Progetto SIMEA - Automatica - Università degli Studi di Padova

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SIMEA Stato dell’arte energetica degli edifici 5.4. L’eolico 5.4.1. Introduzione 210 Doc.No 20100610.SIMEA.MR.03 Versione 1 Gli impianti eolici sfruttano l'energia del vento per produrre elettricità. Sono costituiti da aerogeneratori che trasformano l'energia cinetica del vento in energia meccanica e infine quest'ultima in energia elettrica. La differenza importante da sottolineare quando si parla di fonte rinnovabile derivante dall’eolico, è nella taglia del rotore. Infatti se il principio fisico resta il medesimo, tra eolico e minieolico si considera diversa la taglia dell’aerogeneratore e quindi la potenza: • eolico: si considerano diametri del rotore di decine di metri e potenze da 200 kW a qualche megawatt, • minieolico: i diametri sono dell’ordine del metro con potenze fino a 200 kW con lo scopo di servire anche singole utenze e risultare maggiormente integrato. L'eolico è la fonte rinnovabile in maggiore espansione a livello internazionale. 5.4.2. Come funziona Circa il 2% dell’energia solare è convertita in energia eolica e gli aerogeneratori col movimento di rotazione delle pale producono energia elettrica in un generatore. Importante nel caso delle turbine eoliche è il sito dove installarle che deve avere una quantità di energia elevata e soprattutto costante nel tempo, di conseguenza le caratteristiche da considerare per installare un aeromotore sono: • densità dell’aria, • area del rotore installato, • velocità del vento. Concetto fondamentale su cui si basa la conversione dell’energia è la teoria di Betz. Nella Fig. 5.4.1 si nota come la vena fluida che arriva sul rotore con una certa velocità fa ruotare le pale e a valle del rotore viene rallentata. Per la conservazione della massa il tubo di flusso si allarga e occupa più volume. Dalla teoria di determina che l’energia cinetica massima sfruttabile è il 59% dell’energia in ingresso. Fig. 5.4.1 Andamento del tubo di flusso per la teoria di Betz.
SIMEA Stato dell’arte energetica degli edifici 5.4.3. Utilizzo 211 Doc.No 20100610.SIMEA.MR.03 Versione 1 Anche in questo caso l’energia elettrica prodotta può essere utilizzata per tutte le utenze domestiche che richiedono per il funzionamento consumo di energia elettrica (elettrodomestici, illuminazioni, computer, ecc.) con il vantaggio di non produrre emissioni inquinanti e una volta coperto il costo dell’installazione di avere energia elettrica gratuita. 5.4.4. Caratteristiche dei rotori eolici 5.4.4.1. Solidità Parametro fondamentale nella progettazione della macchina, è definito come il rapporto tra l’area complessiva di tutte le pale della girante (B) e l’area frontale totale del rotore che le pale stesse spazzano (A). B s = A 5.4.4.2. Coefficiente di potenza E’ definito come il rapporto tra la potenza P estratta dalla macchina e la potenza P0 valutata nella vena fluida indisturbata. P c p = P 0 Il cp della macchina dipende dalla potenza prodotta e quest’ultima varia col cubo della velocità del vento. Nel grafico di Fig. 5.4.2 si mostra il tipico andamento rispetto al rapporto delle velocità e inoltre si nota come, per la teoria di Betz, per rapporti di velocità pari a circa 0.3 il cp è massimo e vale 0.59. Fig. 5.4.2 Grafico che mostra l’andamento del cp in funzione della velocità del vento. 5.4.4.3. Velocità di progetto Nella progettazione della turbina eolica, e in particolare della costruzione e dell’assetto delle pale, un punto fondamentale riguarda la scelta delle velocità di progetto: • velocità di avviamento: velocità minima con cui la turbina si mette in funzione, • velocità di cut-in: è la minima velocità con la quale la turbina produce potenza, • velocità di cut-out: è la massima velocità oltre la quale si verifica l’arresto del rotore, • velocità nominale: velocità del vento oltre la quale i sistemi di orientazione delle pale intervengono, diminuiscono il rendimento ma mantengono la potenza della turbina costante. Lo scopo è di realizzare un rotore con velocità di cut-in basse e di cut-out alte per produrre energia con range di velocità del vento maggiori. Nella pratica le velocità di cut-out sono circa di 25-30 m/s oltre le quali
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