Energia Eolica tesina

Si è deciso di approfondire su un tema molto attuale, le energie rinnovabili. Dopo 5 anni
di Istituto Professionale, e dopo il confronto con varie persone e professionisti anche e-sterni alla scuola ho dedotto che una delle regole fondamentali per svolgere al meglio il
proprio lavoro è l’essere appassionati a quella determinata cosa. Ecco, la mia passione in
tutto ciò che è elettricità ed elettronica mi ha spinto a curiosare sulle fonti di energia del
futuro che già oggi stiamo utilizzando. In particolare si prendono in esame quei tipi di e-nergia con cui in questi anni, e soprattutto con lo stage di questa quinta classe, ho parti-colarmente familiarizzato: L’energia eolica.

Federico
3
Cenni Generali

La crescita dei consumi energetici mondiali, la prospettiva di esaurimento del petrolio e la
crisi del clima globale dovuta alle emissioni di gas serra per l’impiego dei combustibili fos-sili (carbone, petrolio e gas naturale) pongono il tema della ricerca di nuove fonti di ener-gia pulita e abbondante. Il concetto che le fonti rinnovabili possono dare un rilevante
contributo nel disegnare un nuovo percorso energetico ambientalmente sostenibile ha
guadagnato nel corso degli anni molte posizioni, sia nell’opinione pubblica, sia tra gli e-sperti di problemi energetici. Si registra un interesse e un’aspettativa sulle fonti rinnovabi-li di energia (solare, vento, biomasse, mini idraulica) in gran parte dovuta ad una serie di
caratteristiche positive che qualificano in tal senso l’energia prodotta da queste fonti, pri-ma fra tutte la rinnovabilità, cioè la loro capacità di fornire energia senza pericolo di esau-rirsi nel tempo. Le altre principali caratteristiche positive sono :
 Potenziale sovrabbondante rispetto ai bisogni umani parzialmente fruibile mediante
tecnologie di produzione affidabili;
 Produzione di energia priva di emissioni inquinanti e praticamente esente da emis-sioni di gas serra;
 Modularità e facilità d’uso.








Inoltre, la domanda elettrica mondiale cresce stabilmente al ritmo del 3 % all’anno, de-terminato dall’aumento della popolazione mondiale e dalle crescenti esigenze dei paesi in
via di sviluppo. L’accesso a questo mercato è, e lo sarà sempre più negli anni a venire,
determinato dalla competitività della tecnologia utilizzata, dalla sua affidabilità e dalla sua
capacità di ridurre le emissioni dei gas inquinanti a parità di servizio reso : le fonti rinno-vabili in tal senso sono naturalmente candidate a ricoprire questo ruolo in quanto produ-cono, direttamente o indirettamente, energia elettrica.
4
Energia Eolica

La fonte Eolica è dovuta al riscaldamento non uniforme da parte del sole della superficie
terreste. Nella sua rotazione intorno al sole a causa dell’asse inclinato, esistono vaste zo-ne del pianeta che sono maggiormente irraggiate rispetto ad’altre, generando condizioni
di differenza di temperatura tali da permettere lo spostamento di grandi masse d’aria.
La differenza di temperatura che si crea tra l’aria sopra le terre emerse , che riscalda di
giorno più velocemente, e l’aria sopra gli oceani che rimane fredda e umida, genera una
differenza di pressione la quale è più alta sui mari e più bassa sulle terre emerse. Da que-sta differenza di pressione nasce il vento.
Più passano gli anni e più si diffonde l’utilizzo dell’energia eolica come fonte rinnovabile,
in Sardegna già da alcuni anni sono presenti dei parchi eolici, ma solo pochi anni fa è sta-to costruito quello del Medio Campidano.

Descrizione Generale del Parco

Il parco è stato finanziato dalla F.R.I.E.L, società che attualmente lo gestisce insieme alla
Vestas che oltre ad essere la casa costruttrice delle turbine si occupa anche del monito-raggio e della manutenzione straordinaria.
Il parco si estende lungo il territorio di Guspini, Gonnosfanadiga, Pabillonis e San Gavino
Monreale ed è formato da 35 Aereogeneratori così suddivisi:
 12 Guspini
 11 Gonnosfanadiga
 9 Pabillonis
 3 San Gavino Monreale

Il complesso per questioni tecniche e di suddivisione delle linee è a sua volta
suddiviso in 3 SubParchi.
 Guspini
 Gonnos-San Gavino
 Pabillonis

5
Le varie Linee in media tensione (20.000 V) adibite al trasporto dell’energia prodotta
giungono dai 3 parchi direttamente alla sottostazione Friel adiacente alla centrale Enel
sulla S.S 126 all’uscita di Guspini verso Arcidano.
In sottostazione vengono effettuate le misure e vengono preparate le linee ad essere im-messe nella rete Enel. I primi componenti fondamentali della centrale sono i 3 Trafo Ele-vatori che elevano la tensione in uscita dalle turbine, da 20 kV a 150 kV. Poi sono presen-ti i vari sezionatori di sicurezza e i T.A e T.V per le misure e le protezioni. L’impianto è
stato progettato in modo che se uno dei 3 trasformatori dovesse avere qualche guasto, la
produzione del parco in questione possa essere presa in carico da uno dei 2 trasformatori
rimanenti, perciò sono sovradimensionati.
In sottostazione è presente un caseggiato dove a ogni parco è stata dedicata una sala di
protezione, controllo e misure. La sottostazione è dotata di interruttori isolati in Sf6
(ESAFLUORURO DI ZOLFO). Ad ogni stallo AT proveniente dal parco, corrisponde il pro-prio QMT, solitamente composto da:
 Cella Arrivo da TR
 Cella Misure (TV di sbarra)
 Cella TR Aux
 N° celle di partenza linea

Le celle di arrivo
TR e partenza li-nea sono dotate di
interruttore, men-tre le restanti celle
sono protette e-ventualmente da
fusibili.

6











TRASFORMATORE DI POTENZA AT/MT
Il trasformatore di potenza trifase è il componente principale di una catena di trasforma-zione, le altre apparecchiature sono però fondamentali, per il comando il controllo e la
protezione del trasformatore stesso.
I trasformatori sono dimensionati in relazione alla potenza dei diversi gruppi di aereo ge-neratori installati nel parco. Possono avere diversi tipi di raffreddamento, ma solitamente
quelli installati nei parchi eolici sono ONAN (Olio Naturale Aria Naturale) / ONAF (Olio
Naturale Aria Forzata).
All’interno del trasformatore l’olio dielettrico isolante svolge una doppia funzione:
 È il mezzo dielettrico principale per l’isolamento dei componenti interni verso massa
 È il mezzo refrigerante per lo smaltimento del calore prodotto dal trasformatore
 Perdite nel ferro = Perdite a Vuoto
 Perdite nel rame = Perdite a Pieno Carico
Le perdite nel ferro possono dividersi in due diversi tipi di perdite:
Perdite per Isteresi: Polarizzazione repentina dei magneti interni al ferro dovuta alla
corrente alternata. Questo fenomeno di movimento richiede energia.
Perdite per Correnti Parassite: Il ferro oltre ad’essere un buon materiale magnetico e
anche un ottimo conduttore, perciò vengono a circolare delle correnti indotte che provo-cano il riscaldamento dello stesso. Per ovviare a questo problema il blocco di ferro viene
affettato in tante fette poi assemblate ed isolate tra loro.
7
Descrizione Aerogeneratori

Una Turbina Eolica o Aerogeneratore trasforma l’energia cinetica posseduta dal vento in
energia elettrica senza l’utilizzo di alcun combustibile e passando attraverso lo stadio di
conversione in energia meccanica di rotazione effettuato dalle pale.
Le turbine possono essere a “Portanza” o a “Resistenza” in funzione di quale sia la forza
generata dal vento e sfruttata come forza motrice. Per spiegare il funzionamento faccio
riferimento alle turbine più diffuse ossia quelle a “Portanza”. In esse, rispetto a quelle a
resistenza, il vento scorre su entrambe le facce della pala, che presentano profili geome-trici differenti, creando così in corrispondenza della superficie superiore una zona di de-pressione rispetto alla pressione sulla faccia inferiore. Questa differenza di pressione pro-duce sulla superficie della pala eolica una forza chiamata “Portanza Aerodinamica” analo-gamente a quanto accade per ali degli aerei.
Un aerogeneratore richiede una velocità minima del vento (cut in) di 3-5 m/s ed eroga la
potenza di progetto a 12-14 m/s.
A velocità elevate, generalmente superiori a 25 m/s (cut off) la turbina viene arrestata
dal sistema frenante per ragioni di sicurezza. Il blocco può avvenire con veri e propri freni
meccanici che arrestano il rotore o, per le pale ad inclinazione variabile “nascondendo” le
stesse al vento mettendole nella cosiddetta posizione a “bandiera”.
In questo caso gli aerogeneratori in questione sono quelli prodotti dalla Vestas e più pre-cisamente le V90 2MW.

8
Il nome del modello V90 sta proprio ad indicare il diametro delle pale: 90 metri. La torre
è alta 80 metri. La V90 vanta una potenza di 2 MW e velocità di Cut-In bassissime, 2,5
ms.

9
La V90 è una turbina tecnologicamente molto avanzata, a partire dal suo sistema di rego-lazione del passo delle pale. La V90 è progettata per ottenere la massima resa anche a
velocità di vento minime. Sopra la Nacelle (Navicella) è montato un anemometro ad ultra-suoni che dopo aver comunicato al controllore la velocità del vento attiva i pistoni idraulici
di una o più pale per regolare il passo da 0° (posizione di massima superficie) a 90° posi-zione che viene impostata in caso di forte vento o emergenza.
Oltre ad “inseguire” il vento con questo sistema è dotata anche del cosiddetto “Yaw
System” o meglio Sistema di imbardata che principalmente ha tre funzioni:
 Mantenere la turbina a favore di vento quando la modalità operazionale è RUN o
PAUSA
 Controllare l’attorcigliamento dei cavi e quando e necessario effettuare lo svolgi-mento degli stessi
 Misurare la posizione della navicella
Con questo sistema la turbina è in grado di ruotare per seguire il vento ed ottenere la
massima resa, può anche ruotare durante la produzione se si muove lentamente. Quando
invece i cavi attorcigliati, approssimativamente, raggiungono i 3,8 giri in senso antiorario
e orario viene impostata la modalità YAW STOP dal controllore. In questa modalità la tur-bina cesserà di produrre e lentamente la navicella verrà riportata dal sistema di imbarda-ta a 0°.
E dotata, inoltre, del nuovo generatore con sistema OptiSpeed che consente una variazio-ne della velocità del rotore che può arrivare fino a circa il 60% rispetto al rapporto nomi-nale dei giri al minuto. Ciò significa che, con l’OptiSpeed, la variazione della velocità può
raggiungere il 30 % in più o in meno rispetto alla velocità sincrona.



10
Scada System

Un sistema Scada è un Software che consente all’operatore di interfacciarsi con il proces-so, attraverso i sistemi di controllo.
SUPERVISORY
CONTROL
AND
DATA
ACQUISITION
Che si può tradurre con Acquisizione Dati, supervisione e controllo. Nel nostro caso è il
sistema che attraverso un software ci permette di tenere sotto controllo l’intero parco.

SERVER
WWW GSM
CONVERTITORE
FIBRA/ETHERNET
CONVERTITORE
FIBRA/ETHERNET
CONVERTITORE
FIBRA/ETHERNET
PLC PLC PLC
SUBSTATION TECNICI TERNA
11
Nella pagina precedente possiamo vedere in modo schematizzato come è strutturato il
sistema Scada di controllo e supervisione del parco eolico. Partiamo analizzandolo dal
basso:
A bordo di ogni Aereogeneratore è montato un PLC dove affluiscono dati come tempera-ture, pressioni e velocità delle varie componenti e da dove partono i segnali di input per
la turbina come i consensi per l’avvio o i segnali di stop produzione.
Questi PLC inviano e ricevono i dati dalla centrale attraverso una linea in fibra ottica che
giunge direttamente in sottostazione dove attraversa un convertitore FIBRA/ETHERNET
che permette di interfacciarsi, ovviamente con gli appositi switch, ad un server. Il server,
collegato alla linea ADSL, permette di visualizzare i dati di produzione ad i clienti FRIEL ed
di prendere i comandi delle macchine a gli operatori.
In cavo di problemi sulla linea telefonica è inoltre presente un modem gsm che permette
comunque l’invio e la ricezione di dati dal server in casi eccezionali.
Questa è una schermata di esempio del software