Sviluppo di un applicativo avanzato per la gestione ed elaborazione di dati acquisiti da una stazione di prova per aerogeneratori di piccola taglia

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Sviluppo di un applicativo avanzato per la gestione ed

elaborazione di dati acquisiti da una stazione di prova per

aerogeneratori di piccola taglia

RELATORI

CANDIDATA

Prof. Ing. Paolo Di Marco

Brenda Chiti

Dipartimento di Energetica “L. Poggi”

Dott. Ing. Roberto Gabbrielli

Dipartimento di Energetica “L.Poggi”

Ing. Matteo Cantù

Enel Ingegneria Innovazione S.p.A.

Abstract

Dal punto di vista energetico gli ultimi anni sono stati caratterizzati da una spinta sempre maggiore da parte delle istituzioni al finanziamento dell’utilizzo di fonti energetiche rinnovabili.

Enel S.p.A., seguendo questo trend, ha deciso recentemente di affiancare la tecnologia minieolica alla tecnologia eolica delle grandi macchine, predisponendo la costruzione di una stazione sperimentale in Toscana in località Molinetto, con lo scopo di caratterizzare aerogeneratori di piccola col fine di effettuare la misura delle prestazioni energetiche, della qualità della potenza elettrica immessa in rete e dell’impatto acustico degli aerogeneratori.

La tesi in esame si colloca all’interno di questo progetto ed ha come obiettivo lo sviluppo di un applicativo avanzato, progettato in ambiente Labview, per la gestione ed elaborazione di dati di esercizio dalla stazione di prova nel rispetto del protocollo di test descritto dalla normativa internazionale IEC 61400-12. Nell’elaborato viene messa in evidenza sia la funzionalità dell’applicativo, tramite il quale si potranno effettuare l’acquisizione, la gestione, il controllo qualità e l’elaborazione dei dati necessari alla valutazione delle prestazioni energetiche delle macchine testate che la sua versatilità. Il sistema sviluppato è infatti applicabile sia alla caratterizzazione di macchine di grande che di piccola taglia, è in grado di gestire dati di molteplici macchine e torri anemometriche contemporaneamente ed è dotato di parametri configurabili arbitrariamente in funzione del sito di prova o di particolari esigenze di sperimentazione.

Sommario

Introduzione

1

Capitolo 1 Panoramica sull’energia eolica

4

1.1 La risorsa vento 4

1.2 Caratterizzazione della risorsa eolica ai fini della produzione energetica 5

1.3 Panoramica sulle turbine eoliche e mineoliche 14

1.3.1 Classificazione delle turbine eoliche 14

1.3.2 La legge di Betz 24

1.3.3 Componenti principali e sistema di controllo 28

1.4 L’eolico nel mondo e in Italia 33

1.4.1 L’eolico nel mondo 33

1.4.2 L’eolico in Italia 35

Capitolo 2 Struttura e caratteristiche dell’applicativo

38

2.2 Parametri in input all’applicativo 40

2.3 Fase di elaborazione 43

2.4 Parametri in output all’applicativo 46

Capitolo 3 Descrizione e caratterizzazione anemometrica della stazione

sperimentale di Molinetto

50

3.1.1 Layout del sito di prova 50

3.1.2 Catena di acquisizione dati 52

3.2 La caratterizzazione del sito 55

3.2.1 Procedura per l’esecuzione della caratterizzazione 55

Capitolo 4 L’applicativo

67

4.1 Introduzione 67

4.2 Blocco di Input 73

4.2.1 Dati in input provenienti dalle apparecchiature della stazione di prova 73

4.2.2 Interfacce per la lettura dei dati provenienti dalle apparecchiature della stazione di prova 75

4.3 Blocco di elaborazione 76

4.3.1 Sincronizzazione 76

4.3.2 Calcolo della densità media dell’aria in sito durante il periodo di sperimentazione 84

4.3.3 Trattamento statistico dei dati 87

4.3.4 Valutazione del settore di provenienza del vento 91

4.3.5 Valutazione della torre anemometrica di riferimento 92

4.3.6 Normalizzazione dei dati e utilizzo dei coefficienti di distorsione del flusso 94 4.3.7 Suddivisione dei dati in bin di velocità, calcolo dell’AEP e del coefficiente di potenza 99

4.3.8 Presentazione finale dei diagramma a blocchi usati per l’elaborazione dati 111 4.4 Blocco di output 112

4.4.1 Parametri in output all’applicativo 112

4.4.2 Archiviazione dati ed interfacce per la visualizzazione degli output 115

Capitolo 5 Validazione dell’applicativo

116

5.2 Analisi di sensitività 125

5.2.1 Analisi di sensitività dell’ampiezza temporale degli intervalli di media 126 5.2.2 Analisi di sensitività rispetto a variazioni del valore di riferimento del

parametro 9 129

Capitolo 6 Conclusioni e sviluppi futuri

132

Bibliografia

133