Giornata di studio e divulgazione sull’energia
Polo Scientifico di Sesto Fiorentino
23 novembre 2011
Via col vento: prospettive per l’eolico
Ing. Lorenzo Ferrari
[email protected]
Dipartimento di Energetica
“Sergio Stecco”
Energie rinnovabili a confronto
Energia dal vento?
Mulino persiano (2000 a.C.)
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23 novembre 2011
Lorenzo Ferrari – [email protected]
Dipartimento di Energetica
“Sergio Stecco”
Energie rinnovabili a confronto
… trovate l’intruso
Ram air turbine
Ram air turbine
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“Sergio Stecco”
Energie rinnovabili a confronto
Quanta ce n’è?
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“Sergio Stecco”
Energie rinnovabili a confronto
Diffusione attuale
Fonte: IEA – Dati 2008
Mix di produzione dell’EE nel mondo
Mix di produzione dell’EE in Italia
• Consumo di energia elettrica nel mondo pari a 20.260.838 GWh
• Consumo di energia elettrica in Italia pari a 359.165 GWh
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“Sergio Stecco”
Energie rinnovabili a confronto
Via col vento …
Zitto e
rema!
C’è niente
di più
affidabile
dell’energia
eolica?
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“Sergio Stecco”
Energie rinnovabili a confronto
… che aria tira?
Il sole è il motore alla base del vento:
• Il movimento delle masse d’aria è generato dalle differenze di temperatura della superficie terrestre
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“Sergio Stecco”
Energie rinnovabili a confronto
… che aria tira?
Dato che la terra ruota intorno al proprio asse, il moto apparente
delle masse d’aria dai poli all’equatore subisce una deviazione
verso destra nell’emisfero nord, verso sinistra nell’emisfero sud.
Le celle si frammentano
e si crea un sistema
complesso di sottocelle
Venti geostrofici
Questi dipendono prevalentemente dalle differenze
di temperatura e di pressione e non sono molto
influenzate dalla superficie terrestre (h > 1000 m).
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“Sergio Stecco”
Energie rinnovabili a confronto
… volando basso …
Avvicinandosi al suolo entrano in gioco altri fattori, che possono essere predominanti:
• Brezze locali
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“Sergio Stecco”
Energie rinnovabili a confronto
… volando basso …
Avvicinandosi al suolo entrano in gioco altri fattori, che possono essere predominanti:
• Brezze locali
• Rugosità superficiale
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“Sergio Stecco”
Energie rinnovabili a confronto
… volando basso …
Avvicinandosi al suolo entrano in gioco altri fattori, che possono essere predominanti:
• Brezze locali
• Rugosità superficiale
• Orografia
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Dipartimento di Energetica
“Sergio Stecco”
Energie rinnovabili a confronto
… volando basso …
Avvicinandosi al suolo entrano in gioco altri fattori, che possono essere predominanti:
• Brezze locali
• Rugosità superficiale
• Orografia
• Ostacoli
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“Sergio Stecco”
Energie rinnovabili a confronto
Veloce come il vento
Caratteristiche del vento al suolo molto complesse, con dipendenza stagionale e caratteristiche
molto variabili nel tempo.
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•
Dipendenza della direzione
•
Le brezze sono più frequenti dei venti forti
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“Sergio Stecco”
Energie rinnovabili a confronto
Energia dal vento
•
L’energia disponibile nel vento è legata al cubo della sua velocità ed all’area considerata
•
Conversione dell’energia contenuta nel vento in energia meccanica (e poi elettrica) utilizzando
elementi aerodinamici (turbine eoliche)
•
Esistono dei limiti fisici alla massima energia estraibile (circa il 59%)
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P  AU 3
2
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“Sergio Stecco”
Energie rinnovabili a confronto
Per averne di più?
•
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Per aumentare l’energia prodotta, oltre ad aumentare l’area di captazione, si cerca di avere
elevate velocità del vento sul rotore:
•
Quote sempre maggiori con basse rugosità superficiali
•
Siti privi di ostacoli o scie e ben esposti ai venti (crinali, valli, zone aperte)
•
… off-shore?
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“Sergio Stecco”
Energie rinnovabili a confronto
La più grande
•
•
•
•
•
•
•
•
Potenza nominale:
7500 kW
Diametro del rotore: 127 m
Area spazzata:
12668 m²
Quota della navicella: 135 m
Velocità di rotazione: variabile, 5 – 11.7 rpm
Velocità di avvio:
3 m/s
Velocità di taglio:
28 – 34 m/s
Regolazione del pitch indipendente per ogni pala
Enercon E126
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Eolico off-shore
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•
Rugosità superficiale bassissima (ma variabile con il vento). Profilo di velocità che varia poco
con la quota: possibilità di usare torri di altezza limitata (0.75 D)
•
Bassa intensità di turbolenza e quindi maggiore aspettativa di vita
•
Costi di installazione superiori a quelli on-shore che aumentano con la profondità (1800€/kW
a 10-20m; 2540€/kW a 40-50m)
•
In fase di studio l’installazione galleggiante per alte profondità (Prototipo da 80kW installato a
20 km dalle coste di Brindisi nel 2008 da Blue H, profondità 108m)
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Potenza installata mondiale
(fonte: ENEA)
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Energie rinnovabili a confronto
La top ten
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Energie rinnovabili a confronto
Porzione della domanda EE
(fonte ENEA 2008)
• Complessivamente in Europa la porzione è il 3.5%, 118.734 GWh su 3.373.072 GWh
• Potenza installata in Europa: 64.935 MW (EU-27 dati IEA – 2008)
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Energie rinnovabili a confronto
Attenzione!
•
… il dato importante non è la potenza installata,
ma l’energia prodotta.
•
Questa dipende dalla taglia, quindi si usa la
Producibilità (espressa in ore):
– Rapporto fra energia prodotta in un anno e
la potenza installata.
(fonte: Con tutta l’energia possibile – Maugeri)
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Energie rinnovabili a confronto
(fonte ENEA e TERNA/GSE)
… ed in Italia?
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Energie rinnovabili a confronto
… qual buon vento?
(fonte ENEA - 2009 )
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Energie rinnovabili a confronto
Producibilità in Italia
•
•
•
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(fonte GSE - 2007 )
Velocità medie abbastanza basse, spesso sotto la soglia di inserzione
12% di fermo macchine per indisponibilità di rete per problemi di bilanciamento
Producibilità media circa 1300 h/anno
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Energie rinnovabili a confronto
Carta di identità dell’eolico
•
Stato di avanzamento della tecnologia
– Tecnologia matura e ben consolidata
•
Affidabilità
– Carattere intermittente ed aleatorio
•
Costi di installazione
– Contenuti, circa 800-1100€/kW
•
Costo del kWh prodotto
– Basso rispetto alle altre ER, ma dal 50 al
100% in più di quello da fonte fossile
•
Densità di potenza
– 200-300 W/m2 riferita al rotore (le scie ?)
•
EROEI (energy returned on energy investment)
– 6-80 (Fotovoltaico: 3.7-12; Hydro: 43-205)
•
Taglia massima commerciale
“Questo è stato il progetto più redditizio. Quando
abbiamo scavato le fondamenta della turbina
abbiamo trovato il petrolio.”
– 7.5 MW con diametri di circa 130 m
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Energie rinnovabili a confronto
Carta di identità dell’eolico
•
Producibilità
– 1500-2500 ore su 8760 annuali (anche a causa
di problemi di bilanciamento della rete)
•
Potenzialità
– Potenziale ancora disponibile; i siti più semplici
già sfruttati. Attesi 1.500 GW nel 2020.
•
Indotto
– 550.000 persone (2009), raddoppio nel 2013
•
Segni particolari
– Non tutto il vento è sfruttabile: limiti di avvio e
velocità massima della turbina
– Limiti legati all’allacciamento elettrico che
incide sulla convenienza dell’installazione
– Impatto ambientale rilevante (visivo, acustica,
elettromagnetico)
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Mini e Microeolico
•
Con minieolico si intendono impianti con
potenza inferiore ai 100kW, microeolico sotto
i 20 kW
•
Recente nell’ambito di un crescente interesse
verso la generazione diffusa:
– Gran Bretagna: 100 GWh /anno; 30.000
unità (BWEA)
– USA: prevista l’installazione complessiva
di1700 MW nel 2013
•
Geometrie accattivanti (asse verticale – asse
orizzontale) che ben si prestano ad essere
inseriti in nuovi contesti:
– edifici, cavalcavia, altri installazioni
urbane, etc
– Impatti visivi ed acustici ridotti
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“Come impegno verso l’ambiente è già dotata
della propria turbina eolica.”
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Energie rinnovabili a confronto
Mini e Microeolico
• Aspetti critici:
• Basse quote di installazione
• Ambienti con elevate rugosità
• Presenza di ostacoli
• Costi al kW installato elevati
(mediamente 4000 €/kW)
• Attività di ricerca:
• Macchine ottimizzate per lavorare a
basse velocità del vento (start-up)
• Produzione a costi ridotti
• Grosse attenzioni alle condizioni del
sito di installazione
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“La turbina eolica produce sufficiente
energia per far funzionare la telecamera a
circuito chiuso”
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Energie rinnovabili a confronto
Esempi
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“Sergio Stecco”
Energie rinnovabili a confronto
… con il vento in poppa!
• Interessanti prospettive grazie alla sua elevata producibilità in confronto alle altre
energie rinnovabili che permetterebbe di raggiungere bassi costi del kWh anche in
assenza di incentivazione
• Coefficiente di utilizzazione medio intorno al 18-19% a causa delle velocità sempre
inferiori a quelle nominali dell’aerogeneratore (15-16 m/s)
• Possibili sviluppi delle caratteristiche aerodinamiche delle macchine al fine di
incrementare la potenza prodotta alle basse velocità del vento.
• Spazio per nuove installazioni, ma i posti “migliori” sono già stati occupati …
•
•
•
Ventosità più alte
Facilità di accesso (infrastrutture necessarie per l’installazione e manutenzione)
Connessione alla rete elettrica
• … non basta installare nuove macchine ci vuole un’adeguata ricettività della rete
• Interessanti sviluppi nel campo del mini e microeolico con nuovi contesti di
installazione, geometrie accattivanti e bassi impatti visivi ed acustici
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Polo Scientifico di Sesto Fiorentino
23 novembre 2011
Via col vento: prospettive per l’eolico
Ing. Lorenzo Ferrari
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Energie rinnovabili a confronto
Fonte eolica
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Energie rinnovabili a confronto
Vento in Toscana
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Energie rinnovabili a confronto
Produzione di EE da fonte eolica
(fonte: Con tutta l’energia possibile – Maugeri)
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