Produzione di energia elettrica mediante turbine eoliche ...Aerogeneratore collegato ad una pompa...
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Università degli studi di Bologna
Facoltà di ingegneria
D.I.E.M.
Dipartimento di Ingegneria delle Costruzioni Meccaniche,
Nucleari, Aeronautiche e di Metallurgia
Produzione di energia elettricamediante turbine eolicheGiugno 2005 (BOZZA)
� Cenni storici� L’energia eolica nel mondo� Velocità del vento e distribuzione dell’energia� Sistemi di conversione dell’energia eolica� Aspetti normativi e percorso autorizzativo� Aspetti economici� Il futuro
Aerogeneratore collegato ad una pompa centrifuga
Energia elettrica prodotta mediante turbine eoliche a partire dal 1982
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
GWh
1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996
Anno
Andamento del costo dell’energia elettrica prodotta mediante turbine eoliche(in centesimi di $ al kWh)
05
10152025303540
Cents/kWh
1980 1985 1990 1995 2000
Anno
0 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
Vo/V
Coef
ficie
nte
di p
oten
za C
p
Influenza del parametro k
0 5 10 15 200
500
1000
1500
2000
2500
Velocità del vento [m/s]
Dis
tribu
zion
e di
Wei
bull
h [o
re/a
nno]
k=2
k=3
k=1
Influenza del parametro c
0 5 10 15 200
500
1000
1500
2000
2500
3000
Velocità del vento [m/s ]
Dis
tribu
zion
e di
Wei
bull
h [o
re/a
nno]
c=3
c=4
c=5
c=7
c=6
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Altezza dal suolo [m]
Velo
cità
del
vent
o [%
del
la ve
loci
tà a
500
m d
al su
olo]
0.20
0.40
0.10
alpha
0
2
4
6
8
10
12
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Altezza dal suolo [m]
Velo
cità
del
ven
to [m
/s]
Potenza della corrente eolica indisturbata
2
20
00cAcEmP ρ== �
Potenza raccolta dalla corrente eolica
���
����
�−=∆
���
����
�−=∆=
∆=∆=
22
2223
20
11
23
20
1
1
ccAccAp
ccAcEmP
cApVpP
ρ
ρ�
�
Coefficiente di potenza
��
���
�−=
���
�
�−
=���
�
�−
== 20
23
0
120
0
23
20
1
20
0
23
20
1
0
1
2
22
2
22cc
cc
cc
ccc
cAc
ccAc
PPK p
ρ
ρ
Caduta di pressione sulla macchina eolica
(dal teorema della quantità di moto)
( ) ( )30130 ccAcccmApF −=−=∆= ρ�
Velocità della corrente sul rotore
( )
2
:22
:...
22
301
23
20
11301
23
20
11
ccc
ndosemplificaovvero
ccAccccAc
hasimdqdellaeqdallaricavatoApprecedentenellaosostituend
ccAccAp
+=
���
����
�−=−
∆
���
����
�−=∆
ρρ
ρ
Coefficiente di potenza
��
���
�−=
���
�
�−
=���
�
�−
== 20
23
0
120
0
23
20
1
20
0
23
20
1
0
1
2
22
2
22cc
cc
cc
ccc
cAc
ccAc
PPK p
ρ
ρ
L’espressione del coefficiente di potenza può essere quindi scritta come:
( ) ( )
0
3
220
23
0
320
23
0
30
112111
2112
ccxpostoavendo
xxcc
cc
cc
c
cc
K p
=
−+=��
���
�−��
�
�
�+=�
�
���
�−
+
=
Coefficiente di potenza ottimale (BETZ)
( )
( )
( ) 59.02716
911
311
21
;31;1
032121
121
3/1
21
2
32
≈=��
���
� −��
���
� +=
=−=
=−−=
−−+=
p
p
p
K
xx
xxdx
dK
xxxK
� Protocollo di Kyoto� Libro bianco dell’Unione Europea� Risoluzione del Parlamento Europeo� Dichiarazione di Madrid� Accordo di Atene� Protocollo di Milano� Dichiarazione delle Canarie
� Legge numero 10 del 09/01/91: � l’utilizzo delle fonti di energia rinnovabili è
da considerarsi di pubblico interesse e di pubblica utilità
PRATICA FASE OGGETTO VALIDITA'Concessione edilizia 1 anno: inizio lavori - 3 anni : fine lavori
Parere igienico sanitarioNulla osta aeronauticoSvincolo idrogeologico
Nulla osta paesaggisticoSoprintendenza archeologica
Deposito Genio CivilePrevenzione incendi
Valutazione inserimento ambientaleComunicazione inizio lavoriDocumenti tecnici d'appalto
Autorizzazioni per varianti in corso d'opera 1 anno: inizio lavori - 3 anni : fine lavoriCollaudo statico
Agibilità o equivalenteCollaudo tecnico amministrativo
Convenzione con il Comune 29 anniUsi civiciEspropri 29 anni
Occupazione suolo pubblicoAttraversamento fiumi, tratturi e altro
Attraversamento rete EnelAttraversamento rete telefonica
Attraversamento gasdotti e acqueAttraversamento strade
Locazione 29 anniEdificazione
Servitù
PERCORSO AUTORIZZATIVO - IMPIANTI EOLICI
Autorizzazioni
Problemi patrimoniali
Preliminari all'avvio lavori
Successive al'avvio lavori
Con Enti Pubblici
Con soggetti privati
C R O N O L O G I A D E L L E P R A T I C H E
P R O B L E M I P A T R I M O N I A L I ( N O N V I N C O L A N T I )
C O N V E N Z I O N E C O N I L C O M U N E
D E P O S I T O G E N I O C I V I L E
C O M U N I C A Z I O N E I N I Z I O L A V O R I
C O M U N I C A Z I O N E F I N E L A V O R I
C O L L A U D O S T A T I C O
A G I B I L I T A ’ O E Q U I V A L E N T E
F A S E D I E S E R C I Z I O D E L L ’ I M P I A N T O
C O N C E S S I O N E E D I L I Z I A
S V I N C O L O I D R O G E O L O G I C O P A R E R E I G I E N I C O S A N I T A R I O
N U L L A O S T A P A E S A G G I S T I C O
V A L U T A Z I O N E I N S E R I M E N T O A M B I E N T A L E
S O P R I N T E N D E N Z AA R C H E O L O G I C A
N U L L A O S T A A E R O N A U T I C O
Andamento EDF
0%10%20%30%40%50%
1992
1993
1994
1995
1996
Anno
ED
F [%
]
EDF Valore medio EDF
Cause di rottura
30%
4%12%8%7%
5%
6%
2%
26%
rottura di un componente svitamento di un elementoaltre cause cause non notealta velocità rottura del moltiplicatorefulmine ghiacciosistema di controllo
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
-3 -2 -1 0 1 2 3
Scostamento dalla velocità media annuale [m/s]
Varia
zion
e de
l pre
zzo
dell'
ener
gia
[%]
0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.120
0.5
1
1.5
2
Prezzo medio di vendita dell'energia [Euro/kWh]
Indi
ce d
i red
ditiv
ità (P
I)Redditività di una wind farm
10
9.5
9
8.5
8
7.5
7
6.5
6
v [m/s]
Consumo mondiale energia elettrica
0
5
10
15
20
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
Anno
PWh
0%1%2%3%4%5%6%7%8%
Riduzione percentuale
Unioneeuropea
U.S.A Giappone Altri PaesiIndustriali
Paese
Riduzione emissioni inquinanti
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000
S1
0200400600800
10001200
Costo turbine [dollari/kW]
Produzione complessiva [unità]
Andamento costo turbine eoliche
� Stato attuale: sono richieste fino a 25 pratiche con tempi di attesa troppo lunghi.
� Proposta: creare un unico Ente Nazionale competente in materia al quale inoltrare la domanda e tutti i documenti relativi; L’Ente dopo un tempo stabilito (es. 90 giorni) rilascia un parere (favorevole o contrario); Dovrebbe poi essere consentito un appello per il riesame della domanda; Questa è la procedura seguita anche negli Stati Uniti d’America.