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RELAZIONE TECNICA PER AEROGENERATORE DA 60kW
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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
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Via della Tecnica, 4
MONTECCHIO MAGGIORE (VI) I-36075
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fax.+39-0444-498098
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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
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Gestione e controllo del generatore eolico:
PLC, controllore elettronico programmabile a comando parziale remoto
Torre:
Tipo: palo poligonale
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Altezza: 24, 30 e 34 metri
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Curva di potenza aerogeneratore 60kW con diametro rotore di circa 20,1 metri
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Curva di potenza aerogeneratore 60kW con diametro rotore di circa 24 metri
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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.
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- 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.
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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
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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
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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
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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
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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.
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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
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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
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