Produzione di energia elettrica mediante turbine eoliche ...Aerogeneratore collegato ad una pompa centrifuga Energia elettrica prodotta mediante turbine eoliche a partire dal 1982

Università degli studi di Bologna

Facoltà di ingegneria

D.I.E.M.

Dipartimento di Ingegneria delle Costruzioni Meccaniche,

Nucleari, Aeronautiche e di Metallurgia

Produzione di energia elettricamediante turbine eolicheGiugno 2005 (BOZZA)

� Cenni storici� L’energia eolica nel mondo� Velocità del vento e distribuzione dell’energia� Sistemi di conversione dell’energia eolica� Aspetti normativi e percorso autorizzativo� Aspetti economici� Il futuro

Aerogeneratore collegato ad una pompa centrifuga

Energia elettrica prodotta mediante turbine eoliche a partire dal 1982

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

GWh

1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996

Anno

Andamento del costo dell’energia elettrica prodotta mediante turbine eoliche(in centesimi di $ al kWh)

05

10152025303540

Cents/kWh

1980 1985 1990 1995 2000

Anno

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Vo/V

Coef

ficie

nte

di p

oten

za C

p

Influenza del parametro k

0 5 10 15 200

500

1000

1500

2000

2500

Velocità del vento [m/s]

Dis

tribu

zion

e di

Wei

bull

h [o

re/a

nno]

k=2

k=3

k=1

Influenza del parametro c

0 5 10 15 200

500

1000

1500

2000

2500

3000

Velocità del vento [m/s ]

Dis

tribu

zion

e di

Wei

bull

h [o

re/a

nno]

c=3

c=4

c=5

c=7

c=6

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Altezza dal suolo [m]

Velo

cità

del

vent

o [%

del

la ve

loci

tà a

500

m d

al su

olo]

0.20

0.40

0.10

alpha

0

2

4

6

8

10

12

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Altezza dal suolo [m]

Velo

cità

del

ven

to [m

/s]

Potenza della corrente eolica indisturbata

2

20

00cAcEmP ρ== �

Potenza raccolta dalla corrente eolica

���

����

�−=∆

���

����

�−=∆=

∆=∆=

22

2223

20

11

23

20

1

1

ccAccAp

ccAcEmP

cApVpP

ρ

ρ�

�

Coefficiente di potenza

��

���

�−=

���

�

�−

=���

�

�−

== 20

23

0

120

0

23

20

1

20

0

23

20

1

0

1

2

22

2

22cc

cc

cc

ccc

cAc

ccAc

PPK p

ρ

ρ

Caduta di pressione sulla macchina eolica

(dal teorema della quantità di moto)

( ) ( )30130 ccAcccmApF −=−=∆= ρ�

Velocità della corrente sul rotore

( )

2

:22

:...

22

301

23

20

11301

23

20

11

ccc

ndosemplificaovvero

ccAccccAc

hasimdqdellaeqdallaricavatoApprecedentenellaosostituend

ccAccAp

+=

���

����

�−=−

∆

���

����

�−=∆

ρρ

ρ

Coefficiente di potenza

��

���

�−=

���

�

�−

=���

�

�−

== 20

23

0

120

0

23

20

1

20

0

23

20

1

0

1

2

22

2

22cc

cc

cc

ccc

cAc

ccAc

PPK p

ρ

ρ

L’espressione del coefficiente di potenza può essere quindi scritta come:

( ) ( )

0

3

220

23

0

320

23

0

30

112111

2112

ccxpostoavendo

xxcc

cc

cc

c

cc

K p

=

−+=��

���

�−��

�

�

�+=�

�

���

�−

+

=

Coefficiente di potenza ottimale (BETZ)

( )

( )

( ) 59.02716

911

311

21

;31;1

032121

121

3/1

21

2

32

≈=��

���

� −��

���

� +=

=−=

=−−=

−−+=

p

p

p

K

xx

xxdx

dK

xxxK

� Protocollo di Kyoto� Libro bianco dell’Unione Europea� Risoluzione del Parlamento Europeo� Dichiarazione di Madrid� Accordo di Atene� Protocollo di Milano� Dichiarazione delle Canarie

� Legge numero 10 del 09/01/91: � l’utilizzo delle fonti di energia rinnovabili è

da considerarsi di pubblico interesse e di pubblica utilità

PRATICA FASE OGGETTO VALIDITA'Concessione edilizia 1 anno: inizio lavori - 3 anni : fine lavori

Parere igienico sanitarioNulla osta aeronauticoSvincolo idrogeologico

Nulla osta paesaggisticoSoprintendenza archeologica

Deposito Genio CivilePrevenzione incendi

Valutazione inserimento ambientaleComunicazione inizio lavoriDocumenti tecnici d'appalto

Autorizzazioni per varianti in corso d'opera 1 anno: inizio lavori - 3 anni : fine lavoriCollaudo statico

Agibilità o equivalenteCollaudo tecnico amministrativo

Convenzione con il Comune 29 anniUsi civiciEspropri 29 anni

Occupazione suolo pubblicoAttraversamento fiumi, tratturi e altro

Attraversamento rete EnelAttraversamento rete telefonica

Attraversamento gasdotti e acqueAttraversamento strade

Locazione 29 anniEdificazione

Servitù

PERCORSO AUTORIZZATIVO - IMPIANTI EOLICI

Autorizzazioni

Problemi patrimoniali

Preliminari all'avvio lavori

Successive al'avvio lavori

Con Enti Pubblici

Con soggetti privati

C R O N O L O G I A D E L L E P R A T I C H E

P R O B L E M I P A T R I M O N I A L I ( N O N V I N C O L A N T I )

C O N V E N Z I O N E C O N I L C O M U N E

D E P O S I T O G E N I O C I V I L E

C O M U N I C A Z I O N E I N I Z I O L A V O R I

C O M U N I C A Z I O N E F I N E L A V O R I

C O L L A U D O S T A T I C O

A G I B I L I T A ’ O E Q U I V A L E N T E

F A S E D I E S E R C I Z I O D E L L ’ I M P I A N T O

C O N C E S S I O N E E D I L I Z I A

S V I N C O L O I D R O G E O L O G I C O P A R E R E I G I E N I C O S A N I T A R I O

N U L L A O S T A P A E S A G G I S T I C O

V A L U T A Z I O N E I N S E R I M E N T O A M B I E N T A L E

S O P R I N T E N D E N Z AA R C H E O L O G I C A

N U L L A O S T A A E R O N A U T I C O

Andamento EDF

0%10%20%30%40%50%

1992

1993

1994

1995

1996

Anno

ED

F [%

]

EDF Valore medio EDF

Cause di rottura

30%

4%12%8%7%

5%

6%

2%

26%

rottura di un componente svitamento di un elementoaltre cause cause non notealta velocità rottura del moltiplicatorefulmine ghiacciosistema di controllo

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

-3 -2 -1 0 1 2 3

Scostamento dalla velocità media annuale [m/s]

Varia

zion

e de

l pre

zzo

dell'

ener

gia

[%]

0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.120

0.5

1

1.5

2

Prezzo medio di vendita dell'energia [Euro/kWh]

Indi

ce d

i red

ditiv

ità (P

I)Redditività di una wind farm

10

9.5

9

8.5

8

7.5

7

6.5

6

v [m/s]

Consumo mondiale energia elettrica

0

5

10

15

20

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015

Anno

PWh

0%1%2%3%4%5%6%7%8%

Riduzione percentuale

Unioneeuropea

U.S.A Giappone Altri PaesiIndustriali

Paese

Riduzione emissioni inquinanti

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

S1

0200400600800

10001200

Costo turbine [dollari/kW]

Produzione complessiva [unità]

Andamento costo turbine eoliche

� Stato attuale: sono richieste fino a 25 pratiche con tempi di attesa troppo lunghi.

� Proposta: creare un unico Ente Nazionale competente in materia al quale inoltrare la domanda e tutti i documenti relativi; L’Ente dopo un tempo stabilito (es. 90 giorni) rilascia un parere (favorevole o contrario); Dovrebbe poi essere consentito un appello per il riesame della domanda; Questa è la procedura seguita anche negli Stati Uniti d’America.