120 ottobre 2010

MercoledMercoledìì 20 ottobre20 ottobreEOLICO e BIOMASSA: funzionamento, EOLICO e BIOMASSA: funzionamento, efficienze e costiefficienze e costi

ing. Tommaso Bezziing. Tommaso BezziEolicoEolico

220 ottobre 2010

SommarioSommario

• La risorsa eolica• Le tecnologie per lo sfruttamento• Esempio di iter progettuale• La risorsa eolica in Trentino• Costi ed incentivi nazionali e provinciali• Futuro dell’eolico

320 ottobre 2010

La risorsa eolicaLa risorsa eolica

420 ottobre 2010

Gli studi generali della risorsa eolica fatti attraverso dati forniti da centrali di rilevamento meteorologico restituiscono le mappe eoliche che sono espressione dei Macrositing.

520 ottobre 2010

Gli effetti della topografia, che agiscono influenzando le caratteristiche del vento, possono essere suddivisi in 3 categorie (Petersen et al., 1997):

•Scabrezza: con questo parametro si tiene conto dell'effetto collettivo degli elementi di scabrezza, cioè delle caratteristiche del suolo nell'area intorno al punto di interesse.

620 ottobre 2010

•Ostacoli: ostacoli come accidentalità, edifici o altre costruzioni, piante, ecc., che, a seconda delle dimensioni e della posizione, possono influenzare con effetti di scia la velocità del vento.

720 ottobre 2010

• Orografia: fenomeni come accelerazioni, effetti di canalizzazione o deviazione del flusso dovuti alla presenza di catene montuose o elementi del territorio di dimensioni molto maggiori del punto di interesse.

820 ottobre 2010

Le tecnologie per lo sfruttamento

920 ottobre 2010

Lo sfruttamento della risorsa eolica per la generazione di energia elettrica avviene attraverso diversi tipi di generatori, che sono adatti ognuno a caratteristiche di vento diverse. I generatori vengono classificati:• per taglia secondo il seguente schema:

1020 ottobre 2010

• per tipologia• ad asse orizzontale a portanza (tipo

Hawt)• maggiore velocità di rotazione • maggiore livello di rumore• area frontale intercettata completamente utilizzata• elevato coefficiente di prestazione• possibilità di variazione del passo

1120 ottobre 2010

• ad asse verticale a resistenza (tipo Savonius)• bassa velocità di rotazione• momento motore elevato• applicazioni di modesta taglia• modesto coefficiente di prestazione• avviamento automatico anche con poco vento (cut-in a ~ 2 m/s)• resistente anche alle alte velocità del vento• non si devono orientare con la direzione del vento• ridotto livello di emissione sonora e di impatto visivo• possibile installazione anche in ambienti urbani o sub-urbani

1220 ottobre 2010

• Rotori ibridi a portanza e resistenza (pale aerodinamiche a rotore verticale, tipo Darrieus e Cycloturbina)

•elevate velocità di rotazione limitando le difficoltà costruttive dell’elica•non devono essere orientati con la direzione del vento•coefficienti di prestazione vicini al valore teorico

1320 ottobre 2010

Ogni tipologia ha caratteristiche di sfruttamento adatte a determinate caratteristiche di vento

Limite ideale di rendimento (0,59)

Velocità perifericaVelocità del vento

Tipo HAWT con passo variabile

Tipo HAWT con passo fisso

Tipo Savonius

Tipo Derrieus

Tipo Derrieusad H

Wind Pump Multipala

1420 ottobre 2010

Esempio di curva di potenza di una turbina Hawt e correlazione indicativa tra diametro e potenza del generatore

1520 ottobre 2010

TIPO DI GENERATORE ELETTRICO E MODALITA’ DI ROTAZIONE DEL ROTORE :

Sistemi a velocità costante (tecnologia ormai obsoleta)•generatori a induzione (asincroni)•Stallo•minore sfruttamento del vento•difficoltà di controllo dell’output, elevato impatto in rete

Sistemi a velocità variabile con moltiplicatore di giri•generatori a induzione doppio alimentati (DFIG)•utilizzo dell’elettronica di potenza•controllo del passo•maggiore sfruttamento della fonte eolica

Sistemi a velocità variabile Direct Drive senza moltiplicatore di giri•generatore sincrono (anche a magneti permanenti)•controllo del passo

1620 ottobre 2010

Esempio di iter progettuale

1720 ottobre 2010

ANALISI PRELIMINARI

1. Individuazione del sitoa) Ventosità percepita b) Accessibilitàc) Disponibilità dei terrenid) Vicinanza con centri abitatie) Vicinanza con linee elettriche di Alta Tensione f) Posizionamento anemometro

a) Luogo esposto privo di ostacolib) Disponibilità del terreno

2. Inizio campagna di misura – risulta il passo fondamentale per ogni tipologia di impianto che determinerà la buona riuscita dell’investimento

La campagna di misura dovrà essere effettuata previa autorizzazione all’installazione di palo anemometrico fisso, con almeno 3 anemometri che misurino intensità e direzione del vento su tre livelli a d esempio a 40 m, 25 m, e 15 m

Le misure dovranno essere fatte per almeno un arco temporale di 12 mesi prevedendo eventuali problematiche, come la formazione di ghiaccio, che possano inficiare le misure.

Le misure per poter essere valide dovranno essere certificate.

1820 ottobre 2010

MICROSITING

I dati validati vanno raccolti e inseriti all’interno di potenti software di calcolo che elaboreranno i dati raccolti sulla base di:

• Dati metereologici raccolti sul sito• DTM – Digital Terra Metric – sono mappe 3D digitali

per la valutazione dell’orografia con estensione di almeno 20 km dal punto di misura

• Ortofoto – per la valutazione della rugosità del terreno• Rilievi di ostacoli di grande dimensione nel sito

Questa elaborazione restituirà:• la mappa isovento della località interessata• Le correlazioni dei dati di vento all’altezza desiderata• la statistica del vento • La classe del sito (indica l’intensità massima con

tempo di ritorno di 50 anni)

Questa fase riassunta nel Micrositing delinea il potenziale energetico del sito.

1920 ottobre 2010

TIPO E COLLOCAZIONE AEROGENERATORE

La fase successiva comporterà la scelta di una serie di generatori giudicati idonei sulla base di:

1. Tipo di vento2. Classe di vento (da 1 vento max molto forte a 4 più

debole)3. Vincoli di trasporto

E successivamente si dovranno collocare sul territorio in base a :

1. Geologia del terreno 2. Orografia3. Proprietà disponibili 4. Posizioni più ventose5. Effetti di interferenza tra generatori 6. Efficienza del campo 7. Impatto ambientale

2020 ottobre 2010

SCELTA AREOGENERATORE

1. Tipo di vento

Il tipo di vento e cioè l’intensità la direzione prevalente la distribuzione viene definita dall astatistica del vento elaborata e quindi si determina la tecnologia di sfruttamento dell arisorsa eolica

2. Classe di vento

Le turbine eoliche scelte dovranno sopportare i venti massimi del sito prescelto

2120 ottobre 2010

SCELTA AREOGENERATORE

3. Vincoli di trasporto

Le turbine in genere vengono trasportate in pezzi e montate in locoL’elemento più complesso da trasportare risulta essere la pala. Questo darà il vincolo maggiore sulle dimensioni dell’areogeneratore installabile, in quanto la stessa non risulta scomponibile. Infatti tale elemento non risulta la parte piùpesante bensì il più lungo. Le turbine scelte nell’esempio trattato, hanno lunghezza di pala pari a 34 m e questo comporterà alcune modifiche stradali come rimozione di guard rail, rettifiche di tornanti, taglio alberi ecc…Sul luogo del montaggio inoltre dovrà essere piazzata la gru per il montaggio che nel caso specifico è richiesta da 800 t con massimo 200 t ad asse, per questo sono da valutare ponti carreggiate in base alla portata e programmare eventuali interventi

2220 ottobre 2010

SCELTA AREOGENERATORE

2320 ottobre 2010

POSIZIONAMENTO

1. Geologia

Per definire l’idoneità del sito per il collocamento delle torri si condurrà uno studio geomorfologico e geotecnico dell’area interessata per la definizione del tipo di terreno dei fenomeni franosi presenti.Queste informazioni serviranno sia per il posizionamento delle pale sia per l’organizzazione del cantiere. Lo studio restituirà in un a prima fase una carta geomorfologica e in seconda istanza dopo aver posizionato sulla carta le torri le caratteristiche del terreno specifiche delle aree interessata. Tali dati ricavati da appositi sondaggi restituiranno le caratteristiche meccaniche e stratigrafiche del sito.

2420 ottobre 2010

POSIZIONAMENTO

1. Orografia

L’orografia del sito riveste soprattutto un importanza fondamentale nella fase logistica e di montaggio delle torri, e quindi si deve analizzare il territorio evidenziando vincoli di natura fisica

2520 ottobre 2010

POSIZIONAMENTO

2. Proprietà disponibili

Questo risulta spesso l’aspetto più problematico in quanto si dovrà procedere all’acquisto dei terreni o a forme di affitto delle aree. Infatti sulla base dei vincoli geologici , fisici e sulla base delle mappe isovento si dovranno acquisire le aree piùinteressanti per lo sviluppo del progetto.

Si dovranno inoltre acquisire delle aree per la realizzazione della stazione di Alta Tensione per l’allacciamento alla Rete di Trasmissione Nazionale –RTN.

2620 ottobre 2010

POSIZIONAMENTO3. Posizioni più ventose

Analizzati i vincoli fisici e di proprietà si dovranno inserire le pale nelle posizioni che garantiscano maggior ventosità durante l’anno.Questo dato si ricava dal Micrositing elaborato in precedenza

4. Interferenza tra areogeneratori.

Importante nel posizionamento risultano vari aspetti tecnici ed estetici. Gli aspetti tecnici si riassumono nella turbolenza tra pale eoliche che deve essere evitata il più è possibile in quanto penalizzerebbe la produzione energetica. Gli aspetti estetici, importanti per l’iter autorizzativo, sono riconducibili nell’armonia della composizione del campo evitando il piùpossibile affollamenti visivi

2720 ottobre 2010

POSIZIONAMENTO5. Efficienza del campo

Tale aspetto è una scelta del progettista e dell’investitore.Questo parametro viene ricavato dalle simulazioni del campo che prevedono l’incrocio dei dati di vento con la caratteristica del generatore sceltoL’efficienza del campo misura la perdita di energia del generatore eolico inserito in un campo rispetto ad un generatore eolico inserito nello stesso ambiente ma isolato e quindi senza interferenze

L’efficienza del campo viene influenzata principalmente dalla vicinanza tra pale, questa determina anche il numero di generatori installabili sullo stesso territorio

Conseguenza dell’efficienza risultano le ore equivalenti di funzionamento espresse in kWh/kW che tipicamente possono essere tra le 1800 e 2300 kWh/kW affinché il sito possa essere considerato produttivo

2820 ottobre 2010

POSIZIONAMENTO6. Impatto ambientale

Sotto questa definizione rientrano numerosi aspetti:

• Avifaunavanno analizzate eventuali rotte migratorie e la fauna presente nel territorio

• Rilievi floristicivanno le specie floristiche presenti, tale aspetto può risultare vincolante per il posizionamento delle pale

2920 ottobre 2010

POSIZIONAMENTO5. Impatto ambientale

• Impatto visivoQuesto aspetto fondamentale nell’iter autorizzativo va analizzato attraverso mappe di intervisibilita a 20 Km (valore limite dell’occhio umano) e inserimenti fotorealistici

3020 ottobre 2010

POSIZIONAMENTO5. Impatto ambientale

• Rumore

Va condotta un’analisi acustica approfondita con misure ante operam, e l’analisi va svolta considerando anche i livelli di rumore prodotto anche durante i lavori di realizzazione.

Per fissare le idee in tema di rumore ambientale, si possono tenere presente questi riferimenti:

• 20 dBA e meno - ambiente silenziosissimo: stanze da letto di notte in ambiente silenzioso con doppi vetri chiusi. Si sentono ronzare le orecchie.

• 30 dBA - ambiente silenzioso: rumore di fondo di una camera tranquilla di giorno a finestre chiuse.

• 40 dBA - si avvertono rumori ambientali in lontananza: una stanza di giorno a finestre aperte, in zone tranquille.

• 50 dBA - rumore in esterno di giorno in zone tranquille. • 60 dBA - rumore in esterno di giorno in zone trafficate. • 70 dBA e oltre - strada molto trafficata e rumorosa.

Le turbine eoliche provocano un rumore pari a circa 40-50 dBA e a 200 m di distanza il rumore percettibile è simile a un fruscio di foglie…

Tali livelli di rumore si hanno per rimpianti di dimensioni considerevoli, e la fonte principale del rumore è l’attrito del vento sulle pale che per impianti minieolici risulta trascurabile.

3120 ottobre 2010

POSIZIONAMENTO5. Impatto ambientale

• Occupazione del suolo e uso del suolo analisi idrologica

Solitamente gli aerogeneratori e le opere a supporto occupano circa il 2-3% del territorio necessario per la costruzione dell’impianto (considerando anche la distanza delle macchine pari a 3-10 volte il diametro delle pale): il resto del territorio è utilizzabile, ad esempio per l’attività agricola e la pastorizia. Il cantiere inoltre non dovrà inquinare falde e modificare l’assetto idrologico del territorio

• Campi elettromagnetici

Il passaggi o di linee in Media Tensione collegate a parchi eolici di grosse dimensioni comporta il trasporto di energia con notevoli correnti. Per tale motivo dovrà essere condotto uno studio sui campi elettromagentici prodotti, e all’occorrenza dovranno essere studiate misure di contenimento degli stessi.

3220 ottobre 2010

PROGETTAZIONE

Una volta definite gli aspetti visti prima si può partire con la progettazione che si svilupperà su tre filoni principali:

1. Progettazione del trasporto2. Progettazione strutturale3. Progettazione elettrica

Scelto il modello e fatti i vari accordi con il costruttore si può partire con la progettazione delle opere accessorie ai generatori. La progettazione non si occuperà del dimensionamento dell’areogeneratore bensì tutte le opere complementare alla stesso per la collocazione e la connessione dell’impianto in rete elettrica

3320 ottobre 2010

PROGETTAZIONE

Progettazione del trasportoLa progettazione si occuperà di analizzare il percorso del generatore tra porto di arrivo e sito interessato. L’attenzione si

porrà in ogni caso sugli ultimi chilometri analizzando gli eventuali interventi da realizzare sulle strade, quindi piazzole, allargamenti, rettifiche e quanto necessario.

Solitamente il trasporto dell’aerogeneratore è a carico del costruttore fino a alcune decine di chilometri dal luogo di installazione

Il progetto inoltre si occuperà della viabilità interna del sito, della costruzione delle strade, delle piazzole di montaggio e del numero di passaggi necessari, compresi i mezzi di cantiere, per trasportare tutti i materiali necessari alla realizzazione

Nel progetto in esempio si considerano:

120 viaggi per il trasporto delle macchine

Per la realizzazione delle fondazioni degli aerogeneratori (scavi, palificazioni, getti e rinterri) e per la costruzione delle piazzole (sterri, riporti e pavimentazioni), sono previsti:

circa 910 viaggi dalle piazzole alle aree di stoccaggio materiale;circa 1.140 viaggi dalla centrale di betonaggio alle piazzole;circa 570 viaggi dalle piazzole alle zone per il recupero del materiale di scavo o alle cave.

Per le operazioni lungo i tratti stradali esistenti (sterri, riporti e pavimentazioni), sono previsti:

circa 260 viaggi dalle strade alle zone per il recupero del materiale di scavo o alle cave.

Per le operazioni lungo i tratti stradali nuovi (sterri, riporti e pavimentazioni), sono previsti:

circa 130 viaggi dalle strade alle zone per il recupero del materiale di scavo o alle cave.

3420 ottobre 2010

PROGETTAZIONE

Progettazione strutturale

Questa fase si basa su:• Indicazioni geotecniche • Indicazione degli sforzi comunicate dal costruttore delle pale• Indicazione degli schemi di costruzione delle fondazioni comunicate dal costruttore del generatore

3520 ottobre 2010

PROGETTAZIONE

Progettazione elettrica

Questa fase si basa su:• Indicazioni del costruttore • Scelta dello schema di impianto (radiale con stazione centrale, ad anello, ecc…)• Passeggi su strada• Ubicazione stazione MT/AT di allaccio• Indicazioni di Terna ed in generale del gestore di rete

3620 ottobre 2010

PROGETTAZIONE

Progettazione elettrica

Attraverso linee interrate dedicate si collegherà l’impianto al primo punto utile, individuato dal gestore, per l’allaccio.

Si deve porre molta attenzione all’allacciamento alla rete di Terna che potrà essere limitata in base alla capacità di trasporto della linea a alla posizione della stessa nella RTN

TERNA si occuperà di fornire i costi dell’allaccio e si occuperà della progettazione e successiva realizzazione e della stazione di smistamento. La progettazione a carico del cliente partirà dal punto di connessione che verrà messo a disposizione. Il cliente dovrà acquisire le aree per tutta l’infrastruttura e cederle a TERNA per la parte di sua gestione.

3720 ottobre 2010

AUTORIZZAZIONICon il progetto, che a questo punto è Definitivo, e gli elaborati complementari si chiedono le autorizzazioniViene convocata al conferenza dei servizi per impianti sopra i 200 kW sotto l’iter risulata semplificato

I principali enti coinvolti sono:

3820 ottobre 2010

REALIZZAZIONELa realizzazione del campo solitamente, se tutto va a buon fine, avviene dopo:

• campagna di misura di circa 12 mesi , • iter autorizzativo di circa 1-2 anni

Si passa quindi agli aspetti particolari di progetto per procedere alla fase realizzativa che dura, per un campo da 12 aerogeneratori, circa 15 mesi

Dopo circa 25 anni di funzionamento la centrale esaurirà il suo ciclo vitale e si dovrà smantellarla.

3920 ottobre 2010

La risorsa eolica in Trentino

4020 ottobre 2010

Potenziale eolico in TrentinoNel 2006 il dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale dell’Università di Trento ha svolto per conto della Provincia Autonoma di Trento un lavoro con titolo “Potenziale Eolico del Trentino” nel quale si sono raccolti ed elaborati dati delle stazioni meteo dislocate sul territorio.

Le analisi sono state svolte sulla base di dati raccolti, che sono falsati dalle seguenti modalità di raccolta:

le misure effettuate ad un’unica quota in prossimità del suolo (3/5 m o 10 m)gli strumenti e le modalità di acquisizione dei dati non sono le più idonee per la quantificazione di tutti i parametri di interesse

eolico;le informazioni ottenibili siano valide solamente nelle immediate vicinanze del singolo punto di misura preso in esame.

Fatte queste premesse, è possibile fare alcune considerazioni, sui regimi anemologici del territorio della Provincia di Trento:

per le stazioni di fondovalle si nota una marcata stagionalitàin linea generale le stazioni poste lungo le vallate principali mostrano le intensità minori;le stazioni poste a quote elevate in siti esposti mostrano valori maggiori di intensità del vento media annua, nel caso di stazioni posizionate lungo i pendii o in prossimità di passi o selle, si osservano chiaramente gli effetti

dell’incanalamento delle correnti prevalenti allineate con la direzione di massima pendenza del versante o parallelamente all’asse del valico.

4120 ottobre 2010

Potenziale eolico in Trentino

Sintesi dei risultati delle elaborazioni condotte. (Fonte: Università degli Studi di Trento)

4220 ottobre 2010

Costi ed incentivi nazionali e provinciali

4320 ottobre 2010

COSTI E INCENTIVII costi dell’eolico risultano circa proporzionali alla potenza installata dalla piccola macchina a i grossi campi e si riassumo in:

• Eolico in alta tensione P>10 MW 1600 €/kW• Eolico in media tensione P<10 MW 1400 €/kW• Eolico isolato, turbina singola 1500 €/kW(fonte:Università di Padova Facoltà di ingegneria – Economia e regolamentazione degli investimenti nelle fonti rinnovabili in Italia : tra vincoli ambientali e

politiche locali – dott.ssa Laura Bano – gen. 2009)

Gli incentivi per la realizzazione di impianti eolici si dividono per taglie di impianto e sono sia di carattere nazionale sia provinciale

4420 ottobre 2010

Futuro dell’eolico

4520 ottobre 2010

FUTUROLa possibilità di sviluppo dell’eolico dipende molto dagli investimenti sulle infrastrutture dedicate al trasporto dell’energia

Di recente l’AEEG (l’Autorità per l’Energia Elettrica e il Gas) attraverso la deliberazione ARG/elt 5/10 ha previsto degli indennizzi per i produttori eolici per l’obbligo di fermo degli impianti per esigenze di rete.

Infatti l’introduzione di generazione eolica di grossa taglia su una rete, come quella italiana, ancora in evoluzione e spesso con interconnessioni deboli, mette in crisi la stabilità, potendo potenzialmente mettere fuori servizio tratti di rete e causando di conseguenza dei black-out locali.

La risorsa eolica, essendo non programmabile e quindi fortemente variabile, ha bisogno di reti di connessione e trasporto dell’energia fortemente interconnesse e robuste come insegna un grosso black-out causato da un repentino calo di vento nel nord della Germania, che ha messo al buio un intera area.

L’eolico trentino potrà essere sviluppato in scale ridotte, solo previe specifiche campagne di misura; l’Università di Trento sta già lavorando in tal senso con il campo sperimentale presso l’interporto a Trento nord.

L’industria dell’eolico ora propone una varietà di macchine sempre più evolute per la diffusione del mini eolico, che alimenta il fenomeno in evoluzione, che riguarda in generale la Generazione Distribuita, che sta portando lentamente ad un evoluzione delle reti elettriche.