Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello
1/2012
Il Mineolico
Sede ANEV, Roma, 15-16 marzo 2012
Principali aspetti per gli impianti stand - alone o
grid-connected
Luciano Pirazzi
Segretario Scientifico ANEV
[email protected]
La risorsa eolica: come nasce il vento
Riscaldamento non uniforme da parte del sole della superficie
terrestre
La differenza di temperatura che si crea tra l’aria sopra le terre
emerse, che si riscalda di giorno più velocemente, e l’aria sopra
gli oceani che rimane fredda ed umida, genera una differenza di
pressione, la quale è più alta sui mari e più bassa sulle terre
emerse. Da questa differenza di pressione nasce il vento
La risorsa eolica: come nasce il vento
La rotazione terrestre deforma i movimenti delle masse d’aria
che vanno a colmare i le differenze di pressione, generando, per
effetto della forza di Coriolis, i cicloni con la formazione di nubi e
gli anticicloni che mantengono il cielo sereno
Si riscontrano venti agenti su larga scala come gli alisei e altri
circoscritti in aree limitate e influenzati da fattori locali
La risorsa eolica: come nasce il vento
In lunghi periodi il vento si presenta con caratteri di variabilità e
ricorrenza.
Si presentano fattori aleatori e altri più deterministici, come
l’orografia e la rugosità superficiale del terreno
L’importanza di questi fattori è riconducibile alla previsione del
vento nel corso del tempo
Classificazione macchine eoliche
Piccola taglia: da pochi watt sino a 100-200 kW. La norma fissa il limite a 200
m2 di superficie del rotore (lunghezza pala circa 8m)
Media taglia: da 200 a 1000 kW
Grande taglia: oltre 1000 kW
Piccola taglia: micro-eolico sino 1 kW, mini-eolico oltre 1 kW, nel Regno Unito
la soglia tra micro e mini è rappresentata dall’area del rotore di 3,5m2
Gli aerogeneratori di media-grande taglia sono ad asse orizzontale,
generalmente a tre pale, con il rotore sopravento rispetto alla torre (il
vento incontra prima le pale e successivamente il sostegno)
Nelle macchine di piccola taglia sono presenti soprattutto quelle ad asse
orizzontale, di solito tripala, ma si riscontrano anche macchine bipala e ad
asse verticale
Classificazione macchine eoliche
La maggior parte delle turbine micro e minieoliche utilizza pale realizzate in
poliestere e fibra di vetro, dotate di timone direzionale per orientare il
rotore in direzione del vento, con alternatori a magnete permanente,
semplici e robusti
Fra le turbine ad asse verticale, la macchina Savonius è impiegata soprattutto
per il pompaggio dell’acqua, e in qualche caso anche per la produzione di
energia elettrica. Si tratta di una macchina molto robusta e semplice dal
punto di vista costruttivo e di funzionamento. Ha il vantaggio di avere una
forte coppia di spunto, che gli consente di avviarsi anche con vento
debole, mentre è poco adatta ai venti forti
Diffusione del minieolico negli USA
Negli USA nel 2010 sono state installate piccole macchine sino a
100 kW per una potenza di 25 MW
Alla fine del 2010 è stata stimata l’installazione di 144.000 unità per
una potenza complessiva di 179 MW
1.500 alla stessa data erano gli addetti a tempo pieno nell’industria
Fonte: AWEA’s 2010 U.S. Small Wind Turbine Market Report
Costi
Priorità di ricerca e sviluppo su scala industriale
Rendimento
Progettazione
Accumulo
Struttura di una turbina
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)
Applicazioni del minieolico
-
Off-grid, alimentazione di utenze isolate
- per abitazioni o piccole aziende (turbine singole, stand-alone, o
accoppiate ad impianti di cogenerazione o fotovoltaici, sistemi ibridi)
- a servizio di sistemi di telecomunicazione (ripetitori di segnale,
antenne)
- sistemi di monitoraggio qualità dell’aria
- impianti di pompaggio acque
- potabilizzazione (dissalazione) acqua marina
Queste tipologie di installazioni
necessitano di un gruppo di batterie
per l’immagazzinamento
dell’energia in eccesso. In queste
installazione l’inverter è opzionale,
si rende necessario qualora
l’impianto fosse collegato
direttamente all’alimentazione
principale dell’utenza domestica
Applicazioni del minieolico
-
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
Sistemi di controllo, elettrici e meccanici
Il meccanismo di imbardata, esterno per la maggior parte delle turbine
minieoliche, permette l’istantaneo allineamento alla direzione del vento,
in modo da ottimizzare la produzione energetica
Il sistema di controllo di potenza, permette, in caso di
venti forti, la regolazione dell’angolo di inclinazione di
ogni singola pala (pitch control), in modo da ridurre la
velocità di rotazione, o la disposizione della turbina
parallelamente alla direzione del vento (a bandiera). Il
sistema di controllo a stallo, attivo o passivo, consente
il controllo della potenza in condizioni di vento forte.
Alcune case costruttrici prevedono, per condizioni
meteo particolarmente avverse, la possibilità di
adagiare la turbina al suolo, soluzione che risulta
particolarmente conveniente anche nella fase di
manutenzione.
I meccanismi di frenatura, aerofreni ad azionamento centrifugo, freno
meccanico a disco consentono il fermo del rotore per velocità del vento
troppo elevate
Sistemi di controllo, elettrici e meccanici
L’assenza del meccanismo di imbardata comporta un minor peso della
struttura, una maggiore semplicità costruttiva ed una maggiore flessibilità
delle pale.
La presenza del meccanismo di
imbardata, permette di evitare l’effetto
ombra generato dalla torre, migliora le
performance aerodinamiche, evitando
fenomeni localizzati di turbolenza,
minimizza l’impatto acustico e rende
minime le sollecitazioni delle pale
Applicazioni eolico di piccola taglia
Collegamento alla rete elettrica per la vendita dell’energia generata
Tariffa fissa 30 cent/kWh per una durata di 15 anni
Scambio sul posto di impianti alimentati da fonti rinnovabili con potenza fino a
20 kW e impianti alimentati da fonti rinnovabili di potenza superiore a 20 kW
fino a 200 kW entrati in esercizio in data successiva al 31 dicembre 2007
Lo scambio sul posto (Del. AEEG n. 74/08, Del. AEEG n. 184/08, Del. AEEG n.
1/09) è un servizio che viene erogato dal GSE dal giorno 1° Gennaio 2009 su
istanza degli interessati. Consente all’utente che abbia la titolarità o la
disponibilità di un impianto, la compensazione tra il valore associabile
all’energia elettrica prodotta e immessa in rete e il valore associabile
all’energia elettrica prelevata e consumata in un periodo differente da quello
in cui avviene la produzione.
Lo scambio sul posto contempla l’acquisizione dei certificati verdi
Scambio sul posto: ecco le novità
• In applicazione della legge 99/09, con la Delibera 9 dicembre
2009 - ARG/elt 186/09, l’AEEG ha definito importanti modiche
al “Testo integrato delle modalità e delle condizioni tecnicoeconomiche per lo scambio sul posto” (ARG/elt 74/08), in
vigore dal 1 gennaio 2009.
Tra le principali novità, si segnala la possibilità per gli utenti
dello scambio sul posto di optare tra la gestione a credito per
gli anni successivi e la liquidazione monetaria (annuale) delle
eventuali eccedenze. Inoltre, per i Comuni al di sotto dei
20mila abitanti residenti e per il Ministero della Difesa è
riconosciuta la possibilità di attivare lo scambio sul posto
senza la necessità che il punto di immissione e il punto di
prelievo coincidano. In tal caso la potenza complessiva non
deve essere superiore a 200 kW.
Applicazioni eolico di piccola taglia
agriturismi, artigianato, piccola industria, fattorie, campeggi,
rifugi, utenze domestiche isolate in montagna, al mare o su
isole
alimentazione di sistemi di telecomunicazione, sistemi di
pompaggio e drenaggio di siti da bonificare, utenze di
illuminazione pubblica (strade, viadotti, gallerie, fari,
piattaforme, impianti semaforici, etc.)
Applicazioni eolico di piccola taglia
• discreto potenziale applicativo anche nelle aree naturali
protette, che costituiscono circa il 10% del territorio nazionale
(Parchi Nazionali e Regionali, Riserve Naturali Statali e
Regionali, Aree marine Protette ed Aree Protette provinciali,
comunali e di vario genere)
• Il Protocollo di intesa tra ENEL, Federparchi e il Ministero
dell’Ambiente, siglato nel febbraio 2001, ha previsto che i
crescenti fabbisogni energetici all’interno dei parchi, siano
soddisfatti attraverso impianti di Fonti Energetiche Rinnovabili
di piccola taglia
Applicazioni eolico di piccola taglia
area di potenziale applicazione della piccola taglia è quella delle
reti locali nelle isole minori, che sono più di quaranta in Italia
ed alcune centinaia nell’intero Mediterraneo
Sistemi ibridi
Si tratta di impianti che associano due o più sistemi di
generazione, in parte convenzionali (es. diesel) per garantire
una base di continuità del servizio elettrico, e in parte da fonti
rinnovabili (eolico, fotovoltaico, idroelettrico, ecc.), completati
da sistemi di accumulo (batterie), di condizionamento della
potenza (inverter, raddrizzatori, regolatori di carica) e di
regolazione e controllo
Sistemi ibridi
• Per sopperire alle esigenze di energia elettrica nelle aree
remote non elettrificate, in passato venivano utilizzati
esclusivamente generatori diesel, che presentano una ridotta
efficienza di funzionamento, alti oneri di manutenzione, breve
vita dell’impianto. I sistemi ibridi invece consentono di
sfruttare le risorse rinnovabili esistenti sul territorio e
costituiscono una concreta opzione, compatibile sul piano
ambientale e sociale.
• Attualmente si progettano sistemi ibridi dove le fonti
rinnovabili e l’accumulo forniscono fino all’80-90% dei
fabbisogni energetici, lasciando al diesel solo la funzione di
soccorso.
La risorsa eolica: energia del vento
E’ noto che una massa d'aria di densità  che si muove con
velocità istantanea V attraverso un'area A, posta
ortogonalmente alla direzione della velocità, rende
disponibile una potenza pari a:
P = 1/2 Cp  A V3
Se  è data in kg/m3, V in m/s, A in m2, allora P risulta
espresso in watt. La densità corrispondente ai valori standard
di pressione e temperatura vale  = 1.22 kg /m3
Cp, il coefficiente di potenza, dipende dalle caratteristiche e
dalle condizioni operative della macchina
Il principio di funzionamento: cenni di aerodinamica
Nell’impatto del vento con l’aerogeneratore si verifica una
diminuzione di velocità e, quindi, di energia cinetica, con un
trasferimento di energia sul rotore
Nel rotore l’energia cinetica si trasforma in energia rotazionale
che a sua volta è trasmessa ad un sistema meccanico o, nella
maggior parte dei casi, elettrico, trasformandosi in energia
meccanica ed elettrica
Curva di potenza
La risorsa eolica: distribuzione della velocità
Distribuzione della frequenza della velocità e delle direzioni del
vento
Variazione della velocità del vento con l’altezza sopra la
superficie
Variazioni diurne, notturne e stagionali
Entità delle raffiche
Velocità massima
Distribuzione di Rayleigh
Fonte: Wind Power by Paul Gipe
Distribuzione di Rayleigh
Il fattore cubico della distribuzione di Rayleigh è 1,91 ed
esprime la relazione tra la densità di potenza basata solo sulla
velocità media e quella derivata dalla distribuzione reale della
velocità del vento
Questa relazione ha una buona validità per siti dal clima
temperato e con velocità del vento forte e moderata
Fonte: Wind Power by Paul Gipe
Densità di potenza e di energia annuale in funzione della
velocità del vento per una distribuzione di Rayleigh
Media annuale
velocità del vento
4 m/s
5 m/s
6 m/s
7 m/s
8 m/s
9 m/s
Densità di potenza
annuale (w/m2)
75
146
253
401
599
853
Densità di energia
(annuale kWh/m2)
656
1.281
2.214
3.515
5.247
7.471
Fonte: Wind Power by Paul Gipe
Distribuzione di Weibull
Curve di distribuzione della velocità e della densità di potenza in due siti
con velocità del vento di poco superiore a 7 m/s
Fonte: Wind Power by Paul Gipe
Distribuzione di Weibull
The Weibull parameters, c and k, are derived by computing
statistics about wind data. k, the shape parameter, specifies
how sharp a peak the curve has, while c is the weighted
average speed, more useful in power calculations than the
actual mean speed.
Distribuzione di Weibull
Due esempi:
caso 1: 10 giorni, con un vento costante di 5 m/s (media 5 m/s)
cas0 2: 10 giorni, 5 giorni assenza di vento, 5 giorni con 10 m/s (media
5 m/s)
Turbine eolica con 10m2 di superficie e un efficienza del 30%
case 1: 125 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: 1000x 1,225 x 0,5 x 10m2 x 30% = 1.837 W x 24 hours x 5
days = 220,5 Kwh in 5 giorni
La risorsa eolica: “speed effect” e classi di rugosità (1)
La compressione dell’aria origina un aumento della sua velocità.
L’aumento della velocità del vento quando avviene tra edifici elevati e
montagne è conosciuto come effetto tunnel.
La presenza di profili verticali o fortemente inclinati genera il
fenomeno della turbolenza.
L’aumento di velocità del vento avviene anche sui crinali dei monti e
sommità delle colline. Anche in questo caso l’aria si comprime ed
aumenta la sua velocità.
La risorsa eolica: “speed effect” e classi di rugosità (2)
Le classi di rugosità esprimono le diverse condizioni fisiche del
terreno, in termini di resistenza opposta al passaggio del
vento.
Un’elevata classe di rugosità, 3 o 4, si riferisce ad una superficie
molto irregolare con molti alberi e manufatti (edifici, etc.).
Un'area urbana sarà caratterizzata da un valore di circa 1 m, una
prateria con erba bassa e qualche cespuglio da un valore di
circa 0,03 m, una superficie innevata liscia da un valore di
circa 0,0005 m.
La risorsa eolica: “speed effect” e classi di rugosità (3)
La lunghezza di rugosità (z0) riassume in sé l'informazione
essenziale nell'ambito della teoria che descrive la crescita
della velocità con l’altezza attraverso la legge logaritmica
u*
V ( z )  log ( z / zo )
k
z  z0
dove u* è la velocità d'attrito, costante nello strato limite
superficiale, k è la costante di von Karman (pari a 0,4), z è
l'altezza dal suolo, .
La risorsa eolica: classi di rugosità
.
Velocità del vento all'altezza z (%)
100
90
80
70
60
50
Zo=0,0005
40
Zo=0,03
30
Zo=1
20
10
0
0
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300
Altezza z dal suolo (m )
Velocità del vento, in percentuale del valore in alta quota, al variare dell'altezza dal
suolo e per diversi valori di lunghezza di rugosità (in metri).
La risorsa eolica: turbolenza ed influenza degli ostacoli
Aree caratterizzate da superfici molto irregolari presentano
fenomeni di turbolenza
La turbolenza si manifesta con flussi di vento irregolari con con
rapide fluttuazioni di velocità e direzione del vento,
creazione di vortici e mulinelli
La turbolenza riduce l’utilizzo dell’energia eolica ed aumenta le
sollecitazioni agli aerogeneratori
Profilo di velocità del vento
Profilo di velocità del vento
Profilo di velocità del vento
h* esprime la lunghezza di rugosità che nella formula appariva come z0
La risorsa eolica: ricerca di siti idonei (1)
Adeguata ventosità, definita da opportuni parametri statistici
ottenuti elaborando dati anemometrici (atlante eolico
nazionale http://atlanteeolico.cesiricerca.it)
Disponibilità di terreno d’impiego marginale (agricoltura
estensiva, pascolo etc.)
Andamento di velocità e direzione del vento sufficientemente
omogeneo nell’area interessata
Terreno privo d’irregolarità e ostacoli tali da creare, da un lato,
un’eccessiva turbolenza del vento e dall’altro di ridurre la
producibilità e la durata dei componenti dell’aerogeneratore
La risorsa eolica: ricerca di siti idonei (2)
L’atlante eolico nazionale è composto da due sezioni:
Atlante delle risorse eoliche (velocità del vento e produzione specifica di
energia)
Atlante di compatibilità ambientale
L’Atlante eolico dell’Italia
•
Sviluppato nel 2000-2002 con fondi per la ricerca a favore del
sistema elettrico nazionale
•
•
Realizzata nel 2006 una nuova versione dell’Atlante
•
•
Le mappe consentono l’individuazione di massima di aree sfruttabili
Quadro generale delle risorse eoliche, di utilità per Autorità locali e
gestori di reti elettriche (programmazione) e per operatori industriali
Le informazioni fornite non sostituiscono la ben più approfondita
caratterizzazione necessaria per decidere sull’investimento di un
impianto eolico.
L’Atlante eolico dell’Italia
Contenuti e funzionalità
• mappe di velocità del vento (4 altezze)
• mappe di producibilità di aerogeneratori
• estensione alle aree offshore (< 40 km)
• consultazione in modalità interattiva
• modulo di calcolo per valutazione tecnico-economica
• prossimo inserimento di una sezione “compatibilità ambientale”
Accessibile da http://atlanteeolico.cesiricerca.it/viewer.htm
Media di 38 accessi al giorno (2007-2008) al sito
Sintesi atlante eolico a 50m di altezza
CESI
CESI
Sintesi atlante della velocità media del vento a 75 m di altezza
Annual mean wind
speed (v) at 75 m a.t.l.
v < 3 m/s
3 < v < 4 m/s
4 < v < 5 m/s
5 < v < 6 m/s
6 < v < 7 m/s
7 < v < 8 m/s
8 < v < 9 m/s
10 < v <11 m/s
v >11 m/s
CESI RICERCA
Aree di maggior producibilità secondo le mappe
Estensione (km2) con producibilità specifica tra 1750-2000 MWh/MW
> 2000 MWh/MW
Valle d’Aosta
86
66
Umbria
145
71
166
51
Lazio
379
176
Liguria
70
38
Abruzzo
1455
1652
Lombardia
31
26
Molise
984
1063
Veneto
16
41
Campania
1469
3330
Trentino A. Adige
99
36
Puglia
4172
6154
2
18
Basilicata
2414
5592
Emilia R.
625
450
Calabria
3139
2801
Toscana
396
276
Sicilia
6193
7392
Marche
148
82
Sardegna
5084
5738
27073
35055
Piemonte
Friuli V. Giulia
Italia
Fonte: CESI
Potenza eolica regionale inizio 2012(MW)
2,5
1,35
12,5
25 (2,4)
Potenza totale
6.877 MW
16,3
45
Potenza eolica aggiunta
ultimamente
(tra parentesi)
1.5
51 (42)
946(274)
229
368
1071 (257)
1366 (79)
301 (22)
771 (185)
1676 226)
La risorsa eolica: ricerca di siti idonei (3)
Assenza di insediamenti abitativi nelle immediate vicinanze del
sito (per macchine di una certa dimensione)
Esistenza di un sistema viario di collegamento alla rete stradale
Presenza di una rete elettrica in grado di assorbire l’energia
prodotta dalla centrale eolica
Capacity factor
Rapporto tra l’energia prodotta da un impianto eolico in un certo
intervallo di tempo e quella che avrebbe potuto essere prodotta
se l’impianto avesse funzionato nello stesso intervallo alla
potenza nominale
Aspetti Innovativi
Velocità variabile
•Configurazione che si è affermata rapidamente
•Controllo della velocità di rotazione del rotore
•Funzionamento ad efficienza massima per un tratto della curva di
potenza
•Maggiore producibilità
•Riduzione rumore
Velocità variabile
Tipical Cp Curve - Variable RPM WTG
Vestas V52
0.6
Zona a Cp = Cp max
0.5
Cp
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
0
5
10
15
20
Wind Speed [m/s]
25
30
Come si sta sviluppando l’eolico in Italia
Attività di ricerca in corso in Italia
•Dipartimento di Fisica dell’Università di Genova
Ricerca e consulenza tecnica su: valutazione della risorsa eolica
su terreno complesso e offshore; micrositing; studi di impatto
ambientale di insediamenti eolici.
•Università di Bologna
Tecnologie offshore
•Politecnico di Milano
Ricerca, consulenza tecnica e laboratori sperimentali per lo studio
di aerogeneratori
•Università di Trento
Campus universitario macchine di piccola taglia
•Diverse altre Università
Normativa
Serie CEI EN 61400
EN 61400-1, ormai alla sua Terza Edizione, che fornisce le prescrizioni di progetto
degli aerogeneratori, in particolare per quanto riguarda l'integrità strutturale;
EN 61400-2, ora alla Seconda Edizione, che fornisce requisiti analoghi, ma
semplificati, applicabili alle macchine di piccola taglia;
EN 61400-11, ora alla Seconda Edizione, riguardante il rilievo in campo del
rumore emesso da un aerogeneratore (di recente è stata pubblicata una
versione emendata, la Edizione 2.1);
EN 61400-12-1, Parte 1 della 61400-12 relativa alla verifica in campo delle
prestazioni degli aerogeneratori, in particolare della loro curva di potenza.
Questa Parte 1 si riferisce a misure in siti pianeggianti (tipici di campi prova);
EN 61400-21, riguardante la valutazione della qualità della potenza elettrica che
gli aerogeneratori possono immettere in rete (potenza attiva e reattiva,
variazioni di tensione, flicker, armoniche, ecc.).
EN 61400-25-1, 61400-25-2, 61400-25-3, 61400-25-5, rispettivamente Parti 1, 2, 3 e
5 della 61400-25 riguardante i sistemi di comunicazione per la supervisione e il
controllo degli impianti eolici (le Parti 4 e 6 sono ancora in preparazione).
Normativa Altre norme
È poi da citare la Norma EN 50308, di diretta origine CENELEC,
che fornisce prescrizioni di progetto finalizzate alla
salvaguardia dell'incolumità del personale addetto all'esercizio
e alla manutenzione di aerogeneratori.
È infine da ricordare la Norma IEC WT 01, che fornisce
prescrizioni sia per la certificazione di tipo degli
aerogeneratori che per la certificazione di progetti eolici
specifici.
Normativa "Technical Specification" e "Technical Report"
• Documenti meno vincolanti, ma comunque utili, definiti nel
linguaggio IEC e CENELEC come "Technical Specification" e
"Technical Report", e riguardanti argomenti come la misura
dei carichi meccanici (EN 61400-13), la dichiarazione dei
livelli di rumore (EN 61400-14), la prova delle pale (EN
61400-23), la protezione contro le fulminazioni (EN 6140024).
• Un ulteriore Technical Report, di origine soltanto CENELEC,
è il CEI CLC/TR 50373 sulla compatibilità elettromagnetica
degli aerogeneratori. Per l'approvvigionamento delle turbine
eoliche esiste altresì la guida CEI UNI EN 45510-5-3.
LA MICROGENERAZIONE DISTRIBUITA DA FONTE EOLICA
DEFINIZIONI
Nell’Allegato A, deliberazione dell’Autorità energia elettrica e gas n. 328/07
sono state adottate le seguenti definizioni:
• Generazione distrbuita (GD): l’insieme degli impianti di generazione con
potenza nominale inferiore a 10 MVA.
Sottoinsieme della GD è la piccola generazione e la microgenerazione
definite come:
• Piccola generazione (PG): l’insieme degli impianti per la produzione di
energia elettrica, anche in assetto cogenerativo, con capacità di generazione
non superiore a 1 MW;
• Microgenerazione (MG): l’insieme degli impianti per la produzione di
energia elettrica, anche in assetto cogenerativo, con capacità di generazione
non superiore a 50 kWe.
Generazione distribuita
La generazione distribuita è un modello di produzione di energia che utilizza
gruppi di generazione di piccola taglia da localizzare nelle vicinanze del
consumatore.
Il sistema può essere del tipo stand-alone (totalmente indipendente, in tal caso
deve soddisfare integralmente le esigenze energetiche del consumatore) o
connesso alla rete di distribuzione.
In quest’ultimo caso il sistema fa fronte alle esigenze dell’utenza ma
contribuisce anche alla funzionalità della stessa rete.
Rispetto al passato, le nuove tecnologie offrono soluzioni convenienti per
l’introduzione nelle reti elettriche esistenti di piccoli e medi generatori che
impiegano fonti rinnovabili o combustibili fossili tradizionali.
In particolare, i sistemi eolici di piccola taglia permettono soluzioni
impiantistiche complementari alle installazioni di grande taglia, in termini di
disponibilità dei siti e di utenze servite, conseguendo principi di
diversificazione delle fonti energetiche primarie
QUADRO NORMATIVO AL 31 DICEMBRE 2007
I principali elementi di carattere normativo/regolatorio di interesse per la
GD sono:
regolazione dell’accesso ai servizi di sistema
modalità di cessione dell’energia elettrica immessa in rete
regimi di incentivazione esistenti per alcune tipologie di fonti o di impianti
Delibere dell’Autorità che regolano il servizio di connessione alla rete
elettrica degli impianti di produzione di energia elettrica
Livello
di Condizioni
tensione
procedurali
economiche
Trasmissione
AAT/AT
Regole tecniche
ed connessione
Delibera n. 281/05
Delibera
99/08
Delibera n. 250/04
Codice di rete – Terna
ARG/elt Delibera ARG/elt 99/08
e 125/10
Distribuzione AT
MT
BT
di
Delibera n. 89/07
Delibera
ARG/elt
99/08 e 125/10
Procedimento delibera
n. 136/04
Delibera ARG/elt 99/08
e 125/10
Considerazioni
generali 1
Grado di innovazione
Stato della tecnologia
high
Innovazione
Medio/Grandi
WTGS
“gap” tecnologico
Piccoli
WTGS
low
1980
2005
Time
La tecnologia delle macchine di media e grande taglia è
stata caratterizzata da una notevole evoluzione negli
ultimi 25 anni, il settore industriale è maturo, le
macchine affidabili ed economiche
Le macchine eoliche di piccola taglia disponibili sul
mercato sono invece spesso:
non troppo affidabili
costose (in termini unitari, €/kW)
non ottimizzate nell’efficienza di produzione
•Lo sviluppo industriale e tecnologico delle
piccole macchine è stato decisamente lento,
perché:
- i sistemi di incentivazione (conto energia, PTC,
ecc.) hanno storicamente favorito la produzione
massiva di energia
- le opportunità di mercato sono abbastanza
disperse geograficamente
- il mercato delle piccole macchine è
generalmente presidiato da piccole imprese,
spesso di origine artigianale
- il sistema è tecnicamente complesso (al
contrario di quanto si possa immaginare)
- l’approccio progettuale è differente da quello
delle macchine di grande taglia
- manca adeguato R&D (salvo rare eccezioni, es.
NREL)
- il ritorno economico viene solitamente valutato
sulla singola iniziativa, e non, con una visione
prospettica, sul possibile volume complessivo
delle applicazioni
•Le macchine di piccola taglia occupano tutt’oggi
un posto di nicchia nel settore eolico, risultando
spesso tecnologicamente non mature
Uno spazio tecnologico e di mercato in parte da riempire
Considerazioni generali 2
Chi
GRID CONNECTED
•Piccole/medie industrie
•Aziende agricole
•Comuni/Enti
•Grandi gruppi per azioni
promozionali
•Connessioni domestiche
SISTEMI IBRIDI E
STAND ALONE
•Utenze isolate (case sparse,
rifugi, agriturismo, fattorie,
ecc.)
•Sistemi remoti di
telecomunicazione
•Elettrificazione
rurale/regionale
•Pompaggio acqua
•Bonifiche/drenaggio
RETI ISOLATE
•Amministrazioni/Enti locali
(es. isole)
•Comunità locali
•Village power
Dove
•OCSE, ovunque sia
applicabile il net
metering (US, Canada,
Spagna, ora anche
Italia)
•US/Canada
•America Latina
•Paesi in via di
sviluppo
•Cina
•Isole minori
•Paesi in via di
sviluppo
Requisiti
•Alta efficienza, è
importante la produzione
•Ottime prestazioni
•Bassi costi
•DRIVER: tempo di ritorno
•Alta affidabilità
•Basse esigenze
manutentive
•Qualità della potenza
generata
•Facilità di installazione
•DRIVER: analisi
comparativa con sistemi
tradizionali e altre fonti
•Qualità della potenza
generata
•Affidabilità
•Basso impatto ambientale e
paesaggistico
•DRIVER: complessità ed
accettabilità
Mercato ampio e a lungo termine, spazi enormi di crescita
Considerazioni generali 3
Tipologie di applicazione…
Stand alone (sistemi ibridi):
- eolico, PV, diesel, inverter, accumulo
- alti costi di investimento
- costi di esercizio non sempre preventivabili
- sistemi integrati, standardizzati, modulari
…con rilevante impatto sui costi
4-10 k€/kW
2.5 -4.5
Reti isolate:
- in aree elettrificate da reti locali
- problematiche di stabilità della rete
- problemi di accettabilità e di impatto
- necessitano finanziamento specifici
Grid connected:
- costi in diminuzione, non ancora paragonabili
a quelli dei grandi WTG
- net metering pre-requisito per una
consistente diffusione (i certificati verdi solo
parzialmente efficaci)
1.5-2.5
Ibridi/Stand alone
Isole
Costi unitari maggiori per le taglie più piccole
Grid
connected
Il mercato potenziale negli USA….
L’AWEA (American Wind Energy Association) www.awea.org
ha stimato una crescita annua del mercato tale che al 2020 gli
aerogeneratori di piccola taglia contribuiranno a coprire circa
il 3% del fabbisogno interno di energia elettrica, pari a circa
50.000 MW installati
…e nei Paesi in via di sviluppo
I Paesi in via di sviluppo hanno un altissimo potenziale di
richiesta di piccoli aerogeneratori (o, meglio, di sistemi
per alimentazione di utenze isolate), in quanto non hanno
una rete elettrica sviluppata ed impianti di potenza
asserviti ad aree rurali. D’altro canto le popolazioni locali
sono troppo povere per comprare tali sistemi, ed hanno
bisogno di supporto finanziario dai governi locali.
Purtroppo ad oggi tale supporto è quasi
esclusivamente diretto a finanziare l’estensione della rete esistente e ad
installare generatori diesel!
Il mini-eolico e l’evoluzione dei servizi e tecnologie per l’eolico:
la fattibilità di istallazioni eoliche con mini turbine
Il mini-eolico non ha avuto le attenzioni dovute sul piano scientifico,
conseguentemente le macchine hanno un contenuto tecnologico inferiore
a quelle di taglia maggiore e un costo unitario più elevato
La presenza di più operatori a livello nazionale insieme a una crescita del
mercato porterà a un miglioramento delle macchine e a una maggiore
competitività con i prodotti stranieri
Nell’estate 2007 è stato inaugurato il Campo Eolico Sperimentale di Trento
(www.eolicotrento.ing.unitn.it) gestito dall’Università di Trento allo scopo
di verificare le prestazioni delle macchine di piccola taglia e indicare
soluzioni migliorative
Campo Eolico Sperimentale di Trento
Le attività di studio e sviluppo delle tecnologie per l’utilizzazione
e valorizzazione della risorsa eolica sono condotte dal
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Strutturale (DIMS)
dell’Università di Trento
In particolare il Progetto di ricerca del Campo Eolico
Sperimentale ha in corso la valutazione dell’efficienza
energetica, funzionale e strutturale di tre aerogeneratori di 1,
11 e 20 kW
Campo Eolico Sperimentale di Trento
• Rafforzamento del settore di ricerca nel campo delle energie rinnovabili.
• Supporto alla didattica.
• Valutazione della possibilitàdi utilizzo delle turbine eoliche di piccola taglia
nella generazione distribuita (microgenerazione).
• Valutazione della possibilitàdi inserimento delle mini-turbine sul territorio
della provincia di Trento.
• Attrazione di aziende del settore sul territorio.
Campo Eolico Sperimentale di Trento
• –Analisi delle caratteristiche di efficacia in sito in termini di
capacità di raccogliere energia.
• –Analisi delle caratteristiche funzionali (controllo e
regolazione della macchine) al fine di valutarne la disponibilità
e l’affidabilità tecnica.
• –Analisi delle caratteristiche strutturali al fine di valutarne le
caratteristiche di robustezza.
• –Supporto ad attività di progetto per corsi di laurea.
• –Dottorati di ricerca.
Campo Eolico Sperimentale di Trento
Gli obiettivi del Progetto campo Eolico Sperimentale sono:
• Valutazione della risorsa eolica nei terreni complessi e
dell’interazione con le macchine
• Analisi e confronto delle caratteristiche di funzionamento
• Sperimentazione di nuove soluzioni per il controllo e
monitoraggio delle piccole macchine
• Valutazione degli aspetti di impatto ambientale
Campo Eolico Sperimentale di Trento
Progetti in corso
• Progetto e analisi di micro e miniturbine eoliche
• Tecnologie innovative per il monitoraggio delle torri di turbine
eoliche installate in siti ad orografia complessa
• Studio dell’impiego dell’energia eolica presso il rifugio “P.
Marchetti”
• Progetto R.E.A.M. (Risorsa Eolica in Ambiente Montano)
Il mini-eolico e l’evoluzione dei servizi e tecnologie per l’eolico:
la fattibilità di istallazioni eoliche con mini turbine
Dall’avvio del Campo Eolico sono già stati individuati indicatori per un
miglioramento tecnologico del prodotto
La localizzazione del mini-eolico è presso l’utenza, trattandosi di
un’applicazione che contempla produzione e consumo e/o trasferimento
di energia direttamente sul posto
Generalmente le condizioni anemologiche sono inferiori a quelle che si
riscontrano nelle applicazioni dell’eolico di taglia maggiore (posizione delle
macchine e loro altezza dalla superficie)
Applicazioni in ambito urbano (da qualche centinaio di watt a pochi kW, con
possibilità di estensione), anche in abbinamento con moduli fotovoltaici
Tecnologia
•
Curva di potenza
•
Rotore ad asse verticale e ad asse orizzontale
•
Numero di pale
•
Treno di potenza (presenza o meno del moltiplicatore di giri)
•
Sistema di controllo
•
Torre
•
Assemblaggio e installazione turbina eolica
•
Connessione alla rete elettrica
Tecnologia
Componenti
• Rotore: generalmente ad asse orizzontale costituito da tre
pale di materiale composito con fibra di vetro e talvolta fibra
di carbonio
• Generalmente sino a 20 kW sono riscontrabili anche rotori ad
asse verticale
Tecnologia
Componenti
Generatore elettrico: generalmente sincrono, multipolare a
magneti permanenti a flusso assiale o radiale, attacco diretto
al mozzo
Sistema di controllo: attivo con variazione del passo o passivo
Tecnologia
Componenti
Torre: generalmente tubolare metallica con altezze variabili da
12 a 24m. Talvolta abbattibile per semplificare le operazioni di
manutenzione
Moltiplicatore di giri: sovente non presente nelle macchine di
piccola taglia che sono generalmente a trasmissione diretta
(rotore-generatore elettrico)
Tecnologia
Regolazione della potenza
Controllo di stallo
Controllo di pitch
Controllo d’imbardata (tramite timone direzionale)
Orientamento
Generalmente tramite timone direzionale
Regolazione e controllo
Sistema di Controllo del numero di giri
Il generatore è stato progettato per funzionare in un determinato range di
numero di giri.
Onde evitare situazioni pericolose il generatore stesso è stato dotato di un
sistema di controllo passivo che, qualora tali condizioni dovessero essere
oltrepassate, tenda a riportare il rotore in condizioni ottimali.
Tale sistema (Passive Stall Control) si basa sulla
disposizione di masse aggiuntive che, sotto l’effetto
delle forze centrifughe, tendono a portare le pale in situazione
di stallo con una conseguente diminuzione delle forze che
agiscono sulle pale stesse riportando cosi il rotore ad un più
basso numero di giri.
D. P. Coiro°, U. Maisto°, F. Scherillo°
°Dipartimento di Progettazione Aeronautica (DPA)
Universita’ degli Studi di Napoli “Federico II”
Via Claudio 21-80125 Napoli
[email protected]
www.dpa.unina.it/adag/
Sistema di Controllo del numero di giri
L’effetto delle forze centrifughe è
contrastato da una molla torsionale di opportuna rigidezza che
tende a riportare le pale in posizione di ‘progetto’. Tarando
opportunamente la rigidezza della molla stessa si ottiene che il
rotore funzioni sempre nel range del numero di giri stabilito.
‘Mini-grids’ per aree commerciali o industriali
Mauro Andriollo,Università di Padova,
DIE - Dipartimento di Energia Elettrica
e-mail: [email protected]
Studio di sistemi di distribuzione che utilizzano un’unica linea DC (DC bus) ed un
unico inverter
Rete
Utenza 1
Utenza 2
Utenza n
Fonte: Cruz (CIEMAT) - EWEC 2007
3~
Integrazione con altre fonti (rinnovabili) per
utenze
isolate
Small Wind Electric Systems U.S. Department of Energy Energy Efficiency and Renewable Energy
panneli fotovoltaici
gruppo elettrogeno
regolazione &
conversione
turbina
eolica
Mauro Andriollo,Università di Padova,
DIE - Dipartimento di Energia Elettrica
e-mail: [email protected]
collegamento
CA o CC
utenza
Applicazioni
Per alimentazione di utenze isolate
• A.1 Batterie di Accumulo (standard 150 Ah – 240 Vdc)
• A.2 Inverter DC/AC
• A.3 Carica batterie (convertitore AC/DC) e sistema di
controllo
Fonte: Jonica Impianti
Applicazioni
Per collegamento alla rete elettrica
• B.1 Quadro elettrico completo di dispositivo di interfaccia alla
rete elettrica di BT
• B.2 Sistema di controllo del parallelo alla rete elettrica di BT
• B.3 Inverter AC/DC/AC
Applicazioni
Per collegamento diretto a pompa sommersa
• C.1 Quadro elettrico, completo di dispositivo di interfaccia
pompa-turbina
• C.2 Controllo del sistema pompa-turbina
Confronto pompaggio meccanico-elettrico da fonte eolica
Fonte: SWIIS
Tecnologia minieolica
Tecnologia minieolica
Disponibilità aerogeneratori di piccola taglia
In Europa il Regno Unito è il produttore leader con diverse aziende, seguito
dalla Germania.
L’Italia presenta attualmente vari costruttori con visibilità sul mercato o sul
punto di averla: Ionica Impianti, Blu Mini Power, Terom, SIPE, Klimeko,
Adventum, Aria, Layer Electronics, Salmini, Ropatec, Tozzi Nord Wind
Turbines, etc.
Quasi tutte producono e commercializzano turbine ad asse orizzontale, Ropatec
produce esclusivamente turbine ad asse verticale, mentre Tozzi Nord e SIPE
producono turbine sia ad asse verticale che ad asse orizzontale.
Ipotesi economica di un aerogeneratore di 60kW
Conto Economico 60 kW
Anno
Produzione
Ricavo
Rata
Margine
Gestione e
Margine
annua
Energia
Mutuo
Lordo
Manutenzione
Netto
Margine
Netto
(kWh)
Venduta
Annua
Annuo
Annua
Annuo
Cumulato
1
120.000
36.000,00
-6.000,00
30.000,00
5.000,00
25.000,00
25.000,00
2
120.000
36.000,00
-19.481,81
16.518,19
5.000,00
11.518,19
36.518,19
3
120.000
36.000,00
-19.481,81
16.518,19
5.000,00
11.518,19
48.036,37
4
120.000
36.000,00
-19.481,81
16.518,19
5.000,00
11.518,19
59.554,56
5
120.000
36.000,00
-19.481,81
16.518,19
5.000,00
11.518,19
71.072,74
6
120.000
36.000,00
-19.481,81
16.518,19
5.000,00
11.518,19
82.590,93
7
120.000
36.000,00
-19.481,81
16.518,19
5.000,00
11.518,19
94.109,11
8
120.000
36.000,00
-19.481,81
16.518,19
5.000,00
11.518,19
105.627,30
9
120.000
36.000,00
-19.481,81
16.518,19
5.000,00
11.518,19
117.145,48
10
120.000
36.000,00
-19.481,81
16.518,19
5.000,00
11.518,19
128.663,67
11
120.000
36.000,00
-19.481,81
16.518,19
5.000,00
11.518,19
140.181,85
12
120.000
36.000,00
36.000,00
5.000,00
31.000,00
171.181,85
13
120.000
36.000,00
36.000,00
5.000,00
31.000,00
202.181,85
14
120.000
36.000,00
36.000,00
5.000,00
31.000,00
233.181,85
15
120.000
36.000,00
36.000,00
5.000,00
31.000,00
148.145,48
16
120.000
11.760,00
11.760,00
5.000,00
6.760,00
135.423,67
17
120.000
11.760,00
11.760,00
5.000,00
6.760,00
146.941,85
18
120.000
11.760,00
11.760,00
5.000,00
6.760,00
177.941,85
19
120.000
11.760,00
11.760,00
5.000,00
6.760,00
208.941,85
20
120.000
11.760,00
11.760,00
5.000,00
6.760,00
239.941,85
Tariffa incentivante
Prezzo minimo garantito ritiro dedicato
Generatori eolici 60 kW (n°)
0,3
(Euro/kWh)
tariffa art. 2 comma 145 Legge Finanziaria 2008
0,098
(Euro/kWh)
valido dopo 15 anni tariffa incentivante
1
(n°)
Produzione unitaria (kWh)
120.000
(kWh)
Produzione totale (kWh)
120.000
(kWh)
Costo unitario turbina eolica 60 kW
200.000
Euro
40.000
Euro
160.000
Euro
10
anni
Mezzi propri (20%)
Finanziamento bancario - leasing (80%)
Tempo di restituzione del mutuo bancario
Tasso di interesse del mutuo bancario
3,75%
importi a valori costanti
2.000 ore equivalenti
preammoratamento 1 anno
Ipotesi economica di un aerogeneratore di 25kW
Conto Economico 25 kW
Anno
Produzione
Ricavo
Rata
Margine
Gestione e
annua
Energia
Mutuo
Lordo
Manutenzione
Margine
Netto
(kWh)
Venduta
Annua
Annuo
Annua
Annuo
1
37.500
11.250,00
-1.950,00
9.300,00
1.625,00
7.675,00
2
37.500
11.250,00
-6.331,59
4.918,41
1.625,00
3.293,41
3
37.500
11.250,00
-6.331,59
4.918,41
1.625,00
3.293,41
4
37.500
11.250,00
-6.331,59
4.918,41
1.625,00
3.293,41
5
37.500
11.250,00
-6.331,59
4.918,41
1.625,00
3.293,41
6
37.500
11.250,00
-6.331,59
4.918,41
1.625,00
3.293,41
7
37.500
11.250,00
-6.331,59
4.918,41
1.625,00
3.293,41
8
37.500
11.250,00
-6.331,59
4.918,41
1.625,00
3.293,41
9
37.500
11.250,00
-6.331,59
4.918,41
1.625,00
3.293,41
10
37.500
11.250,00
-6.331,59
4.918,41
1.625,00
3.293,41
11
37.500
11.250,00
-6.331,59
4.918,41
1.625,00
3.293,41
12
37.500
11.250,00
11.250,00
1.625,00
9.625,00
13
37.500
11.250,00
11.250,00
1.625,00
9.625,00
14
37.500
11.250,00
11.250,00
1.625,00
9.625,00
15
37.500
11.250,00
11.250,00
1.625,00
9.625,00
16
37.500
3.675,00
3.675,00
1.625,00
2.050,00
17
37.500
3.675,00
3.675,00
1.625,00
2.050,00
18
37.500
3.675,00
3.675,00
1.625,00
2.050,00
19
37.500
3.675,00
3.675,00
1.625,00
2.050,00
20
37.500
3.675,00
3.675,00
1.625,00
2.050,00
Tariffa incentivante
Prezzo minimo garantito ritiro dedicato
Generatori eolici 25 kW (n°)
0,3
(Euro/kWh)
tariffa art. 2 comma 145 Legge Finanziaria 2008
0,098
(Euro/kWh)
valido dopo 15 anni tariffa incentivante
1
(n°)
Produzione unitaria (kWh)
37.500
(kWh)
Produzione totale (kWh)
37.500
(kWh)
Costo unitario turbina eolica 25 kW
65.000
Euro
Mezzi propri - equity (20%)
13.000
Euro
Finanziamento bancario - leasing (80%)
52.000
Euro
10
anni
Tempo di restituzione del mutuo bancario
Tasso di interesse del mutuo bancario
3,75%
importi a valori costanti
1.500 ore equivalenti
preammortamento 1 anno
Tabella dei costi specifici d’investimento per una macchina da 20 kW
Caratteristiche
impianto
Complessità
bassa
Piccole
dimensioni
Medie
dimensioni
Grandi
dimensioni
2.500,00
Complessità
media
Complessità alta
Suddivisione percentuale dei costi d’investimento: per un impianto di dimensioni e complessità medie
TIPOLOGIA DEL COSTO
%
Sviluppo iniziativa: qualificazione sito, progettazione, iter
autorizativo,…
3%
Fornitura, installazione e messa in esercizio macchine
80%
B.O.S: resto forniture, opere civili(fondazioni, strade),
elettromeccaniche, cavi e cavidotti
14%
Allacciamento alla rete: allacciamento e gruppo misura, cavi e cavidotti
MT/AT
3%
TOTALE
100
Costi annui d’esercizio e manutenzione
Ipotesi:
Nei costi d’esercizio sono esclusi i diritti annuali riconosciuti agli Enti locali,
ma compresi i canoni di locazione terreni e i costi di garanzia e assicurazione.
inserire la stima dei costi annui di O&M (espressi in alternativa):
-come percentuale dell’investimento (escludendo i costi di sviluppo)
-direttamente come costo per unità di energia prodotta (€/kWh)
Anni 1-5
Anni 6 - 10
Anni 11 – 20
2%
2%
2%
Costi di dismissione
Ipotesi:
-Si prevede il riutilizzo del sito alla fine della vita tecnica
dell’impianto
-La dismissione consiste nella rimozione delle macchine
da sostituire
Costo di rimozione per singola macchina(€/macchina)
1.500.00 Euro
Criteri di progettazione
Analisi del sito
Aspetto fondamentale per la validità dell’iniziativa
Caratteristiche anemologiche
Accessibilità
Collegamento alla rete elettrica
Criteri di progettazione
Analisi dell’utenza
Riferimento alla bolletta di consumo elettrico dell’ultimo anno
Previsione di variazioni del consumo negli anni a venire
Distribuzione dei consumi nell’arco giornaliero e stagionale
Criteri di progettazione
Dimensionamento dei singoli componenti
Scelta dell’aerogeneratore sulla base delle caratteristiche anemologiche
Siti poco ventosi necessitano di pale più lunghe a parità di potenza. La
potenza di targa o nominale deve essere raggiunta a velocità non
elevate (non oltre i 10 m/s)
Torre: ad altezze maggiori si trovano venti migliori (minor effetto
dell’attrito superficiale)
Criteri di progettazione
Analisi di producibilità energetica
Funzione della distribuzione di velocità del vento e della curva di
potenza dell’aerogeneratore
La turbolenza è un fattore negativo, riduce la producibilità energetica la
vita dell’aerogeneratore
Connessione degli impianti alle reti elettriche
Collegamento alla rete a Bassa Tensione (BT)
• Richiesta allaccio all’Enel o alla società distributrice locale
(municipalizzata, etc.)
• Elaborazione della Soluzione Tecnica Minima Generale (STMG)
• Iter autorizzativo sino a 60 kW DIA (Dichiarazione Inizio Attività) al comune
• Elaborazione della Soluzione Tecnica Minima di Dettaglio (STMD)
• Costo di allacciamento alla rete (opera realizzata dalla società distributrice
dell’elettricità) per una distanza non oltre 300m circa 800/1.000 euro
Connessione degli impianti alle reti elettriche
Testo integrato delle condizioni tecniche ed economiche per la
connessione alle reti elettriche con obbligo di connessione di
terzi degli impianti di produzione di energia elettrica (Testo
integrato delle connessioni attive – TICA)
Delibera ARG/elt 99/08
Delibera ARG/elt 125/10
GU n. n. 196 del 22.8.08 - Suppl. Ordinario n.197
Connessione degli impianti alle reti elettriche
Dell’allegato A del ARG/elt 99/08
Verificare con del. ARG/elt 125/10 e all. A
Connessione degli impianti alle reti elettriche
Cronologia
• Richiesta al GSE del riconoscimento dell’impianto a fonte rinnovabile
(IAFR)
• Richiesta di allaccio in BT all’Enel o altra società distributrice
• Iter Autorizzativo (DIA)
• Richiesta al GSE della corresponsione della tariffa onnicomprensiva oppure
dichiarazione di scelta di altra forma d’incentivo (scambio sul posto,
autoproduzione, vendita diretta)
Connessione degli impianti alle reti elettriche
Protezione
Tra l’inverter di macchina e la rete elettrica a cui ci si deve
allacciare è necessario inserire un sistema di protezione
Manutenzione
• Trattandosi di un apparecchiatura in rotazione il controllo e
manutenzione è indispensabile
• Le parti soggette ad usura sono i cuscinetti e i componenti
meccanici
• L’anno successivo all’installazione sono necessari due
interventi di cui uno può essere visivo
• Il costo annuo si aggira sui 1.000 euro per una macchina da 20
kW
Un nuovo settore: tra il piccolo e il grande eolico
Una nuova opportunità per gli operatori e clienti del settore
Produttori: previsione di un mercato nazionale interessante con possibili
ricadute sul mercato globale (paesi industrializzati ed emergenti)
Clienti: investitori pubblici e privati, cooperative agricole, agriturismo,
aziende di medie-piccole dimensioni, proprietari terrieri, agricoltori, etc.
Incentivazione mirata
• Forme precedenti limitate all’accesso al mercato dei certificati verdi, allo
scambio sul posto e a bandi del ministero dell’Ambiente con l’aggiunta di
semplificazioni nella procedura amministrativa solo da parte di qualche
regione
• Equiparazione nella procedura amministrativa agli impianti di taglia
maggiore
• Drastico cambiamento introdotto con la legge Finanziaria del 2008 e
successivo decreto attuativo in vigore con decorrenza inizio 2009
• Limite massimo potenza aerogeneratori ammessi alla tariffa incentivante
per un periodo di 15 anni = 200 kW
Aspetti territoriali
• Distribuzione più capillare del grande eolico nel territorio
• Necessità di infrastrutture meno rilevanti (viarie ed elettriche)
• Riduzione impatto ambientale (poche unità di dimensioni ridotte nella
stesso sito )
• Tecnologia più vicina a un maggior numero di clienti, con diversificazione
accentuata sulla loro tipologia
• Diffusione dell’informazione anche attraverso una diffusione più ampia
della tecnologia
• Sviluppo di piccole società
• Possibilità di ripresa per un settore precedentemente abbandonato
dall’industria nazionale
Rumore
Fonte: SWIIS
Distanza in
metri
Rumore in dB(A)
Concerto rock
10
120
Martello pneumatico
1
100
Traffico cittadino
3
90
Aspirapolvere
3
70
Autostrada
30
70
Colloquio
1,5
60
10kW aerogeneratore
35
57
Vento tra gli alberi
12
55
Rumori medi domestici
0
50
300kW aerogeneratore
200
45
Fruscio - sussurro
1,5
30
Fonte
Effetti elettromagnetici
La mitigazione degli effetti elettromagnetici è demandata ad una
appropriata distanza tra l’impianto eolico e le eventuali stazioni
terminali di ponti radio, apparati di assistenza alla navigazione aerea
ATBV25: CARATTERISTICHE PRINCIPALI
Fattibilità economica
∑ FdC
200000,00
150000,00
100000,00
€
• Ideata per costituire una valida
opportunità di diversificazione
per aziende agricole,
agriturismi, piccole imprese o
piccoli investitori con interesse
per le energie rinnovabili
• Elevata resa anche in siti
marginali (>4m/s)
• Compatibile con le
semplificazioni introdotte dalla
Finanziaria 2008 (Ritiro
Dedicato e DIA)
• Semplicità di installazione
• Costi di esercizio limitati e
manutenzione ridotta
50000,00
0,00
-50000,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
anni
Società di Ricerca e Sviluppo, partecipata dal Gruppo Tozzi e dal Gruppo
Paterno che opera nel settore dell’eolico sviluppando due prodotti:
Turbine eoliche ad asse verticale (VAWT) per applicazioni in ambiente urbano
Turbine eoliche ad asse orizzontale (HAWT) per applicazioni in siti mediobasso ventosi
In collaborazione con:
Università di Trento – Dip. Ingegneria Meccanica e Strutturale
Università diTrento – Dip. Ingegneria dei Materiali
Università di Padova – Dip. Ingegneria Elettrica
Politecnico di Milano – Dip. Ingegneria Aerospaziale
Turbina TN-7 (classe speciale IVminus)
Datasheet:
Diameter

12.90 m
Maximum output power

7 kW
Hub height

18 m
Rotational Wind Speed

20-66 rpm
Control type

Active pitch, active yaw control
Power trainn

Belt Gearbox with ratio 1:12
Energy yearly output

25 MWh/year (Vave=4.5 m/s, k=1.5)
Industrial product characteristics:
Optimization and industrial production of an already tested HAWT concept
IEC 61400-2 certification type
Ready to be sold:
2010 Spring
124
Turbina TN-20 (classe speciale IIminus)
Datasheet:
Diameter

16 m
Maximum output power

20 kW
Hub height

20-24 m
Rotational speed

20-60 rpm
Control system

imbardata attiva
Power train

Belt gearbox
Industrial product characteristics:
Newly developed belt gearbox system,
Use of Aeroelastic Code (Multibody code)
IEC 61400-2 certification type
Ready to be sold:
Summer 2011
Ropatec
Ropatec BIG STAR VERTICAL– la performante
• Le principali caratteristiche sono l’efficienza, la silenziosità ed il suo design
unico.
• Quasi priva di manutenzione ed estremamente affidabile anche in
situazioni meteorologiche avverse.
• L‘energia prodotta può essere immessa nella rete elettrica tramite un
inverter dedicato e certificato.
• Potenza nominale: 20KVA
• Diametro e altezza: 8m x 4,3m
• Peso: 3600 kg
• Partenza: 3m/s
Generatore Elettrico da 5 kW a Magneti Permanenti ed a flusso assiale
Generatore in fase di costruzione ed assemblaggio
S.I.P.E.
http://www.sipenergia.it/
•
•
•
Gli impianti S.I.P.E. e la totalità dei componenti utilizzati, sono esclusivamente
made in Italy: i fornitori cui S.I.P.E. fa riferimento per l'approvvigionamento di parti
elettriche, alternatori, inverter e raddrizzatori, si trovano tutti sul territorio
nazionale e possono essere considerati senza indugio i migliori nei rispettivi settori
di competenza. Sono di provenienza Italiana anche tutte le altre componenti dei
generatori S.I.P.E..
Per facilitare l'auto-installazione degli impianti di piccola taglia da parte
dell'acquirente, vengono forniti kit completi di manuale di montaggio ed
installazione, trasformatori, resistenze, ecc.; per quel che concerne i generatori di
grande taglia, questi verranno installati da aziende specializzate con le quali è stata
stipulata apposita convenzione.
I generatori eolici S.I.P.E. ad asse verticale presentano le notevoli qualità di
funzionare indipendentemente dalla direzione del vento e di resistere anche in
presenza di venti elevati e molto turbolenti. Il maggior costo rispetto alle macchine
ad asse orizzontale è abbondantemente ripagato dalla maggiore capacità
produttiva dei nostri generatori.
S.I.P.E.
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•
I sistemi S.I.P.E. possono essere utilizzati per:
GRID - connessione alla rete elettrica
STAND-ALONE - con funzione caricabatterie e particolarmente adatti per utenze
isolate
I vantaggi:
forte affidabilità
scarsa rumorosità
autoavviamento con venti di bassa intensità
impatto ambientale modesto
funzionamento regolare anche in presenza di venti elevati e molto turbolenti
• ADVENTUM è una SOCIETA' italiana fondata nel
2009 come naturale evoluzione della società
Green Srl.
• ADVENTUM ha lo scopo di progettare, realizzare e
commercializzare generatori perfettamente
adattati alla realtà climatologica italiana.
• I componenti sono progettati e realizzati in Italia;
le nuove macchine di Adventum adottano molte
soluzioni innovative e coperte da brevetti.
L'orgoglio di un prodotto tutto italiano, i cui componenti sono progettati e realizzati in Italia; le nuove macchine di Adventum adottano molte soluzioni innovative e coperte da brevetti, grazie al lavoro incessante del reparto di ricerca e s
Con la realizzazione della serie I-Wind lo scopo è stato finalmente raggiunto, dando la possibilità al cliente di acquisire degli aerogeneratori in grado di essere produttivi e remunerativi già in situazioni di medio
ADVENTUM - Generatore I-Wind 3530PW
Simulazione presso Minervino di Lecce
Latitudine: 40.085
Longitudine: 18.431
Fascia velocità del vento: 5,1 – 6 m/s
fonte: Enel.si
Simulazione presso Minervino di Lecce
fonte: Enel.si
Scelta della tipologia d’impianto
Da 1 kW a 6 kW
Abitazioni, strutture commerciali e PMI, installazioni a terra o su tetto
anche in ambito urbano, utenze isolate o connesse alla rete elettrica
Oltre a 6 kW fino a 60kW
Agriturismi, camping, villaggi, strutture commerciali, aziende agricole e
PMI, per installazioni a terra e utenze connesse alla rete elettrica
Simulazione presso Minervino di Lecce
Potenza: 5 kW
Altezza turbina: 12m
Tipologia asse: Asse orizzontale
Stima energia annua per il sito selezionato: 9.426 kWh
fonte: Enel.si
Coordinate Lat,Lon [°]
Località
40,085 , 18,431
Minervino di Lecce
Provincia
Lecce
Regione
Puglia
Fascia vento
tra 5.1 m/s e 6 m/s
Tipologia terreno
sobborghi
CARATTERISTICHE TURBINA
Potenza [kW]
Tecnologia
Altezza [m]
6
Asse orizzontale
9
Diametro [m]
5,50
Cut IN [m/s]
2,5
Cut OFF [m/s]
Velocità di regime [m/s]
12
Simulazione presso Minervino di Lecce
fonte: Enel.si
RISULTATI DELLA SIMULAZIONE
Energia media producibile
[kWh/anno]
Tariffa fissa onnicomprensiva [€]
Costo totale [€]
Costo di manutenzione annuo [€]
Anni di ritorno
8.729
0,30
24000
240
11
CO2 non immessa in atmosfera
[kg/anno]
4.801
Introito medio annuo [€]
2.619
Producibilità specifica [kWh/kW]
1.455
Simulazione presso Minervino di Lecce
fonte: Enel.si
CARATTERISTICHE TURBINA
Potenza [kW]
Tecnologia
Altezza [m]
Diametro [m]
Cut IN [m/s]
5
Asse orizzontale
12
6,40
3
Cut OFF [m/s]
20
Velocità di regime [m/s]
10
Simulazione presso Minervino di Lecce
fonte: Enel.si
RISULTATI DELLA SIMULAZIONE
Energia media producibile
[kWh/anno]
Tariffa fissa onnicomprensiva [€]
Costo totale [€]
Costo di manutenzione annuo [€]
Anni di ritorno
9.426
0,30
22500
225
9
CO2 non immessa in atmosfera
[kg/anno]
5.184
Introito medio annuo [€]
2.828
Producibilità specifica [kWh/kW]
1.885
Simulazione presso Quart (Valle d’Aosta)
fonte: Enel.si
Scelta della tipologia d’impianto:
• da 1 a 6 kW. Abitazioni, strutture commerciali e PMI, installazioni a
terra o su tetto anche in ambito urbano, utenze isolate o connesse
alla rete elettrica
• Da 6 a 60 kW. Agriturismi, camping, villaggi, strutture commerciali,
aziende agricole e PMI, per installazioni a terra e utenze connesse
alla rete elettrica
Simulazione presso Quart (Valle d’Aosta)
fonte: Enel.si
Potenza: 2,25 kW
Altezza turbina: 9 m
Tipologia asse: Asse orizzontale
Stima energia annua per il sito selezionato: 1.127 kWh
Potenza: 3 kW
Altezza turbina: 8 m
Tipologia asse: Asse verticale
Stima energia annua per il sito selezionato: 1.460 kWh
Potenza: 3 kW
Altezza turbina: 9 m
Tipologia asse: Asse orizzontale
Stima energia annua per il sito selezionato: 3.391 kWh
Simulazione presso Quart (Valle d’Aosta)
fonte: Enel.si
Riassunto caratteristiche impianto e valutazione economica
SCHEDA RIASSUNTIVA
Coordinate Lat,Lon [°] 45,804 , 7,419
Località Quart Provincia Aosta Regione Valle d'Aosta
Fascia vento tra 4.1 m/s e 5 m/s
Tipologia terreno zona di campagna con poche case, alberi, ecc.
Simulazione presso Quart (Valle d’Aosta)
fonte: Enel.si
Riassunto caratteristiche impianto e valutazione economica
CARATTERISTICHE TURBINA
Potenza [kW] 3
Tecnologia Asse orizzontale
Altezza [m] 9
Diametro [m] 4,50
Cut IN [m/s]3
Cut OFF [m/s]20
Velocità di regime [m/s] 10
Simulazione presso Quart (Valle d’Aosta)
fonte: Enel.si
Riassunto caratteristiche impianto e valutazione economica
RISULTATI DELLA SIMULAZIONE
Energia media producibile [kWh/anno] 3.391
Tariffa fissa onnicomprensiva [€]0,30
Costo totale [€] 13500
Costo di manutenzione annuo [€]135
Anni di ritorno 18
CO2 non immessa in atmosfera [kg/anno]1.865
Introito medio annuo [€]1.017
Producibilità specifica [kWh/kW]1.130
Simulazione Otranto fonte: Enel.si
SCHEDA RIASSUNTIVA
Coordinate Lat,Lon [°]
Località
40,114 , 18,507
Otranto
Provincia
Lecce
Regione
Puglia
Fascia vento
Tipologia terreno
tra 6.1 m/s e 7 m/s
zona di campagna con
poche case, alberi, ecc.
Simulazione Otranto fonte: Enel.si
CARATTERISTICHE TURBINA
Potenza [kW]
Tecnologia
Altezza [m]
20
Asse orizzontale
18
Diametro [m]
8,00
Cut IN [m/s]
3,5
Cut OFF [m/s]
25
Velocità di regime [m/s]
13
Simulazione Otranto
fonte: Enel.si
RISULTATI DELLA SIMULAZIONE
Energia media producibile
[kWh/anno]
Tariffa fissa onnicomprensiva [€]
Costo totale [€]
Costo di manutenzione annuo [€]
Anni di ritorno
43.864
0,30
60000
600
5
CO2 non immessa in atmosfera
[kg/anno]
24.125
Introito medio annuo [€]
13.159
Producibilità specifica [kWh/kW]
2.193
Grazie per
l’attenzione
Luciano Pirazzi
[email protected]
Via Palestro, 1 00185 Roma
Tel. 06 42014701