ambientali Rumore 22

23 Turbine ad asse orizzontale Aspetti tecnologici e ambientali Impatto paesaggistico 23

24 Turbine ad asse orizzontale Aspetti tecnologici e ambientali Biodiversità Carta delle aree a diversa compatibilità potenziale rispetto all insediamento di impianti eolici. In rosso (livello 0 ) le aree precluse all installazione di impianti eolici industriali, in grigio (livello 1 ) le aree non precluse all installazione di impianti di media potenza (da 1 a 30 MW, con un impianto costituito da massimo 20 aerogeneratori ogni 100 Km 2), in bianco (livello 2 ) le aree non precluse all installazione di impianti di grande potenza (oltre 30 MW). EOLICO & BIODIVERSITÀ LINEE GUIDA PER LA REALIZZAZIONE DI IMPIANTI EOLICI INDUSTRIALI IN ITALIA WWF Italia 24

25 Turbine ad asse orizzontale Costi 25

26 Mini e Micro eolico Mini: potenza 10 0 kw (qualche kw) Micro: potenza 1 kw altezza generatore < 30 m 26

27 La situazione in Italia Dati Terna per il

28 GWh La situazione in Italia Elettricità da fonti rinnovabili non tradizionali in Italia. Anni (GWh) 28

29 Grazie per l attenzione 29