Regione Basilicata

Provincia di Potenza

Comune di Melfi

PROGETTO DEFINITIVO

4 3 2 1 0 Settembre 2011

Em./Rev. Data Red./Dis. Verificato Approvato Descrizione

Redazione: ATS Engineering srl Pzza G. Paolo II n.8 71017 Torremaggiore (FG)

A.9

Titolo dell’allegato:

Relazione tecnica impianto eolico

Proponente:

PROGETTO PER LA REALIZZAZIONE DI UN PARCO EOLICO NEL COMUNE DI

MELFI

ATS Engineering srl

Pzza G. Paolo II n.8

71017 Torremaggiore (FG)

Wpd Basilicata 1 srl Pzza Giovanni Paolo II 71017 Torremaggiore (FG)

Studio eseguito da:

wpd Italia srl Viale Aventino 102 00153 Roma

INDICE

PREMESSA ....................................................................................................... 3

1. INTRODUZIONE............................................................................................ 3

2. PROGETTO................................................................................................... 3

2.1 Descrizione dell’area.......................................................................... 3

2.2 Layout parco..................................................................................... 4 2.3 Descrizione generale............................... ........................................... 6 2.4 Vie d’accesso .................................................................................... 7 2.5 Aerogeneratori................................................................................... 8

2.6 Curva di potenza................................................................................ 11

2.7 Coefficiente di spinta.......................................................................... 12

3. TECNOLOGIA................................................................................................ 13

3.1 Cambio del passo............................................................................... 13

3.2 Trasformatore.................................................................................... 17

3.3 Messa a terra..................................................................................... 18

4 PRODUCIBILITA’ ENERGETICA…….................................................................... 19

PREMESSA

L’Energia, tanto il suo sistema di produzione quanto la modalità di consumo, è strettamente

legata, e di certo ne costituisce una delle cause principali, al problema del progressivo

inquinamento atmosferico e alle conseguenze che da ciò scaturiscono.

L’effetto serra e le piogge acide ne sono un esempio. Il primo trae la sua origine dall’emissione in

atmosfera di gas derivanti dall’utilizzo di combustibili fossili, mentre le piogge acide sono

generate dai sistemi di produzione di energia che sfruttano combustibili fossili con rilevante

presenza di zolfo.

Il problema si aggrava se si considera che appena un terzo della popolazione mondiale, ovvero

quella dei paesi più industrializzati, ha un livello medio di consumo di energia tale da lasciar

prevedere che la situazione diventerà fisiologicamente insostenibile non appena si accentuerà il

processo di integrazione tra i paesi industrializzati e quelli in via di sviluppo.

La preoccupazione crescente per il problema ambientale, così come per il preservarsi della

biodiversità e la salute pubblica, ha contribuito ad una presa di coscienza del problema energetico

da parte dei governi di numerosi paesi ed ha portato alla stipula di un concordato per affrontarne

le conseguenze. La terza conferenza mondiale sul tema tenutasi a Kyoto nel Dicembre del 1997 ha

posto un limite all’incremento dei gas serra.

Il raggiungimento di questo obiettivo assieme allo stabilizzarsi di una situazione ambientalmente

sostenibile che consenta il miglioramento del livello attuale di benessere, esige una profonda

modifica del modello attuale di produzione di energia, aspetto che non può che avvenire

attraverso una progressiva sostituzione di tutte le fonti fossili con fonti pulite e rinnovabili.

I vari sistemi di sfruttamento delle diverse fonti rinnovabili hanno raggiunto attualmente un

differente grado di maturazione tecnologica. Per alcune fonti lo sfruttamento non è al momento

percorribile economicamente. Tuttavia in qualche caso si è raggiunto un livello di maturazione

tecnologica tale da rendere possibile il realizzarsi di un grado di utilizzo compatibile con gli

obiettivi fissati. E’ il caso dell’energia eolica che per le sue caratteristiche tecniche, ambientali e

socio economiche, risponde alle esigenze di diversificazione energetica e di riduzione del livello di

contaminazione atmosferica che lo stato attuale impone.

1 INTRODUZIONE

Nel presente documento si dà una descrizione delle principali caratteristiche tecniche e delle

condizioni di funzionamento del parco eolico di Melfi al fine di ottenere, dalle autorità competenti,

tutte le autorizzazioni e le concessioni necessarie alla sua realizzazione.

Attraverso rilevazioni nel sito e successive analisi tecniche, si è giunti infatti alla conclusione che

l’area in questione è adatta allo sviluppo di un progetto di energia eolica.

Le principali caratteristiche dell’impianto sono:

Potenza istallata (MW): 66

Regione: Basilicata

Provincia: Potenza

Comune: Melfi

2. PROGETTO

2.1 DESCRIZIONE DELL’AREA

L’area in cui si situa il parco eolico Melfi viene rappresentata nella carta IGM negli elementi 434,

435, 451, 452 delle Carta Tecniche Regionali IGM della Regione Basilicata, con scala 1:5.000.

Il progetto del parco eolico si sviluppa su una area che presenta una dimensione di 8 x 8 km

circa. Si trova ubicato in due aree distinte, chiamate interamente comprese nel comune di Melfi

(PZ). L’altezza media dell’installazione è di circa 300 metri sul livello del mare; il sito e le posizioni

sono indicate nella figura sottostante.

2.2 Layout del parco

Di seguito una tabella riepilogativa dei dati tecnici riguardanti il parco eolico:

No. Aerogeneratori 22

Modello Enercon E 101-3MW

Altezza mozzo 99.5 m

Diametro rotore 101 m

Altezza totale aerogeneratore 148 m

Potenza totale parco 66 MW

Disposizione aerogeneratori CLUSTER-con inter-distanza minima pari

a 4,6 Diametri rotore

Il posizionamento degli aerogeneratori è stato fatto in funzione dei seguenti criteri:

• Il risultato dello studio del vento e dell’analisi anemologica fatta; • L’orografia dell’area; • L’esistenza o assenza di strade o sentieri (avendo cura di utilizzare sentieri già

esistenti); • Rispetto di distanza minima regolamentare da edifici preesistenti; • Considerazioni basate sul criterio del massimo rendimento degli aerogeneratori, evitando

l’interazione tra le singole macchine al fine di non pregiudicarne la produttività; • Minimizzazione dell’alterazione dello stato attuale dei luoghi, compatibilmente con le

caratteristiche richieste di pendenza, superficie, larghezza e curvatura delle vie di collegamento e di spazio adeguato alla installazione degli aerogeneratori e alle infrastrutture ad essi associate avendo cura di preservare, per quanto possibile, l’orografia dell’area.

Le coordinate (Gauss Boaga 2), dei singoli aerogeneratori sono le seguenti:

WTG X Y

1 2569072 4546954

2 2569270 4546425

3 2574305 4546028

4 2573252 4545309

5 2573731 4545303

6 2573714 4544843

7 2573786 4543878

8 2576691 4544849

9 2576685 4544270

10 2577169 4544516

11 2577627 4543488

12 2577794 4541593

13 2578124 4542110

14 2579219 4542363

15 2579665 4543600

16 2579964 4544197

17 2578702 4540235

18 2574211 4544368

19 2574710 4544936

20 2574493 4545517

21 2575174 4545745

22 2573359 4545841

Il Parco eolico verrà collegato alla RTN TERNA, come indicato nella STMG ricevuta, tramite una

nuova sottostazione 150-380 KV da ubicare sulla linea elettrica 380 KV Matera-Bisaccia. Il

collegamento alla rete della stazione avverrà tramite due raccordi in AT 380 KV tramite un entra –

esce dalla linea 380 KV.

Il collegamento tra la rete in media tensione del parco e la sottostazione verrà realizzato tramite

una linea 20 KV che parte da un centro raccolta e giunge al circuito 20 KV del parco. IZIONE DEL

PROGETTO

2.3 DESCRIZIONE GENERALE

Il parco eolico di Melfi è composto da 22 aerogeneratori di 3 MW di potenza nominale.

L’energia prodotta da ciascun aerogeneratore fluisce attraverso un sistema collettore composto da

cavi in alluminio da 1x95, 1x400 e 1x630 mm2

, interrati all’interno di cavidotti. Il parco eolico sarà

dotato di un unico circuito collettore. Tale circuito termina in un centro di raccolta. Dal centro di

raccolta parte una linea interrata che mette in comunicazione il parco eolico con la stazione

elettrica 150-380 KV, in cui viene introdotta l’energia prodotta dal parco nella rete RTN TERNA.

Il controllo del parco viene attuato tramite l’ausilio di automatismi programmabili. Vengono

progettati due sistemi indipendenti di regolazione e controllo, uno per gli aerogeneratori e un

secondo per la sottostazione elettrica.

Il parco eolico verrà controllato, supervisionato e monitorato da una sala di controllo, ubicata

nell’edificio del centro collettore.

La comunicazione tra la sala e il parco potrà avvenire tramite fibra ottica disposta lungo la linea di

evacuazione dell’energia o con altro sistema alternativo.

L’energia elettrica viene prodotta dagli aerogeneratori a 4000 V e 50 Hz. La tensione viene elevata

nella cella ubicata all’interno della torre di ciascun aerogeneratore fino a 20 KV e da qui passa al

circuito M.T. del parco.

Il parco eolico non necessita di forniture di servizio come acqua, gas o elettricità.

L’energia elettrica in bassa tensione necessaria alle operazioni di manutenzione del parco verrà

fornita attraverso le strutture del parco prelevandola dal trasformatore per i servizi ausiliari. Nei

momenti in cui il parco non genera energia, la fornitura avverrà tramite la linea elettrica di

evacuazione del parco. Nelle situazioni di emergenza si provvede alla fornitura di energia tramite

gruppo elettrogeno.

2.4 VIE DI ACCESSO

Le caratteristiche minime dei tracciati di accesso interni al parco saranno: 5 metri di larghezza,

raggio minimo di curvatura di 15 metri (larghezza strada: 16m), pendenza massima del 8% e uno

strato superficiale di massicciato stabilizzato, salvo casi particolari in cui per pendenze eccessive

sarà necessario un’ulteriore trattamento superficiale. Una volta terminati i lavori di costruzione, i

tracciati vengono ricoperti con terra vegetale fino ad una larghezza utile di 3,5 m.

Si è avuta cura di utilizzare, laddove presenti, i tracciati esistenti che in alcuni casi dovranno

essere modificati uniformandoli alle dimensioni caratteristiche dei nuovi tracciati al fine di

consentirne l’accesso ai veicoli pesanti. Pertanto sarà necessario modificare le curve, la pendenza,

la larghezza fino a 5 metri dotandole di uno strato di massicciato stabilizzato.

Oltre alle vie di accesso di cui sopra potranno essere utilizzati altri tracciati che però non

necessiteranno di modifiche in quanto verranno utilizzati per l’accesso di mezzi leggeri e

macchinari ordinari.

Per la posa dei cavi per l‘evacuazione dell’energia prodotta dagli aerogeneratori verrà realizzato

un cavidotto interrato che correrà parallelamente al cammino interno al parco; le dimensioni

caratteristiche sono: 0,50 m di larghezza inferiore, 0,60 m di larghezza superiore e 1,20 m di

profondità.

Per il posizionamento della gru di montaggio degli aerogeneratori e dei veicoli che trasportano le

varie parti degli aerogeneratori, è stata prevista una piattaforma di montaggio di 60x60 m. Tale

piattaforma verrà ricoperta di terra vegetale una volta terminata la fase di montaggio degli

aerogeneratori.

2.5 AEROGENERATORI

L’aerogeneratore che si intende utilizzare è il modello Enercon E 101 su un hub di 100 m.

E’ un tripala ad asse orizzontale con un diametro di 100 m, una superficie spazzata di 8.012 m2

e

un’altezza al mozzo di 100 m, velocità variabile e cambio del passo indipendente per ciascuna

delle tre pale.

L’aerogeneratore è stato progettato in accordo con le specifiche della Classe IIa delle norme

IEC-61400, è adatto ad impianti con una velocità media annua del vento di 7,5 m/s ed è capace di

resistere a un vento massimo di 34 m/s.

L’aerogeneratore ha una configurazione meccanica particolare che consente che si abbiano

particolari vantaggi. Il design è concepito in maniera tale da collegare il rotore direttamente al

telaio, evitando che il peso si ripercuota sull’organo di trasmissione della coppia.

Il treno degli ingranaggi di potenza è progettato in modo tale da includere flessibilità di controllo e

controllo della coppia in qualunque situazione. Entrambi questi fattori determinano una

diminuzione del numero di giri cui è sottoposto il treno degli ingranaggi di potenza e una

diminuzione consistente dei carichi estremi.

Allo stesso tempo, la disposizione dei vari elementi consente l’isolamento dinamico dei componenti

ad alta velocità di rotazione evitando la trasmissione delle vibrazioni tanto sulla struttura (telaio e

torre) quanto sul rotore. Tali vibrazioni in una configurazione tradizionale stanno all’origine del

rumore esterno. Anche il design particolare della punta della pala e dei bordi sono stati concepiti

con il medesimo obiettivo. Per tali ragioni il livello di rumore prodotto da questo modello è

particolarmente basso. L’operare a velocità variabile riduce l’intensità del rumore generato alla

basse velocità del vento.

Di seguito sono elencate le principali caratteristiche dell’aerogeneratore scelto.

2.6 CURVA DI POTENZA

La curva di potenza è data in base alla densità dell’aria; di seguito la figura che illustra la curva di

potenza della Enercon E-101 per la densità dell’aria di 1.225 kg/m3

2.7 COEFFICIENTE DI SPINTA

Di seguito la tabella con il coefficiente di spinta della Enercon E 101-3MW, per densità dell’aria

standard.

3 TECNOLOGIA

3.1 CAMBIO DEL PASSO

La possibilità di cambiare il passo indipendentemente per ciascuna delle tre pale rappresenta un

grosso passo in avanti per ciò che concerne il livello di sicurezza e di regolazione. Il sistema

sfrutta tre differenti sistemi di controllo del passo elettrico indipendenti, uno per ciascuna pala.

Le operazioni di cambio del passo sono gestite dal sistema di controllo centrale. La comunicazione

si attua attraverso un bus digitale. La ridondanza dovuta alla coesistenza di tre differenti sistemi

sulle pale permette di operare con una maggiore sicurezza.

Il cambio del passo presenta i seguenti vantaggi: Controllo della velocità del rotore all’interno del

margine di regolazione mantenendo costante la potenza immessa in rete. La separazione tra il

controllo del passo e la potenza immessa in rete è reso possibile solo grazie al sistema di

controllo che costituisce risposta adeguata alle sollecitazioni meccaniche.

Riduzione dei carichi estremi della struttura. Consente di poter operare in condizioni di vento forte

con le pale in posizione serrata senza il rischio che si verifichino condizioni di carico estreme. In

assenza di tale sistema di controllo, nei momenti di operatività in presenza di temporali i carichi

sulla struttura e sulle fondazioni sono mal contenuti.

Soppressione del freno meccanico senza alcuna alterazione delle condizioni di sicurezza. Il sistema

adottato assicura la frenata forzata dell’aerogeneratore qualora necessaria. L’avaria di uno dei

sistemi indipendenti non costituisce diminuzione nella sicurezza.

Capacità di operare a bassi regimi di vento generando una coppia significativa anche a basse

velocità di giri.

Miglior manovrabilità nei casi di sporcizia sulle pale così da avere un posizionamento che favorisca

il massimo rendimento.

Ammortizzazione attiva della struttura in direzione parallela all’asse del rotore. L’utilizzo di sensori

di accelerazione della gondola e la loro inclusione nel sistema di controllo del passo consente di

ammortizzare le oscillazioni della struttura (gondola-torre) in maniera attiva riducendo i carichi a

fatica.

Questi vantaggi consentono una diminuzione nel costo degli aerogeneratori grazie alla riduzione

dei carichi sulle strutture e al risparmio del sistema di frenata. Parallelamente si ha un

miglioramento nella produzione di energia.

Controllo rapido ed efficiente della coppia del treno degli ingranaggi di potenza a velocità variabile.

Il controllo del treno degli ingranaggi di potenza si basa sulla capacità di immettere in rete energia

in maniera controllata per un ampio range di velocità di giri. Si fa uso di un sistema di controllo

rapido basato su DSP ed elettronica di potenza capace di modellare i processi elettromagnetici

(controllo vettoriale della macchina elettrica) interni al generatore in tempo reale. Questo sistema

ad esempio consente di immettere una potenza costante in rete senza essere influenzata dalla

variazione di velocità nella generazione di potenza.

I vantaggi ottenuti mediante il controllo del passo si traducono in:

Incremento dell’energia prodotta in tutto il range di velocità del vento. A basse velocità grazie al

miglioramento del rendimento aerodinamico del rotore, ed alle alte velocità grazie ad un controllo

efficiente della potenza evitando le influenze esterne della sporcizia sulle pale, il cambio di densità

e l’influenza della temperatura.

Riduzione dei picchi e delle oscillazioni nell’energia prodotta oltre che dei carichi estremi nel treno

degli ingranaggi di potenza. Interconnessione senza transitori.

Controllo della potenza immessa in rete tanto da un punto di vista dinamico quanto nei casi di

necessità imposta dalla rete, consentendo una maggiore produzione di energia.

Controllo dinamico della potenza reattiva, e per quanto consentito, apporto di regolazione alla

rete.

Ammortizzamento attivo delle oscillazioni in direzione trasversale al vento. Utilizzo della coppia nel

treno degli ingranaggi di potenza in maniera tale da aumentare, attraverso il controllo delle

accelerazioni trasversali, l’ammortizzamento attivo della struttura e la riduzione dei carichi

dinamici.

Minore impatto ambientale dovuta al diminuire del numero di giri a bassi valori delle velocità del

vento.

Minor rischio di collisione con l’avifauna grazie alla ridotta frequenza del passo della punta della

pala resa possibile da una ridotta velocità di rotazione a regimi di basso vento.

Mantenimento predittivo integrato

L’integrazione dei sistemi di controllo e monitoraggio del parco con quelli dello stato dei

macchinari consente di effettuare un mantenimento predittivo remoto o automatizzato.

Il mantenimento predittivo si fonda sul monitoraggio continuo delle condizioni delle strutture e

della strumentazione. In particolare si ha un continuo monitoraggio delle vibrazioni così da avere

una visione chiara e attualizzata dello stato e della vita dell’intero sistema.

L’integrazione delle misurazioni delle vibrazioni con il sistema di controllo, oltre che con il

trattamento frequenziale diretto, consente di avere un sistema di dati attraverso il quale valutare

lo stato dell’aerogeneratore potendo programmare revisioni e controlli in maniera ottimale.

L’analisi dati si suddivide in due tipologie di frequenza:

Range di bassa frequenza (fino 10 Hz) in cui si analizza il comportamento della struttura

dell’aerogeneratore. In questo range si analizza il moto proprio dell’aerogeneratore.

L’obiettivo è diagnosticare permanentemente lo stato della struttura. Vengono comprese anche le

misure sugli elementi rotanti con bassa velocità di rotazione (rotore).

Range di alta frequenza (10-4000 Hz) comprendente l’analisi di tutti gli elementi rotanti del treno

di potenza. In questo range l’analisi si basa sul monitoraggio della frequenza multiplo della

velocità di rotazione.

I ventidue aerogeneratori sono raggruppati in quattro gruppi i quali sono così formati: quattro

gruppi con massimo 6 macchine, ogni gruppo è interconnesso tramite una linea MT a 20 kV alla

stazione di utenza (AT/MT) di proprietà di wpd Basilicata 1 s.r.l e si interfaccia, nel punto di

consegna, con Terna S.p.A.. Ogni aerogeneratore è dotato di tutte le apparecchiature e circuiti di

potenza nonché di comando, protezione, misura e supervisione;

L'impianto elettrico in oggetto comprende sistemi di categoria 0, I, II e III ed è esercito alla

frequenza di 50Hz. Si distinguono le seguenti parti:

• il sistema AT a 150 kV c.a., esercito con neutro isolato;

• il sistema MT a 20 kV c.a., esercito con neutro isolato;

• il sistema BT a 400 V c.a., esercito con neutro a terra (montante aerogeneratore);

• il sistema BT a 400 V c.a., esercito con neutro a terra (servizi d’impianto);

• il sistema BT a 110 V c.c., per le alimentazioni protette

L’impianto è pertanto composto dalle seguenti strutture:

• n°1 stazione elettrica AT/MT (150/20kV) con cabina di consegna ed al suo interno il

Quadro MT.

• n° 22 aerogeneratori con annesse all’interno tutte le apparecchiature di macchina.

Caratteristiche elettriche

3.3 MESSA A TERRA

Come tutti gli altri sistemi elettrici un aerogeneratore può essere soggetto a guasti elettrici interni

ed esterni.

Questi guasti includono dal punto di vista interno: corto circuiti o difetti dovuti alla messa a terra

dei componenti elettrici; mentre dal punto di vista esterno sovratensioni causate da scariche

atmosferiche o di commutazione sovratensione.

Questi fattori possono causare la distruzione dei dispositivi elettrici e nel peggiore dei casi possono

mettere a rischio delle vite umane. Per minimizzare il pericolo potenziale da sovratensioni

elettriche tutte le WTG sono dotate di una protezione completa per i fulmini e di messa a terra.

La protezione contro i fulmini comprende, in particolare, le misure di protezione contro i fulmini

sulle pale del rotore con la seguente dissipazione della corrente di fulmini a terra. I componenti

elettrici sono anche protetti contro interferenze dovute a campi di tensione.

La protezione dei dispositivi elettrici ed elettronici nel WEC stesso viene indicato come “protezione

contro i fulmini interna”.

Considerazioni più specifiche sono riportate nell’allegato “Earth and lightning protection system for

ENERCON WECs”.

3.2 TRASFORMATORE

L’aerogeneratore ha al suo interno un cabina di trasformazione costituito da quattro

trasformatori. I quattro trasformatori intensificano la tensione portandola da 400V a media

tensione 20 kV. Il tipo di trasformatore è un trifase chiuso ermeticamente con raffreddamento ad

olio di silicone. Questo è uno speciale olio sintetico con un punto di infiammabilità di oltre 300°C e

permette il raffreddamento del trasformatore. La seguente tabella mostra le caratteristiche

tecniche di un trasformatore standard.

Caratteristiche trasformatore Produttore Pauwels, Areva or Similar Type Trifase chiuso ermeticamente Tasso di potenza (kVA) 2300 Tasso di frequenza (Hz) 50/60 Bassa tensione 400

Gruppo vettore Dyn5 Punto di picco +4*2.5% Tensione di corto circuito 6% Livello di isolamento di base (kV) 170 Aumento della temperatura: Olio/liquido 50/55 Temperatura ambiente (°C) 50 Soglia di allarme temperatura (°C) 90 LwA livello sonoro in dB (A) ca 54 Dimensione esterne L*W*H ca 2100*1180*2400 Peso circa 5.72

4. PRODUCIBILITA’ ENERGETICA

Nella zona in oggetto è stato installato un anemometro di altezza 60 m tramite il quale è stato

possibile fare analisi di producibilità e studiare la situazione anemologica dell’area in questione.

La ventosità del sito si può definire sicuramente adatta alla realizzazione di una centrale eolica.

Il vento medio a 20 m è di circa 5,6 m/s, e di seguito è illustrato il profilo di vento fino ad

un’altezza di 150 m e la relativa rosa dei venti da cui si denota un profilo crescente, al crescere

dell’altezza.

Profilo e rosa del vento

La produzione del parco si stima intorno ai 150.000 MW/h annui, con un numero di ore equivalenti

di circa 2000.(ref. tabella sotto)

Produzione del parco Melfi

Di seguito è illustrata la produzione del parco dettagliata per ogni direzione dei 12 settori, con i

valori incremento dovuto all’orografia, e le perdite dovute all’effetto scia e la successiva tabella

illustra le caratteristiche statistiche del vento nell’area.

Produzione “direzionale” del parco

Analisi dei dati di vento

Curva di potenza del parco

Nella tabella di seguito sono invece evidenziate le distanze reciproche tra le turbine, dalle quali si

evince che la minor distanza tra 2 wtg è pari a 4,6 volte il diametro dell’aerogeneratore.

Inter-distanza tra le turbine