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Indice - · PDF file PMG Generatore a magneti permanenti SQIC Squirrel Cage Induction Generator, avvolgimento statorico semplice DFIG Double Fed Induction Generator, generatore asincrono

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Indice

Elenco dei simboli ........................................................................................................................ II

Introduzione ............................................................................................................................... V

1 Il vento, una risorsa .......................................................................................................... 1

1.1 Rappresentazione matematica del vento ...........................................................................9

1.2 Lenergia eolica ................................................................................................................ 12

1.3 Metodi alternativi di misura della risorsa eolica ............................................................. 13

1.4 Le risorse eoliche in Italia ................................................................................................ 14

2 Laerogeneratore ............................................................................................................. 16

2.1 Cenni storici ..................................................................................................................... 16

2.2 Generalit ........................................................................................................................ 19

2.3 Turbine ad asse verticale ................................................................................................. 20

2.4 Turbine ad asse orizzontale ............................................................................................. 21

2.5 Analisi dei componenti di una turbina HAWT .................................................................. 22

2.5.1 La pala ..................................................................................................................... 23

2.5.2 Il mozzo .................................................................................................................... 25

2.5.3 Il moltiplicatore di giri ............................................................................................. 26

2.5.4 La struttura di sostegno .......................................................................................... 27

2.5.5 Il generatore elettrico ............................................................................................. 28

2.5.6 Il generatore sincrono ............................................................................................. 29

2.5.7 Il generatore asincrono ........................................................................................... 30

2.5.8 Il trasformatore ....................................................................................................... 31

2.5.9 Dispositivi ausiliari ................................................................................................... 32

2.5.10 Dispositivi di controllo ............................................................................................ 32

2.5.11 Connessione alla rete elettrica ............................................................................... 38

2.6 Energia producibile da un aerogeneratore ...................................................................... 39

3 Aerodinamica della turbina HAWT ................................................................................... 41

3.1 Generalit aerodinamiche della pala ............................................................................... 41

3.2 Analisi aerodinamica della pala ....................................................................................... 44

3.3 Modelli fluidodinamici della pala ......................................................................................... 47

3.3.1 Teoria impulsiva semplice ......................................................................................... 47

3.3.2 Teoria impulsiva vorticosa ........................................................................................ 54

3.3.3 Teoria degli elementi di pala senza scia rotazionale ................................................ 60

3.3.4 Teoria degli elementi di pala con scia rotazionale .................................................... 62

3.3.5 Modello BEMT .......................................................................................................... 65

3.3.5.1 Modello BEMT senza scia rotazionale .......................................................... 66

3.3.5.2 Modello BEMT con scia rotazionale ............................................................. 67

3.3.5.3 Effetto delle perdite di punta ....................................................................... 69

4 Gli impianti eolici ........................................................................................................... 71

4.1 Le wind farm on-shore ..................................................................................................... 71

4.2 Le wind farm off-shore .................................................................................................... 72

4.3 La mappa eolica ................................................................................................................ 72

4.4 Il fattore di utilizzazione ................................................................................................... 73

5 Ambiente e territorio....................................................................................................... 74

5.1 Impatto visivo .................................................................................................................. 74

5.2 Rumore ............................................................................................................................ 75

5.3 Effetti elettromagnetici .................................................................................................... 75

5.4 Effetti su flora e fauna ...................................................................................................... 75

6 Risultati numerici ............................................................................................................ 80

6.1 Osservazioni ..........................................................................................................................

Ringraziamenti ..............................................................................................................................

II

ELENCO DEI SIMBOLI.

A sezione della vena fluida [m2]

AP superficie del profilo [m2]

A area della sezione trasversale del tubo di flusso a monte del rotore [m2]

Ad area della sezione trasversale del disco attuatore [m2]

Aw area della sezione trasversale del tubo di flusso a valle del rotore [m2]

a fattore di induzione assiale

a fattore di induzione tangenziale

B numero di pale

C parametro di scala [m/s]

c corda [m]

CD coefficiente di resistenza [-]

CL coefficiente di portanza [-]

CM coefficiente di coppia [-]

Cp coefficiente di Potenza

CS coefficiente di spinta tangenziale [-]

CT coefficiente di spinta assiale [-]

D resistenza [N]

E efficienza [-]

f fattore di correzione di Prandtl

Fw(V) funzione di Weibull

Fr(V) funzione di Rayleigh

g accelerazione di gravit [m/s2]

K parametro di forma [-]

L temperature laps rate (gradiente termico verticale) =0,0065 [K/m]

L portanza [N]

M momento aerodinamico [Nm]

III

portata massica [Kg/s]

p pressione [N/m2]

Pdisp potenza disponibile in vena fluida [W]

Pr potenza resa [W]

R costante specifica dellaria secca =287,05 [J/(Kg K)]

Re numero di Reynolds [-]

r raggio generico della sezione del rotore [m]

s scorrimento [-]

S spinta tangenziale [N]

Seal altitudine del sito [m]

T spinta assiale [N]

To temperatura nelle condizioni standard =288 [K]

u velocit tangenziale [m/s]

vettore velocit componente tangenziale del flusso [m/s]

V velocit del flusso [m/s]

vettore velocit relativa del flusso [m/s]

V velocit del flusso indisturbato a monte del rotore [m/s]

Vd velocit del flusso sul disco attuatore [m/s]

Vw velocit del flusso del flusso indisturbato a valle del rotore [m2]

Vz velocit del vento alla generica quota [m/s]

Vzr velocit del vento alla quota di riferimento [m/s]

yt spessore profilo alare

ylm coordinata sulle ordinate della linea media

z quota alla quale si vuole conoscere la velocit [m]

zr quota alla quale nota la velocit [m]

zg altezza di gradiente [m]

z0 roughness (rugosit) [m]

vettore velocit componente assiale del flusso [m/s]

w velocit relativa del flusso [m/s]

IV

Coefficiente di Helmann [-] o angolo di attacco []

angolo di calettamento o di Pitch []

angolo di costruzione []

Ec variazione energia cinetica

funzione gamma

Tip Speed Ratio

opt Tip Speed Ratio Optimal

r Local Section Speed Ratio

viscosit dinamica dell'aria [Pa s]