SCF Minieolico 27feb15

Dott.ing. Enrico GiordanoResponsabile Commerciale AENTULA Srl

• La disponibilità e la previsione della risorsa vento.• Prestazioni delle turbine e ritorno dell’investimento.• Il Business Plan Mini eolico.

Ordine degli Ingegneri della Provincia di NuoroIn collaborazione con

27 Febbraio 2015

Luogo: Locali dell' ExMe di Piazza Mameli, Nuoro

SEMINARIO TECNICO

MINIEOLICO IN SARDEGNA UNO SCENARIO IN EVOLUZIONE

Aspetti generali

Macchina Elettrica:- idonea tecnologia

- qualità ed efficienza- miglior ritorno dell’investimento

Caratteristiche del sito:

- ventosità(min 4,5÷5,0 m/s)

Condizioni necessarie e sufficienti per un Investimento remunerativo nel Mini eolico

Aspetti generali

Differenze della valutazione dell’Investimento tra FV e Minieolico

kWh

kWh

Enel (o altri)

ImpiantoUtente kWh

kWh

Enel (o altri)

K - Irradiazione solare nota(con la latitudine)

? – Analisi probabilistica ventosità V

tilt

Enel (o altri)kWh

N

azimuth

Tariffa premio autoconsumo

Tariffa Omnicomprensiva

Tariffa Omnicomprensiva

Nessuna Tariffa Incentivante< tariffa omnicomprensiva

P K∝

P V∝ 3

ImpiantoUtente

DONATO LUCIANO MASCIALINO, 02/10/2014

All’interno di questo contesto incentivante una molteplicità di operatori del settoreche aveva operato negli ultimi anni nelle installazioni fotovoltaiche ha pertantorivolto il suo interesse al minieolico.La differenza di approccio, nello studio delle soluzioni e nella previsione dellaproduttività di un impianto minieolico rispetto ad un impianto fotovoltaico, èsostanziale.Nello studio di un impianto fotovoltaico era infatti facile prevederne la resaannua probabile, ovvero la produzione attesa (in termini assoluti e relativi),essendo questa di fatto praticamente indipendente dal tipo di apparecchiatureimpiegate (moduli e inverter reperibili sul mercato), e dipendente in buonasostanza solo dalle condizioni di esposizione (angolo di tilt e azimuth) evariava poco con la latitudine di installazione.Nell’ambito degli impianti Fotovoltaici quindi il rischio d’investimento, per losponsor e per gli istituti di credito, era minimo.


Ben diversa è la situazione che si rileva nel caso delle installazioni eoliche ed inparticolare su quelle minieoliche (intendendo per minieoliche installazioni conpotenze inferiori a 200 kW).La risorsa vento infatti, al contrario della risorsa sole, non è ovunque disponibilein modo sufficiente e stabile, oltre ad essere di difficile stima e quantificazione;la potenza estratta inoltre varia con il cubo della velocità, per cui piccoli erroridi previsione sulla distribuzione statistica della velocità del vento possono tradursiin grandi errori sulla stima della produzione.Nei grandi impianti eolici, una adeguata campagna di monitoraggio, di durata taleda permettere una approfondita analisi della risorsa, permette di ben pianificarel’insediamento di un parco e di raggiungere una ragionevole certezza in merito allaproduttività attesa; condizione questa per lo sviluppo di un piano economico diinvestimenti/ricavi sostenibile.

Indagine Anemometrica

La risorsa vento

Come posso prevedere la ventositàe quindi la produzione elettrica ?

+ precisa se a lungo termine-richiede tempi di indagine lunghi-Ha un costo elevato rispetto all’investimento (soprattutto nel Mini e micro eolico)

affidabilità legata al criterio statistico –tempi di indagine ridottissimi +

costi limitati e congrui all’investimento +

Modelli probabilistici previsionali

Mappa eolica mondiale: velocità media del vento a 10m d’altezza (Fonte Quaderni di Applicazione ABB)

La risorsa vento

Mappa eolica della Comunità Europea (Fonte Quaderni di Applicazione ABB)

La risorsa vento

Mappa eolica Italiana(fonte Atlante Eolico Interattivo)

La risorsa vento

• Velocità media del vento• Tipologia del vento• Morfologia del terreno• Turbolenza

La risorsa vento

Modelli probabilistici previsionali

Velocità del Vento [m/s]

Distribuzione della densità di probabilità del vento in un determinato periodo di tempo

Densità di probabilità

[(m/s)-1]

La risorsa vento

Modello di WEIBULL

De

nsi

tà d

i pro

ba

bili

tà [

(m/s

)-1]

Velocità del vento [m/s]

Distribuzione di Weibull con diversi valori del fattore di forma k

Dal nome del matematico svedese Waloddi Weibull che la descrisse nel 1951. Per un dato valore di velocità scalare v, la funzione densità di probabilità è data da:

D(v) = k/A x (v/A)k-1 x exp [-(v/A)k]Le curve di Weibull1 rappresentano un modello di distribuzione efficace, in cui troviamo un parametro adimensionale k che definisce la forma della curva (più allungata o allargata) e dipende dalle condizioni al contorno del sito e un secondo parametro A espresso in [m/s], che definisce la scala della distribuzione ed è legato in modo univoco alla velocità media del vento.

Il fattore di forma rappresenta fisicamente la “dispersione” dei valori di velocità media; in particolare, tanto più grande è il valore di k, tanto minore risulta la dispersione attorno al valore medio: valori molto vicini a 1 rappresentano distribuzioni molto asimmetriche, mentre valori elevati (k > 2-3) creano distribuzioni simmetriche simili a quelle Gaussiane.

Per k =2 la curva assume il nome di curva di Rayleigh, che in genere è utilizzata per valutazioni di massima.

Trattandosi di densità di probabilità, l’area sottesa dalla curva è sempre pari a 1.

Il fattore k assume valori diversi al variare della morfologia del territorio e dipende dal regime dei venti che sussistono in una data regione.

La risorsa vento

Modello di WEIBULL

De

nsi

tà d

i pro

ba

bili

tà [

(m/s

)-1]


Distribuzione di Weibull con diversi valori del fattore di forma k

Il fattore k assume valori diversi al variare della morfologia del territorio e dipende dal regime dei venti che sussistono in una data regione.

Tipici valori di k per diverse situazioni geografiche sono rappresentati nella tabella sotto.

Fattore di forma K

Morfologia del terreno

Tipologia del vento

1,2 ÷ 1,7 Siti montani Molto Variabile

1,8 ÷ 2,5Grandi pianure -

Colline Variabile

2,5 ÷ 3,0 Aperte campagneAbbastanza

regolare

3,1 ÷ 3,5 Zone costiere Regolare

3,5 ÷ 4,0 Piccole isole Molto regolare

La risorsa vento

Modello di WEIBULL

Individuato un fattore di forma k possiamo utilizzare la distribuzione di Weibull per valutare la sua curva con diversi valori di scala A, ovvero delle diverse velocità media probabili nel sito di installazione.

E’ prassi dei costruttori fornire i dati di produzione delle proprie macchine a diverse velocità medie del vento almeno con un fattore di forma k = 2 (ventosità moderatamente variabile), come rappresentato nel grafico a fianco.

Sono ovviamente da preferire siti con ventosità costante (k elevato) e velocità media elevata.

Nota la densità di probabilità della velocità del vento D(v), la produzione annuale di un aerogeneratore risulta pertanto pari a:

Ep anno [kwh] = 8760 x ∫Pg(v)D(v) dv

dove Pg(v) è la potenza elettrica erogata dal generatore ad una data velocità del vento (v).

De

nsi

tà d

i pro

ba

bili

tà [

(m/s

)-1]


Distribuzione di Weibull con diversi valori del fattore di scala A

La risorsa vento

La risorsa vento

Stima della PRODUCIBILITA’ ENERGETICA annua per installazioni tipiche

Ep anno [kwh] = 8760 x ∫Pg(v)D(v) dv

dove Pg(v) è la potenza elettrica erogata dal generatore ad una data velocità del vento (v).

Prestazioni delle turbine

Principi teoriciPotenza disponibile e limite di Betz fisico e ingegnere navale tedesco che pubblicò nel 1926

il testo «L'energia eolica ed il suo utilizzo tramite mulini»

Indipendentemente dalla progettazione della turbina eolica, solo i 16/27 (ovvero il 59%) dell’energia cinetica del vento possono esser convertiti in energia meccanica.

I rotori moderni ammettono valori nell'intervallo da 40-50% che è il 70-80% di quello teoricamente possibile.

(Fonte Quaderni di Applicazione ABB e Protos Minieolico)



Il rotore non possiede mozzo, ossia è un rotore ideale, con un infinito numero di pale e con attrito pari a 0. Ogni attrito risultante può essere solo inferiore di questo valore ideale; Il flusso all'entrata e all'uscita del rotore ha un moto assiale. Questo tipo di approccio è a volume di controllo, e per ricavare una soluzione il volume di controllo deve contenere tutto il fluido entrante e uscente, in considerazione delle equazioni di conservazione; Il fluido è incomprimibile. La densità rimane costante, e non vi è trasferimento di calore dal rotore al fluido e viceversa; Ad eccezione del rotore, non sono presenti altri ostacoli all'interno delle vene fluide che possano alterarne il moto; La porzione di flusso che attraversa lo specchio dell'attuatore non ha alcuna interazione con la restante parte di fluido che lo circonda e che non interagisce con l'attuatore; Nelle sezioni a valle e a monte del flusso complessivo vi è uno stato di assoluta calma aerodinamica; La velocità del fluido è uniformemente distribuita ed il modulo unidirezionale in ogni parte del flusso.

Principi teoriciCurva di Potenza e Coefficiente di Potenza

Per ciascuna velocità del vento il costruttore indica la Potenza estratta dalla macchina Pc che definisce una CURVA DI POTENZA.

Pc

Vvento [m/s]

Pc

PBetz

P[kw] Interpolazione dati

Tronca media

Tronca in base alla Pc di targa vvento



Nota l’area spazzata dal rotore della macchina AS

ricavo la Potenza unitaria estratta per ciascunavelocità del vento:

Pcs = Pc /As (W/mq)essendo

PDs = PD /As (W/mq)definisco

CP = PCs /PDs

Pc

AS

Cp : coefficiente di potenza della macchina, per ciascuna velocità del vento.

Il rapporto adimensionale fra la Potenza unitaria estratta Pcs e la potenza disponibile del vento PDs



Sono da considerarsi ottimi valori quando 35% < Cp >45%

Pc

vvento

Vvento [m/s]

Pc

PBetz

P[kw]

CP = PCs /PDs

CPbetz = PCs /PBetz = 59,26%


Importante considerazione in merito alle tipologie (fonte Protos nel suo rapporto: Minieolico: sosteniamo lo sviluppo – La Best Practice per la finanziabilità, Ed. Luglio 2012)“Le aziende che operano in questo settore, essendo generalmente di piccole dimensioni e in fase di start-up, non dedicano molto tempo alla ricerca e all’innovazione dei loro prodotti. Di conseguenza il livello tecnologico è da considerare ancora medio e spesso vengono replicati, in scala ridotta, i design progettuali dei grandi aerogeneratori, mentre quelli di piccola taglia hanno peculiarità ed esigenze specifiche che non possono essere sottovalutate e che devono essere considerate nella progettazione. Ricerca e innovazione tecnologica, quindi se applicate al minieolico in tempi brevi, potranno sostenere e accelerare ulteriormente la crescita e la redditività del settore”.


Ritorno dell’ Investimento

Environment

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