Generazione eolica CONVERSIONE...

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Generazione eolica CONVERSIONE AERODINAMICA Ing. Claudio Rossi Dip. Ingegneria Elettrica Via risorgimento, 2 40136 Bologna Tel. 0512093564 Email [email protected]

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Generazione eolica

CONVERSIONE AERODINAMICA

Ing. Claudio RossiDip. Ingegneria Elettrica

Via risorgimento, 2

40136 Bologna

Tel. 0512093564

[email protected]

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1. Contenuto

1. Teoria unidimensionale e legge di Betz

2. Analisi aerodinamica della pala

3. Controllo

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

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1. Teoria unidimensionale e legge di Betz

Disco attuatore e tubo di flusso

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

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1. Teoria unidimensionale e legge di Betz

Disco attuatore e tubo di flusso

Ipotesi semplificative:

1.

2. Il disco sottrae energia cinetica al vento,

3.separata da quella che la circonda (tubo di

flusso)

4.longitudinale

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

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1. Teoria unidimensionale e legge di Betz

Principio di conversione - lungo il tubo di flusso

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

densità

COSTANTE

COSTANTE

DIMINUISCE

La sezione del tubo

AUMENTA

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1. Teoria unidimensionale e legge di Betz

Principio di conversione

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

lungo il tubo di flusso

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7

1. Teoria unidimensionale e legge di Betz

Principio di conversione - PRESSIONE

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

in ingresso al tubo

PRESSIONE ATMOSFERICA

sul disco

PRESSIONE CALA BRUSCAMENTE

prima del disco

la diminuzione della velocità (senza la produzione di lavoro)

determina un

AUMENTO DI PRESSIONE

in uscita al tubo

PRESSIONE ATMOSFERICA

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1. Teoria unidimensionale e legge di Betz

- PRESSIONE

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

velocità

pressione

Wd

V

pW=p

Vd

p2

p1

VWp

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1. Teoria unidimensionale e legge di Betz

Equazioni

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

velocità

pressione

Wd

V

pW=p

Vd

p2

p1

VWp

Equazione di continuità

=1.22 [kg/m2]

A ,Ad, AW: sezioni del tubo di flusso [m2]

m: portata in massa [kg/s]

F: spinta assiale sul disco [N]

d d w wm A V A V A V

La variazione dellaquantità di moto traingresso e uscita

Kg mN

s sWVVmF

è pari alla spinta assialeF sul disco

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1. Teoria unidimensionale e legge di Betz

Equazioni

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

velocità

pressione

Wd

V

pW=p

Vd

p2

p1

VWp

La spinta assiale può essereespressa come variazione dipressione sulle facce del disco

a: fattore di interferenza.Rappresenta la riduzionedi velocità davanti al disco

(a: inflow factor)

dWR AppVVmF 21

aVAVVAppF dWdR 121

ddVAm

)1( aVVd

aVVVpp W 121

V

VVa d

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1. Teoria unidimensionale e legge di Betz

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

velocità

pressione

Wd

V

pW=p

Vd

p2

p1

VWp

di Bernoulli

2 2

1

1 1

2 2atm d d d d atmV gh p V gh p p 2 2

2

1 1

2 2d d d d atm w w w w atmV gh p p V gh p

1

22

2

1pVV d

2

22

2

1pVV dW

22

212

1WVVpp

Equazioni

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1. Teoria unidimensionale e legge di Betz

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

velocità

pressione

Wd

V

pW=p

Vd

p2

p1

VWp

Uguagliando la differenza di pressione (p1-p2) calcolata dallaconservazione della quantità di moto e da Bernoulli:

aVVVVV WW 12

1 22

Equazioni

aVVW 21

La riduzione della velocità avviene quindi:

per metà davanti al disco

e per metà dietro al disco aVVW 21

)1( aVVd

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1. Teoria unidimensionale e legge di Betz

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

velocità

pressione

Wd

V

pW=p

Vd

p2

p1

VWp

Calcolo della potenza estratta PR al vento dal disco

dRR VFP

Equazioni

La potenza estratta dipende:

dal cubo della velocità del vento

dal fattore di interferenza a (rallentamento del vento)

ddWR VaVAVVP 1

23 12 aaVAP dR

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1. Teoria unidimensionale e legge di Betz

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

velocità

pressione

Wd

V

pW=p

Vd

p2

p1

VWp

Calcolo della potenza Pd disponibile dal vento

322

2

1

2

1

2

1VAVVAVmPdisp

Equazioni

Visto che non si conosce A , per convenzione ci si riferisce ad Ad

Ws

mN

s

m

s

kg2

2

3

2

1VAP dd

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1. Teoria unidimensionale e legge di Betz

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

velocità

pressione

Wd

V

pW=p

Vd

p2

p1

VWp

Calcolo del coefficiente di potenza CP

Equazioni

3

23

2

1

12

VA

aaVA

P

PC

d

d

d

RP 2

14 aaCP

0da

dCP

Calcolo del massimo di CP

3

1MAXPC

a

593.027

16MAX

PC

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0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

CP

fattore di interferenza a

Coefficiente di potenza CP

16

1. Teoria unidimensionale e legge di Betz

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

velocità

pressione

Wd

V

pW=p

Vd

p2

p1

VWp

Coefficiente di potenza CP

Attenzione!

1. a>0.5 non ha senso fisico. Poiché significherebbe aria convelocità negativa nella sezione .

aVVW 21

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Significato di CPMAX

1. La velocità in uscita dal tubo deve essere nonnulla altrimenti non vi è trasporto di materia (effettomuro)

2. Solo per a=1/3 si massimizza di potenza. Perquesto valore si ha che la velocità vale

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1. Teoria unidimensionale e legge di Betz

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

Limite di Betz

59.0MAX

PC

33

121

VVVV MAX

PMAXP CWCW

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

CP

fattore di interferenza a

Coefficiente di potenza CP

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Significato di CPMAX

3. Il tubo di flusso si espande davanti al disco e quindi lasezione di vento utilizzato A alla velocità massima V èinferiore a quella che raggiunge il disco Ad

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1. Teoria unidimensionale e legge di Betz

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

Limite di Betz

59.0MAX

PCvelocità

pressione

Wd

V

pW=p

Vd

p2

p1

VWp

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1. Teoria unidimensionale e legge di Betz

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

Forza di spinta assiale

2

2

2

1

12

VA

aaVA

VP

VP

F

FC

d

d

d

dR

d

RS

velocità

pressione

Wd

V

pW=p

Vd

p2

p1

VWp

Calcolo del coefficiente di spinta CS

FR: forza esercitata sul disco

Fd: forza disponibile nel vento

aaCS 140,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

CP

fattore di interferenza a

Coefficiente di spinta CS

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1. Teoria unidimensionale e legge di Betz

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

Legge di Betz

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

CP,

CS

fattore di interferenza a

Coefficienti di potenza CP e di spinta CS

CS

CP

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2. Aerodinamica della pala

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

Sulla pala agiscono due flussiche dipendono da:

1. vento

2. rotazione della pala

1. vento

entra nel tubo di flussosolo con una componenteassiale di velocità

Per effetto della rotazionedella pala si determina ancheuna componente di ventotangenziale

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22

2. Aerodinamica della pala

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

axv2

tv2

r

1. Componente di vento alla turbina

tax vvv 222

2v velocità risultante

axv2componente assiale

tv2componente tangenziale

2v

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23

2. Aerodinamica della pala

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

rv

r

2. Componente di rotazione

r velocità di rotazione [rad/s]

r raggio della sezione [m]

rv rr

rv componente di rotazione [m/s]

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24

2. Aerodinamica della pala

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

Componente risultante

Rv componente risultante [m/s]

rR vvv 2

axv2

r

tv2

rv

Rv

2

2

2

2 rvvv RtaxR

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2. Aerodinamica della pala

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

Forze agenti sulla palaEffetto risultante di un flusso su un profilo alare

FA: forza di sollevamento (PORTANZA, perpendicolare al vento relativo)

FW: forza di trascinamento (RESISTENZA, in direzione del vento relativo)

Rv

axial direction

tangential direction

chord

relative wind

WF

AF

leading edge

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26

2. Aerodinamica della pala

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

Forze agenti sulla pala

Definizione degli angoli

angolo di attacco o incidenza

angolo di costruzione

angolo di calettamento

Rv

axial direction

tangential direction

chord

relative wind

WF

AF

leading edge

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2. Aerodinamica della pala

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

Forze agenti sulla palaEffetto risultante di un flusso su un profilo alare

FW: forza di trascinamento (nella stessa direzione del vento relativo)

Rv

axial direction

tangential direction

chord

relative wind

WF

AF

Si consideri un segmento di pala di spessore dr

dr)(cvt2

dF W2rBW

tB spessore della pala

cW( ) coefficiente di trascinamento (drag)

angolo tra la corda del profilo ed il ventorelativo al bordo

RESISTENZA: in un aereo è la forza che si oppone al movimento in direzionecontraria aria ..

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2. Aerodinamica della pala

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

Forze agenti sulla palaEffetto risultante di un flusso su un profilo alare

FA: forza di sollevamento (perpendicolare al vento relativo)

Rv

axial direction

chor

d

relative wind

WF

AFSi consideri un segmento di pala di spessore dr

drcvtdF ArBA )(2

2

cW( ) coefficiente di sollevamento (lift)

PORTANZA: in un aereo FA è la forza che solleva ala

Come in ogni altro profilo alare, maggiore è la forza di sollevamento FA rispetto alla forza di trascinamento FW E=cA/cW)

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2. Aerodinamica della pala

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

Forze agenti sulla palaEffetto risultante di un flusso su un profilo alare

RvWF

AF

Mentre la PORTANZA FA può essere rivolta da una parte o dall'altra in funzione , la RESISTENZA FW ha sempre il verso di vR .

100xcWE

CA

CW

CA

stallomax. eff.

E

Es. PROFILO NACA 3

STALLO: condizione di funzionamento in cuidel profilo alare si riduce di molto

ed il comportamento aerodinamico diventainstabile.

MAX. EFF: condizione di funzionamento in cuiE del profilo alare è massima

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2. Aerodinamica della pala

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

Forze agenti sulla pala

Moto laminare STALLO

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2. Aerodinamica della pala

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

Forze agenti sulla palaSvergolamento (twist)

Rv

Al crescere del raggio r aumenta la velocità di trascinamento vr= r.

efficienza massima) è necessario che diminuisca al crescere di r.

axv2

rv

tv2

Rv

axv2

rv

tv2

12

sezione di pala al raggio r1 sezione di pala al raggio r2

r2>r1 1> 2

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2. Aerodinamica della pala

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

Forze agenti sulla palaEffetto utile Forza tangenziale

Ft La componente di forza utile ai fini della generazione dicoppia del rotore è quella in direzionetangenziale alla velocità di rotazione della pala.

Rv

axial direction

tangential direction

chord

relative wind

WF

AF

tF

cossin2

2

warBt ccvtdF

cossin WAt dFdFdF

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2. Aerodinamica della pala

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

Forze agenti sulla palaForza assiale

Fax componente di forza in direzione assiale

Rv

axial direction

tangential direction

chord

relative wind

WF

AF

tFsincos2

2

warBax ccvtdF

sincos WAax dFdFdFaxF

La forza assiale è quella che sollecita il sostegno del rotore

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2. Aerodinamica della pala

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

Coppia sul rotore

Integrando dFt su tutta la lunghezza della pala emoltiplicando per il numero delle pale si ha la coppiatrasmessa del rotore.

Il problema principale pratico di questeespressioni è che occorre conoscere la velocità del vento v2in ogni sezione di turbina ed i coefficienti ca e cw.

34

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2. Aerodinamica della pala

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

Tip Speed Ratio TSR,

: rapporto tra la velocità periferica delle pale evelocità del vento libero.

1v

vu

uv velocità lineare della pala nella sua sezione più estrema

1v velocità lineare del vento indisturbato a monte del generatore

outru rv

Le caratteristiche aerodinamiche di una pala sono assegnate come legame TSR-CP

Per una data pala, il legame TSR-CP dipende calettamento

35

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2. Aerodinamica della pala

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

Tip Speed Ratio TSR,

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CP

legame -CP ( =1°)

i4.1814.2

ip e2.13002.058.0

15173.0),(c

Esempio di legame - CP

1

003.0

02.0

1

1

3

i

36

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2. Aerodinamica della pala

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

Tip Speed Ratio

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CP

legame -CP ( =1°)

Rvaxv2

rvtv2WF

AF axF

tF

Rvaxv2

rvtv2

WFAF

axF

tF

Rv

rvtv2 WF

AF axF

tF

axv2

7

3

5,10

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2. Aerodinamica della pala

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

Tip Speed Ratio TSR,

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CP

legame -CP ( =1°)

Considerazioni a costante

1. Esiste un unico valore di tip speed ratio per il quale PMAX) che dipende dalla

forma della pala.

2. Al variare della velocità del vento v1 occorre variare la velocità di rotazione delle pale per mantenere costante e pari al valore in cui si ha CPMAX

1v

vu

outru rvrv1

38

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2. Aerodinamica della pala

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

Tip Speed Ratio TSR,

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CP

legame -CP ( =1°)

Considerazioni a costante

3. Per valori di bassi si ha una riduzione di portanza ed unaumento della resistenza fino al raggiungimento dellacondizione di STALLO (distacco dei filetti fluidi)

4. Per valori di alti si ha una riduzione di portanza e di resistenza,la componente tangenziale tende ad annullarsi, è detta condizione di FUGA.

In altre parole, per elevati le pale ruotano tantovelocemente che costituiscono una parete solida rispetto alflusso del vento, che lo scavalca, per cui l'energia raccoltaè nulla.

39

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2. Aerodinamica della pala

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

Tip Speed Ratio TSR,

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CP

legame -CP ( =1°)

Il valore massimo di Cp, e la formacaratteristica della curva Cp( )dipendono dal tipo di turbina

40

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2. Aerodinamica della pala

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

TSR e coppia

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CP

legame -CP ( =1°)

Coefficiente di coppia CT

41

r

P

r

Pd

r

RR

Cvm

CPPC 2

2

1

mmdMAX rvmrFC tutta la forza disponibile dal vento fosse trasformata in coppia sul raggio medio della turbina rm=rout/2

PP

routr

P

outMAX

RT

CC

r

vC

rvm

vm

C

CC

2

2

1 2

I valori massimi di CT e il a cui si ottengono consentono diclassificare la turbina

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2. Aerodinamica della pala

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

TSR e coppia

Coefficiente di coppia CT

42

PT

CC

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CP

CT

legame -CP e -CT

CP

Ct

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2. Aerodinamica della pala

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

TSR e coppia

43

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CP

CT

legame -CP e -CT

CP

Ct

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CP

CT

legame -CP e -CT

CP

Ct

turbina veloce PMAX=7 turbina lenta PMAX=3,5

Turbine veloci e lente possono estrarre la stessa potenza dalvento (stesso CP), ma sono soggette a coppie diverse(diverso CT)

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2. Aerodinamica della pala

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

Numero di pale

44

Lo sfruttamento sul disco attuatore dipendeanche dal numero di pale

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2. Aerodinamica della pala

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

Numero di pale

45

In generale:

Maggiore è il numero di palemaggiore è il rendimento

OSSERVAZIONI

Le turbine (basso ), hanno efficienza elevata serealizzate con un elevato numero di pale

Nelle turbine (alto ), il numero di pale non incidefortemente sul rendimento

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3. Controllo

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

3.1 Regolazione della velocità di rotazione

46

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.20

0.2

0.4

0.6

0.8

1

rotor speed [pu]

outp

ut p

ower

[pu

]

5m/s6m/s7m/s8m/s9m/s10m/s11m/s12m/s

Velocità di rotazione [pu]

Po

ten

za in

usc

ita [

pu

]

Punti di funzionamento a potenza massima

Velocità vento

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3. Controllo

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

3.1 Regolazione della velocità di rotazione

47

La regolazione di velocità è indispensabile per massimizzaredi potenza per velocità di vento inferiori alla

nominale

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.20

0.2

0.4

0.6

0.8

1

rotor speed [pu]

outp

ut p

ower

[pu

]

5m/s6m/s7m/s8m/s9m/s10m/s11m/s12m/s

Velocità di rotazione [pu]

Po

ten

za in

usc

ita [

pu

]

potenza massima

Velocità vento

velocità costante

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3. Controllo

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

3.1 Regolazione della velocità di rotazione

48

A velocità costante, si haestrazione di potenza ottimaleper una sola velocità di vento.Per velocità di vento inferiorisi può avere anche unanotevole riduzione di potenza

ESEMPIO

In genere, la regolazione di velocità di rotazione nel range40%÷100% è sufficiente a massimizzare dipotenza per velocità di vento comprese tra 4m/s e 12m/s

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.20

0.2

0.4

0.6

0.8

1

rotor speed [pu]

outp

ut p

ower

[pu

]

5m/s6m/s7m/s8m/s9m/s10m/s11m/s12m/s

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3. Controllo

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

pitch

49

Al variare di calettamento :

1. variano le curve -CP

2. varia il CPMAX e PMAX

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CP

legame -CP ( =0°÷15°)

0

1

2

5

10

15

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3. Controllo

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

3.2 Angolo di calettamento pitch VARIABILE

50

velocità di rotazione costante r=cost

+

calettamento

Si riduce la PORTANZA FA.

corda

Rvaxv2

rvtv2 WF

AF axF

tF

10

10

Rvaxv2

rvtv2

WF

AF axF

tFtangenziale

5

20

La forza tangenziale Ft e quindi la coppia restano costanti

Per velocità di vento maggiori della nominale

PITCH TO FEATHER

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3. Controllo

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

3.2 Angolo di calettamento pitch VARIABILE

51

Per velocità di vento maggiori della nominale

PITCH TO FEATHER

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

PR

[pu

]

v [m/s]

e costanti

0

2

3

5

7

8

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3. Controllo

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

3.2 Angolo di calettamento pitch VARIABILE

52

OSSERVAZIONI

Consente un buon controllo del flusso aerodinamico (ifiletti fluidi non si staccano, si è sempre lontani dallostallo)

Per ogni velocità di vento esiste un valore di pitch per ilquale la pala è in grado di produrre la potenza nominalealla velocità nominale

Sono richieste ampie variazioni di pitch. Es =[0÷25°]

È una tecnica molto utilizzata

Per velocità di vento maggiori della nominale:

PITCH TO FEATHER

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3. Controllo

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

3.2 Angolo di calettamento pitch VARIABILE

53

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CP

legame -CP ( =0°÷15°)

0

1

2

5

10

15

velocità di rotazione costante

+

controllo del pitch

Per velocità di vento maggiori della nominale:

PITCH TO FEATHERLimitazione della potenza estratta

0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.20.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

rotor speed [pu]

outp

ut p

ower

[pu

]

pu power-speed diagram. Wind speed as parameter. Pitch angle variable

12m/s13m/s14m/s15m/s16m/s17m/s18m/s19m/s20m/s

=0°

=18°

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3. Controllo

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

3.3 Angolo di calettamento pitch VARIABILE

54

Per velocità di vento maggiori della nominale:

PITCH TO STALL

velocità di rotazione costante r=cost

+

Diminuizionedi calettamento

Si riduce la PORTANZA FA, aumenta la resistenza FW

corda

Rvaxv2

rvtv2 WF

AF axF

tF

10

10

Rvaxv2

rvtv2

WF

AF axF

tFtangenziale

30

5

La forza tangenziale Ft e quindi la coppia restano costanti

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3. Controllo

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

3.3 Angolo di calettamento pitch VARIABILE

55

Per velocità di vento maggiori della nominale

PITCH TO STALL

OSSERVAZIONI

1. Minime variazioninegative del pitch,portano la pala installo, riducendo lapotenza estratta dalvento

2. Difficile controllo dellapotenza con la pala installo

3. Richiede minimevariazioni di pitch. Es=[0÷-4°]

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

PR

[pu

]

v [m/s]

e costanti

theta=0=0°

=-2°=-4°

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3. Controllo

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

3.4 Regolazione combinata r-

56

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 200

5

10

15

20

blad

e pi

tch

angl

e [d

eg]

Pitch angle variation

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 200

0.2

0.4

0.6

0.8

1

roto

r po

wer

[pu

]

rotor power

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 200

0.2

0.4

0.6

0.8

1

upstream wind speed [m/s]

roto

r sp

eed

[pu]

rotor power

CONTROLLO OTTIMALE

Velocità inferiore alla nominale:

Variazione di velocità di rotazione

Velocità superiore alla nominale

Variazione di angolo di pitch

Velocità prossima alla nominale

Variazione sia di velocità che di pitch

Pitch angle

Extracted power PR

Rotating speed r

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3. Controllo

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

3.4 Regolazione combinata r-

57

Legame coppia-velocità

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

turbine rotating speed [pu]

turb

ine

turq

ue [p

u]

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3. Controllo

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

3.4 Regolazione combinata r-

58

Consente

1. Migliore sfruttamento del vento a velocità inferiori allanominale

2. Mantenimento della potenza al valore nominale per velocitàdi vento maggiori della nominale

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 200

0.2

0.4

0.6

0.8

1

roto

r po

wer

[pu

]

rotor power

Page 59: Generazione eolica CONVERSIONE AERODINAMICAsardegnaagricoltura.it/documenti/14_43_20090512191859.pdf · 2009-05-12 · 27 2. Aerodinamica della pala GENERAZIONE EOLICA ±conversione

3. Controllo

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

3.5 Angolo di calettamento pitch

59

velocità di rotazione costante r=cost

+

pitch costante =cost

Per velocità di vento maggiori della nominale:

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

PR

[pu

]

v [m/s]

e costanti

theta=0

potenza generata non costante

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3. Controllo

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

3.5 Angolo di calettamento pitch

60

Per velocità di vento maggiori della nominale:

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

PR

[pu

]

v [m/s]

e costanti

theta=0

OSSERVAZIONI

1. Non si utilizza il meccanismo diregolazione del pitch. Semplicitàcostruttiva.

2. La potenza generata non ècostante

3. Utilizzabile per piccole turbine,piccoli impianti, senza problemiparticolari di allaccio alla rete.

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1. La potenza generata ètagliata, per effetto

in stallo dellapala

2. Non si ha supero dellapotenza rispetto allanominale

3. Lo stallo si manifestadella pala

in modograduale (per effettodello svergolamento dellapala)

3. Controllo

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

3.5 Angolo di calettamento pitch

61

Fixed pitch, passive stall regulation

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

PR

[pu

]

v [m/s]

passive stall regulation

active pitch

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3. Controllo

GENERAZIONE EOLICA conversione aerodinamica

3.5 Angolo di calettamento pitch

62

Fixed pitch, passive stall regulation

INCONVENIENTI:

Difficilmente si riesce ad ottenere la potenza costante. Alcrescere del vento la potenza diminuisce

Pitch fisso: espone superficie al vento. Strutturamolto sollecitata durante le raffiche di vento forte.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

PR

[pu

]

v [m/s]

passive stall regulation

active pitch

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Generazione eolica