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    3 Eolico 3 Eolico Presentation Transcript

    • IMPIANTI EOLICI
    • LA RISORSA EOLICA L’energia del vento e legata direttamente all’energia solare. Infatti essa è in pratica dovuta al riscaldamento non uniforme della superficie terrestre da parte del sole. ENERGIA SOLARE Dell’energia inviata dal Sole sulla Terra, una frazione pari circa lo 0,2% viene convertita in energia meccanica del vento e delle correnti marine. ENERGIA EOLICA
    • FORMAZIONE DEL VENTO L’irraggiamento intenso di un’area della terra provoca un forte riscaldamento della massa d’aria sovrastante il terreno. Quest’ultima si dilata, diventa più leggera e tende a salire verso l’alto creando una forte depressione (zona di bassa pressione) che viene colmata da aria più fredda proveniente dalle zone anticicloniche circostanti ( zone ad alta pressione). IL VENTO è originato dallo spostamento di queste masse d’aria. La velocità del vento (velocità) è proporzionale al gradiente di pressione esistente tra le due zone. Maggiore è il gradiente di pressione maggiore è la velocità dello spostamento d’aria, tanto più forte è il vento.
    • FORMAZIONE DEL VENTO All’interno della Troposfera (dal greco “Tropos”, movimento, cambiamento) si manifestano con maggiore intensità ed evidenza quei fenomeni che caratterizzano il tempo meteorologico.
    • FORMAZIONE DEL VENTO
      • La circolazione dei venti avviene esclusivamente nella
      • Troposfera, vale a dire lo strato dell’atmosfera fino a 9-17
      • Km di altezza.
      • Oltre che dal gradiente di pressione, il vento può essere
      • influenzato anche dai seguenti fattori:
      • ROTAZIONE TERRESTRE che esercita la propria influenza
      • sulle correnti d’aria mediante la FORZA DI CORIOLIS
      • ATTRITO AL SUOLO che la base di massa d’aria incontra
      • con la superficie terrestre (rugosità del terreno)
    • FORMAZIONE DEL VENTO
      • LA FORZA DI CORIOLIS
      • E’ una forza dovuta alla rotazione terrestre.
      • agisce perpendicolarmente alla direzione
      • del moto verso destra nell’Emisfero Nord,
      • verso sinistra nell’Emisfero Sud
      • è molto più forte ai poli dove è maggiore
      • l’accelerazione
      • influenza le traiettorie degli aerei e delle
      • correnti marine, ed anche la circolazione
      • dei venti.
      • La deviazione del vento dovuta alla forza di
      • Coriolis nell'emisfero boreale.
      • In blu la forza di gradiente, in rosso la forza di
      • Coriolis ed in nero la risultante.
    • La forza di Coriolis fa si che il movimento delle masse d’aria da zone di alta a zone di bassa pressione non avvenga solo dall’Equatore ai Poli ma subisca una deviazione: • da Ovest verso Est nell’Emisfero Nord • da Est verso Ovest nell’Emisfero Sud Inoltre regola il senso di circolazione attorno ai centri di pressione. Nell'emisfero Nord, il vento spira in senso orario attorno alle zone di alta pressione (circolazione anticiclonica: dall'alta alla bassa pressione deviando verso destra), in senso antiorario attorno alle zone di bassa pressione (circolazione ciclonica: verso la bassa pressione deviando verso destra). FORMAZIONE DEL VENTO
    • I venti si classificano in costanti, periodici, variabili/locali e ciclonici. VENTI COSTANTI: sono quelli che soffiano tutto l'anno sempre nella stessa direzione e nello stesso senso. Tra questi vi sono gli alisei , i venti extratropicali e i venti occidentali . VENTI PERIODICI: sono quelli che invertono periodicamente il loro senso. Il periodo può essere stagionale come nel caso dei monsoni o degli etesi o anche diurno come nel caso delle brezze . VENTI VARIABILI: sono quelli che soffiano irregolarmente nelle zone temperate tutte le volte che si vengono a formare aree cicloniche e anticicloniche. Tra questi vi sono lo scirocco, il mistral, il fohn . CLASSIFICAZIONE DEI VENTI
    • VENTI CICLONICI O IRREGOLARI: sono definiti quei venti irregolari, violentissimi e distruttivi, dotati di movimento vorticoso. In funzione della località prendono vari nomi : uragani (Antille, America), tifoni (Filippine). CLASSIFICAZIONE DEI VENTI
    • I venti locali sono moltissimi e spesso legati alla nomenclatura locale, a seconda delle zone in cui si generano. Nell'area interessata dal mar Mediterraneo si usa classificare i venti a seconda della direzione da cui provengono sulla base schematica dettata dalla Rosa dei Venti . CLASSIFICAZIONE DEI VENTI
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    • CLASSIFICAZIONE DEL VENTO: Per un ben determinato luogo o zona geografica valgono le seguenti definizioni per il vento che la colpisce. VENTO REGNANTE: Un vento proveniente da una ben determinata direzione, è detto regnante quando è da questa direzione che spirano i venti con più frequenza nell’anno (non necessariamente con la maggiore intensità). VENTO DOMINANTE: Un vento che spira da una ben determinata direzione è detto dominante quando è da quella direzione che provengono i venti con la maggiore intensità nell'anno (non necessariamente più frequenti). CLASSIFICAZIONE DEI VENTI
    • STRATO LIMITE ATMOSFERICO Altezza dello strato limite Zg si definisce come la distanza tra il suolo e il punto dove la velocità del vento raggiunge il 99% di quella del flusso indisturbato (circa 600m in funzione della rugosità del terreno) Vengono definiti: VENTI GEOSTROFICI: venti che si muovono oltre lo strato limite atmosferico e non risentono dell’attrito terrestre VENTI SUPERFICIALI: venti che si muovono al di sotto dello strato limite atmosferico. A questa categoria appartengono i venti LOCALI. CLASSIFICAZIONE DEI VENTI
    • VENTI GEOSTROFICI Hanno le seguenti caratteristiche: • si muovono ad oltre 10 km si altezza rispetto al suolo • la loro direzione è soggetta all’equilibrio tra gradiente di pressione e forze di Coriolis (sono molto prevedibili) • concorrono ad influenzare gli aspetti climatologici globali del pianeta (circolazioni primarie ) CLASSIFICAZIONE DEI VENTI
    • VENTI LOCALI I venti LOCALI giocano un ruolo molto importante nella determinazione dei venti DOMINANTI di un sito. Essi sono influenzati dalle caratteristiche orografiche di una zona, in particolare dalla presenza di mari e di catene montuose. In particolare troviamo le BREZZE, venti periodici deboli, con velocità compresa dai 7÷20 km/h originato da differenze di pressione e temperature tra zone diverse: • terra – mare : brezza di mare e di terra • valle – monti: brezza di monte e di valle • fondovalli – pendii: brezza di pendio CLASSIFICAZIONE DEI VENTI
    • Brezza di mare e di terra La brezza di mare è un vento DIURNO che spira nelle zone costiere. Brezza di mare (A): di giorno, grazie alla sua maggiore inerzia termica, il mare si scalda più lentamente della terra e si crea una forte differenza di temperatura tra le masse d’aria. L’aria sovrastante la terra calda, piu leggera, sale lasciando posto a quella fredda che staziona sopra il mare. Si crea un moto convettivo dal mare verso la Terra. Brezza di terra (B) : di notte, il mare si raffredda più lentamente della terra e si crea un movimento convettivo dalla terra verso il mare. CLASSIFICAZIONE DEI VENTI
    • Brezza di monte e di vallie Fenomeno dovuto sia a differenze di temperature che dalla conformazione del Terreno Brezza di valle (A) : durante il giorno l’aria stazionante nelle valli e lungo i pendii della montagna si riscalda e inizia a salire verso l’alto. Si forma un vento dal basso verso l’alto detto anche ANABATICO Brezza di monte (B) : durante le notte i fianchi della montagna si raffreddano velocemente e l’aria a contatto, diventando più pesante, scivola verso il basso. Si forma un vento dall’alto verso il basso detto CATABATICO (solitamente dalle ore 21 alle ore 10) CLASSIFICAZIONE DEI VENTI
    • Brezza di pendio Venti diurni tra i fondovalli ed i pendii . Meccanismo simile alla brezza tra monte e valle ma con intensità inferiori. Brezza di ghiaccio Simile alla brezza di monte e, come dice il nome, proviene da un ghiacciaio e deve la sua origine al forte raffreddamento dell’aria che lo sovrasta CLASSIFICAZIONE DEI VENTI
    • VELOCITA’ DEL VENTO La caratteristiche principali del vento sono : • DIREZIONE • VELOCITA’ La velocità si esprime in Km/h o m/s e lo strumento per misurarla è l’anemometro. L’intensità del vento può essere misurata anche in base alla classificazione proposta dall’ammiraglio inglese Beaufort (1805). La SCALA BEAUFORT è una misura empirica dell'intensità del vento basata sullo stato del mare (ci si riferisce al mare aperto) o le condizioni delle onde. IL VENTO
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    • ANEMOMETRO Strumento che misura la velocità del vento. Il modello più comune di anemometro è composto da tre o quattro coppette saldate a un'asta verticale tramite corte barre; il flusso d'aria spinge le coppe e provoca la rotazione dell'asta con FREQUENZA proporzionale alla sua intensità. La velocità del vento può essere misurata anche sfruttando: • la PRESSIONE dell'aria che entra in un tubo di Pitot (un tubo a forma di L, avente un'estremità aperta al flusso d'aria e l'altra collegata a un dispositivo di misurazione della pressione) • misurando la variazione della RESISTENZA di un filo conduttore in seguito all'abbassamento di temperatura provocato dall'esposizione all'aria esterna IL VENTO
    • Anemometri utilizzati -MINIEOLICO : fino a potenze di 20 kW (dati non certificabili) IL VENTO
    • Anemometri utilizzati -GRANDI IMPIANTI : da 20 kW a 2MW (dati certificabili ) STAZIONI ANEMOMETRICHE IL VENTO
    • Stazioni di monitoraggio per GRANDI IMPIANTI Le stazioni di monitoraggio devono essere conformi alla NORMA IEC 61400-12 altrimenti i dati campionati non sono certificabili: -Anemometri certificati -Posizione degli anemometri -Sensore di pressione/temperatura/umidità -Datalogger certificato -Storicizzazione dei dati certificata -Trasmissione dei dati certificata -Struttura di sostegno certificata : - A TRALICCIO (40-120m) -TUBOLARE (5-60m) ANEMOMETRI
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    • IL VENTO
      • è aria in movimento!!!
      • può essere utilizzato in diversi modi…
      • … possiede, quindi, energia eolica.
      • Il termine eolica deriva da un Dio chiamato Eolo,
      • noto come il come il Dio del vento.
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    • ENERGIA EOLICA L'energia eolica è il prodotto della conversione dell'energia cinetica del vento in altre forme di energia. Attualmente viene per lo più convertita in elettrica tramite una centrale eolica , mentre in passato l'energia del vento veniva utilizzata immediatamente sul posto come energia motrice per applicazioni industriali e pre-industriali. Prima tra tutte le energie rinnovabili per il rapporto costo/produzione, è stata anche la prima fonte energetica rinnovabile usata dall'uomo.
    • Storia dell’eolico I primi mulini a vento europei pompavano acqua o muovevano le macine per triturare i cereali In Olanda erano utilizzati per pompare l'acqua dei polder, migliorando notevolmente il drenaggio dopo la costruzione delle dighe. I mulini olandesi erano i più grandi del tempo, divennero e rimasero il simbolo della nazione. Questi mulini erano formati da telai in legno sui quali era fissata la tela che formava, così, delle vele spinte in rotazione dal vento. Nel corso del XIX secolo entrarono in funzione migliaia di mulini a vento sia in Europa, sia in America, soprattutto per scopi di irrigazione. In seguito, con l'invenzione delle macchine a vapore, vennero abbandonati per il costo del carbone, allora a buon mercato. Negli anni settanta l'aumento dei costi energetici ha ridestato l'interesse per le macchine che utilizzano la forza del vento. Così molte nazioni hanno aumentato i fondi per la ricerca e lo sviluppo dell'energia eolica.
    • I generatori eolici L’utilizzazione industriale dell’energia eolica si è sviluppata soprattutto negli anni ’80 grazie alla diffusione delle wind-farms in Danimarca e Usa, mentre nella prima metà degli anni ’90 sono stati la Germania e l ’India i paesi che hanno registrato i maggiori trend di crescita. Negli ultimi anni anche in Spagna vi è stato un forte incremento della potenza installata. I generatori eolici a partire dal 1985 hanno migliorato drasticamente il rendimento, dimensioni e costi e continuano a farlo. I progressi compiuti negli ultimi anni nella messa a punto delle tecnologie, hanno ormai consolidato la convinzione che questa fonte possa fornire un contributo non trascurabile alla produzione di elettricità. Tali generatori sono riusciti a passare da una produzione di pochi kilowatt di potenza, a punte di 3 MW per i più efficienti e una produzione tipica del mercato attuale di 1,5 MW, con una velocità del vento minima di 3-4 m/s.
    • I generatori eolici Un generatore sia ad asse verticale che orizzontale richiede una velocità minima del vento ( cut-in ) di 3-5 m/s ed eroga la potenza di progetto ad una velocità del vento di 12-14 m/s. Ad elevate velocità (20-25 m/s, velocità di cut-off ) l'aerogeneratore viene bloccato dal sistema frenante per ragioni di sicurezza. Il bloccaggio può avvenire con veri e propri freni che bloccano il rotore, o con metodi che si basano sul fenomeno dello stallo e "nascondono le pale al vento". Esistono anche generatori a pale mobili che seguono l'inclinazione del vento, mantenendo costante la quantità di elettricità prodotta dall'aerogeneratore, e a doppia elica, per raddoppiare la potenza elettrica prodotta. Una notevole potenza elettrica viene dissipata nel rotore che deve avere una velocità di 3000 giri/minuto per erogare una corrente alla frequenza di rete di 50 hertz. I giri al minuto dell'aerogeneratore sono molto variabili come lo è la velocità del vento; ma la frequenza di rete deve essere costante a 50 hertz, perciò i rotori vengono collegati a una serie di inverter prima di immettere l'energia in rete.
    • Riduzione inquinamento atmosferico 1 MW eolico installato consentono la 1 MW eolico installato consentono la riduzione delle emissioni: CO 2 : 50.000 tonnellate SO 2 : 70 tonnellate : NO 2 : 100 tonnellate + polveri
    • Aspetti positivi dell’energia eolica
      • Non occupa un’area molto vasta (3-5% del terreno disponibile).
      • incrementa l’economia locale e il lavoro.
      • la conversione della potenza del vento in elettricità è efficiente (rendimento
      • teorico 59%).
      • non produce emissioni climalteranti.
      • è facile smantellare le turbine quando raggiungono la fine della loro vita
      • lavorativa e il sito può essere riportato nelle condizion iniziali.
      • l’industria mondiale è in crescita e c’è una considerevole potenzialità di
      • esportazione.
      • i progetti sono semplici e poco costosi da mantenere.
      • contribuisce al rifornimento di elettricità attraverso la diversità e può supportare la rete elettrica locale.
      • la tecnologia è ben affermata.
      • la vita di una turbina è di almeno 20/25 anni.
      • la capacità delle macchine varia da poche centinaia di W a molti MW e ciò può venire incontro alle esigenze sia delle abitazioni private che dell’uso industriale.
    • CLASSIFICAZIONE GENERATORI EOLICI
      • I generatori eolici possono essere classificati in funzione:
      • Geometria
      • Asse di rotazione
      • Configurazione elettromagnetica
    • CLASSIFICAZIONE GENERATORI EOLICI
      • In base all’asse di rotazione:
      • ad asse verticale;
      • ad asse orizzontale;
      • ibridi.
    • Classificazione dei rotori Asse verticale Un generatore eolico ad asse verticale (VAWT - Vertical Axis Wind Turbines) è un tipo di macchina eolica contraddistinta da una ridotta quantità di parti mobili nella sua struttura, il che le conferisce un'alta resistenza alle forti raffiche di vento, e la possibilità di sfruttare qualsiasi direzione del vento senza doversi riorientare continuamente. È una macchina molto versatile, adatta all'uso domestico come alla produzione centralizzata di energia elettrica nell'ordine di Gigawatt (una sola turbina soddisfa il fabbisogno elettrico mediamente di circa 1000 case).
    • Classificazione dei rotori Asse verticale La sostanziale minore efficienza rispetto alle macchine con asse orizzontale (30%) ne ha di fatto confinato l’impiego nei laboratori. Negli ultimi tempi, tuttavia, si è cercato di ottimizzare molto queste macchine, rendendole molto competitive: taluni asseriscono che gli ultimi prototipi, funzionando in molte più ore l'anno rispetto a quelle ad asse orizzontale, hanno un rendimento complessivo maggiore.
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    • Classificazione dei rotori Asse orizzontale Gli aerogeneratori tradizionali hanno, quasi senza eccezioni, l’asse di rotazione orizzontale. Un generatore eolico ad asse orizzontale (HAWT - Horizontal Axis Wind Turbines) è formato da una torre in acciaio di altezze che si aggirano tra i 60 e i 100 metri sulla cui sommità si trova un involucro (gondola) che contiene un generatore elettrico azionato da un rotore a pale lunghe circa 20 metri (solitamente 2 o 3). Esso genera una potenza molto variabile: tipicamente 600 chilowatt che equivale al fabbisogno elettrico giornaliero di 500 famiglie o di 1000 case.
    • Classificazione dei rotori Asse orizzontale La lunghezza delle pale è il limite principale alla realizzazione di macchine molto più grandi di quelle attualmente prodotte: i requisiti statici e dinamici che bisogna rispettare non consentono di ipotizzare rotori con diametri molto superiori a 100 metri e altezze di torre maggiori di 180 metri. Il mulino a vento è un esempio storico di generatore ad asse orizzontale. Come i generatori ad asse verticale anche quelli ad asse orizzontale richiedono una velocità minima di 3-5 m/s ed erogano la potenza di progetto ad una velocità del vento di 12-14 m/s. Ad elevate velocità (20/25 m/s) l'aerogeneratore viene bloccato dal sistema frenante per ragioni di sicurezza.
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    • Conversione di energia da fonte eolica Sistema ibrido eolico-idrogeno L'energia eolica ha una natura intermittente. Questo ha condotto a numerosi metodi di immagazzinamento dell'energia, inclusa la produzione di idrogeno attraverso l'elettrolisi dell'acqua. L'idrogeno è susseguentemente usato a generare elettricità quando la domanda d'energia non può essere sostenuta solo dal vento. L'energia immagazzinata nell'idrogeno verrà convertita in energia elettrica attraverso celle a combustibile o con un motore a combustione collegato a un generatore elettrico. In Danimarca, a maggio 2007 è stata costruita la prima centrale europea a eolico-idrogeno.
    • Conversione di energia da fonte eolica
    • Conversione di energia da fonte eolica
    • Novità: Twind Technology Un più recente approccio allo sfruttamento dell'energia eolica, intende proporre un metodo innovativo per sfruttare l'energia dei venti ad alta quota. Il metodo si basa sull'utilizzo di una coppia di palloni aerostatici che stazionano a quote superiori agli 800 metri e frenati a terra da cavi che fungono anche da elemento di trasmissione del moto. Conversione di energia da fonte eolica
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    • LA POTENZA TEORICA espresso in Watt, posseduto da una corrente di fluido con densità ρ che attraversa alla velocità V un tubo di flusso di sezione trasversale A poichè A è dipendente dal raggio dell’aerogeneratore, si ottiene: Conversione di energia da fonte eolica
    • Conversione di energia da fonte eolica
    • TEORIA DI BETZ Esiste un limite teorico, detto limite di Betz, che fissa la massima percentuale di energia che è possibile estrarre da una vena di vento prima che essa si sposti evitando l’ostacolo (areogeneratore). Tale percentuale è pari a 59,3% Conversione di energia da fonte eolica
    • Conversione di energia da fonte eolica
    • LA POTENZA EFFETTIVA estraibile da una turbina eolica ad asse orizzontale è espressa dalla seguente relazione matematica: Dove : ρ = densità aria in kg/m 3 Cp = 0,593 coefficiente di Betz (LIMITE TEORICO) A = area circolare spazzata dalle pale attraversato dalla massa aria η = efficienza meccanica ed elettrica della turbina eolica (25%-35%) Conversione di energia da fonte eolica
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    • Conversione di energia da fonte eolica
    • Conversione di energia da fonte eolica
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    • INFLUENZA DEL TERRENO Per uno stesso sito la velocità media del vento dipende strettamente dalla QUOTA ALTIMETRICA alla quale viene riferita. Inoltre, a parità di altezza, la velocità media del vento dipende dal tipo di terreno ( liscio, boschivo ….), che può essere più o meno rugoso. Conversione di energia da fonte eolica
    • INFLUENZA DEL TERRENO Conversione di energia da fonte eolica
    • INFLUENZA DEL TERRENO Vale la seguente legge esponenziale che descrive il PROFILO DI VELOCITA’ del vento in funzione della quota alla quale viene misurata la velocità media. V = velocità alla quota h h o = velocità quota riferimento  = rugosità del terreno Conversione di energia da fonte eolica
    • CLASSIFICAZIONE DELLE TURBINE EOLICHE: MICROTURBINE: POT. NOM. < 1 KW MINI TURBINE POT. NOM. < 50 kW MEDIA TAGLIA POT. NOM. < 1 MW GRANDE TAGLIA POT. NOM. > 1 MW
    • PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO Il vento passa su entrambe le facce della pala, più velocemente sul lato superiore, creando un’area di bassa pressione. Questa differenza di pressione tra le due superfici ha come risultato una forza chiamata portanza aerodinamica (LIFT). La portanza sull’ala di un aereo lo fa alzare da terra, in un aerogeneratore, poiché le pale sono vincolate a muoversi su di un piano, causa la rotazione intorno al mozzo. Contemporaneamente si genera una forza di trascinamento (DRAG), perpendicolare alla portanza che si oppone al moto. il primo obiettivo nel progetto di una turbina eolica è quello di avere un alto rapporto portanza-trascinamento.
    • PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO La maggior parte delle turbine è progettata per generare la massima potenza ad una prefissata velocità del vento. Questa è nota come rated power e la velocità del vento a cui viene raggiunta è detta rated wind speed. La rated wind speed è scelta in base alla velocità anemologica locale e di solito è circa 1,5 volte la velocità media .
    • CONFIGURAZIONE GENERALE DI UNA TURBINA EOLICA Le pale (blades) della macchina sono fissate su un mozzo (hub) e nell’insieme costituiscono il rotore (rotor), il mozzo a sua volta è collegato a un primo albero (main shaft), o albero lento, che ruota alla stessa velocità angolare del rotore. L’albero lento è collegato ad un moltiplicatore di giri (gearbox), da cui si diparte un albero veloce (drive shaft) che ruota con velocità angolare data da quella dell’albero lento per il rapporto di moltiplicazione del moltiplicatore. Sull’albero veloce è posto un freno (brake) a valle del quale c’è il generatore elettrico (generator) da cui si dipartono i cavi elettrici di potenza.
    • CONFIGURAZIONE GENERALE DI UNA TURBINA EOLICA Tutti i componenti menzionati sono ubicati nella navicella (nacelle), a sua volta, posizionata su un supporto cuscinetto (yaw ring) in maniera da essere facilmente orientabile a seconda della direzione del vento. L’intera navicella è posizionata su una torre (tower) che può essere a traliccio o conica tubolare.
    • CONFIGURAZIONE GENERALE DI UNA TURBINA EOLICA
      • Oltre a tali componenti, è presente un sistema di controllo che ha diverse funzioni:
      • il controllo della potenza, che può essere eseguito ruotando le pale intorno al loro asse principale (sistema di attuazione del passo, (pitch regulation), in modo da aumentare o ridurre la superficie esposta al vento, o anche tramite la scelta di un opportuno profilo delle pale (stall regulation);
      • il controllo dell’orientamento della navicella, detto controllo dell’imbardata (yaw control ), che serve a mantenere la macchina orientata nella direzione del vento, ma che può anche essere utilizzato, in linea di principio, per il controllo della potenza;
      • l’avviamento della macchina quando è presente un vento di velocità sufficiente (cut- in wind speed) e la fermata della macchina, quando vi è un vento di velocità superiore a quella massima per la quale la macchina è progettata (cut-off wind speed).
    • PROGETTAZIONE ED EVOLUZIONE DELLE TURBINE EOLICHE I risultati più evidenti nell’evoluzione della progettazione sono migliori profili aerodinamici e l ’uso di nuovi materiali sia metallici sia polimerici e il passaggio dai progetti che massimizzano la coppia motrice a quelli che massimizzano l’energia. La turbina ideale dovrebbe avere un alto numero di pale slanciate e veloci, con un profilo areodinamico con un elevato rapporto potenza/resistenza. Esigenze strutturali permettono solo poche pale larghe e di spessore più elevato. In Italia sono state progettate ed utilizzate macchine mono e bipala, che si adattano meglio alle condizioni anemologiche turbolente del nostro paese ma che sono ormai obsolete.
    • PROGETTAZIONE ED EVOLUZIONE DELLE TURBINE EOLICHE
      • Gli ultimi progetti includono inoltre varie soluzioni per aumentare l’energia prodotta, ad esempio:
      • alberi a due velocità: aumenta la resa a velocità del vento bassa;
      • alberi a velocità variabile: si fa girare il rotore alla stessa velocità di quella del vento e così si aumenta la resa.
      • Di solito le macchine moderne iniziano a funzionare quando la velocità del vento raggiunge circa i 15 km/h, raggiungono il loro rated power dai 4 0 ai 48 km/h, e si fermano quando la velocità del vento raggiunge i 100 km/h.
    • PROGETTAZIONE ED EVOLUZIONE DELLE TURBINE EOLICHE
      • VANTAGGI NELL’USO DI GRANDI TURBINE
      • macchine più grandi sono in grado di produrre elettricità a costi minori. questo perché i costi per le infrastrutture, la connessione alla rete e di alcuni componenti del sistema sono indipendenti dalle dimensioni.
      • i generatori eolici richiedono una grande quantità di spazio, quindi in aree dove è difficile trovare spazio per più di una turbina, rotori più grandi e più alti fanno un uso più efficiente della risorsa vento.
      • VANTAGGI NELL’USO DI PICCOLE E MEDIE TURBINE
      • la rete locale può non essere in grado di sostenere l’elettricità immessa da una grande turbina.
      • le fluttuazione dell’elettricità prodotta da diversi aerogeneratori è inferiore a quella di una sola turbina più grande. Il rischio di guasto temporaneo si distribuisce tra tutte le turbine presenti.
    • Efficienza sistema eolico L'efficienza massima di un impianto eolico può essere calcolata utilizzando la Legge di Betz, che mostra come l'energia massima che un generatore eolico possa produrre sia il 59,3% di quella posseduta dal vento che gli passa attraverso. Tale efficienza è molto difficile da raggiungere, e un aerogeneratore con un'efficienza compresa tra il 40% al 50% viene considerato ottimo. Gli impianti eolici consentono grosse economie di scala, che abbattono il costo del chilowattora elettrico con l'utilizzo di pale lunghe ed efficienti dalla produzione di diversi megawatt ciascuna.
    • Efficienza sistema eolico Tali impianti hanno però un rilevante impatto ambientale, per quanto riguarda il paesaggio. Una maggiore potenza elettrica in termini di megawatt significa grossi risparmi sui costi di produzione, ma anche pale più lunghe e visibili da grandi distanze. Un colore verde, nel tentativo di &quot;mimetizzare&quot; gli aerogeneratori all'interno del paesaggio, attenua in minima parte il problema, date le altezze degli impianti. Per questo motivo, nonostante la suddetta maggiore economicità ed efficienza degli impianti di grossa scala, per lo più si decide per una soluzione di compromesso tra il ritorno economico, che spinge verso impianti più grandi, e l'impatto paesaggistico.
    • Aspetti negativi dell'energia da fonti eoliche
      • L'impatto ambientale, seppur rivalutato negli ultimi anni, è un grosso disincentivo all'installazione di questo genere di impianti. Nella gran parte dei casi infatti i luoghi più ventosi risultano essere le cime ed i pendii di colline e montagne, spesso luoghi dove la natura viene protetta e dove gli impianti eolici risultano visibili anche da grande distanza, con un impatto paesaggistico in alcuni casi non tollerabile. Inoltre generano un lieve inquinamento acustico, che in ecosistemi delicati potrebbe influenzare la vita delle specie animali presenti.
      • È opinione diffusa che gli impianti eolici possano essere pericolosi per l'avifauna, uccidendo gli uccelli che vi volano in mezzo. In realtà, gli studi condotti hanno rilevato una mortalità bassissima e molto inferiore a quella causata dalle finestre dei normali edifici e dalle automobili.
      • Un altro problema, importante per produzioni in larga scala, è l'intermittenza (o &quot;aleatorietà&quot;) della potenza elettrica prodotta. Il vento, analogamente al Sole e differentemente dalle fonti di energia convenzionali, non fornisce energia continuamente ed omogeneamente e soprattutto non può essere controllato per adattare l'energia prodotta alla richiesta delle utenze, se non in combinazione con altre fonti di energia capaci di essere controllati.
      Aspetti negativi dell'energia da fonti eoliche
      • Recentemente, le autorità preposte al controllo del traffico aereo di alcuni paesi hanno avanzato delle perplessità circa l'installazione di nuovi parchi eolici: essi sono in grado, in molti casi, di interferire con l'attività dei radar, i quali non riescono facilmente ad eliminare gli echi dovuti alle torri eoliche, a causa della loro elevata RCS (Radar Cross Section) e, soprattutto, delle pale in continua rotazione che un sistema di telerilevamento può scambiare erroneamente per velivoli in movimento.
      Aspetti negativi dell'energia da fonti eoliche
      • Gli elementi della analisi preliminare:
      • Esame preliminare della disponibilità
      • eolica
      • 2. esame dei vincoli ambientali,
      • geologici, tecnici
      • 3. verifica della natura e disponibilità dei
      • terreni
      • 4. possibilità di collegamento alla rete
      • 5. accessibilità dell’area con trasporti
      • eccezionali
      • 6. Valutazione della risorsa eolica puntuale
      • (elemento fondamentale per la sostenibilità
      • dell’iniziativa e si effettua attraverso la
      • conoscenza del vento sul sito mediante torri
      • anemometriche, dati da satellite, …)
      Una corretta valutazione del sito
    •  
    •  
      • Diminuire l’impatto visivo; nessun’altra opera è visibile in sito, eccetto gli aerogeneratori e l’eventuale cabina di trasformazione: l’occupazione del territorio si limita a poche centinaia di mq
      • 2. Adattamento del layout all’orografia e morfologia del territorio, con adeguate verifiche idrogeologiche; adattamento alla viabilità e all’ambientazione paesaggistica
      • 3. Valutazione dei vincoli sul territorio, con particolare riferimento all’impatto acustico e all’avifauna (“corridoi” per le rotte migratorie)
      • 4. Ottimizzazione della disposizione delle macchine in relazione alla risorsa eolica e all’orografia del terreno (micro-siting) per ottenere il migliore sfruttamento della risorsa eolica nel rispetto dell’ambiente
      Diminuire l’impatto
    • Visibilità a grande distanza Rotazione e coni d’ombra
      • Evitare l’effetto selva ricercando soluzioni in linea
      • piuttosto che in gruppi
      • ricercare, proporre geometrie, dettagli presenti e familiari alterritorio
      Le scelte progettuali : il lay-out
    • Le scelte progettuali: i colori
      • Adottare colorazioni neutre rispetto al paesaggio e non 
      • riflettenti
    • Impatto acustico Anche questo aspetto viene considerato con attenzione, in quanto le turbine producono rumore generato dai componenti elettromeccanici e soprattutto da fenomeni aerodinamici che hanno luogo con la rotazione delle pale e dipendono dalle loro caratteristiche e dalla velocità periferica.
      • Tuttavia, il problema è sicuramente trascurabile ove si tenga conto di due
      • elementi:
      • Il rumore percepito in prossimità di impianti eolici viene talvolta erroneamente attribuito ai soli generatori eolici, in realtà in zone
      • ventose e a qualche centinaia di metri di distanza dai generatori stessi, il
      • rumore di fondo causato dal vento è paragonabile a quello dovuto agli
      • areogeneratori.
      • Inoltre, anche a breve distanza dalle macchine, nel raggio di 200 metri, il rumore che si percepisce è molto simile come intensità a quello cui si è sottoposti in situazioni ordinarie che si vivono quotidianamente quali lo stare in una vettura in movimento o in un ufficio. Pertanto, anche gli operatori che si trovassero a lavorare all’interno dell’area adibita a centrale sarebbero sottoposti a un disturbo, dovuto al rumore, del tutto accettabile.
      • In ogni caso, a una distanza di circa 400-500 metri dall’impianto gli
      • effetti sonori dovuti alla presenza delle macchine eoliche diventa
      • del tutto trascurabile.
      Impatto acustico
    • Opere accessorie Scavi fondazioni Assetto idrogeologico Apertura strade e trasformazione viabilità minore Linee elettriche Crinali e praterie: luoghi di biodiversità
    • Zone di passo rotte di migrazione Fasce ventose autostrade del cielo Siti di nidificazione e home-range rapaci Impatto avifauna
    • L’impatto con l’avifauna Collisioni • 60-80 milioni x collisioni con veicoli • 100-980 milioni x collisioni con finestre/edifici • 10.000-170 milioni x linee alta tensione • 4-50 milioni per torri di comunicazione • 10.000-40.000 per collisioni con aerogeneratori (circa lo 0,01%-0,02% delle morti x collisioni)
      • effettuare studi preliminari per l’individuazione delle specie presenti nel sito con particolare attenzione a specie rare o minacciate
      • utilizzo di aerogeneratori con basse velocità di rotazione 
      • (10 anni fa 120 rpm; oggi < 30 rpm)
      • utilizzo di sostegni tubolari anziché  torri tralicciate
      • evitare lay-out in doppia fila 
      • utilizzare cavidotti interrati
      • il monitoraggio di siti “campione
      Le scelte progettuali : l’avifauna
    •  
    • Interferenze elettromagnetiche sulle telecomunicazioni L’origine di disturbi elettromagnetici dovuti alla presenza di areogeneratori è da ricercare nella interferenza delle pale (specialmente se in materiali metallici o riflettenti o se dotate di strutture metalliche all’interno) e dei sostegni con campi elettromagnetici supporto di telecomunicazioni (televisione, segnali di ponti radio, mezzi di aiuto alla radionavigazione, ecc.). I risultati delle ricerche su questo tema sono in genere confortanti e mostrano che è possibile evitare del tutto le interferenze con opportuni accorgimenti soprattutto considerando il progressivo ricorso a materiali non metallici nella costruzione delle Turbine. INTERFERENZE ELETTROMAGNETICHE SULLE TELECOMUNICAZIONI
    • Attenzione a dati progettuali e sistemi di controllo guasti
    • Esempi
    • Esempi
    • Esempi
    • PRATICHE BUROCRATICHE NECESSARIE PER LA FUTURA INSTALLAZIONE DELL’IMPIANTO EOLICO VIA(Valutazione impatto ambientale) Documentazione fotografica Mappa catastale Relazione paesaggistica Prg Rendering Spiegazione tecnica installazione ITER PER LA REALIZZAZIONE DI UN IMPIANTO EOLICO
    • ASPETTI BUROCRATICI E NORMATIVI < 20KW Iter semplificato: DIA (no zona vincolo paes.) DIA + Comunicazione alla Soprintendenza ai Beni Culturali se in zona con vincolo paesaggistico. Richiesta allaccio Grid Connect 46/90 installazione impianto >= 20KW Complessità burocratica: Permesso di costruire Autorizzazione paesaggistica Nulla osta Autorità militari. Svincolo idrogeologico. Licenza officina elettrica UTF Ecc... Autorizzazioni: D.Lgs. 387/03
    • ASPETTI BUROCRATICI E NORMATIVI
      • Autorizzazioni: Legge Finanziaria 2007/2008
      • Rispetto al D.Lgs 387/03 introduce semplificazioni:
      • DIA per gli impianti eolici è stato esteso dai 20KW fino alla potenza di 60 KW
      • Tempi certi per la connessione in rete degli impianti da parte del Gestore della Rete
    • ASPETTI BUROCRATICI E NORMATIVI DECRETO LEGISLATIVO 30 maggio 2008, n°115 Art. 11. Semplificazione e razionalizzazione delle procedure amministrative e regolamentari Gli interventi di incremento dell'efficienza energetica che prevedano l'installazione di singoli generatori eolici con altezza complessiva non superiore a 1,5 metri e diametro non superiore a 1 metro , nonche' di impianti solari termici o fotovoltaici aderenti o integrati nei tetti degli edifici con la stessa inclinazione e lo stesso orientamento della falda e i cui componenti non modificano la sagoma degli edifici stessi, sono considerati interventi di manutenzione ordinaria e non sono soggetti alla disciplina della denuncia di inizio attività .
    • DECRETO MINISTERIALE 18/12/2008 : decreto attuativo I produttori aventi diritto alla tariffa omnicomprensiva che non hanno fatto richiesta di Certificati Verdi e che, nelle more dell’entrata in vigore del DM 18/12/08, hanno richiesto il ritiro dedicato dell’energia ai sensi della delibera AEEG 280/07, hanno diritto alla tariffa omnicomprensiva a partire dalla data di entrata in esercizio commerciale dell’impianto. Il GSE effettuerà i conguagli sulla tariffa applicata in base a quanto previsto nella tabella 3 allegata alla Legge n. 244 del 24 dicembre 2007 (Finanziaria 2008) e nel rispetto delle condizioni che saranno stabilite dall’Autorità per l’energia elettrica e il gas ai sensi di quanto previsto all’articolo 2, comma 153 della medesima Legge. ASPETTI BUROCRATICI E NORMATIVI
      • Incentivi e vantaggi: Legge Finanziaria 2007/2008
      • A differenza degli impianto fotovoltaici, la normativa NON è
      • molto chiara per il mini eolico e lascia qualche dubbio
      • interpretativo
      • Riconosce incentivi per la generazione di energia da fonte
      • eolica nella forma del CONTO ENERGIA .
      • Per gli impianti connessi in rete (grid connected) la legge
      • Finanziaria 2008 stabilisce che :
      • Durata dell’incentivo è pari a 15 anni ;
      • Incentivo è pari a 30 € cent/kWh e viene aggiornato ogni
      • triennio.
      • Nel 2007 l’incentivo era pari a 0,22 € cent/kWh
      • Il beneficio economico derivante dal conto energia non è
      • soggetto a tassazione (pronunciamento Agenzia delle Entrate
      • con delibera luglio 2007)
      ASPETTI BUROCRATICI E NORMATIVI
    • Incentivi e vantaggi: Legge Finanziaria 2007/2008 Per gli impianti minieolici connessi in rete (grid connected) la legge Finanziaria 2007 / 2008 prevede inoltre la possibilità di beneficiare del meccanismo dello SCAMBIO SUL POSTO . La rete elettrica nazionale si comporta come una batteria che immagazzina energia quando prodotta in eccesso per l’autoconsumo, e la cede per nei momenti di non produzione. ASPETTI BUROCRATICI E NORMATIVI
      • Il GSE ha un ruolo centrale nella promozione, incentivazione
      • e sviluppo delle fonti rinnovabili in Italia, essendo l'ente
      • attuatore del sistema di incentivazione dell’energia prodotta
      • da fonti rinnovabili che prevede, in alternativa, su richiesta
      • dell'Operatore:
      • il rilascio di certificati verdi;
      • la tariffa omnicomprensiva (solo per impianti di potenza inferiore ad 1 MW).
      RUOLO DEL GSE
    • I certificati verdi sono titoli negoziabili che attestano la produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile e rappresentano un beneficio per l'Operatore in quanto sono utilizzabili per ottemperare all'obbligo di immissione nel sistema elettrico di una quota di energia elettrica da fonte rinnovabile. La tariffa omnicomprensiva (comprensiva cioè dell'incentivo e del ricavo da vendita dell'energia) è applicabile, su richiesta dell'Operatore, agli impianti entrati in esercizio in data successiva al 31 dicembre 2007, di potenza nominale media annua non superiore ad 1 MW e di potenza elettrica non superiore a 0,2 MW per gli impianti eolici, per i quantitativi di energia elettrica netta prodotta e contestualmente immessa in rete. RUOLO DEL GSE
    • L'Operatore, per poter accedere all'incentivo, deve richiedere al GSE la Qualifica IAFR di impianto alimentato da fonti rinnovabili. In particolare, possono ottenere la qualificazione IAFR gli impianti alimentati da fonte rinnovabile entrati in esercizio successivamente al 1°aprile 1999 a seguito di nuova costruzione, potenziamento, rifacimento totale o parziale, riattivazione ed anche gli impianti che operano in co- combustione, entrati in esercizio prima del 1° aprile 1999, che successivamente a tale data operino come centrali ibride. RUOLO DEL GSE
      • Nuovi meccanismi di incentivazione per gli impianti in
      • esercizio a partire dal 1/1/2008.
      • I meccanismi incentivanti da applicarsi alla produzione netta di
      • energia elettrica da impianti:
      • a) entrati in esercizio dopo il 31/12/2007 a seguito di nuova costruzione, riattivazione, rifacimento totale e parziale, potenziamento, alimentati da:
      • fonti rinnovabili;
      • rifiuti non totalmente biodegradabili o più in generale impianti ibridi per la quota parte di energia elettrica ascrivibile alla fonte rinnovabile;
      • b) termoelettrici a fonte convenzionale in esercizio prima del 1/4/1999 e che iniziano ad operare come centrali ibride dopo il 31/12/2007, sono sinteticamente illustrati di seguito.
      RUOLO DEL GSE
    • TIPO E DURATA DELL’INCENTIVAZIONE Per impianti che entrino in esercizio a decorrere dal 1° gennaio 2008, i Produttori possono richiedere l’incentivazione mediante Certificati Verdi (CV) o, per gli impianti di potenza nominale media annua non superiore ad 1 MW (200 kW per la fonte eolica) e su richiesta esplicita del Produttore, mediante la corresponsione di una Tariffa Omnicomprensiva (TO) per un periodo di 15 anni. Possono accedere ai meccanismi di incentivazione esclusivamente gli impianti collegati alla rete elettrica aventi una potenza nominale media annua non inferiore a 1 kW. RUOLO DEL GSE
    • Sistema dei Certificati Verdi I certificati verdi hanno un valore unitario pari ad 1 MWh e sono emessi dal GSE in numero pari al prodotto della produzione netta di energia incentivabile per i coefficienti indicati nella Tabella 1 riportata di seguito. Il prezzo dei certificati verdi si forma sul mercato in base alla legge della domanda e dell’offerta. Le transazioni dei CV possono avvenire mediante contratti bilaterali, multilaterali o attraverso una piattaforma di negoziazione costituita presso il Gestore del Mercato Elettrico. RUOLO DEL GSE
    • Sistema dei Certificati Verdi La Legge Finanziaria 2008 ha introdotto una nuova modalità di calcolo del prezzo di offerta dei CV del GSE: a partire dal 2008 essi sono collocati sul mercato a un prezzo, riferito al MWh elettrico, pari alla differenza tra 180 €/MWh (valore di riferimento) ed il valore medio annuo del prezzo di cessione dell’energia elettrica definito dall’Autorità per l’Energia Elettrica e il Gas in attuazione dell’articolo 13 comma 3 del D.Lgs 387/03, registrato nell’anno precedente e comunicato dalla stessa Autorità entro il 31 gennaio di ogni anno. RUOLO DEL GSE
    • Sistema dei Certificati Verdi La Legge Finanziaria 2008 ha introdotto una nuova modalità di calcolo del prezzo di offerta dei CV del GSE: a partire dal 2008 essi sono collocati sul mercato a un prezzo, riferito al MWh elettrico, pari alla differenza tra 180 €/MWh (valore di riferimento) ed il valore medio annuo del prezzo di cessione dell’energia elettrica definito dall’Autorità per l’Energia Elettrica e il Gas in attuazione dell’articolo 13 comma 3 del D.Lgs 387/03, registrato nell’anno precedente e comunicato dalla stessa Autorità entro il 31 gennaio di ogni anno. RUOLO DEL GSE
    • Il valore di riferimento ed i coefficienti indicati nella citata Tabella 1 possono essere aggiornati, ogni tre anni, con decreto del Ministro dello sviluppo economico, assicurando la congruità della remunerazione ai fini dell’incentivazione delle fonti energetiche rinnovabili.
    • Sistema della Tariffa Onnicomprensiva Su richiesta del Produttore, in alternativa ai CV,l’incentivazione può essere riconosciuta dal GSE mediante la corresponsione di una Tariffa Onnicomprensiva nel caso di impianti di potenza nominale media annua non superiore a 0,2 MW, per gli impianti eolici, o non superiore ad 1 MW per gli altri impianti, con l’esclusione degli impianti termoelettrici ibridi individuati al punto b) del precedente punto 1. I limiti di potenza nominale media annua sono riferiti alla somma delle potenze nominali medie annue complessivamente installate, per ciascuna fonte, a monte di un unico punto di connessione alla rete elettrica. La TO comprende sia il valore dell’incentivo che il ricavo per la vendita dell’energia elettrica prodotta. Inoltre solo la quota parte dell’energia elettrica netta da fonte rinnovabile prodotta dall’impianto ed immessa in rete, come definita nell’allegato A del DM 18/12/2008, può accedere alla TO. I valori della tariffa onnicomprensiva, di entità variabile a seconda della fonte, sono riportati nella Tabella 2 seguente. RUOLO DEL GSE
    • La tariffa onnicomprensiva può essere variata ogni tre anni con decreto del Ministro dello sviluppo economico assicurando la congruità della remunerazione ai fini dell’incentivazione delle fonti energetiche rinnovabili. Al termine dei quindici anni l’energia elettrica è remunerata, con le medesime modalità, alle condizioni economiche previste dall’articolo 13 del Decreto Legislativo 29 dicembre 2003, n. 387.
    • Quote di produzione obbligate di energia rinnovabile Per il periodo dal 2007 al 2012 la quota dell’obbligo di cui all’art.11 del D.lgs.79/99, è incrementata annualmente di 0,75 punti percentuali. Pertanto essa assumerà annualmente i seguenti valori: RUOLO DEL GSE
    • Grazie per l’attenzione