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Centrali eoliche –Gli aerogeneratori di una centrale eolica sono sostanzialmente costituiti da una turbina eolica (di fatto un elica a una o più pale)

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Presentazione sul tema: "Centrali eoliche –Gli aerogeneratori di una centrale eolica sono sostanzialmente costituiti da una turbina eolica (di fatto un elica a una o più pale)"— Transcript della presentazione:

1 Centrali eoliche –Gli aerogeneratori di una centrale eolica sono sostanzialmente costituiti da una turbina eolica (di fatto un elica a una o più pale) collegata ad un generatore elettrico (quasi sempre una macchina asincrona).

2 Principi di funzionamento e definizioni -I generatori eolici trasformano lenergia cinetica di una massa daria in energia meccanica di rotazione A=sezione spazzata dalle pale v=velocità del vento =densità dellaria

3 Principi di funzionamento e definizioni

4 -La velocità di rotazione della turbina eolica è molto modesta, specie per le taglie più elevate; tipicamente tale valore è dellordine di giri/minuto. -Fenomeno causato delle leggi dellarodinamica (necessità di velocità subsoniche). -I generatori necessitano quindi di moltiplicatori di giri (problemi: peso, manutenzione, rumore) Principi di funzionamento e definizioni

5 -Il rendimento di conversione dei generatori eolici è piuttosto basso; teoricamente il limite superiore è inferiore al 60%, in pratica supera di poco il 40% C p =coefficiente di potenza Principi di funzionamento e definizioni

6 Producibilità -La producibilità dipende innanzi tutto dalla disponibilità di vento costante. -Date le leggi fisiche dellaerodinamica (dipendenti dal cubo della velocità) e la grande aleatorietà del vento, è evidente che la producibiltà di questi impianti non può essere elevata. -L attuale producibilità media annua in Italia si aggira sulle 1600 h/anno. Difficilmente si potranno ottenere (anche in futuro) producibilità superiori a 2000 h/anno.

7 Producibilità

8 Tipologie di generatori: turbina a velocità fissa e passo variabile -Generatore: macchina asincrona a gabbia di scoiattolo. -Sistema di controllo dellangolo di incidenza delle pale complesso -Allacciamento alla rete: diretto tramite trasformatore. -Avviamento: dalla rete in corto circuito. -Manutensione: sistema di controllo del passo.

9 Tipologie di generatori: turbina a velocità variabile e passo fisso -Generatore: macchina sincrona con controllo delleccitazione. -Sistema di controllo della velocità di rotazione tramite inverter (tensione/corrente impressa). -Allacciamento alla rete: tramite inverter. -Avviamento: tramite inverter + rete/batterie. -Manutenzione: inverter, macchina elettrica (spazzole).

10 Tipologie di generatori: turbina a velocità fissa e passo fisso -Generatore: macchina asincrona. -Sistema di controllo della velocità di rotazione assente (saturazione per stallo). -Allacciamento alla rete: diretto tramite trasformatore. -Avviamento: dalla rete in corto circuito.

11 Allacciamento alla rete elettrica - Un problema generale riguarda la necessità di realizzazione di una linea per il collegamento della centrale eolica al più vicino nodo della rete (di distribuzione). - Lenergia da produzione eolica è non programmabile ed accumularla (batterie) costa troppo; di conseguenza queste centrali non possono essere utilizzate per i servizi di rete. - Le centrali eoliche installate in sistemi isolati non possono essere utilizzate da sole ma sempre in presenza di altra generazione programmabile (per es.: gruppi elettrogeni)

12 Allacciamento alla rete elettrica : macchine a velocità fissa - Problemi di variazione di tensione (effetto flicker). - Problemi in fase di avviamento. - Vantaggi legati alla semplicità dello schema. G rete

13 Allacciamento alla rete elettrica : macchine a velocità variabile - Possibili problemi legati alla presenza di armoniche. - Vantaggi in fase di avviamento e per garantire la stabilità della tensione. G rete ac dc ac

14 Mappa del vento in Italia -E stata costruita una procedura per realizzare una mappa del vento tridimensionale relativa a tutto il territorio italiano. -La mappa è stata realizzata in Italia partendo da un opportuno modello (WINDS) e tarando i risultati sulle misure disponibili sul territorio. -Il modello è stato sviluppato al CESI e fa parte delle attività relative alla ricerca di sistema. -I risultati non sono utilizzabili per definire i siti in maniera precisa, ma sono utili le indicazioni generali. -Nella figura è riportato il risultato a 50 m dal suolo.

15 Mappa del vento in Italia Mappa della velocità media del vento a 50 m. s.l.t.

16 Possibili siti non convenzionali: montagna -Le aree fino a m i siti si vanno rapidamente esaurendo. -Oltre i 1000 m aumentano i problemi autorizzativi (comunità montane, parchi, ecc.) ed i costi (trasporto del materiale, linea di trasmissione, ecc.). -Per quote fino a m si ha un consistente aumento del numero di ore equivalenti/anno dei generatori (si stimano almeno 180 h/anno ogni 100 m di aumento di quota) con conseguente riduzione del costo medio di produzione del kWh. -Ci sono esempi in Austria e Svizzera.

17 Possibili siti non convenzionali: off-shore -In altri paesi europei sono in fase di sviluppo progetti per linstallazione off-shore. -Vantaggi dovuti alla maggiore costanza del vento e conseguente aumento del numero di ore equivalenti per anno (fino al 30%). -Maggiori costi dovuti alle fondazioni, in parte compensati da macchine di potenza maggiore (fino a 5 MW). -Necessità di sfruttare siti con fondali non superiori a 15 m (costo fondazioni). -In Italia nelle zone con acque non profonde cè mediamente poco vento. Indicazioni riportate in fig.

18 Installazioni eoliche in Italia

19 Evoluzione potenza eolica installata in Italia

20 -Lenergia posseduta da una massa di acqua di peso G ad una altezza utile H è pari a Centrali idrauliche -La potenza ottenibile è pari alla derivata -Tenendo conto dei rendimenti la potenza ottenibile è pari a

21 -Le trasformazioni energetiche avvengono: -Nella condotta forzata -Nel distributore -Nella girante -Dalla applicazione del teorema del Bernoulli si possono quantificare tali trasformazioni nelle differenti sezioni Centrali idrauliche

22 -Lequazione di continuità impone Centrali idrauliche: trasformazione nella condotta forzata -Di conseguenza -Cioè la condotta trasforma lenergia di posizione in energia di pressione (a meno delle perdite di carico) e quindise

23 -Lequazione di continuità impone Centrali idrauliche: trasformazione nel distributore e nella girante -Di conseguenza -Cioè il distributore e la girante trasformano lenergia di pressione in energia cinetica (a meno delle perdite di carico) e quindida cui

24 Centrali idrauliche

25 -Il grado di reazione di una turbina è il rapporto tra lenergia potenziale di pressione residua alluscita del distributore e lenergia potenziale in ingresso. -La rampa di presa di carico delle turbine idrauliche dipende essenzialmente dai tempi di manovra consentiti dalle condotte forzate; sono comunque molto rapidi (in pochi minuti si può arrivare fino alla potenza massima). -Le forme dei distributori e delle giranti variano con il tipo di turbina: -Turbine Pelton -Turbine Francis -Turbine Kaplan Centrali idrauliche

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33 Cosa si intende per Generazione Distribuita l Impianti di generazione di piccola e media taglia (da qualche centinaio di kW a qualche MW) localizzati vicino ai carichi. l Impianti isolati (raramente) o connessi alla rete di distribuzione. l Gli impianti da fonti rinnovabili fanno tipicamente parte di questa categoria.

34 Tecnologie disponibili per la generazione distribuita l Impianti a fonte rinnovabile: fotovoltaici, eolici, idraulici, biomasse,... l Motori primi convenzionali: alternativi diesel e a gas, turbine a gas. l Motori primi innovativi: microturbine e celle a combustibile.

35 Alcune limitazioni riguardanti i motori primi l I motori alternativi diesel e a gas e le celle a combustibile rendono disponibili per lutilizzazione termica tipicamente fluidi a bassa entalpia (acqua a circa 90 °C). l Sempre per motori alternativi diesel e a gas è possibile utilizzare una parte del calore residuo per ottenere vapore, ma sempre ad entalpia relativamente bassa (gas di scarico disponibili a temperature di circa 200 – 250 °C).

36 Alcune caratteristiche tecniche dei motori primi Motore DieselMotore a gasTurbinaMicroturb. Rend. Elettrico Rend. Totale – 80 Potenza [kW] Disponibilità – 97 Nox [ppm] – 45 Rumore [db] – 80 Vita [h*1000] Generatore [/kW] Manuten. [c/kWh] Caldaia Rec.[/kW]

37 Limpianto sperimentale dellUniversità di Pisa

38 Condizioni tecnico-economiche di applicabilità della GenDis l Cè convenienza economica solamente in presenza di cogenerazione. l Dal punto di vista operativo il gruppo può essere gestito: –Ad inseguimento elettrico –Ad inseguimento termico –A generazione programmata (elettrica o termica)

39 I vantaggi potenziali per un auto-produttore l Possibilità di effettuare produzione combinata di energia elettrica e calore, sia per uso proprio sia per rivendita; tale opportunità, se ben studiata, comporta in generale una riduzione dei costi energetici. l Sensibile miglioramento della continuità della alimentazione dellenergia elettrica allutenza dellauto- produttore e della relativa qualità del servizio.

40 l Quando ricorrono le condizioni per la cogenerazione (IRE): – lenergia prodotta da questi impianti è neutra rispetto ai Cerificati Verdi –gli impianti hanno priorità di dispacciamento I vantaggi potenziali per un auto-produttore

41 Quali vantaggi introduce la GD (distributori e clienti finali) l I potenziali vantaggi della GD per i distributori ed i clienti finali sono proporzionali al livello di penetrazione della generazione stessa. l Tali vantaggi sono inoltre strettamente collegati alla possibilità di una gestione della GD profondamente diversa da quella attuale (che fra laltro corrisponde ad un livello di penetrazione modesto).

42 l Tra i potenziali vantaggi della GD per i distributori ed i clienti finali si possono ricordare: –miglioramento della continuità della fornitura e della qualità del servizio; –riduzione delle perdite di rete; –differimento dei rinforzi di rete dovuti ad aumento del carico; –possibili riduzioni delle potenze transitanti nella rete nelle ore di alto carico (peak shaving); –costi energetici più bassi in virtù della maggiore efficienza energetica. Quali vantaggi introduce la GD (distributori e clienti finali)

43 Problematiche di interfaccia con la rete l Poiché la rete di distribuzione è passiva e radiale le protezioni sono unidirezionali; pertanto la GenDis deve sottostare a specifiche di allacciamento alla rete molto rigide. l In particolare si deve distaccare dalla rete per mancanza di tensione, potendo però alimentare in isola il carico interno (di stabilimento).

44 l Schema tipico di installazione di gruppi GenDis Problematiche di interfaccia con la rete


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