Seminario Tecnico
Impianti eolici di piccola taglia - SWT
Argomenti principali:
Introduzione
La storia dell´eolico
Tipologia di turbine eoliche
Capire il fenomeno del vento
Calcolo dell’energia nel vento/efficienza turbina eolica
Turbine eoliche - applicazioni
Turbine eoliche - installazione
Introduzione
Dimensioni
micro
< 1,5 kW
mini
1,5 – 200 kW
macro
> 200 kW
Introduzione
Dimensioni IEC 61400
mini
< 200 m2
macro
≥ 200 m2
< 80 kW
≥ 80 kW
SWT
Small Wind Turbine
(Piccola Turbina Eolica)
Introduzione
Dimensioni - Legislazione
Procedimento unico
Ordinaria
manutenzione
PAS
micro
<1m
ø
mini
≤ 60 kW
medio
60 - 200 kW
Tariffa omnicomprensiva
macro
> 200 kW
Introduzione
Classe UNI IEC 61400-2 SWT
Classe
I
II
III
IV
Vref (m/s)
50
42,5
37,5
30
Vave (m/s)
10
8,5
7,5
6
Ve50 (m/s)
70
59,5
52,5
42
Valori applicati all’altezza al centro del rotore (hub height)
Ve50 (z) = 1,4Vref(z/zhub)^0,11
Storia
Immagini storiche di turbine ad asse orizzontali
Turbine eoliche olandesi
Turbine eoliche spagnole
Storia
Immagini storiche di turbine ad asse verticali
Turbina eolica cinese
Turbina eolica persiana
Tipologie di turbine eoliche
Asse orizzontale
Asse Verticale
Tipologie di turbine eoliche
Tipologie di turbine eoliche
- Asse
- Generatore
- Braccia
- Ali
Tipologie di turbine eoliche
Il profilo alare determina in parte l’efficienza della turbina eolica
Tipologie di turbine eoliche
Il profilo alare determina in parte l’efficienza della turbina eolica
Tipologie di turbine eoliche
Due Tipologie di asse verticale:
“Darrieus”
“Eggbeater”
&
“H” Turbine
Tipologie di turbine eoliche
Due Tipologie di asse verticale:
“Savonius”
Hystorical picture
Windside Turbine
Brayja Elektro
Il fenomeno del vento
Circolazione ideale mono cellulare
La differenza fra l’energia ricevuta ed emessa dal sistema terra-atmosfera
varia principalmente in funzione della diversa inclinazione dei raggi solari
sull’orizzonte, che causa l’insolazione massima delle zone tropico-equatoriali,
e l’insolazione minima delle zone polari
Carta isobarica e ciclone / anticiclone
Circolazione effettiva tri-cellulare
In realtà, la distribuzione disomogenea delle masse d’acqua, delle zone continentali e
delle nuvole provoca la formazione di una fascia di alta pressione sub-tropicale e di una
fascia di bassa pressione sub-polare. Ciò determina, su ciascun emisfero, un sistema di
circolazione tri-cellulare
Il fenomeno del vento
La circolazione secondaria è l’insieme dei venti che si
formano nelle zone di bassa e alta pressione,
per il riscaldamento o il raffreddamento locale degli
strati inferiori dell’atmosfera. Essi si sviluppano su
periodi compresi fra pochi giorni e una settimana, su
aree di dimensione compresa fra poche centinaia e
un migliaio di chilometri.
Circa il 1-2% dell´energia solare viene impiegata nella
creazione del vento.
Calcolo dell’energia nel vento
La Legge di Betz:
La legge di Betz ci dice che é possibile convertire solamente il 59,3% dell´energia
cinetica contenuta nel vento
Una turbina eolica devia il vento prima che arrivi alla turbina stessa.
Ed é per questo motivo che non é possibile sfruttare tutta l´energia del vento.
Calcolo dell’energia nel vento
L´energia al cubo:
L´energia é data dalla velocitá
L´energia del vento cambia con il cubo della velocitá.
Raddoppiando la velocitá del vento, si ottiene otto volte piú di energia.
23 = 2 x 2 x 2 = otto volte piú energia
La formula per calcolare il vento é la seguente:
Velocitá m/s3 x densitá dell´aria (1,225 kg/m3) x 0,5= 100% di energia W/m2
esempio: 63 x 1,225 x 0,5
132,3 Watt/m2
Calcolo dell’energia nel vento
Curve di potenza
Il diagramma mostra il contenuto totale
dell´energia nel vento per una superficie
di 10m2, il limite Betz del 59% e la curva di
potenza della turbina stessa.
Una curva di potenza misurata in un
canale del vento.
Calcolo dell’energia nel vento
Fattore Weibull
In natura, il vento non é mai costante. Per stimare la produzione di energia di una
turbina eolica, é molto importante la conoscenza della distribuzione annuale dei venti.
La distribuzione Weibull: questa variabile viene utilizzata per indicare la distribuzione
dei venti in un anno. La distribuzione viene descritta con il fattore “K”.
2
2,5
3
3,5
4
Aree con vento massimo
Aree con vento massimo
Aree con vento massimo
Aree con vento massimo
Aree con vento massimo
di 18-20 m/s
di 15-16 m/s
di 13-14 m/s
di 11-12 m/s
di 10 m/s
Calcolo dell’energia nel vento
Fattore Weibull
Due esempi di distribuzione Weibull; in tutte e due i casi, la media annuale é di
6 m/s. Il diagramma sulla sinistra mostrá un fattore Weibull k=2, a destra un fattore k=4
Weibull K = 2
Weibull K = 4
Calcolo dell’energia nel vento
Weibull: due esempio
caso 1: 10 giorni, con un vento costante di 5 m/s (media 5 m/s)
caso 2: 10 giorni, 5 giorni assenza di vento, 5 giorni con 10 m/s (media 5 m/s)
Turbine eolica con una superficie di 10m2 e un efficienza del 30%
case 1: 53 x 1,225 x 0,5 x 10m2 x 30% = 229,7 W x 24 hours x 10 days =
55,125 Kwh in 10 giorni
case 2: 103x 1,225 x 0,5 x 10m2 x 30% = 1.837 W x 24 hours x 5 days =
220,5 Kwh in 5 giorni
Calcolo dell’energia nel vento
La misurazione del vento è essenziale per una stima di
produzione e calcolo del ritorno dell’ investimento
Misurazione con anemometri calibrati e possibilità
di archiviazione con file criptati
Calcolo dell’energia nel vento
Fattore di rugositá
Nella realtà la situazione reale è complicata da due fattori. In primo luogo non esistono aree indefinite
di uniforme scabrezza, ma la rugosità del terreno muta in maniera complessa da sito a sito. Inoltre, il
territorio ha una conformazione topografica spesso lontana dal caso ideale di zona pianeggiante.
Calcolo dell’energia
Fattore di rugositá
La differenza fra l´altezza della
misurazione e l´altezza
dell´installazione deve essere
presa in considerazione nel
calcolo della produzione con il
fattore di rugosità
Calcolo efficienza turbina eolica
Overview
History
Jl'ltii.'Yt.: EJtCEL t a mO<JM\ l f!'le>teor (:.!3 'U
IM !JWI,; I:JU.:t:l '*'l'IS I!UO:iJCfod '"1983 MC Il h&S
diomcr. IO.(l()Oil'/v.n
l d :u;bn
i c dc:;;l,ncd br ttigh
bee•·instalc-e at O"oe'r l.!(X) :;ltt.-s orou11thc world.
•ùlillàl ly '"'"" !'"lamlir,._l,..:;u, arì\1 s t0111i..: os:uati01'iu idl.lflflil 0\<ili:I".M t:unditiuui. Il ii a-MI;t:llfl iu t">J
con1igJ'8titw'IS·bEtte')' ehllrsere gn:;-conn&:t:ed
Recommended for:
+
Le1n1tlf'ICtl•lie.
• Remq.e •"'aae!S and bM.
::: ioo :;ic
l wmrrunit.
: :;,
+ L.,ogcr tce
t:coneocted to thEo gn::l.lf"le I:IWt: I:)(;I:L u npr:t\tlle
!11 OCI OOW1 200811t.,r Eu....S "'iiiu 'ioltJid 1u li lliOtllll
effeen1f'()fol.'Ersyn 11 n\IJftr
In Jll•,. 2000 lhe Ext
cur..r.e •as .!:lgrA:ktd with !l more pcmerlila!lemst:>r
01nò t«.:nç4;11 bldtlet>. Perfotmanc:e hubu n
lm pro.,..d by u •v•rilg• or 2S.'ii.
Price Range
Priçc:;,'l'lhich int:flt'Jc a '<Oilayt:rcgl,ll;;tor or :t g1id
S:fl'l(fl(Of'IOJin..ertet,t al'lgb'OIIII 113.500 IO
$29.500.
:: ily W :-r tl'.ntn!)A tnltl n
momt nf 11A Rl"!.r' i!:
l u,trit'l
home al molarato -MM slto:s.
lnstallation
lnverter
The 9\1'\ C Eulis m« t <Ateo i•.tsltòd oo a 9J
Specs
StaitMJp Wind SJ!ud·.\ 4 m1111 (75 mr.h)
Cutoin Wind Spud· ? 5 MI(5 mpt.• g'ir1
Rated Pow er:10 kW for grid intertie, 7.5 kW
for battery-charging
d
Tht .M
ni)W PI)VII!II'$ync::
Rated Wlnd Speed: 12 mfs (27 mph)
Il
.,.w fli'OC"''or (ii"'YY!!rtll' )i!\
latllu to,.er.....ti1Ch"a'4iilabl& io httignt6 c-11
the moc1 nd..onOE(I !n 100lnda;;cry .srd 11 ::arrleE: 3 fl.lll
UL ,;e•tirc:Jtio•• ICI Ut-: lài0$1\Alli\)' $-tom\la•
Til ..,: -.(l'i:ÌUntt ç( liEl "':. ;)tV ;iv.Ji \lblh/1 ttitu;;
'M!hOUt eraac.c.e'ss.
Furling WindSpu d: 15.6 mJs O!- mph)
M•· 0.$1on
(toJC-edtvbular}l:TA'C :IICOll:;oaW: ò!:llctohcig
Yllnd Spud· mlt·
: •34
mph;
----Rotor Diamet.er: 7 m (23ft.)
•: !ll.ac!•UpoNind
Nnn<Jity'\tiL"'I !t\rt•f'll'lMWtlndm t'.'-lt'l(l!'llt>!:
of 37 m (120 n.;-.
•
91..-rie P!tc;h C.,n trl) '
:
r-• e :t
.
h
Oworsp. . d Protection:
AUTOFURL
o. ubox:None, Di ll:lrM
Tfl m ji1wltw uRa u gé. -1(• tu •EìO Duv, C (-4C tu
fo-140 Ol!t F)
Outpvt Fu1'f n.S Pl tlftl_, A.C. 'llilliUi F1_,q .ey
jRegul..tod AO • 2L0VOC ri.- Vçs..tQ O! 240
VAC. 10, 60 H.t Ot 220VAC, 10,!'Jl wlth
PtJ•er.:'l';e lllr..ener
Calcolo efficienza turbina eolica
Velocità nominale del vento: 12m/s
Diametro del rotore: 7m
Potenza nominale: 10.000W
Energia contenuta nel vento a 12m/s:
123 x 1,225 x 0,5 = 1058,4 Watt/m2
10.000 / 38,48 = 259,87 Watt/m2
Pnom / A=∏*r2 = Potenza al m2
Calcolo efficienza turbina eolica
10.000 / 38,48 = 259,87 Watt/m2
(259,87 / 1058,4) * 100
123 x 1,225 x 0,5 = 1058,4 Watt/m2
Turbine eoliche - applicazioni
Immissione in rete
Sistema ad isola/ ibrido
Riscaldamento dell´acqua
Caricamento di batterie
Turbine eoliche - applicazioni
Curva di potenza
La potenza erogata viene controllata dall’elettronica connessa alla rete elettrica. L’elettronica
oltre a gestire i parametri di sicurezza (CEI-021) contiene la curva di potenza della turbina.
Turbina
Sistema
di frenatura
Curva di potenza
inverter
Turbine eoliche - applicazioni
Caricamento di batterie
Una soluzione utile per installazioni in aree
monitoraggio.
Turbina
inverter
Sistema
di frenatura
remote, telecomunicazioni, e sistemi di
Gestore di rete e carica
batteria
Turbine eoliche - applicazioni
Sistema ibrido
Turbine eoliche - applicazioni
Sistema per il riscaldamento dell´acqua
Il sistema di riscaldamento dell´acqua é un modo molto efficiente per
usare l´energia prodotta di una turbina eolica.
Tramite il sistema “Hot Max” é possibile produrre ingenti quantità di
acqua calda ed in particolare nei mesi invernali, quando i venti sono
maggiormente sostenuti. Esempi: case private, hotel e ristoranti e
serre ecc.
Turbine eoliche - applicazioni
Immissione in rete
Le turbine possono
immettere l´energia
prodotta nella rete
pubblica tramite un
inverter certificato
380V 50Hz della
potenza di 20/30kW.
Turbine eoliche - applicazioni
Connessione alla rete
Distanza e spessore dei cavi
Protezione di sovratensione
Messa a terra del palo
Copertura di una rete GSM o allaccio LAN
per un eventuale sistema di monitoraggio
Turbine eoliche - applicazioni
Calcolo del plinto
Caratteristiche dell´aereogeneratore fornite dal costruttore
Dimensionamento meccanico della turbina eolica secondo CEI 88-2 IEC 61400-2
“Wind Turbines – Part 2: Design requirements for small wind turbines”
Decreto del Ministero delle infrastrutture 14 gennaio 2008
(pubblicato nella G.U. n°29 del 04/02/2008 – suppl. Ord. n°30)
Caratteristiche geologiche del terreno
Turbine eoliche - applicazioni
Dimensionamento meccanico della turbina eolica secondo CEI 88-2 IEC 61400-2
“Wind Turbines – Part 2: Design requirements for small wind turbines”
Classe
I
II
III
IV
Vref (m/s)
50
42,5
37,5
30
Vave (m/s)
10
8,5
7,5
6
Ve50 (m/s)
70
59,5
52,5
42
Turbine eoliche - applicazioni
Decreto del Ministero delle infrastrutture 14 gennaio 2008
(pubblicato nella G.U. n°29 del 04/02/2008 – suppl. Ord. n°30)
Turbine eoliche - applicazioni
Dimensionamento meccanico
della turbina eolica secondo
CEI 88-2 IEC 61400-2
“Wind Turbines – Part 2: Design
requirements for small wind turbines”
Decreto del Ministero delle
infrastrutture 14 gennaio 2008
(pubblicato nella G.U. n°29 del
04/02/2008 – suppl. Ord. n°30)
Turbine eoliche - applicazioni
Installazione monopalo da 20kw
Turbine eoliche - applicazioni
Installazione su tetti: Aspetti critici
Massima portata
Flusso del vento sul tetto
Posizionamento ottimale
Dati tecnici / forze da avallare
Costi complessivi dell´installazione
Turbine eoliche - applicazioni
Installazione su tetti: frequenza di risonanza
Turbine eoliche - applicazioni
Installazione su tetti: turbolenze
Turbine eoliche - applicazioni
Installazione su tetti: turbolenze
Turbine eoliche - applicazioni
Installazione su tetti: turbolenze
Turbine eoliche - legislazione
PROCEDURE APPLICATIVE DEL D.M. 6 luglio 2012 CONTENENTI I
REGOLAMENTI OPERATIVI PER LE PROCEDURE D’ASTA E PER LE
PROCEDURE DI ISCRIZIONE AI REGISTRI
Turbine eoliche - legislazione
PROCEDURE APPLICATIVE DEL D.M. 6 luglio 2012 CONTENENTI I
REGOLAMENTI OPERATIVI PER LE PROCEDURE D’ASTA E PER LE
PROCEDURE DI ISCRIZIONE AI REGISTRI
Turbine eoliche - installazioni
Turbine eoliche - installazioni
Turbine eoliche - installazioni
ENERGIA PULITA PER LA PUBBLICITA‘ DEL DOMANI
Turbine eoliche - installazioni
ENERGIA PULITA PER LA PUBBLICITA‘ DEL DOMANI
Turbine eoliche - installazioni
ENERGIA PULITA PER LA PUBBLICITA‘ DEL DOMANI
Turbine eoliche -installazioni
.
15
-·
....
'l.l \':r'
YERS , '
"----"' OF HISTORY ,
Turbine eoliche - installazioni
Turbine eoliche - installazioni
Turbine eoliche -installazioni
OI<
Seminario Tecnico
Impianti eolici di piccola taglia - SWT
“Un minieolico non cambia il mondo...
...ma tanti, si.
”
Ropatec
www.ropatec.com