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]
