Riassunti di Advanced energy conversion system

EOLICO

Nelle turbine eoliche, il processo di conversione dell’energia utilizza la portanza generata dall’interazione tra vento e pala della turbina per produrre una coppia su un albero rotante. Io comporta la produzione di potenza meccanica e successivamente trasformazione in energia elettrica.

POTENZA DISPONIBILE

P_d = ρ_aria · A · U₁ ²

P_d = ¹⁄₂ ρ_aria · A · U₁³

la massima potenza eolica recuperabile ad Δc = ¹⁄₂ (v₂=0)

P_d = ¹⁄₂ ρ_aria · A · U₃

• dove ρ_aria dipende dall'altitudine
• U₁ dipende dall’altitudine
• A dipende dal'apporto e profilo delle turbine eolica

Per decidere dove installare una turbina eolica è necessario fare delle misurazioni della velocità del vento in quel punto per un certo é in modo da capire quale è la probabilitá(frequenza) di avere una data velocitá del vento nel punto dove voglia installare l'eolico.

MODELLO DI WEIBULL

f(v)=^K⁄_c · (v⁄c)^K-1 ² e^-(v⁄c)K

un modello che si utilizza per esprimere la funzione di distribuzione della frequenza della velocità del vento

• K = fattore di forma (adimensionale) dipende dal tipo di installazione della turbina
• c = parametro di scala: dipende dalla velocitá media del vento [m/s]

la g(v) e la pDf = probability density function = quella funzione in modo tale che la probabilità d'avere una velocità del vento nel arco di tempo in cui faccio le misurazioni della velocità è uguale integrale

• CURVA DI DURATA = D(v_T)= ¹⁄_U
• CURVA CUMULATA cumulative velocity distribution function

velocità caratteristiche

per una turbina

(senza velocità del vento)

• V_cut-in
• V_T
• V_cut-off

TURBINE AD ASSE ORIZZONTALE

TURBINE AD ASSE VERTICALE

• TEORIA DEL DISCO ATTUATORE (teoria di Betz)
• GENERAL MOMENTUM THEORY
• BLADE ELEMENT THEORY (teoria dell’elemento di pala)

TEORIA DEL DISCO ATTUATORE

IPOTESI:

• fluido non viscoso
• la portata all’interno del tubo di flusso costante
• forza uniforme sul disco
• non esistono momenti rotorici
• gli scambi energetici non sono viscidi
• l’elica (il rotore) è costituita da un numero infinito di pale

la forza che l’aria esercita sul disco - la chiamiamo T

T = ρA (p₁ - p₂)

• T = ρA·V₁(V₁ - V₂)
• p₁ - p₂ = 1/2 ρ (V₁² - V₃²)

TEOREMA DI FROUDE

Introduco adesso il fattore di induzione assiale “a”:

FATTORE DI INDUZIONE ASSIALE

a = V₁ - V_d

porge dire che a rappresenta la frazione

della velocità V₁ assorbita dal disco attuatore

a(1-_α)_α'(1+_α') = X²_⊤

dunqueper macchina molto performante2 deve essereFORZACOPPIAPOTENZA

dP_t = dm

il rotore diminuisce tra1/4 < α < 1/3per α = 1/3a' = 0X_T → ∞

BLADE ELEMENT THEORYC_x = C_l cos &THETA; + C_d sin &THETA;C_y = C_l sen &THETA; - C_d cos &THETA;

FORZA TIN GENERALEFORZA ASIALE

dT = 15cm - 62/251- α = O

Sistemi di accumulo per il fotovoltaico

I sistemi di accumulo per gli impianti fotovoltaici possono essere di diverso tipo, tuttavia i sistemi di accumulo più utilizzati sono le batterie.

• Batterie più usate
  • al piombo
  • al litio
• Caratteristiche tipiche di una batteria
  • vita (durata) → es: 8 anni
  • numero di cicli di carica e scarica → es: 6000 cicli
  • DOD (Depth of Discharge) (profondità di scarica) → es: 80%

DOD → Il DOD è un parametro che mi fa capire quanto scaricare una batteria.

es: se DOD = 80% → significa che non devo far scaricare la batteria oltre l'80% della sua capacità, poiché altrimenti potrei avere una riduzione drastica della vita utile della batteria.

La curva FDC in molti casi è rappresentata in un diagramma logaritmico; la FDC diventa dunque una retta.

tra le due FDC preferiscoavere la CURVA NERA

V

possibile: si ha una curvapiù verticale, per cuivalori di portata piùuniformi durante tutti imesi dell’anno

BFI = BASE FLOW INDEX ➔ BFI = ^{base flow volume}_{total flow volume}

0 ≤ BFI ≤ 1

Info utile se ci sono siccità e il fiume miva in asciutta (una parte) per ogni giornoquello si verifica – se voglio stare ilpiù possibile vicino ad 1flow nelle basse flow.

Il BFI è molti fattori ➔ es.: dalla TOPOLOGIA del TERRENOdipende da

Se BFI di un posto che non conosco lo ottengo come media del BFI di posti che conoscomedia storicache si trovano vicino al posto che non conosco

Dal BFI ➔ risalgo alla FDC ➔ dalla FDC risolvo alla portata Q del fiume

Una parte della portata del fiume non la posso toccare, perché serve per lasopravvivenza pesci presenti nel fiume

PORTATA EFFETTIVA^{che posso usare per all’invasi – stortori}

_{Qeff = Q - Qres}

Dunque noto la ^{Qeff e il derivate peridue}dentro la turbina idraulico per effetto

TURBINE

- AD AZIONE(es.: turbina Pelton)Voyser, voølvoir

Il lavoro NON è dato da una differenza⇓ di pressione (quindi: la turibina stain aria e quindi a patto)

motivo tutta l’energia potenziale (pericolina)tutta in energia cinetica(grado di reazione R=0)

- A REAZIONE(es.: turbina Francis)Koshen

il lavoro è dato da una differenza⇓ di pressione (la turbina è immersadentro e acqua)

grado di reazione R:R = ^{gH - cz}_{g H}

C_z = (V^{H - R}) 2gH

ENERGIA PRODOTTAIN UN ANNODALL’ IDRO ELETTRICO

dove:

H_M = H_p - h₁

^{gross head}

head losses

dom: densito di acgua - colone protodento

ὴ^vol = volumetric efficiency ➔ Devute al felto che non si acgua

attrime a udita tonro

η^e = graduale efficiency ➔ Devuto a permitti nella tuetina

η^m = meccarial efficiency ➔ Devuto a permitti per altivi اخترار

BIOMASSE

- sono delle sostanze di origine biologica ed organica che derivano direttamente o indirettamente dai processi di fotosintesi.

- sono rinnovabili.

• le biomasse possono essere utilizzate per produrre energia.
• coltivazioni
• di foreste
• per processi industriali:
• di processi agricoli:

Le biomasse si dividono in

• coltivazioni: del terreno
• acquatiche

Le biomasse non dettano la concentrazione di CO₂ nell'atmosfera perché ed essendo di origine carbonio danno 0 CO₂, anche quando si bruciano per produrre energia non emettono CO₂, quindi compensivamente è come se non emettessero CO₂.

Composizione biomassa:

• lignina (20-45%)
• cellulosa (30-45%)
• emicellulosa (25-35%)

Composizione chimica biomassa:

• carbonio → 40-52%
• ossigeno → 41-51%
• idrogeno → 5-7%
• azoto-zolfo → 1%

Ogni biomassa contiene una certa quantità di acqua che può essere espressa in percentuale rispetto al peso totale della biomassa.

PCI = LHV ≥ 8000 KJ/kg (per una biomassa legno)

Densità della biomassa :

• effettiva → ρ ≅ 600-800 kg/m³
• apparente (a vuoto) → ρbulk ≅ 300-350 kg/m³

Biomassa :

• è composta dal 70-80% di materiali volatili.
• immagando 1 kg di biomassa emette i seguenti gas.
• la biomassa contiene un 20% di umidità (il quale non produce energia. Es. idrolisi), CO₂

È definita dal rapporto C/N :

• carbonio/azoto
• se C/N > 30 faccio un processo termico
• se C/N < 30 faccio un processo biochimico

Processi di conversione energetica della biomassa

• combustione
• gassificazione
• digestione anaerobica