Energia Eolica. Ravenna, 30/09/2009 Ing. Pier Luigi Zanotti Studio Seta s.r.l.

Energia Eolica Ravenna, 30/09/2009 Ing. Pier Luigi Zanotti Studio Seta s.r.l. pierluigi.zanotti@studioseta.it

Classificazione delle macchine eoliche L'energia eolica è il prodotto della conversione dell'energia cinetica del vento in altre forme di energia. Attualmente viene per lo più convertita in elettrica tramite una centrale eolica, mentre in passato l'energia del vento veniva utilizzata immediatamente sul posto come energia motrice per applicazioni industriali e pre-industriali. Attualmente è prima tra tutte le energie rinnovabili per il rapporto costo/produzione. 2

L energia eolica - sviluppo 3

Classificazione delle macchine eoliche Esistono diversi criteri di classificazione delle macchine eoliche: 1) In funzione della posizione dell asse di rotazione: ad asse orizzontale (HAWT: Horizontal Assis Wind Turbine): sono le turbine convenzionali con asse parallelo alla direzione del vento ad asse verticale (VAWT: Vertical Assis Wind Turbine): sono caratterizzate da asse perpendicolare alla direzione del vento: - rotori Darrieus; - rotori Savonius; - rotori Giromill; 4

Classificazione delle macchine eoliche 2) In funzione della taglia di potenza: di piccola taglia (potenza inferiore a 100 kw e diametro massimo del rotore pari a 20 m); di media taglia (potenza compresa tra 100 kw e 800 kw e diametro del rotore compreso tra 20 m e 50 m); di taglia intermedia (potenza nell intorno dei 1000 kw e diametro del rotore intorno ai 50 m); di grande taglia (potenza maggiore di 1000 kw e diametro del rotore maggiore di 50 m) 5

Classificazione delle macchine eoliche 3) In funzione della velocità del rotore: lento (multipala o mulino americano); veloce (con un numero ridotto di pale, in genere fino a 4); 4) In funzione del numero di pale: multipala (ad elevata solidità); a bassa solidità (da 1 a 3-4 pale al massimo); 5) In funzione della tipologie di torre di sostegno: tubolare; a traliccio 6) In funzione della tipologia di generatore elettrico: sincrono; asincrono; a magneti permanenti 6

Tipi di aerogeneratori Ad asse orizzontale 7

Tipi di aerogeneratori Ad asse verticale 8

L energia estraibile dal vento Curva caratteristica di una turbina eolica da 1500kW 9

L energia estraibile dal vento Funzione densità di probabilità di Weibull Curva caratteristica di una turbina eolica da 1500kW 10

Sviluppo tecnologico dell aerogeneratore diametro rotore potenza altezza diametro rotore 11

Le fasi di studio dell inserimento di un impianto eolico 12

Campagna di misura 13

Mappe eoliche 14

Mappa CESI http://atlanteeolico.cesiricerca.it/viewer.htm 15

Mappa CESI 16

Perché è importante valutare il potenziale eolico 17

Minieolico Si parla di minieolico per impianti caratterizzati da un range di potenza compreso tra i 20 kw e i 100 kw (impianti di potenza inferiore si classificano come microeolico). Gran parte degli impianti minieolici attualmente installati sono composti da turbine ad asse orizzontale; sono caratterizzate da rotore sopravento rispetto alla torre e dalla presenza di una deriva che permette l istantaneo posizionamento in funzione della direzione del vento. All aumentare del numero di pale diminuisce la velocità di rotazione, aumenta il rendimento e di conseguenza cresce il prezzo 18

Minieolico Le turbine ad asse verticale possono essere divise in due grandi macrocategorie, a seconda del tipo di tecnologia utilizzata nella costruzione del rotore: Macchina Darrieus: è costituita da pale di tipo aerodinamico e può essere di due tipologie, a catenaria o ad H, è caratterizzata da elevato rendimento (intorno a 0,4) ma di bassa coppia allo spunto che non permette l auto avviamento. Il generatore è posto alla base, viene minimizzato così l impatto visivo, ma aumenta notevolmente la difficoltà nella manutenzione 19

Minieolico Macchina Savonius: è caratterizzata da una forte coppia di spunto che ne permette l avviamento e il funzionamento anche in condizioni di vento molto debole, mentre risulta fortemente penalizzata in condizioni di velocità del vento elevata, con valori del rendimento molto bassi. Risulta comunque di pratica installazione, per le dimensioni contenute, ed estremamente 20

Minieolico - struttura La maggior parte delle turbine minieoliche presenti sul mercato ed installate ad oggi sono del tipo ad asse orizzontale e sono dotate prevalentemente di tre pale in fibra di vetro. 21

Minieolico - struttura Il generatore, direttamente collegato al rotore, può essere del tipo sincrono o asincrono. La tipologia più frequente è il generatore sincrono a magneti permanenti. La corrente in uscita dall alternatore, monofase o trifase, viene trasformata in continua attraverso un gruppo di conversione (raddrizzatore) ed eventualmente, in funzione degli usi finali, ritrasformata in alternata tramite inverter. Le sovratensioni sono controllate tramite centralina elettronica (wind controller) 22

Minieolico - applicazioni Off-grid 23

Minieolico - applicazioni Sistemi grid-connected - net-metering (scambio sul posto) - vendita dell energia (tariffa omnicomprensiva) In questa situazione si necessita l installazione di un inverter, che trasformando la corrente da continua in alternata secondo gli standard di rete, rende possibile gli scambi. È necessario inoltre installare opportuni contatori che, nel caso per esempio del net-metering (reversibili), permettono di effettuare un bilancio tra l energia ceduta e quella prelevata 24

Minieolico - applicazioni 25

Minieolico alcuni modelli 26

Quadro normativo Decreto legislativo 115/08: " L' installazione di generatori eolici dal diametro massimo di 1 metro e da un'altezza complessiva di 1,5 metri sono assimilati a un intervento di manutenzione ordinaria, quindi non sono richieste autorizzazioni di alcun tipo ". Legge Finanziaria 2008: introduzione della tariffa omnicomprensiva (30 /MWh) incentivante anche per l eolico con validità di 15 anni. Accesso allo scambio sul posto per impianti fino a 200 kw. Utilizzo della D.I.A. per gli impianti eolici di potenza fino a 60 kw. Decreto Ministeriale 18.12.2008: Decreto attuativo della Legge Finanziaria 2008 GSE: Ente responsabile dell erogazione della tariffa e del ritiro dell energia prodotta. AEEG: Autorità per l energia elettrica e il gas, ente preposto a regolamentare il settore elettrico. 31

Quadro normativo P < 60 kw D.I.A. P > 60 kw Autorizzazione Unica La L.99/2009 ha esentato gli impianti < 1.000 kw dalla verifica di assoggettabilità. 32

Wind farms Scelta del sito Scelta delle macchine Layout dell impianto Vincoli tecnico economici: caratteristiche anemologiche allaccio alla rete elettrica nazionale accessibilità al sito ottimizzazione dell efficienza energetica Vincoli territoriali: orografia Vincoli ambientali 33

Alcune nozioni L interlocutore di riferimento è il GSE Gestore dei Servizi elettrici ente pubblico preposto alla gestione delle energie rinnovabili. Si può installare un impianto minieolico di potenza fino a 60 kw con la presentazione della sola D.I.A. Si può accedere alla tariffa incentivante o allo scambio sul posto con impianti fino a 200 kw. Occorre una valutazione anemometrica. Fare domanda di connessione dell impianto alla rete locale, presso il distributore locale. Realizzato l impianto occorre eseguire la connessione alla rete pubblica stipulare una convenzione di ritiro dell energia, scambio sul posto o tariffa onnicomprensiva con il GSE. E necessario prevedere un servizio di ordinaria manutenzione annuale. Considerare verso la metà del ciclo di vita dell aerogeneratore un servizio di manutenzione più consistente. 34

Elementi del conto economico Gli elementi di calcolo possono variare sulla base di che tipo di incentivo si sceglie: Tariffa incentivante onnicomprensiva: 0,30 /kwh. (Decreto Ministeriale 18.12.2008) o Scambio sul posto (Delibera AEEG 74/2008). Durata del riconoscimento incentivo Potenza installata XX kw N aerogeneratori Produzione unitaria: XX kwh Ore di vento a potenza nominale Costo unitario turbina eolica: XX - fornitura chiavi in mano Mezzi propri (xx%): XX - Finanziamento bancario -leasing (yy%): XX Tempo di restituzione del mutuo bancario Tasso di interesse del mutuo bancario Ricavo medio di Energia Venduta annua: XX Ricavo Energia: XX Rata Annua Mutuo : XX Spese di Gestione e Manutenzione: XX 35

Costi di investimento Grande eolico: 1000 /kw 1500 /kw Piccolo eolico: 2500 /kw 3500 /kw Costo della turbina 70% Fondazioni 5% Installazioni elettriche 5% Connessione alla rete 6% Sistemi di controllo 1% Progetto 9% Terreni 2% Strade 2% 36

Costi di esercizio e manutenzione assicurazione manutenzione ordinaria e straordinaria spese di amministrazione 1,5 2% del costo di investimento iniziale Altre voci di costo: tasse di proprietà utilizzo del suolo sicurezza accesso e canone periodico per l immissione in rete costi di gestione, generali e amministrativi. 37

Bilancio energetico EPR = energia prodotta nel corso della vita utile/ energia necessaria per produrla dalla realizzazione dei componenti, all installazione, all esercizio fino al decommisioning Tecnologia EPR Impianto eolico 17-39 Impianto a gas naturale 10 Impianto a carbone 11 Impianto nucleare 16 Per l impianto eolico di medie e grandi dimensioni: Vita utile dell impianto (20-25 anni) Capacity factor (~ 25%) 38

Confronto economico Potenza elettrica kw 2 6 10 20 60 200 Producibilità annua h/a 750 850 950 1.050 1.100 1.200 Energia prodotta kwh/a 1.500 5.100 9.500 21.000 66.000 240.000 Entrate TO /a 450 1.530 2.850 6.300 19.800 72.000 Costo del macchinario 6.000 16.800 25.500 44.000 108.000 320.000 Costo specifico del macchinario /kw 3.000 2.800 2.550 2.200 1.800 1.600 Costo opere accessorie 500 1.000 3.000 5.000 10.800 32.000 Costo allaccio elettrico 160 480 800 1.600 4.800 16.000 Costo TOTALE 6.660 18.280 29.300 50.600 123.600 368.000 Costi O&M /a 67 183 293 506 1.236 3.680 Entrate annue /a 383 1.347 2.557 5.794 18.564 68.320 VAN 15-1.227-829 3.769 24.181 78.848 318.797 IP -18% -5% 13% 48% 64% 87% Tra a 20 18 14 10 8,2 7,5 39

RIFLESSIONI Punti di forza: Ridotta occupazione di spazio rispetto ad altre tecnologie Semplificazione normativa Elevata sostenibilità Elevato effetto scala Punti di debolezza: Elevato costo di installazione Incertezza sulla producibilità (annua e oraria) Elevata dipendenza dal sito Prospettive: la riduzione dei costi di produzione potrebbe seguire le dinamiche del FV 40