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Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012 Il Mineolico Principali aspetti per gli impianti stand - alone o grid-connected Luciano Pirazzi Segretario Scientifico ANEV [email protected] Sede ANEV, Roma, 15-16 marzo 2012

Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012 Il Mineolico

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Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012 Il Mineolico. Sede ANEV, Roma, 15-16 marzo 2012 . Principali aspetti per gli impianti stand - alone o grid-connected Luciano Pirazzi Segretario Scientifico ANEV [email protected]. La risorsa eolica: come nasce il vento. - PowerPoint PPT Presentation

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Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012 Il Mineolico

Principali aspetti per gli impianti stand - alone o grid-connected

Luciano PirazziSegretario Scientifico ANEV

[email protected]

Sede ANEV, Roma, 15-16 marzo 2012

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Riscaldamento non uniforme da parte del sole della superficie terrestre

La differenza di temperatura che si crea tra l’aria sopra le terre emerse, che si riscalda di giorno più velocemente, e l’aria sopra gli oceani che rimane fredda ed umida, genera una differenza di pressione, la quale è più alta sui mari e più bassa sulle terre emerse. Da questa differenza di pressione nasce il vento

La risorsa eolica: come nasce il vento

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La rotazione terrestre deforma i movimenti delle masse d’aria che vanno a colmare i le differenze di pressione, generando, per effetto della forza di Coriolis, i cicloni con la formazione di nubi e gli anticicloni che mantengono il cielo sereno

Si riscontrano venti agenti su larga scala come gli alisei e altri circoscritti in aree limitate e influenzati da fattori locali

La risorsa eolica: come nasce il vento

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In lunghi periodi il vento si presenta con caratteri di variabilità e ricorrenza.Si presentano fattori aleatori e altri più deterministici, come l’orografia e la rugosità superficiale del terrenoL’importanza di questi fattori è riconducibile alla previsione del vento nel corso del tempo

La risorsa eolica: come nasce il vento

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Classificazione macchine eoliche

Piccola taglia: da pochi watt sino a 100-200 kW. La norma fissa il limite a 200 m2 di superficie del rotore (lunghezza pala circa 8m)

Media taglia: da 200 a 1000 kWGrande taglia: oltre 1000 kW

Piccola taglia: micro-eolico sino 1 kW, mini-eolico oltre 1 kW, nel Regno Unito la soglia tra micro e mini è rappresentata dall’area del rotore di 3,5m2

Gli aerogeneratori di media-grande taglia sono ad asse orizzontale, generalmente a tre pale, con il rotore sopravento rispetto alla torre (il vento incontra prima le pale e successivamente il sostegno)

Nelle macchine di piccola taglia sono presenti soprattutto quelle ad asse orizzontale, di solito tripala, ma si riscontrano anche macchine bipala e ad asse verticale

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Classificazione macchine eoliche

La maggior parte delle turbine micro e minieoliche utilizza pale realizzate in poliestere e fibra di vetro, dotate di timone direzionale per orientare il rotore in direzione del vento, con alternatori a magnete permanente, semplici e robusti

Fra le turbine ad asse verticale, la macchina Savonius è impiegata soprattutto per il pompaggio dell’acqua, e in qualche caso anche per la produzione di energia elettrica. Si tratta di una macchina molto robusta e semplice dal punto di vista costruttivo e di funzionamento. Ha il vantaggio di avere una forte coppia di spunto, che gli consente di avviarsi anche con vento

debole, mentre è poco adatta ai venti forti

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Diffusione del minieolico negli USA

Negli USA nel 2010 sono state installate piccole macchine sino a 100 kW per una potenza di 25 MW

Alla fine del 2010 è stata stimata l’installazione di 144.000 unità per una potenza complessiva di 179 MW

1.500 alla stessa data erano gli addetti a tempo pieno nell’industria

Fonte: AWEA’s 2010 U.S. Small Wind Turbine Market Report

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Costi

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Priorità di ricerca e sviluppo su scala industriale

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Rendimento

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Progettazione

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Accumulo

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Struttura di una turbinaIl generatore, direttamente collegato al rotore, può essere del tipo

sincrono o asincrono. La tipologia più frequente è il generatore sincrono a magneti permanenti. La corrente in uscita dall’alternatore, monofase o trifase, viene trasformata in continua attraverso un gruppo di conversione (raddrizzatore) ed eventualmente, in funzione degli usi finali, ritrasformata in alternata tramite inverter. Le sovratensioni sono controllate tramite centralina elettronica (wind controller)

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Applicazioni del minieolico- Off-grid, alimentazione di utenze isolate

- per abitazioni o piccole aziende (turbine singole, stand-alone, o accoppiate ad impianti di cogenerazione o fotovoltaici, sistemi ibridi)- a servizio di sistemi di telecomunicazione (ripetitori di segnale, antenne)- sistemi di monitoraggio qualità dell’aria- impianti di pompaggio acque- potabilizzazione (dissalazione) acqua marina

Queste tipologie di installazioni necessitano di un gruppo di batterie per l’immagazzinamento dell’energia in eccesso. In queste installazione l’inverter è opzionale, si rende necessario qualora l’impianto fosse collegato direttamente all’alimentazione principale dell’utenza domestica

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Applicazioni del minieolico- Sistemi grid-connected

- net-metering (scambio sul posto)- vendita dell’energia (tariffa omnicomprensiva)

In questa situazione si necessita l’installazione di un inverter, che trasformando la corrente da continua in alternata secondo gli standard di rete, rende possibile gli scambi. È necessario inoltre installare opportuni contatori che, nel caso per esempio del net-metering (reversibili), permettono di effettuare un bilancio tra l’energia ceduta e quella prelevata

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Sistemi di controllo, elettrici e meccanici

Il meccanismo di imbardata, esterno per la maggior parte delle turbine minieoliche, permette l’istantaneo allineamento alla direzione del vento, in modo da ottimizzare la produzione energeticaIl sistema di controllo di potenza, permette, in caso di venti forti, la regolazione dell’angolo di inclinazione di ogni singola pala (pitch control), in modo da ridurre la velocità di rotazione, o la disposizione della turbina parallelamente alla direzione del vento (a bandiera). Il sistema di controllo a stallo, attivo o passivo, consente il controllo della potenza in condizioni di vento forte. Alcune case costruttrici prevedono, per condizioni meteo particolarmente avverse, la possibilità di adagiare la turbina al suolo, soluzione che risulta particolarmente conveniente anche nella fase di manutenzione.I meccanismi di frenatura, aerofreni ad azionamento centrifugo, freno meccanico a disco consentono il fermo del rotore per velocità del vento troppo elevate

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Sistemi di controllo, elettrici e meccanici

L’assenza del meccanismo di imbardata comporta un minor peso della struttura, una maggiore semplicità costruttiva ed una maggiore flessibilità delle pale.

La presenza del meccanismo di imbardata, permette di evitare l’effetto ombra generato dalla torre, migliora le performance aerodinamiche, evitando fenomeni localizzati di turbolenza, minimizza l’impatto acustico e rende minime le sollecitazioni delle pale

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Applicazioni eolico di piccola taglia

Collegamento alla rete elettrica per la vendita dell’energia generata Tariffa fissa 30 cent/kWh per una durata di 15 anni

Scambio sul posto di impianti alimentati da fonti rinnovabili con potenza fino a 20 kW e impianti alimentati da fonti rinnovabili di potenza superiore a 20 kW fino a 200 kW entrati in esercizio in data successiva al 31 dicembre 2007

Lo scambio sul posto (Del. AEEG n. 74/08, Del. AEEG n. 184/08, Del. AEEG n. 1/09) è un servizio che viene erogato dal GSE dal giorno 1° Gennaio 2009 su istanza degli interessati. Consente all’utente che abbia la titolarità o la disponibilità di un impianto, la compensazione tra il valore associabile all’energia elettrica prodotta e immessa in rete e il valore associabile all’energia elettrica prelevata e consumata in un periodo differente da quello in cui avviene la produzione.

Lo scambio sul posto contempla l’acquisizione dei certificati verdi

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Scambio sul posto: ecco le novità

• In applicazione della legge 99/09, con la Delibera 9 dicembre 2009 - ARG/elt 186/09, l’AEEG ha definito importanti modiche al “Testo integrato delle modalità e delle condizioni tecnico-economiche per lo scambio sul posto” (ARG/elt 74/08), in vigore dal 1 gennaio 2009.Tra le principali novità, si segnala la possibilità per gli utenti dello scambio sul posto di optare tra la gestione a credito per gli anni successivi e la liquidazione monetaria (annuale) delle eventuali eccedenze. Inoltre, per i Comuni al di sotto dei 20mila abitanti residenti e per il Ministero della Difesa è riconosciuta la possibilità di attivare lo scambio sul posto senza la necessità che il punto di immissione e il punto di prelievo coincidano. In tal caso la potenza complessiva non deve essere superiore a 200 kW.

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Applicazioni eolico di piccola taglia

agriturismi, artigianato, piccola industria, fattorie, campeggi, rifugi, utenze domestiche isolate in montagna, al mare o su isole

alimentazione di sistemi di telecomunicazione, sistemi di pompaggio e drenaggio di siti da bonificare, utenze di illuminazione pubblica (strade, viadotti, gallerie, fari, piattaforme, impianti semaforici, etc.)

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Applicazioni eolico di piccola taglia

• discreto potenziale applicativo anche nelle aree naturali protette, che costituiscono circa il 10% del territorio nazionale (Parchi Nazionali e Regionali, Riserve Naturali Statali e Regionali, Aree marine Protette ed Aree Protette provinciali, comunali e di vario genere)

• Il Protocollo di intesa tra ENEL, Federparchi e il Ministero dell’Ambiente, siglato nel febbraio 2001, ha previsto che i crescenti fabbisogni energetici all’interno dei parchi, siano soddisfatti attraverso impianti di Fonti Energetiche Rinnovabili di piccola taglia

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Applicazioni eolico di piccola taglia

area di potenziale applicazione della piccola taglia è quella delle reti locali nelle isole minori, che sono più di quaranta in Italia ed alcune centinaia nell’intero Mediterraneo

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Sistemi ibridi

Si tratta di impianti che associano due o più sistemi di generazione, in parte convenzionali (es. diesel) per garantire una base di continuità del servizio elettrico, e in parte da fonti rinnovabili (eolico, fotovoltaico, idroelettrico, ecc.), completati da sistemi di accumulo (batterie), di condizionamento della potenza (inverter, raddrizzatori, regolatori di carica) e di regolazione e controllo

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• Per sopperire alle esigenze di energia elettrica nelle aree remote non elettrificate, in passato venivano utilizzati esclusivamente generatori diesel, che presentano una ridotta efficienza di funzionamento, alti oneri di manutenzione, breve vita dell’impianto. I sistemi ibridi invece consentono di sfruttare le risorse rinnovabili esistenti sul territorio e costituiscono una concreta opzione, compatibile sul piano ambientale e sociale.

• Attualmente si progettano sistemi ibridi dove le fonti rinnovabili e l’accumulo forniscono fino all’80-90% dei fabbisogni energetici, lasciando al diesel solo la funzione di soccorso.

Sistemi ibridi

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La risorsa eolica: energia del vento

E’ noto che una massa d'aria di densità che si muove con velocità istantanea V attraverso un'area A, posta ortogonalmente alla direzione della velocità, rende disponibile una potenza pari a:

P = 1/2  Cp A V3 

Se è data in kg/m3, V in m/s, A in m2, allora P risulta espresso in watt. La densità corrispondente ai valori standard di pressione e temperatura vale = 1.22 kg /m3

Cp, il coefficiente di potenza, dipende dalle caratteristiche e dalle condizioni operative della macchina

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Il principio di funzionamento: cenni di aerodinamica

Nell’impatto del vento con l’aerogeneratore si verifica una diminuzione di velocità e, quindi, di energia cinetica, con un trasferimento di energia sul rotore

Nel rotore l’energia cinetica si trasforma in energia rotazionale che a sua volta è trasmessa ad un sistema meccanico o, nella maggior parte dei casi, elettrico, trasformandosi in energia meccanica ed elettrica

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Curva di potenza

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La risorsa eolica: distribuzione della velocità

Distribuzione della frequenza della velocità e delle direzioni del vento

Variazione della velocità del vento con l’altezza sopra la superficie

Variazioni diurne, notturne e stagionali

Entità delle raffiche

Velocità massima

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Distribuzione di Rayleigh

Fonte: Wind Power by Paul Gipe

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Distribuzione di Rayleigh

Fonte: Wind Power by Paul Gipe

Il fattore cubico della distribuzione di Rayleigh è 1,91 ed esprime la relazione tra la densità di potenza basata solo sulla velocità media e quella derivata dalla distribuzione reale della velocità del vento

Questa relazione ha una buona validità per siti dal clima temperato e con velocità del vento forte e moderata

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Densità di potenza e di energia annuale in funzione della velocità del vento per una distribuzione di Rayleigh

Media annuale Densità di potenza Densità di energiavelocità del vento annuale (w/m2) (annuale kWh/m2)

4 m/s 75 6565 m/s 146 1.2816 m/s 253 2.2147 m/s 401 3.5158 m/s 599 5.2479 m/s 853 7.471

Fonte: Wind Power by Paul Gipe

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Distribuzione di Weibull Curve di distribuzione della velocità e della densità di potenza in due siti con

velocità del vento di poco superiore a 7 m/s

Fonte: Wind Power by Paul Gipe

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Distribuzione di Weibull

The Weibull parameters, c and k, are derived by computing statistics about wind data. k, the shape parameter, specifies how sharp a peak the curve has, while c is the weighted average speed, more useful in power calculations than the actual mean speed.

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Distribuzione di Weibull

Due esempi:caso 1: 10 giorni, con un vento costante di 5 m/s (media 5 m/s)cas0 2: 10 giorni, 5 giorni assenza di vento, 5 giorni con 10 m/s (media 5 m/s)Turbine eolica con 10m2 di superficie e un efficienza del 30%case 1: 125 x 1,225 x 0,5 x 10m2 x 30% = 229,7 W x 24 hours x 10 days = 55,125 Kwh in 10 giornicase 2: 1000x 1,225 x 0,5 x 10m2 x 30% = 1.837 W x 24 hours x 5 days = 220,5 Kwh in 5 giorni

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La risorsa eolica: “speed effect” e classi di rugosità (1)

La compressione dell’aria origina un aumento della sua velocità.L’aumento della velocità del vento quando avviene tra edifici elevati e

montagne è conosciuto come effetto tunnel.La presenza di profili verticali o fortemente inclinati genera il

fenomeno della turbolenza.L’aumento di velocità del vento avviene anche sui crinali dei monti e

sommità delle colline. Anche in questo caso l’aria si comprime ed aumenta la sua velocità.

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La risorsa eolica: “speed effect” e classi di rugosità (2)

Le classi di rugosità esprimono le diverse condizioni fisiche del terreno, in termini di resistenza opposta al passaggio del vento.

Un’elevata classe di rugosità, 3 o 4, si riferisce ad una superficie molto irregolare con molti alberi e manufatti (edifici, etc.).

Un'area urbana sarà caratterizzata da un valore di circa 1 m, una prateria con erba bassa e qualche cespuglio da un valore di circa 0,03 m, una superficie innevata liscia da un valore di circa 0,0005 m.

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La risorsa eolica: “speed effect” e classi di rugosità (3)

La lunghezza di rugosità (z0) riassume in sé l'informazione essenziale nell'ambito della teoria che descrive la crescita della velocità con l’altezza attraverso la legge logaritmica

 

dove u* è la velocità d'attrito, costante nello strato limite superficiale, k è la costante di von Karman (pari a 0,4), z è l'altezza dal suolo, .

0* )/(log)( zzzz

kuzV o

Page 45: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

La risorsa eolica: classi di rugosità

.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

Altezza z dal suolo (m)

Velo

cità

del

ven

to a

ll'al

tezz

a z

(%)

Zo=0,0005

Zo=0,03

Zo=1

Velocità del vento, in percentuale del valore in alta quota, al variare dell'altezza dal suolo e per diversi valori di lunghezza di rugosità (in metri). 

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La risorsa eolica: turbolenza ed influenza degli ostacoli

Aree caratterizzate da superfici molto irregolari presentano fenomeni di turbolenza

La turbolenza si manifesta con flussi di vento irregolari con con rapide fluttuazioni di velocità e direzione del vento, creazione di vortici e mulinelli

La turbolenza riduce l’utilizzo dell’energia eolica ed aumenta le sollecitazioni agli aerogeneratori

Page 47: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Profilo di velocità del vento

Page 48: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Profilo di velocità del vento

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Profilo di velocità del vento

h* esprime la lunghezza di rugosità che nella formula appariva come z0

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La risorsa eolica: ricerca di siti idonei (1)

Adeguata ventosità, definita da opportuni parametri statistici ottenuti elaborando dati anemometrici (atlante eolico nazionale http://atlanteeolico.cesiricerca.it)

Disponibilità di terreno d’impiego marginale (agricoltura estensiva, pascolo etc.)

Andamento di velocità e direzione del vento sufficientemente omogeneo nell’area interessata

Terreno privo d’irregolarità e ostacoli tali da creare, da un lato, un’eccessiva turbolenza del vento e dall’altro di ridurre la producibilità e la durata dei componenti dell’aerogeneratore

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La risorsa eolica: ricerca di siti idonei (2)

L’atlante eolico nazionale è composto da due sezioni:

Atlante delle risorse eoliche (velocità del vento e produzione specifica di energia)

Atlante di compatibilità ambientale

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L’Atlante eolico dell’Italia

• Sviluppato nel 2000-2002 con fondi per la ricerca a favore del sistema elettrico nazionale

• Realizzata nel 2006 una nuova versione dell’Atlante

• Quadro generale delle risorse eoliche, di utilità per Autorità locali e gestori di reti elettriche (programmazione) e per operatori industriali

• Le mappe consentono l’individuazione di massima di aree sfruttabili

• Le informazioni fornite non sostituiscono la ben più approfondita caratterizzazione necessaria per decidere sull’investimento di un impianto eolico.

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Contenuti e funzionalità

• mappe di velocità del vento (4 altezze)

• mappe di producibilità di aerogeneratori

• estensione alle aree offshore (< 40 km)

• consultazione in modalità interattiva

• modulo di calcolo per valutazione tecnico-economica

• prossimo inserimento di una sezione “compatibilità ambientale”

Accessibile da http://atlanteeolico.cesiricerca.it/viewer.htm

Media di 38 accessi al giorno (2007-2008) al sito

L’Atlante eolico dell’Italia

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Sintesi atlante eolico a 50m di altezza

CESI

CESI

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Annual mean windspeed (v) at 75 m a.t.l.

v < 3 m/s 3 < v < 4 m/s 4 < v < 5 m/s 5 < v < 6 m/s 6 < v < 7 m/s 7 < v < 8 m/s 8 < v < 9 m/s10 < v <11 m/s v >11 m/s

Sintesi atlante della velocità media del vento a 75 m di altezza

CESI RICERCA

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Aree di maggior producibilità secondo le mappeEstensione (km2) con producibilità specifica tra 1750-2000 MWh/MW

> 2000 MWh/MW

Valle d’Aosta 86 66 Umbria 145 71

Piemonte 166 51 Lazio 379 176

Liguria 70 38 Abruzzo 1455 1652

Lombardia 31 26 Molise 984 1063

Veneto 16 41 Campania 1469 3330

Trentino A. Adige 99 36 Puglia 4172 6154

Friuli V. Giulia 2 18 Basilicata 2414 5592

Emilia R. 625 450 Calabria 3139 2801

Toscana 396 276 Sicilia 6193 7392

Marche 148 82 Sardegna 5084 5738

Italia 27073 35055

Fonte: CESI

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Potenza eolica regionale inizio 2012(MW)

946(274)

1676 226)

301 (22)1071 (257)1366 (79)

368 229 51 (42)

Potenza eolica aggiunta ultimamente

(tra parentesi)

16,3

45

2,5

25 (2,4)1.5

Potenza totale6.877 MW

771 (185)

1,3512,5

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La risorsa eolica: ricerca di siti idonei (3)

Assenza di insediamenti abitativi nelle immediate vicinanze del sito (per macchine di una certa dimensione)

Esistenza di un sistema viario di collegamento alla rete stradale

Presenza di una rete elettrica in grado di assorbire l’energia prodotta dalla centrale eolica

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Capacity factor

Rapporto tra l’energia prodotta da un impianto eolico in un certo

intervallo di tempo e quella che avrebbe potuto essere prodotta se l’impianto avesse funzionato nello stesso intervallo alla potenza nominale

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Aspetti Innovativi

Velocità variabile

•Configurazione che si è affermata rapidamente

•Controllo della velocità di rotazione del rotore

•Funzionamento ad efficienza massima per un tratto della curva di potenza

•Maggiore producibilità

•Riduzione rumore

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Velocità variabile

Tipical Cp Curve - Variable RPM WTGVestas V52

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 5 10 15 20 25 30

Wind Speed [m/s]

Cp

Zona a Cp = Cp max

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Come si sta sviluppando l’eolico in Italia

Attività di ricerca in corso in Italia

•Dipartimento di Fisica dell’Università di Genova Ricerca e consulenza tecnica su: valutazione della risorsa eolica su terreno complesso e offshore; micrositing; studi di impatto ambientale di insediamenti eolici. •Università di BolognaTecnologie offshore•Politecnico di MilanoRicerca, consulenza tecnica e laboratori sperimentali per lo studio di aerogeneratori •Università di Trento Campus universitario macchine di piccola taglia•Diverse altre Università

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Normativa Serie CEI EN 61400

EN 61400-1, ormai alla sua Terza Edizione, che fornisce le prescrizioni di progetto degli aerogeneratori, in particolare per quanto riguarda l'integrità strutturale;

EN 61400-2, ora alla Seconda Edizione, che fornisce requisiti analoghi, ma semplificati, applicabili alle macchine di piccola taglia;

EN 61400-11, ora alla Seconda Edizione, riguardante il rilievo in campo del rumore emesso da un aerogeneratore (di recente è stata pubblicata una versione emendata, la Edizione 2.1);

EN 61400-12-1, Parte 1 della 61400-12 relativa alla verifica in campo delle prestazioni degli aerogeneratori, in particolare della loro curva di potenza. Questa Parte 1 si riferisce a misure in siti pianeggianti (tipici di campi prova);

EN 61400-21, riguardante la valutazione della qualità della potenza elettrica che gli aerogeneratori possono immettere in rete (potenza attiva e reattiva, variazioni di tensione, flicker, armoniche, ecc.).

EN 61400-25-1, 61400-25-2, 61400-25-3, 61400-25-5, rispettivamente Parti 1, 2, 3 e 5 della 61400-25 riguardante i sistemi di comunicazione per la supervisione e il controllo degli impianti eolici (le Parti 4 e 6 sono ancora in preparazione).

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Normativa Altre norme

È poi da citare la Norma EN 50308, di diretta origine CENELEC, che fornisce prescrizioni di progetto finalizzate alla salvaguardia dell'incolumità del personale addetto all'esercizio e alla manutenzione di aerogeneratori.

È infine da ricordare la Norma IEC WT 01, che fornisce prescrizioni sia per la certificazione di tipo degli aerogeneratori che per la certificazione di progetti eolici specifici.

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Normativa "Technical Specification" e "Technical Report"

• Documenti meno vincolanti, ma comunque utili, definiti nel linguaggio IEC e CENELEC come "Technical Specification" e "Technical Report", e riguardanti argomenti come la misura dei carichi meccanici (EN 61400-13), la dichiarazione dei livelli di rumore (EN 61400-14), la prova delle pale (EN 61400-23), la protezione contro le fulminazioni (EN 61400-24).

• Un ulteriore Technical Report, di origine soltanto CENELEC, è il CEI CLC/TR 50373 sulla compatibilità elettromagnetica degli aerogeneratori. Per l'approvvigionamento delle turbine eoliche esiste altresì la guida CEI UNI EN 45510-5-3.

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LA MICROGENERAZIONE DISTRIBUITA DA FONTE EOLICADEFINIZIONI

Nell’Allegato A, deliberazione dell’Autorità energia elettrica e gas n. 328/07 sono state adottate le seguenti definizioni:

• Generazione distrbuita (GD): l’insieme degli impianti di generazione con potenza nominale inferiore a 10 MVA.

Sottoinsieme della GD è la piccola generazione e la microgenerazione definite come:

• Piccola generazione (PG): l’insieme degli impianti per la produzione di energia elettrica, anche in assetto cogenerativo, con capacità di generazione non superiore a 1 MW;

• Microgenerazione (MG): l’insieme degli impianti per la produzione di energia elettrica, anche in assetto cogenerativo, con capacità di generazione non superiore a 50 kWe.

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Generazione distribuita

La generazione distribuita è un modello di produzione di energia che utilizza gruppi di generazione di piccola taglia da localizzare nelle vicinanze del consumatore.Il sistema può essere del tipo stand-alone (totalmente indipendente, in tal caso deve soddisfare integralmente le esigenze energetiche del consumatore) o connesso alla rete di distribuzione.In quest’ultimo caso il sistema fa fronte alle esigenze dell’utenza ma contribuisce anche alla funzionalità della stessa rete.Rispetto al passato, le nuove tecnologie offrono soluzioni convenienti per l’introduzione nelle reti elettriche esistenti di piccoli e medi generatori che impiegano fonti rinnovabili o combustibili fossili tradizionali.In particolare, i sistemi eolici di piccola taglia permettono soluzioni impiantistiche complementari alle installazioni di grande taglia, in termini di disponibilità dei siti e di utenze servite, conseguendo principi di diversificazione delle fonti energetiche primarie

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QUADRO NORMATIVO AL 31 DICEMBRE 2007 I principali elementi di carattere normativo/regolatorio di interesse per la

GD sono:

regolazione dell’accesso ai servizi di sistema

modalità di cessione dell’energia elettrica immessa in rete

regimi di incentivazione esistenti per alcune tipologie di fonti o di impianti

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Delibere dell’Autorità che regolano il servizio di connessione alla rete elettrica

degli impianti di produzione di energia elettrica

Livello di tensione

Condizioni procedurali ed economiche

Regole tecniche di connessione

Trasmissione AAT/AT Delibera n. 281/05

Delibera ARG/elt 99/08

Delibera n. 250/04Codice di rete – TernaDelibera ARG/elt 99/08 e 125/10

Distribuzione AT Procedimento deliberan. 136/04Delibera ARG/elt 99/08 e 125/10

MT

BT Delibera n. 89/07Delibera ARG/elt 99/08 e 125/10

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Time

Grado di innovazione

1980 2005

Medio/Grandi WTGS

Piccoli WTGS

low

high

“gap” tecnologico

• Lo sviluppo industriale e tecnologico delle piccole macchine è stato decisamente lento, perché:- i sistemi di incentivazione (conto energia, PTC, ecc.) hanno storicamente favorito la produzione massiva di energia - le opportunità di mercato sono abbastanza disperse geograficamente- il mercato delle piccole macchine è generalmente presidiato da piccole imprese, spesso di origine artigianale- il sistema è tecnicamente complesso (al contrario di quanto si possa immaginare)- l’approccio progettuale è differente da quello delle macchine di grande taglia- manca adeguato R&D (salvo rare eccezioni, es. NREL)- il ritorno economico viene solitamente valutato sulla singola iniziativa, e non, con una visione prospettica, sul possibile volume complessivo delle applicazioni

• Le macchine di piccola taglia occupano tutt’oggi un posto di nicchia nel settore eolico, risultando spesso tecnologicamente non mature

La tecnologia delle macchine di media e grande taglia è stata caratterizzata da una notevole evoluzione negli ultimi 25 anni, il settore industriale è maturo, le macchine affidabili ed economiche

Le macchine eoliche di piccola taglia disponibili sul mercato sono invece spesso:non troppo affidabilicostose (in termini unitari, €/kW)non ottimizzate nell’efficienza di produzione

Stato della tecnologia

Uno spazio tecnologico e di mercato in parte da riempire

Inno

vazi

one

Considerazioni generali 1

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Chi Dove

•Piccole/medie industrie•Aziende agricole•Comuni/Enti•Grandi gruppi per azioni promozionali•Connessioni domestiche

•OCSE, ovunque sia applicabile il net metering (US, Canada, Spagna, ora anche Italia)

Requisiti

•Alta efficienza, è importante la produzione•Ottime prestazioni•Bassi costi•DRIVER: tempo di ritorno

•Utenze isolate (case sparse, rifugi, agriturismo, fattorie, ecc.)•Sistemi remoti di telecomunicazione•Elettrificazione rurale/regionale•Pompaggio acqua•Bonifiche/drenaggio

•US/Canada•America Latina•Paesi in via di sviluppo•Cina

•Alta affidabilità•Basse esigenze manutentive•Qualità della potenza generata•Facilità di installazione•DRIVER: analisi comparativa con sistemi tradizionali e altre fonti

•Amministrazioni/Enti locali (es. isole)•Comunità locali•Village power

•Isole minori•Paesi in via di sviluppo

•Qualità della potenza generata•Affidabilità•Basso impatto ambientale e paesaggistico•DRIVER: complessità ed accettabilità

GRID CONNECTED

SISTEMI IBRIDI E STAND ALONE

RETI ISOLATE

Mercato ampio e a lungo termine, spazi enormi di crescita

Considerazioni generali 2

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Tipologie di applicazione… …con rilevante impatto sui costi

Ibridi/Stand alone Isole Gridconnected

2.5 -4.5

1.5-2.5

4-10 k€/kW

Costi unitari maggiori per le taglie più piccole

Stand alone (sistemi ibridi):- eolico, PV, diesel, inverter, accumulo- alti costi di investimento- costi di esercizio non sempre preventivabili- sistemi integrati, standardizzati, modulari

Reti isolate:- in aree elettrificate da reti locali- problematiche di stabilità della rete- problemi di accettabilità e di impatto- necessitano finanziamento specifici

Grid connected:- costi in diminuzione, non ancora paragonabili a quelli dei grandi WTG- net metering pre-requisito per una consistente diffusione (i certificati verdi solo parzialmente efficaci)

Considerazioni generali 3

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Il mercato potenziale negli USA….

L’AWEA (American Wind Energy Association) www.awea.org ha stimato una crescita annua del mercato tale che al 2020 gli aerogeneratori di piccola taglia contribuiranno a coprire circa il 3% del fabbisogno interno di energia elettrica, pari a circa 50.000 MW installati

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…e nei Paesi in via di sviluppo

I Paesi in via di sviluppo hanno un altissimo potenziale di

richiesta di piccoli aerogeneratori (o, meglio, di sistemi per alimentazione di utenze isolate), in quanto non hanno una rete elettrica sviluppata ed impianti di potenza asserviti ad aree rurali. D’altro canto le popolazioni locali sono troppo povere per comprare tali sistemi, ed hanno bisogno di supporto finanziario dai governi locali.

Purtroppo ad oggi tale supporto è quasi esclusivamente diretto a finanziare l’estensione della rete esistente e ad installare generatori diesel!

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Il mini-eolico e l’evoluzione dei servizi e tecnologie per l’eolico: la fattibilità di istallazioni eoliche con mini turbine

Il mini-eolico non ha avuto le attenzioni dovute sul piano scientifico, conseguentemente le macchine hanno un contenuto tecnologico inferiore a quelle di taglia maggiore e un costo unitario più elevato

La presenza di più operatori a livello nazionale insieme a una crescita del mercato porterà a un miglioramento delle macchine e a una maggiore competitività con i prodotti stranieri

Nell’estate 2007 è stato inaugurato il Campo Eolico Sperimentale di Trento (www.eolicotrento.ing.unitn.it) gestito dall’Università di Trento allo scopo di verificare le prestazioni delle macchine di piccola taglia e indicare soluzioni migliorative

Page 76: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Campo Eolico Sperimentale di Trento

Le attività di studio e sviluppo delle tecnologie per l’utilizzazione e valorizzazione della risorsa eolica sono condotte dal Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Strutturale (DIMS) dell’Università di Trento

In particolare il Progetto di ricerca del Campo Eolico Sperimentale ha in corso la valutazione dell’efficienza energetica, funzionale e strutturale di tre aerogeneratori di 1, 11 e 20 kW

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Campo Eolico Sperimentale di Trento

• Rafforzamento del settore di ricerca nel campo delle energie rinnovabili.

• Supporto alla didattica.

• Valutazione della possibilitàdi utilizzo delle turbine eoliche di piccola taglia nella generazione distribuita (microgenerazione).

• Valutazione della possibilitàdi inserimento delle mini-turbine sul territorio della provincia di Trento.

• Attrazione di aziende del settore sul territorio.

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Campo Eolico Sperimentale di Trento

• –Analisi delle caratteristiche di efficacia in sito in termini di capacità di raccogliere energia.

• –Analisi delle caratteristiche funzionali (controllo e regolazione della macchine) al fine di valutarne la disponibilità e l’affidabilità tecnica.

• –Analisi delle caratteristiche strutturali al fine di valutarne le caratteristiche di robustezza.

• –Supporto ad attività di progetto per corsi di laurea.• –Dottorati di ricerca.

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Campo Eolico Sperimentale di Trento

Gli obiettivi del Progetto campo Eolico Sperimentale sono:

• Valutazione della risorsa eolica nei terreni complessi e dell’interazione con le macchine

• Analisi e confronto delle caratteristiche di funzionamento• Sperimentazione di nuove soluzioni per il controllo e

monitoraggio delle piccole macchine• Valutazione degli aspetti di impatto ambientale

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Campo Eolico Sperimentale di Trento

Progetti in corso

• Progetto e analisi di micro e miniturbine eoliche

• Tecnologie innovative per il monitoraggio delle torri di turbine eoliche installate in siti ad orografia complessa

• Studio dell’impiego dell’energia eolica presso il rifugio “P. Marchetti”

• Progetto R.E.A.M. (Risorsa Eolica in Ambiente Montano)

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Il mini-eolico e l’evoluzione dei servizi e tecnologie per l’eolico: la fattibilità di istallazioni eoliche con mini turbine

Dall’avvio del Campo Eolico sono già stati individuati indicatori per un miglioramento tecnologico del prodotto

La localizzazione del mini-eolico è presso l’utenza, trattandosi di un’applicazione che contempla produzione e consumo e/o trasferimento di energia direttamente sul posto

Generalmente le condizioni anemologiche sono inferiori a quelle che si riscontrano nelle applicazioni dell’eolico di taglia maggiore (posizione delle macchine e loro altezza dalla superficie)

Applicazioni in ambito urbano (da qualche centinaio di watt a pochi kW, con possibilità di estensione), anche in abbinamento con moduli fotovoltaici

Page 82: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Tecnologia

• Curva di potenza

• Rotore ad asse verticale e ad asse orizzontale

• Numero di pale

• Treno di potenza (presenza o meno del moltiplicatore di giri)

• Sistema di controllo

• Torre

• Assemblaggio e installazione turbina eolica

• Connessione alla rete elettrica

Page 83: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Tecnologia

Componenti

• Rotore: generalmente ad asse orizzontale costituito da tre pale di materiale composito con fibra di vetro e talvolta fibra di carbonio

• Generalmente sino a 20 kW sono riscontrabili anche rotori ad asse verticale

Page 84: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Tecnologia

Componenti

Generatore elettrico: generalmente sincrono, multipolare a magneti permanenti a flusso assiale o radiale, attacco diretto al mozzo

Sistema di controllo: attivo con variazione del passo o passivo

Page 85: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Tecnologia

Componenti

Torre: generalmente tubolare metallica con altezze variabili da 12 a 24m. Talvolta abbattibile per semplificare le operazioni di manutenzione

Moltiplicatore di giri: sovente non presente nelle macchine di piccola taglia che sono generalmente a trasmissione diretta (rotore-generatore elettrico)

Page 86: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Tecnologia

Regolazione della potenza

Controllo di stalloControllo di pitchControllo d’imbardata (tramite timone direzionale)

Orientamento

Generalmente tramite timone direzionale

Page 87: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Regolazione e controllo

Page 88: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Sistema di Controllo del numero di giri

Il generatore è stato progettato per funzionare in un determinato range di numero di giri.

Onde evitare situazioni pericolose il generatore stesso è stato dotato di un sistema di controllo passivo che, qualora tali condizioni dovessero essere oltrepassate, tenda a riportare il rotore in condizioni ottimali.

Tale sistema (Passive Stall Control) si basa sulla disposizione di masse aggiuntive che, sotto l’effetto delle forze centrifughe, tendono a portare le pale in situazione di stallo con una conseguente diminuzione delle forze che agiscono sulle pale stesse riportando cosi il rotore ad un più basso numero di giri.

Page 89: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

D. P. Coiro°, U. Maisto°, F. Scherillo°°Dipartimento di Progettazione Aeronautica (DPA)

Universita’ degli Studi di Napoli “Federico II”Via Claudio 21-80125 Napoli

[email protected]/adag/

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Sistema di Controllo del numero di giri

L’effetto delle forze centrifughe ècontrastato da una molla torsionale di opportuna rigidezza chetende a riportare le pale in posizione di ‘progetto’. Tarandoopportunamente la rigidezza della molla stessa si ottiene che ilrotore funzioni sempre nel range del numero di giri stabilito.

Page 91: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

‘Mini-grids’ per aree commerciali o industriali Mauro Andriollo,Università di Padova,DIE - Dipartimento di Energia Elettrica

e-mail: [email protected]

Fonte: Cruz (CIEMAT) - EWEC 2007 3 ~

Utenza 1

Utenza 2

Rete

Utenza n

Studio di sistemi di distribuzione che utilizzano un’unica linea DC (DC bus) ed un unico inverter

Page 92: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Integrazione con altre fonti (rinnovabili) per utenze isolate

regolazione &conversione

utenza

turbinaeolica

panneli fotovoltaici

gruppo elettrogeno

collegamento CA o CC

Small Wind Electric Systems U.S. Department of Energy -Energy Efficiency and Renewable Energy

Mauro Andriollo,Università di Padova,DIE - Dipartimento di Energia Elettricae-mail: [email protected]

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Applicazioni

Per alimentazione di utenze isolate

• A.1 Batterie di Accumulo (standard 150 Ah – 240 Vdc)• A.2 Inverter DC/AC• A.3 Carica batterie (convertitore AC/DC) e sistema di

controllo

Fonte: Jonica Impianti

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Applicazioni

Per collegamento alla rete elettrica

• B.1 Quadro elettrico completo di dispositivo di interfaccia alla rete elettrica di BT

• B.2 Sistema di controllo del parallelo alla rete elettrica di BT

• B.3 Inverter AC/DC/AC

Page 95: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Applicazioni

Per collegamento diretto a pompa sommersa

• C.1 Quadro elettrico, completo di dispositivo di interfaccia pompa-turbina

• C.2 Controllo del sistema pompa-turbina

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Confronto pompaggio meccanico-elettrico da fonte eolica

Fonte: SWIIS

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Tecnologia minieolica

Page 98: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Tecnologia minieolica

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Disponibilità aerogeneratori di piccola taglia

In Europa il Regno Unito è il produttore leader con diverse aziende, seguito dalla Germania.

L’Italia presenta attualmente vari costruttori con visibilità sul mercato o sul punto di averla: Ionica Impianti, Blu Mini Power, Terom, SIPE, Klimeko, Adventum, Aria, Layer Electronics, Salmini, Ropatec, Tozzi Nord Wind Turbines, etc.

Quasi tutte producono e commercializzano turbine ad asse orizzontale, Ropatec produce esclusivamente turbine ad asse verticale, mentre Tozzi Nord e SIPE producono turbine sia ad asse verticale che ad asse orizzontale.

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Ipotesi economica di un aerogeneratore di 60kWConto Economico 60 kW

Anno Produzione Ricavo Rata Margine Gestione e Margine Margine

  annua Energia Mutuo Lordo Manutenzione Netto Netto

  (kWh) Venduta Annua Annuo Annua Annuo Cumulato

               

1 120.000 36.000,00 -6.000,00 30.000,00 5.000,00 25.000,00 25.000,00

2 120.000 36.000,00 -19.481,81 16.518,19 5.000,00 11.518,19 36.518,19

3 120.000 36.000,00 -19.481,81 16.518,19 5.000,00 11.518,19 48.036,37

4 120.000 36.000,00 -19.481,81 16.518,19 5.000,00 11.518,19 59.554,56

5 120.000 36.000,00 -19.481,81 16.518,19 5.000,00 11.518,19 71.072,74

6 120.000 36.000,00 -19.481,81 16.518,19 5.000,00 11.518,19 82.590,93

7 120.000 36.000,00 -19.481,81 16.518,19 5.000,00 11.518,19 94.109,11

8 120.000 36.000,00 -19.481,81 16.518,19 5.000,00 11.518,19 105.627,30

9 120.000 36.000,00 -19.481,81 16.518,19 5.000,00 11.518,19 117.145,48

10 120.000 36.000,00 -19.481,81 16.518,19 5.000,00 11.518,19 128.663,67

11 120.000 36.000,00 -19.481,81 16.518,19 5.000,00 11.518,19 140.181,85

12 120.000 36.000,00   36.000,00 5.000,00 31.000,00 171.181,85

13 120.000 36.000,00   36.000,00 5.000,00 31.000,00 202.181,85

14 120.000 36.000,00   36.000,00 5.000,00 31.000,00 233.181,85

15 120.000 36.000,00   36.000,00 5.000,00 31.000,00 148.145,48

16 120.000 11.760,00   11.760,00 5.000,00 6.760,00 135.423,67

17 120.000 11.760,00   11.760,00 5.000,00 6.760,00 146.941,85

18 120.000 11.760,00   11.760,00 5.000,00 6.760,00 177.941,85

19 120.000 11.760,00   11.760,00 5.000,00 6.760,00 208.941,85

20 120.000 11.760,00   11.760,00 5.000,00 6.760,00 239.941,85

Tariffa incentivante   0,3 (Euro/kWh) tariffa art. 2 comma 145 Legge Finanziaria 2008

Prezzo minimo garantito ritiro dedicato 0,098 (Euro/kWh) valido dopo 15 anni tariffa incentivante

Generatori eolici 60 kW (n°) 1 (n°) importi a valori costanti

Produzione unitaria (kWh)   120.000 (kWh) 2.000 ore equivalenti

Produzione totale (kWh)   120.000 (kWh)

Costo unitario turbina eolica 60 kW 200.000 Euro

Mezzi propri (20%)   40.000 Euro

Finanziamento bancario - leasing (80%) 160.000 Euro preammoratamento 1 anno

Tempo di restituzione del mutuo bancario 10 anni

Tasso di interesse del mutuo bancario 3,75%  

Page 103: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Ipotesi economica di un aerogeneratore di 25kWConto Economico 25 kW

Anno Produzione Ricavo Rata Margine Gestione e Margine

  annua Energia Mutuo Lordo Manutenzione Netto

  (kWh) Venduta Annua Annuo Annua Annuo

             

1 37.500 11.250,00 -1.950,00 9.300,00 1.625,00 7.675,00

2 37.500 11.250,00 -6.331,59 4.918,41 1.625,00 3.293,41

3 37.500 11.250,00 -6.331,59 4.918,41 1.625,00 3.293,41

4 37.500 11.250,00 -6.331,59 4.918,41 1.625,00 3.293,41

5 37.500 11.250,00 -6.331,59 4.918,41 1.625,00 3.293,41

6 37.500 11.250,00 -6.331,59 4.918,41 1.625,00 3.293,41

7 37.500 11.250,00 -6.331,59 4.918,41 1.625,00 3.293,41

8 37.500 11.250,00 -6.331,59 4.918,41 1.625,00 3.293,41

9 37.500 11.250,00 -6.331,59 4.918,41 1.625,00 3.293,41

10 37.500 11.250,00 -6.331,59 4.918,41 1.625,00 3.293,41

11 37.500 11.250,00 -6.331,59 4.918,41 1.625,00 3.293,41

12 37.500 11.250,00   11.250,00 1.625,00 9.625,00

13 37.500 11.250,00   11.250,00 1.625,00 9.625,00

14 37.500 11.250,00   11.250,00 1.625,00 9.625,00

15 37.500 11.250,00   11.250,00 1.625,00 9.625,00

16 37.500 3.675,00   3.675,00 1.625,00 2.050,00

17 37.500 3.675,00   3.675,00 1.625,00 2.050,00

18 37.500 3.675,00   3.675,00 1.625,00 2.050,00

19 37.500 3.675,00   3.675,00 1.625,00 2.050,00

20 37.500 3.675,00   3.675,00 1.625,00 2.050,00

Tariffa incentivante   0,3 (Euro/kWh) tariffa art. 2 comma 145 Legge Finanziaria 2008

Prezzo minimo garantito ritiro dedicato 0,098 (Euro/kWh) valido dopo 15 anni tariffa incentivante

Generatori eolici 25 kW (n°) 1 (n°) importi a valori costanti

Produzione unitaria (kWh)   37.500 (kWh) 1.500 ore equivalenti

Produzione totale (kWh)   37.500 (kWh)

Costo unitario turbina eolica 25 kW 65.000 Euro

Mezzi propri - equity (20%)   13.000 Euro

Finanziamento bancario - leasing (80%) 52.000 Euro preammortamento 1 anno

Tempo di restituzione del mutuo bancario 10 anni

Tasso di interesse del mutuo bancario 3,75%  

Page 104: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Tabella dei costi specifici d’investimento per una macchina da 20 kW

Caratteristiche impianto

Piccole dimensioni

Medie dimensioni

Grandi dimensioni

Complessità bassa

2.500,00

Complessità media

Complessità alta

Suddivisione percentuale dei costi d’investimento: per un impianto di dimensioni e complessità medie

TIPOLOGIA DEL COSTO %

Sviluppo iniziativa: qualificazione sito, progettazione, iter autorizativo,…

3%

Fornitura, installazione e messa in esercizio macchine 80%

B.O.S: resto forniture, opere civili(fondazioni, strade), elettromeccaniche, cavi e cavidotti

14%

Allacciamento alla rete: allacciamento e gruppo misura, cavi e cavidotti MT/AT

3%

TOTALE 100

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Costi annui d’esercizio e manutenzioneIpotesi:- Nei costi d’esercizio sono esclusi i diritti annuali riconosciuti agli Enti locali, ma compresi i canoni di locazione terreni e i costi di garanzia e assicurazione.inserire la stima dei costi annui di O&M (espressi in alternativa):

- come percentuale dell’investimento (escludendo i costi di sviluppo)- direttamente come costo per unità di energia prodotta (€/kWh)

Anni 1-5 Anni 6 - 10 Anni 11 – 20

2% 2% 2%

Costi di dismissioneIpotesi:

- Si prevede il riutilizzo del sito alla fine della vita tecnica dell’impianto

- La dismissione consiste nella rimozione delle macchine da sostituire

Costo di rimozione per singola macchina(€/macchina)1.500.00 Euro

Page 106: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Criteri di progettazione

Analisi del sito

Aspetto fondamentale per la validità dell’iniziativaCaratteristiche anemologicheAccessibilità Collegamento alla rete elettrica

Page 107: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Criteri di progettazione

Analisi dell’utenza

Riferimento alla bolletta di consumo elettrico dell’ultimo anno

Previsione di variazioni del consumo negli anni a venire

Distribuzione dei consumi nell’arco giornaliero e stagionale

Page 108: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Criteri di progettazione

Dimensionamento dei singoli componenti

Scelta dell’aerogeneratore sulla base delle caratteristiche anemologiche

Siti poco ventosi necessitano di pale più lunghe a parità di potenza. La potenza di targa o nominale deve essere raggiunta a velocità non elevate (non oltre i 10 m/s)

Torre: ad altezze maggiori si trovano venti migliori (minor effetto dell’attrito superficiale)

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Criteri di progettazione

Analisi di producibilità energetica

Funzione della distribuzione di velocità del vento e della curva di potenza dell’aerogeneratore

La turbolenza è un fattore negativo, riduce la producibilità energetica la vita dell’aerogeneratore

Page 110: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Connessione degli impianti alle reti elettriche

Collegamento alla rete a Bassa Tensione (BT)

• Richiesta allaccio all’Enel o alla società distributrice locale (municipalizzata, etc.)

• Elaborazione della Soluzione Tecnica Minima Generale (STMG)• Iter autorizzativo sino a 60 kW DIA (Dichiarazione Inizio Attività) al comune• Elaborazione della Soluzione Tecnica Minima di Dettaglio (STMD)

• Costo di allacciamento alla rete (opera realizzata dalla società distributrice dell’elettricità) per una distanza non oltre 300m circa 800/1.000 euro

Page 111: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Testo integrato delle condizioni tecniche ed economiche per la connessione alle reti elettriche con obbligo di connessione di terzi degli impianti di produzione di energia elettrica (Testo integrato delle connessioni attive – TICA)

Delibera ARG/elt 99/08Delibera ARG/elt 125/10

GU n. n. 196 del 22.8.08 - Suppl. Ordinario n.197

Connessione degli impianti alle reti elettriche

Page 112: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Connessione degli impianti alle reti elettricheDell’allegato A del ARG/elt 99/08

Verificare con del. ARG/elt 125/10 e all. A

Page 113: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Cronologia

• Richiesta al GSE del riconoscimento dell’impianto a fonte rinnovabile (IAFR)

• Richiesta di allaccio in BT all’Enel o altra società distributrice

• Iter Autorizzativo (DIA)

• Richiesta al GSE della corresponsione della tariffa onnicomprensiva oppure dichiarazione di scelta di altra forma d’incentivo (scambio sul posto, autoproduzione, vendita diretta)

Connessione degli impianti alle reti elettriche

Page 114: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Protezione

Tra l’inverter di macchina e la rete elettrica a cui ci si deve allacciare è necessario inserire un sistema di protezione

Connessione degli impianti alle reti elettriche

Page 115: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Manutenzione

• Trattandosi di un apparecchiatura in rotazione il controllo e manutenzione è indispensabile

• Le parti soggette ad usura sono i cuscinetti e i componenti meccanici

• L’anno successivo all’installazione sono necessari due interventi di cui uno può essere visivo

• Il costo annuo si aggira sui 1.000 euro per una macchina da 20 kW

Page 116: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Un nuovo settore: tra il piccolo e il grande eolico

Una nuova opportunità per gli operatori e clienti del settore

Produttori: previsione di un mercato nazionale interessante con possibili ricadute sul mercato globale (paesi industrializzati ed emergenti)

Clienti: investitori pubblici e privati, cooperative agricole, agriturismo,aziende di medie-piccole dimensioni, proprietari terrieri, agricoltori, etc.

Page 117: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Incentivazione mirata

• Forme precedenti limitate all’accesso al mercato dei certificati verdi, allo scambio sul posto e a bandi del ministero dell’Ambiente con l’aggiunta di semplificazioni nella procedura amministrativa solo da parte di qualche regione

• Equiparazione nella procedura amministrativa agli impianti di taglia maggiore

• Drastico cambiamento introdotto con la legge Finanziaria del 2008 e successivo decreto attuativo in vigore con decorrenza inizio 2009

• Limite massimo potenza aerogeneratori ammessi alla tariffa incentivante per un periodo di 15 anni = 200 kW

Page 118: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Aspetti territoriali

• Distribuzione più capillare del grande eolico nel territorio• Necessità di infrastrutture meno rilevanti (viarie ed elettriche)• Riduzione impatto ambientale (poche unità di dimensioni ridotte nella

stesso sito )• Tecnologia più vicina a un maggior numero di clienti, con diversificazione

accentuata sulla loro tipologia • Diffusione dell’informazione anche attraverso una diffusione più ampia

della tecnologia• Sviluppo di piccole società • Possibilità di ripresa per un settore precedentemente abbandonato

dall’industria nazionale

Page 119: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Rumore

Fonte Distanza in metri Rumore in dB(A)

Concerto rock 10 120Martello pneumatico 1 100

Traffico cittadino 3 90Aspirapolvere 3 70

Autostrada 30 70Colloquio 1,5 60

10kW aerogeneratore 35 57Vento tra gli alberi 12 55

Rumori medi domestici 0 50300kW aerogeneratore 200 45

Fruscio - sussurro 1,5 30

Fonte: SWIIS

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Effetti elettromagnetici

La mitigazione degli effetti elettromagnetici è demandata ad una appropriata distanza tra l’impianto eolico e le eventuali stazioni terminali di ponti radio, apparati di assistenza alla navigazione aerea

Page 121: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

ATBV25: CARATTERISTICHE PRINCIPALI

Page 122: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Fattibilità economica

• Ideata per costituire una valida opportunità di diversificazione per aziende agricole, agriturismi, piccole imprese o piccoli investitori con interesse per le energie rinnovabili

• Elevata resa anche in siti marginali (>4m/s)

• Compatibile con le semplificazioni introdotte dalla Finanziaria 2008 (Ritiro Dedicato e DIA)

• Semplicità di installazione• Costi di esercizio limitati e

manutenzione ridotta

∑ FdC

-50000,00

0,00

50000,00

100000,00

150000,00

200000,00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

anni

Page 123: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Società di Ricerca e Sviluppo, partecipata dal Gruppo Tozzi e dal Gruppo Paterno che opera nel settore dell’eolico sviluppando due prodotti:

Turbine eoliche ad asse verticale (VAWT) per applicazioni in ambiente urbanoTurbine eoliche ad asse orizzontale (HAWT) per applicazioni in siti medio-basso ventosi

In collaborazione con:

Università di Trento – Dip. Ingegneria Meccanica e StrutturaleUniversità diTrento – Dip. Ingegneria dei MaterialiUniversità di Padova – Dip. Ingegneria ElettricaPolitecnico di Milano – Dip. Ingegneria Aerospaziale

Page 124: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

124

Turbina TN-7 (classe speciale IVminus)Datasheet:

Diameter 12.90 m

Maximum output power 7 kW

Hub height 18 m

Rotational Wind Speed 20-66 rpm

Control type Active pitch, active yaw control

Power trainn Belt Gearbox with ratio 1:12

Energy yearly output 25 MWh/year (Vave=4.5 m/s, k=1.5)

Industrial product characteristics:

Optimization and industrial production of an already tested HAWT concept

IEC 61400-2 certification type    

Ready to be sold:

2010 Spring  

Page 125: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Turbina TN-20 (classe speciale IIminus)Datasheet:

Diameter 16 m

Maximum output power 20 kW

Hub height 20-24 m

Rotational speed 20-60 rpm

Control system imbardata attiva

Power train Belt gearbox

Industrial product characteristics:Newly developed belt gearbox system, Use of Aeroelastic Code (Multibody code)

IEC 61400-2 certification type    

   

Ready to be sold:

Summer 2011  

Page 126: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Ropatec

Ropatec BIG STAR VERTICAL– la performante

• Le principali caratteristiche sono l’efficienza, la silenziosità ed il suo design

unico. • Quasi priva di manutenzione ed estremamente affidabile anche in

situazioni meteorologiche avverse. • L‘energia prodotta può essere immessa nella rete elettrica tramite un

inverter dedicato e certificato. • Potenza nominale: 20KVA • Diametro e altezza: 8m x 4,3m • Peso: 3600 kg • Partenza: 3m/s

Page 127: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico
Page 128: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Generatore Elettrico da 5 kW a Magneti Permanenti ed a flusso assiale

Generatore in fase di costruzione ed assemblaggio

Page 129: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico
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Page 131: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

S.I.P.E.http://www.sipenergia.it/

• Gli impianti S.I.P.E. e la totalità dei componenti utilizzati, sono esclusivamente made in Italy: i fornitori cui S.I.P.E. fa riferimento per l'approvvigionamento di parti elettriche, alternatori, inverter e raddrizzatori, si trovano tutti sul territorio nazionale e possono essere considerati senza indugio i migliori nei rispettivi settori di competenza. Sono di provenienza Italiana anche tutte le altre componenti dei generatori S.I.P.E..

• Per facilitare l'auto-installazione degli impianti di piccola taglia da parte dell'acquirente, vengono forniti kit completi di manuale di montaggio ed installazione, trasformatori, resistenze, ecc.; per quel che concerne i generatori di grande taglia, questi verranno installati da aziende specializzate con le quali è stata stipulata apposita convenzione.

• I generatori eolici S.I.P.E. ad asse verticale presentano le notevoli qualità di funzionare indipendentemente dalla direzione del vento e di resistere anche in presenza di venti elevati e molto turbolenti. Il maggior costo rispetto alle macchine ad asse orizzontale è abbondantemente ripagato dalla maggiore capacità produttiva dei nostri generatori.

Page 132: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

S.I.P.E.

• I sistemi S.I.P.E. possono essere utilizzati per:• GRID - connessione alla rete elettrica• STAND-ALONE - con funzione caricabatterie e particolarmente adatti per utenze

isolate• I vantaggi:• forte affidabilità• scarsa rumorosità• autoavviamento con venti di bassa intensità• impatto ambientale modesto• funzionamento regolare anche in presenza di venti elevati e molto turbolenti

Page 133: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

• ADVENTUM è una SOCIETA' italiana fondata nel 2009 come naturale evoluzione della società Green Srl.

• ADVENTUM ha lo scopo di progettare, realizzare e commercializzare generatori perfettamente adattati alla realtà climatologica italiana.

• I componenti sono progettati e realizzati in Italia; le nuove macchine di Adventum adottano molte soluzioni innovative e coperte da brevetti.

ADVENTUM è una SOCIETA' italiana fondata nel 2009 come naturale evoluzione della società Green Srl.ADVENTUM si avvale della collaborazione di tecnici con il preciso scopo di progettare, realizzare e commercializzare generatori che oltre ad essere figli della tecnologia ADVENTUM siano perfettamente adattati alla realtà climatologica italiana.

                                                                          

L'orgoglio di un prodotto tutto italiano, i cui componenti sono progettati e realizzati in Italia; le nuove macchine di Adventum adottano molte soluzioni innovative e coperte da brevetti, grazie al lavoro incessante del reparto di ricerca e sviluppo, che continua ad ottimizzare la macchina sia in termini di performance che di affidabilità.

Con la realizzazione della serie I-Wind lo scopo è stato finalmente raggiunto, dando la possibilità al cliente di acquisire degli aerogeneratori in grado di essere produttivi e remunerativi già in situazioni di medio

Page 134: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

ADVENTUM - Generatore I-Wind 3530PW

Page 135: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Simulazione presso Minervino di Lecce fonte: Enel.si

Latitudine: 40.085

Longitudine: 18.431

Fascia velocità del vento: 5,1 – 6 m/s

Page 136: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Simulazione presso Minervino di Lecce fonte: Enel.si

Scelta della tipologia d’impianto

Da 1 kW a 6 kWAbitazioni, strutture commerciali e PMI, installazioni a terra o su tetto

anche in ambito urbano, utenze isolate o connesse alla rete elettrica

Oltre a 6 kW fino a 60kWAgriturismi, camping, villaggi, strutture commerciali, aziende agricole e

PMI, per installazioni a terra e utenze connesse alla rete elettrica

Page 137: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Simulazione presso Minervino di Lecce fonte: Enel.si

Potenza: 5 kW

Altezza turbina: 12m

Tipologia asse: Asse orizzontale

Stima energia annua per il sito selezionato: 9.426 kWh

Page 138: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Coordinate Lat,Lon [°] 40,085 , 18,431 Località Minervino di Lecce Provincia Lecce Regione Puglia Fascia vento tra 5.1 m/s e 6 m/sTipologia terreno sobborghi

CARATTERISTICHE TURBINA Potenza [kW] 6 Tecnologia Asse orizzontale Altezza [m] 9 Diametro [m] 5,50 Cut IN [m/s] 2,5 Cut OFF [m/s]Velocità di regime [m/s] 12

Page 139: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Simulazione presso Minervino di Lecce fonte: Enel.si

RISULTATI DELLA SIMULAZIONEEnergia media producibile

[kWh/anno] 8.729

Tariffa fissa onnicomprensiva [€] 0,30Costo totale [€] 24000 Costo di manutenzione annuo [€] 240 Anni di ritorno 11 CO2 non immessa in atmosfera

[kg/anno] 4.801

Introito medio annuo [€] 2.619Producibilità specifica [kWh/kW] 1.455

Page 140: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Simulazione presso Minervino di Lecce fonte: Enel.si

CARATTERISTICHE TURBINA

Potenza [kW] 5

Tecnologia Asse orizzontale

Altezza [m] 12

Diametro [m] 6,40

Cut IN [m/s] 3

Cut OFF [m/s] 20

Velocità di regime [m/s] 10

Page 141: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Simulazione presso Minervino di Lecce fonte: Enel.si

RISULTATI DELLA SIMULAZIONEEnergia media producibile [kWh/anno] 9.426

Tariffa fissa onnicomprensiva [€] 0,30Costo totale [€] 22500 Costo di manutenzione annuo [€] 225 Anni di ritorno 9 CO2 non immessa in atmosfera [kg/anno] 5.184

Introito medio annuo [€] 2.828Producibilità specifica [kWh/kW] 1.885

Page 142: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico
Page 143: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Simulazione presso Quart (Valle d’Aosta) fonte: Enel.si

Scelta della tipologia d’impianto: • da 1 a 6 kW. Abitazioni, strutture commerciali e PMI, installazioni a

terra o su tetto anche in ambito urbano, utenze isolate o connesse alla rete elettrica

• Da 6 a 60 kW. Agriturismi, camping, villaggi, strutture commerciali, aziende agricole e PMI, per installazioni a terra e utenze connesse alla rete elettrica

Page 144: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Simulazione presso Quart (Valle d’Aosta) fonte: Enel.si

Potenza: 2,25 kWAltezza turbina: 9 mTipologia asse: Asse orizzontale Stima energia annua per il sito selezionato: 1.127 kWh

Potenza: 3 kWAltezza turbina: 8 mTipologia asse: Asse verticale Stima energia annua per il sito selezionato: 1.460 kWh

Potenza: 3 kWAltezza turbina: 9 mTipologia asse: Asse orizzontale Stima energia annua per il sito selezionato: 3.391 kWh

Page 145: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Simulazione presso Quart (Valle d’Aosta) fonte: Enel.si

Riassunto caratteristiche impianto e valutazione economica

SCHEDA RIASSUNTIVACoordinate Lat,Lon [°] 45,804 , 7,419 Località Quart Provincia Aosta Regione Valle d'AostaFascia vento tra 4.1 m/s e 5 m/sTipologia terreno zona di campagna con poche case, alberi, ecc.

Page 146: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Simulazione presso Quart (Valle d’Aosta) fonte: Enel.si

Riassunto caratteristiche impianto e valutazione economica

CARATTERISTICHE TURBINA Potenza [kW] 3 Tecnologia Asse orizzontaleAltezza [m] 9 Diametro [m] 4,50 Cut IN [m/s]3 Cut OFF [m/s]20 Velocità di regime [m/s] 10

Page 147: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Simulazione presso Quart (Valle d’Aosta) fonte: Enel.si

Riassunto caratteristiche impianto e valutazione economica

RISULTATI DELLA SIMULAZIONEEnergia media producibile [kWh/anno] 3.391 Tariffa fissa onnicomprensiva [€]0,30Costo totale [€] 13500 Costo di manutenzione annuo [€]135 Anni di ritorno 18 CO2 non immessa in atmosfera [kg/anno]1.865 Introito medio annuo [€]1.017Producibilità specifica [kWh/kW]1.130

Page 148: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Simulazione Otranto fonte: Enel.si

SCHEDA RIASSUNTIVA

Coordinate Lat,Lon [°] 40,114 , 18,507

Località Otranto

Provincia Lecce

Regione Puglia

Fascia vento tra 6.1 m/s e 7 m/s

Tipologia terreno zona di campagna con poche case, alberi, ecc.

Page 149: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Simulazione Otranto fonte: Enel.si

CARATTERISTICHE TURBINA

Potenza [kW] 20

Tecnologia Asse orizzontale

Altezza [m] 18

Diametro [m] 8,00

Cut IN [m/s] 3,5

Cut OFF [m/s] 25

Velocità di regime [m/s] 13

Page 150: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Simulazione Otranto fonte: Enel.si

RISULTATI DELLA SIMULAZIONEEnergia media producibile

[kWh/anno] 43.864

Tariffa fissa onnicomprensiva [€] 0,30Costo totale [€] 60000 Costo di manutenzione annuo [€] 600 Anni di ritorno 5 CO2 non immessa in atmosfera

[kg/anno] 24.125

Introito medio annuo [€] 13.159Producibilità specifica [kWh/kW] 2.193

Page 151: Corso di Formazione ANEV di Secondo Livello 1/2012  Il  Mineolico

Grazie per l’attenzione

Via Palestro, 1 00185 RomaTel. 06 42014701

Luciano [email protected]