SVECOM P.E. Srl RELAZIONE TECNICA PER AEROGENERATORE DA 60kW 1 1. PRESENTAZIONE DELLA MACCHINA Il generatore eolico di 60 kW di Svecom P.E. Srl è stato realizzato per generare energia elettrica sfruttando il livello di ventosità tipiche del nostro paese. E’ progettato con la supervisione del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Padova, con la consulenza specifica del Prof. Ing. Ernesto Benini. Legenda componenti principali 1) Palo 2) Quadri elettrici e di comando 3) Navicella 4) Anemometro 5) Pale SVECOM P.E. S.r.l. Via della Tecnica, 4 MONTECCHIO MAGGIORE (VI) I-36075 tel.+39 -0444-746211 fax.+39-0444-498098 SVECOM P.E. Srl CARATTERISTICHE TECNICHE Aerogeneratore: Tipo asse: orizzontale sopravento Potenza nominale: 59 kW Diametro rotore: Disponibilità di due differenti diametri a seconda del livello di ventosità: Diametro rotore: 20,1 metri circa Area del disco rotore: 320 mq circa La velocità di avviamento è di circa 3 m/s Diametro rotore: 24 metri circa Area del disco rotore: 450 mq circa La velocità di avviamento è di circa 2,5 m/s Altri dettagli tecnici: Ottimizzazione potenza erogata: variazione pale al vento Sistemi di sicurezza: freno aerodinamico Velocità di rotazione nominale: 70 giri/min Velocità del vento alla potenza nominale: 12 m/s Velocità massima di funzionamento: 25 m/s Orientamento: attivo, tramite motoriduttore Applicazioni: connessione alla rete BT Pale: Numero di pale tre (3) Materiale pale: materiale composito Generatore elettrico: Generatore sincrono a magneti permanenti Potenza nominale 59 kW SVECOM P.E. S.r.l. Via della Tecnica, 4 MONTECCHIO MAGGIORE (VI) I-36075 tel.+39 -0444-746211 fax.+39-0444-498098 2 SVECOM P.E. Srl Gestione e controllo del generatore eolico: PLC, controllore elettronico programmabile a comando parziale remoto Torre: Tipo: palo poligonale 3 Altezza: 24, 30 e 34 metri SVECOM P.E. S.r.l. Via della Tecnica, 4 MONTECCHIO MAGGIORE (VI) I-36075 tel.+39 -0444-746211 fax.+39-0444-498098 SVECOM P.E. Srl Curva di potenza aerogeneratore 60kW con diametro rotore di circa 20,1 metri 4 SVECOM P.E. S.r.l. Via della Tecnica, 4 MONTECCHIO MAGGIORE (VI) I-36075 tel.+39 -0444-746211 fax.+39-0444-498098 SVECOM P.E. Srl Curva di potenza aerogeneratore 60kW con diametro rotore di circa 24 metri 5 SVECOM P.E. S.r.l. Via della Tecnica, 4 MONTECCHIO MAGGIORE (VI) I-36075 tel.+39 -0444-746211 fax.+39-0444-498098 SVECOM P.E. Srl DESCRIZIONE DELL’IMPIANTO Le caratteristiche salienti dell’aerogeneratore di 59 kW sono le seguenti: - la piccola taglia dell’aerogeneratore consente la semplificazione e riduzione dei costi di allacciamento alla rete elettrica nazionale in BT . - il progetto e la realizzazione sono completamente italiani e sono caratterizzati dalla massima semplicità, derivata dalla lunga esperienza di Svecom P.E. Srl nella costruzione di impianti di automazione. - elevata efficienza aerodinamica - manutenzione programmata su lunghi intervalli e di grande semplicità - progettato con caratteristiche di sicurezza intrinseca (fail-safe) - assoluta rispondenza alle normative tecniche del settore - ridotto impatto ambientale e rumorosità - ottimizzato il trasporto ed il montaggio Torre - Singolo tronco poligonale conico. - Sulla sommità della parte superiore è presente una flangia predisposta per supportare la navicella. - Ai piedi della parte inferiore è presente una flangia atta a fissare la torre alle fondazioni (non facenti parte della fornitura) tramite un collegamento bullonato ai tirafondi. - All’interno della torre sono calati i cavi di potenza e di segnale per collegare le parti attive del generatore ai quadri elettrici posizionati alla base della torre. Navicella - La navicella è formata da una struttura portante realizzata in carpenteria metallica che supporta il generatore elettrico vincolando la parte statorica. - L’albero del generatore sostiene il mozzo su cui sono montate le pale e ruota assieme a queste. - La struttura portante nel suo complesso è sostenuta da una ralla dentata che è a sua volta fissata alla flangia sulla cima della torre. SVECOM P.E. S.r.l. Via della Tecnica, 4 MONTECCHIO MAGGIORE (VI) I-36075 tel.+39 -0444-746211 fax.+39-0444-498098 6 SVECOM P.E. Srl - Tale ralla permette la rotazione della navicella attorno ad un asse verticale al fine di orientare in modo opportuno la macchina rispetto alla direzione del vento. - La rotazione della navicella avviene tramite un motoriduttore il cui pignone ingrana con la ralla dentata sopra citata. - Le pale sono collegate al mozzo tramite ralle per permettere di variarne l’angolo di calettamento a seconda delle condizioni operative. - La variazione dell’angolo delle pale è azionata da un attuatore lineare collocato nella parte posteriore della navicella il cui moto viene trasmesso alle pale da un sistema di leverismi. - L’avviamento e l’arresto del generatore come pure la limitazione della potenza prodotta avvengono eseguite in modo automatico agendo opportunamente sull’angolo di calettamento delle pale. - La configurazione di riposo del generatore prevede che le pale siano orientate con la corda pressoché parallela all’asse della macchina. - Nella parte superiore è montato un sistema di anemometri atto a rilevare direzione e velocità del vento al fine di eseguire il controllo della macchina stessa. - Nella parte posteriore del generatore è presente un freno meccanico che ha la funzione di freno di stazionamento. Tale freno esercita la propria azione frenante quando la macchina viene portata in modalità di manutenzione. SVECOM P.E. S.r.l. Via della Tecnica, 4 MONTECCHIO MAGGIORE (VI) I-36075 tel.+39 -0444-746211 fax.+39-0444-498098 7 SVECOM P.E. Srl Quadri elettrici - Alla base della torre ed esternamente a questa viene predisposto d’accordo con il cliente acquirente un locale tecnico per ospitare i quadri elettrici. - Il quadro elettrico di potenza gestisce la trasformazione dell’energia prodotta dal generatore e la sua immissione in rete. - Il quadro elettrico di controllo esegue la rilevazione in tempo reale dei parametri operativi del generatore e comanda in modo opportuno gli attuatori per adeguare la configurazione della macchina alle varie condizioni operative (comprese le condizioni di stop e manutenzione). - Fare riferimento alle sezioni di questa pubblicazione relative alla parte elettrica per maggiori dettagli riguardo ai quadri elettrici di potenza e di controllo SVECOM P.E. S.r.l. Via della Tecnica, 4 MONTECCHIO MAGGIORE (VI) I-36075 tel.+39 -0444-746211 fax.+39-0444-498098 8 SVECOM P.E. Srl 2. TORRE DI SOSTEGNO (Palo da 24, 30 e 35 metri) Per la progettazione dei pali forniti sono state rispettate le seguenti norme: - Generale: Legge n.1086 del 5/11/1971 - Per la verifica delle strutture: Testo Unico delle disposizioni legislative e regolamenti in materia edilizia, di cui al D.P.R. 06/06/2001 n° 380 - Decreto del presidente della repubblica del 28/05/2004 n° 136, art. 5; convertito in legge, con modificazioni, dall art. 1 della legge n° 186 del 27/07/2004 - Norme tecniche per le costruzioni : DM 14/01/2008 - Per le caratteristiche dei materiali: UNI EN 10025 : Prodotti laminati a caldo .. - Per la verifica delle sezioni in acciaio: UNI ENV 1993-1-1: Progettazione delle strutture in acciaio. - Per la definizione delle tensioni nei tronchi pressopiegati: UNI ENV 1993-1-3 Regole per l’impiego dei profilati e delle lamiere sottili piegati a freddo - Per i carichi esterni sulla struttura: Norme tecniche per le costruzioni : D.M.14/01/2008 - Eurocodice 1 - UNI ENV 1991-1-4 Parte 2-4 Azioni sulle strutture - Azioni del vento - per i coefficienti di forma della struttura; - Eurocodice 1 - UNI ENV 1991-2-1 Parte 2-1 Azioni sulle strutture - Massa volumica, pesi propri e carichi imposti; Eurocodice 1 - UNI ENV 1991-2-3 Parte 2-3 Azioni sulle strutture - Carichi da neve. - Per le combinazioni di carico: Norme tecniche per le costruzioni : DM 14/01/2008 - Per la verifica in zone sismiche: Norme tecniche per le costruzioni : DM 14/01/2008. -Eurocodice 8-1-1 - UNI ENV 1998-1-1. - Indicazioni progettuali per la resistenza sismica delle strutture. Regole generali - Azioni sismiche e requisiti generali per le strutture. -Eurocodice 8-1-2 - UNI ENV 1998-1-2. - Regole generali per gli edifici. - Eurocodice 8-1-3 - UNI ENV 1998-1-3. - Regole generali - Regole specifiche per i diversi materiali ed elementi. Eurocodice 8-6 - PR EN 1998-6. Tower, masts and chimneys. SVECOM P.E. S.r.l. Via della Tecnica, 4 MONTECCHIO MAGGIORE (VI) I-36075 tel.+39 -0444-746211 fax.+39-0444-498098 9 SVECOM P.E. Srl 3. PALE Il percorso tecnico che ha portato al nuovo profilo della pala deriva dalla nostra pregressa esperienza nel campo dell’eolico, la volontà cioè di approdare ad un progetto che preveda pale piu’ performanti alle basse e medie ventosità. Il progetto della Pala da inserire nell’aerogeneratore da 60 kW prevede: 1) Nuova Progettazione aerodinamica preliminare, 2) Nuova Progettazione meccanica, 3) Nuova Prototipazione e test, 4) Nuova Analisi aerodinamica di dettaglio ed eventuale riprogettazione. Il percorso indicato serve a garantire una curva di potenza più adeguata alla tipologia di ventosità tipica del territorio Italiano. Seguono i disegni commercialmente divulgabili della Pala. Il progetto proponeva i seguenti obiettivi: - Studio di fattibilità preliminare e calcoli aerodinamici monodimensionali con scelta preliminare dei profili aerodinamici e comparazione tra prestazioni ottenibili con profili appartenenti a famiglie note. - Studio della pala innovativa mediante applicazione di codici agli elementi di pala (codici BEM) e profili palari non convenzionali (ottimizzati aerodinamicamente). - Scelta della configurazione aerodinamica finale della pala con riguardo a profili, distribuzione radiale della corda palare e dello svergolamento (twist). - Stima aerodinamica delle prestazioni della pala al variare dell’angolo di passo. - Modellazione solida della pala mediante CAD tridimensionale. La progettazione preliminare della pala è stata svolta utilizzando un codice monodimensionale basato sulla teoria di Betz, o del disco attuatore, la quale permette di studiare la reazione di un disco ideale, rappresentante la girante della turbina, sottoposto all’azione del vento. SVECOM P.E. S.r.l. Via della Tecnica, 4 MONTECCHIO MAGGIORE (VI) I-36075 tel.+39 -0444-746211 fax.+39-0444-498098 10 SVECOM P.E. Srl Dall’analisi in questione è stato possibile ricavare le prestazioni nominali della turbina e gli elementi geometrici fondamentali, quali diametro, angolo di passo e velocità di rotazione. Ricordiamo che Svecom P.E. Per l’aerogeneratore da 60kW prevede due tipologie di diametro del rotore: circa 20,1 metri e 24 metri 11 4. ATTUATORE E SISTEMA DI INGRASSAGGIO Attuatore La variazione dell'angolo di calettamento delle pale è realizzata da un attuatore lineare. Ovvero la variazione dell’angolo, rispetto alla direzione del vento (Pitch Angle), avviene tramite un sistema puramente meccanico. Si tratta di un cinematismo di tipo biella manovella, il cui azionamento è affidato ad un sistema a vite senza fine. Il Sistema prevede lo sgancio automatico che salvaguarda (mette in sicurezza) l’aerogeneratore quando vi sono problematiche di mancanza di connessione elettrica, dovute anche a fulmini. il sistema progettato da Svecom P.E. Srl, è attualmente oggetto di domanda di Brevetto d’invenzione. SVECOM P.E. S.r.l. Via della Tecnica, 4 MONTECCHIO MAGGIORE (VI) I-36075 tel.+39 -0444-746211 fax.+39-0444-498098 SVECOM P.E. Srl Sistema di ingrassaggio Altro elemento importante, è il sistema di ingrassaggio concentrato nella parte posteriore della navicella, tramite canalizzazioni interne, garantisce la corretta lubrificazione a tutti gli organi meccanici in movimento, il sistema progettato da Svecom P.E. Srl è attualmente oggetto di domanda di Brevetto d’invenzione. 12 Anche per questa tematica è stata utilizzata la pregressa esperienza di Svecom P.E. Srl nella costruzione di complessi impianti di automazione. Segue panoramica della navicella dove si possono riconoscere sommariamente i sistemi descritti. SVECOM P.E. S.r.l. Via della Tecnica, 4 MONTECCHIO MAGGIORE (VI) I-36075 tel.+39 -0444-746211 fax.+39-0444-498098 SVECOM P.E. Srl 5. INVERTER CERTIFICATO DI ELPOWER SRL Il sistema di conversione di Elpower Srl, del tipo digitale con controllo a DSP, è essenzialmente costituito da: - Interruttore automatico generale di rete - Filtro EMI - Relè d’interfaccia DK5940 - Contattore lato rete - Trasformatore lato rete - Filtro L-C - Inverter AFE (Active Front End) trifase ad IGBT lato rete - Filtro C - Inverter trifase ad IGBT lato generatore - Contattore lato generatore con contatti in scambio per inserimento resistenza di 13 frenatura ( se prevista) Il prodotto proposto è stato certificato in conformità alla “Guida per la connessione alla rete elettrica ENEL”. Ricordiamo che per ottenere la certificazione il sistema è stato sottoposto alle seguenti prove: − Rigidità ed isolamento in conformità alla specifica GLI(EMC)2 − Emissione di corrente armonica in conformità alla norma EN 61000-3-12 − Fluttuazioni di tensione e flicker in conformità alla norma EN 61000-3-11 − Test EMC in conformità alle norme EN 61000-6-1 e EN 61000-6-3 − Camera climatica : 1 - Caldo secco + 55°C a potenza ridotta a 15 kW ( per taglia 25kW) 2 - Caldo umido + 40°C a 93% di umidità a potenza nominale 3 - Freddo - 10°C a potenza nominale 4 - Temperatura ambiente 25°C a potenza nominale SVECOM P.E. S.r.l. Via della Tecnica, 4 MONTECCHIO MAGGIORE (VI) I-36075 tel.+39 -0444-746211 fax.+39-0444-498098 SVECOM P.E. Srl Inoltre In tutte le condizioni il sistema è stato portato a regime termico dopodichè sono state rilevate: tensione, corrente, THD(V), THD(I), Cosfi Tutti i contattori sono comandati tramite circuito di sicurezza; il contattore lato generatore inserisce la resistenza di frenatura in caduta cioè in caso di mancanza di alimentazione. E’ previsto un sezionatore di cortocircuito del generatore per bloccare il rotore in caso di 14 service. La resistenza di frenatura (se prevista viene collocata all’esterno del quadro) ha la funzione di evitare la fuga del rotore in condizioni di mancanza rete o venti eccessivi, qualora i sistemi di sicurezza meccanici non dovessero funzionare. Pertanto la resistenza di frenatura non costituisce il sistema di sicurezza dell’impianto che deve essere assicurata dai dispositivi di turbina. Il doppio convertitore è controllato tramite DSP ed il controllo della turbina viene effettuato tramite una curva coppia-velocità caratteristica dell’applicazione, inserita nella EE-prom della scheda DSP. Tale curva può essere modificata tramite PC dotato di software specifico. Il filtro lato generatore può essere evitato se il generatore è stato progettato per essere gestito da inverter. Set-up e diagnostica dell’inverter di Elpower Srl Il tastierino con display presente sul fronte del convertitore fornisce i dati reali di funzionamento e la diagnostica con memorizzazione di 50 eventi. Inoltre, per mezzo di un software specifico che viene fornito con l’apparecchiatura, è possibile, previo collegamento di un PC all’interfaccia RS 232 disponibile, disporre di una tabella che visualizza tutti i reali e gli eventuali allarmi in un'unica schermata. Con un PC collegato alla RS 232 è possibile anche acquisire i dati di funzionamento (compresi potenza ed energia prodotte sia lato generatore che lato rete) ad intervalli di 1 secondo. Per questa funzione è disponibile, in opzione, un PC embedded inseribile su barra DIN. E’ disponibile un’interfaccia RS 485 per comunicare con protocollo MODBUS RTU. SVECOM P.E. S.r.l. Via della Tecnica, 4 MONTECCHIO MAGGIORE (VI) I-36075 tel.+39 -0444-746211 fax.+39-0444-498098 SVECOM P.E. Srl 6. GENERATORE SINCRONO A MAGNETI PERMANENTI DI MAGNETIC SPA Il generatore ad alto rendimento, installato nell’aerogeneratore da 60 kW, è utilizzato a atto a fornire una Potenza / Coppia 55 (65) kW / 6300 Nm 15 Caratteristiche tecniche: - Statore avvolto ottenuto da lamierini magnetici a basse perdite. Esecuzione statore laminato previsto di pressa-pacchi, lavorato esternamente. - Magneti in ferro boro neodimio e relativo montaggio su mozzo, bloccati a mezzo adesivo epossidico e bandaggio di contenimento in poliglass. - Avvolgimento eseguito con rame speciale smaltato contro le scariche parziali (per uso inverter) previsto con doppia impregnazione in autoclave sottovuoto ed in pressione (VPI). - Esecuzione : a norme CEI 60034-1 conformi alle IEC 34-1 - Classe di isolamento F - Grado di protezione: Tale statore è previsto per l'inserimento su struttura chiusa (IP44) raffreddata esternamente dal flusso d'aria dell'aerogeneratore SVECOM P.E. S.r.l. Via della Tecnica, 4 MONTECCHIO MAGGIORE (VI) I-36075 tel.+39 -0444-746211 fax.+39-0444-498098