A simple workshop about wind energy and small diy turbines, in order to build one together with FabLab Turin!

1. DIY wind turbines
FabLab Torino
29-30 novembre 2014

2. 2
indice sintetico
1.informazioni generali: VentolONE, energia eolica, progetti
2.quanta energia è ricavabile (e un po' di statistica)
3.tipologia di generatori
4.dimensionamento
5.regolazione del carico

3. 3
il progetto VentolONE
https://prezi.com/3od4pvi9e5ji/2014-popupmakers/

4. 4
L'energia eolica
macchina
eolica
potenza
dal
vento
potenza meccanica convertitore
potenza
elettrica
potenza
meccanica
potenza
idraulica
generatore elettrico
gruppo di rinvio pompa idraulica

5. 5
microeolico
● tipologie
– microeolico→ 1kW
– minieolico → fino a 20kW
– megaeolico → oltre 20kW (MW...)
● il micro-minieolico presenta caratteristiche molto differenti
dalle classiche installazioni eoliche (megaeolico)
● in Italia il minieolico sta vivendo una fase altalenante di
espansione

6. 6
tipologia di generatori

7. 7
HAWT e VAWT
● Tipologie di turbine mini-eoliche
– HAWT (ad asse orizzontale)
– VAWT (ad asse verticale)
Una turbina ad asse orizzontale deve
inseguire la direzione del vento
Una turbina ad asse verticale può convertire
l’energia del vento
indipendentemente dalla sua direzione

8. 8
HAWT e VAWT
● Tipologie di turbine mini-eoliche
– HAWT
– VAWT a resistenza (drag VAWT)
– VAWT a portanza (lift VAWT)
è dimostrabile analiticamente
che una generica turbina a
portanza ha una resa
maggiore di una turbina a
resistenza di pari area frontale

9. 9
utilizzi
● energia meccanica → es.: pompaggio di acqua
● energia meccanica → energia elettrica
● immissione in rete con scambio sul posto
● incentivi: DM 6 luglio 2012
● 0,291 €/kWh, per impianti di potenza compresa tra 1 e 20 kW
● 0,268 €/kWh per impianti di potenza compresa tra 20 e 200 kW
● maggiori info: GSE
● impianti stand-alone

10. 10
bilanci rinnovabili
Rinnovabili in Italia: un bilancio
altri link:
● fotovoltaico e prezzo dell'energia elettrica
● qualenergia
● dataenergia
● mondoelettrico
● TERNA

11. 11
energia e potenza
critiche al microeolico

12. 12
qualche idea sul vento
e un po' di matematica
La velocità del vento è determinante...
[Watt]
densità dell’aria
rendimento meccanico-elettrico coeff. di potenza
P 1 C A v3 effettiva =h × ×r × P × ×
2
area frontale
velocità del vento
fattori sui quali è possibile intervenire per
incrementare le prestazioni
...ma non basta!

13. 13
qualche idea sul vento
e un po' di matematica
…quindi quanto si produce ?
potenza estraibile
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
velocità del vento [m/s]
potenza [W]
velocità del vento [m/s] potenza teorica estraibile [W]
potenza estraibile effettiva [W]
velocità del vento
[m/s]
potenza teorica
estraibile [W]
potenza
estraibile
effettiva [W]
1 0,4 0,2
2 2,9 1,7
3 9,8 5,6
4 23,2 13,3
5 45,4 26,0
6 78,4 45,0
7 124,5 71,4
8 185,8 106,6
9 264,6 151,8
10 363,0 208,3
12 627,2 359,9
15 1225,0 702,8
20 2903,7 1666,0
3
P 1 C A v P = ×r ×h × × ×
2
r [kg/m^3] 1,225
A [m^2] 1
Cp 0,400
h 0,85

14. 14
E' necessario uno studio anemometrico
18.0%
16.0%
14.0%
12.0%
10.0%
8.0%
6.0%
4.0%
2.0%
vmedia=4,2 m/s
velocità media bassa…
…ma…
10.5
11.5
…Eannua dipende dalla forma
della distribuzione
bisogna studiare il singolo sito
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
8.5
9.0
9.5
10.0
11.0
12.0
>12
0.0%

15. 15
mappe del vento
IRENA

16. 16
mappe del vento

17. 17
mappe del vento, Nord Italia

18. 18
VAWT, parametri
CP=
Pout
Pin
= C⋅ω
12
⋅ρ⋅A⋅v3
Pout=
12
⋅ρ⋅A⋅v3⋅CP
λ=
ω⋅R
v Tip Speed
Ratio
noti CP e l ricavo POUT

19. 19
VAWT, Savonius
turbine diameter: 1m
blade lenght: 1 - 2m
blade diameter: 0,3m
overlap e: 0,2m
overlap e’: 0m

20. 20
VAWT, Lenz
windstuffnow

21. 21
VAWT, Darrieus

22. 22
quanto costa
Il costo per installare un sistema completo di un aerogeneratore decresce in funzione della potenza
installata: circa 1000 €/kW per impianti intorno ai 100 kW e può raggiungere 5000 €/kW per impianti molto
piccoli di alcune centinaia di watt.
Il costo per installare un sistema completo di un aerogeneratore di 20 kW di potenza è circa 2.000/3.000
€/kW.
Per macchine di potenza compresa tra 10 e 20 kW il costo di un sistema installato "chiavi in mano" varia dai
3000-4000 € per kW installato. Per macchine di taglia più piccola (centinaia di watt-pochi kW) esso può
raggiungere 4000 - 5000 € per kW installato.
I costi di gestione e manutenzione crescono con il tempo: anni 1-10, ~ 2%; anni 10 - 20, ~ 3% (%
sull'investimento).

23. 23
dove installare la turbina?

24. 24
dimensionamento
http://sensoenergia.altervista.org/turbina-darrieus/
1.definisco la velocità di riferimento (velocità più probabile)
2.definisco w desiderata all'albero (prima della moltiplica
3.fisso il punto di lavoro (CP elevato)
4.ricavo l e Cdal grafico
P ω⋅R
λ=
5.ricavo R da:
v
6.determino la coppia di spunto C0 del generatore (…)
7.fisso la velocità di auto-avvio CP=
v0
8.ricavo A da (w = …?):
9.ricavo B (lunghezza pala) da R e A
C⋅ω
1
2
⋅ρ⋅A⋅v3

25. 25
e quindi...

26. 26
regolazione del carico
La prossima volta!!!

27. 27
forum e web
● Otherpower
● TheBackShed
● Caleb
● Miro Cellar e su youtube
● Piggot
● VAWTS only
● energeticambiente

28. 28
Applausi !!!
William Kamkwamba