Prof. Ing. D. P. Coiro
Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale (DIAS)
Università di Napoli “Federico II“
www.dias.unina.it/adag/
[email protected]
Pantelleria, isola energica, 16-17 Giugno 2012
Università degli Studi di Napoli “Federico II”
www.dias.unina.it/adag/
Prof. D. Coiro - Dr. F. Nicolosi - Dr. A. De Marco
Dr. F. Scherillo - Ing. U. Maisto –Ing. R. Familio
Ing. G. Troise – Ing. S. Marmo – Ing. F. Lioniello – Ing.
Elia Daniele – Ing. L. Izzo – S. D’Urso
Il gruppo di ricerca ADAG opera nel settore della ricerca applicata
dell’aerodinamica, idrodinamica, prove sperimentali in galleria del vento e
vasca navale. Sviluppa progetti nel mondo dell’aviazione leggera ed in
quello delle rinnovabili dal vento (mini turbine eoliche) e dalle correnti
marine e fluviali. 11ricercatori appartengono al gruppo ADAG
Design of a new composite STOL ultralight:
EASYFLY
Multiple winglet design
Flexible structures
Flight test
Wind tunnel test
4/38
6-DOF simulator
Siamo un gruppo che opera nel campo della ricerca applicata.
Nelle rinnovabili operiamo in due settori:
1. Energia dalle correnti marine e fluviali
2. Mini eolico con turbine ad asse orizzontale e verticale
Sinergia tra
gruppo di ricerca ADAG-Università www.dias.unina.it/adag/
e
EOLPOWER Group Srl, www.eolpowergroup.it
EOLPOWER Group, energia
pulita dal vento e dall’acqua per
la micro-generazione distribuita
www.eolpowergroup.it
Le aziende private con cui collaboriamo
60 kW EOL-CK-60
COMECART (CN)
CARTFLOW (CE)
5 kW EOL-H-5
1 kW X-ONE
2,5 kW BORA
Kobold tidal turbine
Seapower tidal turbine
GEM tidal turbine
Eolpower Group
JCOPLASTIC (SA)
Montanari Energy (RE)
PONTE DI ARCHIMEDE INTERNATIONAL
FRI-EL SEAPOWER
Ing. Nicola Morrone
Parco Scientifico e tecnologico Molise
Tecnologia eolica
CLASSIFICAZIONE PER
ASSE DI ROTAZIONE
Asse orizzontale
Asse verticale
//
90°
7
Tecnologia eolica
ASSE VERTICALE ALCUNI ESEMPI
HDarrieus
Savonius
Darrieus
Gorlov
8
ACQUA
O
ARIA
Swept
Area
Velocita’=V
D
Potenza Teorica del flusso d’aria o acqua che investe il rotore = 0.5 r V3 S
r è la densita’ dell’acqua o aria (la densità dell’acqua è 850 più grande dell’aria)
V è la velocità del fluido che investe il rotore
S è l’area frontale investita (S=*R2 –Horiz. or S=D*H-Vertical)
Esempio:
r = 1.22 Kg/m3 V = 10 m/s
S = 30 m2 D = 6 m =>
Ptheoretical = .5 * 1.22 * 1000 * 30 = 18300 Watts = 18.3 Kw
Concetti di Base
Potenza Teorica del fluido che investe il rotore = 0.5 r V3 S (Watts)
Potenza Elettrica effettiva prodotta dal generatore Pelettrica (Watts)
Pelectrical
Pelectrical
η=
Efficienza Globale del sistema = η =
Ptheoretical
.5 ρ V 3 S
Esempio (aria): r = 1.22 Kg/m3 V = 10 m/s S = 30 m2 D = 6 m =>
Pteorica = .5 * 1.22 * 1000 * 30 = 18300 Watts = 18.3 Kw
Pelettrica= Pteorica * Rotore * Gearbox * generatore * Sistema elettrico
Se L’Efficienza Globale è:
= Rotore*Gearbox*Generatore* Elettrico= = 40%
Pelettrica = .40 * 18.3 = 7.32 Kw
=>
PERCHE’ LE CORRENTI MARINE?
Con solo 1 m2 di area frontale
intercettata e con una velocità
della corrente di marea di 3
m/s, è possibile produrre circa
3.3 kW di potenza elettrica
(con un sistema con un
rendimento globale =.25)
1 metro
ACQUA
ARIA
Un equivalente flusso d’aria
che intercetta 1 m2 di area
frontale, per produrre 3.3 kW
deve avere una velocità di circa
28 m/s (101 km/h)
I VANTAGGI DELL’ ACQUA
Progetti e prototipi realizzati
•TURBINA MARINA AD ASSE VERTICALE – PROGETTO KOBOLD (1997-2003) –
dal 2008=>oggi
Progettazione, sperimentazione in galleria del vento e realizzazione di una
turbina marina ad asse verticale (denominata KOBOLD) per lo sfruttamento delle
correnti di marea. La turbina è stata sviluppata insieme alla società “Ponte di
Archimede International” di Messina. La turbina ha un diametro di 6 m e le pale
sono lunghe 5 metri. Il prototipo è installato nello stretto di Messina. La turbina
KOBOLD è stata oggetto del brevetto internazionale n. WO 2005/024226 A1.
KOBOLD II è in fase di sviluppo e sarà installata in Indonesia e nelle Filippine
Disegno del sistema completo Prototipo in opera nello Stretto di Messina
Prototipo sul molo
MOVIE
Designed and tested prototype: SEA-POWER Project
Progetti e prototipi realizzati
TURBINE MARINE AD ASSE ORIZZONTALE – PROGETTO SEA-POWER
Il progetto di ricerca, in collaborazione con la FRI-EL, e’ ancora in corso. Sono state
effettuate numerose prove nella vasca navale della “Federico II” e sara’ la controllata FRI-EL
SEA POWER S.p.A a realizzare un prototipo in scala reale da 500 kW la cui progettazione e’
gia in fase avanzata. Il sistema e’ costituito da un corpo galleggiante, fissato al fondo
marino, al quale sono collegati 4 filari su ognuno dei quali sono montate 5 turbine ad asse
orizzontale. Ogni filare e’ anche l’albero di trasmissione del moto e della potenza prodotta
da tutte le turbine. Test effettuati anche a mare.
VIDEO (Italian)
Ruota Idraulica
In collaborazione con
Ecolcap Srl
Semplicità + Bassi
Costi
Miglioramento
dell’efficienza rispetto
allo standard
Adatta ai fiumi
video
Progetti e prototipi realizzati
TURBINA MARINA AD ASSE ORIZZONTALE
– PROGETTO GEM: L’aquilone del mare
La turbina nasce da un progetto di ricerca in collaborazione con l’ Ing. Nicola
Morrone originariamente con il Parco Scientifico e Tecnologico del Molise.
Obiettivo finale è una turbina da 300 kW per la produzione di energia dalle correnti
di marea da installare a circa 12 m di profondità. La turbina, avente 3 pale avra’ un
diametro di circa 5 m. Sono state svolte dettagliate analisi numeriche e due
modelli sono stati sperimentati nella vasca navale della “Federico II”.
BREVETTATA
Vasca navale
Primo modello in
scala
GEM: Come funziona
In assenza di corrente (profondità=15 m) Attivamente controllato in rotazione
In presenza di corrente
In manutenzione e pronto per il trasporto
II modello in scala 1:8 – Esperimenti in vasca navale
Efficienza globale
del rotore di .8 !!
Prestazioni del prototipo da 100 kW
-Potenza nominale di 100 kW con una
velocità della corrente di 2.6 m/s
- Diametro del rotore: 3 m
- Profili innovativi per la pala
- Pale in carbonio
- Velocità di rotazione nominale: 70 rpm
GEM – e’ installato nella Laguna Veneta
Senza impatto visuale
Argano per l’autoaffondamento
Ritorno in superficie
per una facile
manutenzione
Stabilità elevata
Auto-allineante alla
corrente
Molto stabile anche
con una turbina
inoperativa
Facile trasportabilità
GEM – Il primo prototipo a scala reale
Il primo prototipo e’ stato installato recentemente ed è stato
finanziato dalla Regione Veneto
GEM – Caratteristiche principali
-
Peso totale: 10700 kg
-
Forza di galleggiamento: 5200 kg
-
Profondità: da 15 m a 9.8 m
(presenza di corrente)
-
Potenza nominale: 100 kW con una
corrente di 2.6 m/s
-
Rotore di 3 pale dal diametro di 3 m
-
Profili delle pale innovativi
-
Pale in fibra di carbonio - Diffusori in
vetroresina
-
Velocità di rotazione nominale: 65
rpm
-
Efficienza del rotore: 0.8
-
Produzione media annua prevista
per un sito con velocità della
corrente massima di 2,5 m/s: ~ 300
MWh
Dimensioni
- Lunghezza: 9.2 m
- Altezza: 5.2 m
- Larghezza: 10.4 m
GEM – e’ installato nella Laguna Veneta
Bassa velocità della corrente a
Venezia: max 1.5 m/s
Massima potenza attesa= 20 kW
Stiamo cercando
investitori
GEM – Il primo prototipo a scala reale
Movie
GEM – La fattoria
IL LABORATORIO NELLO STRETTO
E’ stato costituito il Consorzio pubblico privato
SEAPOWER tra l’Università Federico II e la Fri-El
per gestire il laboratorio a cielo aperto nello
Stretto di Messina che ospiterà anche turbine
provenienti da paesi esteri al fine di certificarne le
VIDEO
prestazioni
EOL-H-5
X-ONE
Pronta alla
produzione
EOL-H-5
Diametro 6 m
Potenza nominale= 5 kW
Velocità vento nominale= 9 m/s
Variazione del passo passivo
Pala con profili avanzati
Diametro 2 m
Altezza pale=2.5 m
Potenza nominale= 1 kW
Velocità del vento
nominale= 10 m/s
Turbina ad asse verticale X-ONE – 1kW
Adatta ad ambienti urbani
www.jcoplastic.com
Vista prospettica della turbina EOL-H-5 e della turbina
EOL-V-1 MYTHOS montate su pali di 12 m
La nuova nata: BORA 2.5 kW -PRONTA ALLA VENDITA IN 6 MESI
Performance data
Nominal power 2.5 kW with wind at 10.5 m/s
1. kW power with wind at 7 m/s
Low start-up speed: 2 m/s
Cut out speed: >30 m/s
Rotor
Three-blades 3,7 m diameter rotor
Innovating blade section profiles
Fiberglass blades
Rotation speed: 30 to 300 rpm
Rated rotational speed: 300 rpm
Overspeed control: three independent
systems
Blade stall through electronic RPM control
Furling system
Safety electrical resistance
Low Noise
Generator
Permanent Magnet direct drive generator
High global efficiency of the system
Collaborazione con Montanari Energy – Emilia Romagna
EOL-CK-60 con Comecart (Cuneo)
•Potenza nominale 60 kW
con vento di 10 m/s
•Genera ~ 24 kW con vento
di 6 m/s
•Rotore tripala con diametro 16,5
m
•Bassa velocità di avvio
(~ 2 m/s)
•Sistema automatico e attivo di
variazione del passo e di yaw
EOL-CK-60 – in collaborazione con COMECART SPA
Prove fatica pala
Prove rottura pala
EOL-H-5
EOL-CK-60
Fattibilità Economica
1. La parola più importante per la sostenibilità è: INTEGRAZIONE di fonti
diverse di energia (solare, vento, onde, eventualmente correnti marine)
2. Indipendentemente dal tipo di sorgente scelta e dalla potenza
installata, per ognuna di essa va condotta un’analisi di fattibilità
economica
3. E’ necessario quindi rispondere alle seguenti domande:
• Quanto costeranno I sistemi?
• Quanta energia posso ottenere per ognuno di essi?
• Quanto costerà la manutenzione?
• Quanto dureranno I sistemi?
4. Solo quando si riesce ad avere con buona confidenza le risposte alle
domande poste, si riesce a stimare con buona accuratezza il tempo di
ritorno dell’investimento e quindi si riesce ad effettuare la scelta
migliore in termini di tecnologia e/o tipologia del sistema più adatto
alle risorse disponibili
Quanto vento c’e’ a Pantelleria?
In prossimità della costa:
Zone centrali piu’ alte:
velocità medie tra 6 e 7 m/s,
velocità medie tra 7 e 8 m/s.
Quanto energia si può produrre a Pantelleria?
In prossimità della costa: velocità medie tra 6 e 7 m/s
Stima preliminare produzione annua netta della turbina EOL-H-5
Energia annua:
Ea=
Ore equivalenti:
He=
Ricavo annuo (tariffa 0.3 €/kWh):
Y=
Ricavo annuo (tariffa 0.26 €/kWh):
Y=
16400 kWh
3280 h
4920 €
4264 €
Stima preliminare produzione annua netta della turbina EOL-CK-60
Energia annua:
Ea=
Ore equivalenti:
He=
Ricavo annuo (tariffa 0.3 €/kWh):
Y=
Ricavo annuo (tariffa 0.26 €/kWh):
Y=
170100 kWh
2835 h
51030 €
44226 €
Quanto energia si può produrre a Pantelleria?
Nelle zone interne: velocità medie tra 7 e 8 m/s
Stima preliminare produzione annua netta della turbina EOL-H-5
Energia annua:
Ea=
Ore equivalenti:
He=
Ricavo annuo (tariffa 0.3 €/kWh):
Y=
Ricavo annuo (tariffa 0.26 €/kWh):
Y=
18800 kWh
3760 h
5640 €
4888 €
Stima preliminare produzione annua netta della turbina EOL-CK-60
Energia annua:
Ea=
Ore equivalenti:
He=
Ricavo annuo (tariffa 0.3 €/kWh):
Y=
Ricavo annuo (tariffa 0.26 €/kWh):
Y=
170100 kWh
2835 h
51030 €
44226 €
In quanto tempo rientra l’investimento?
Nelle zone costiere: velocità medie tra 6 e 7 m/s
Eol-H-5
Prezzo della turbina installata
Autorizzazioni, allaccio alla rete, qualifica
IAFR
20.000,00€
2.000,00€
Fatturato
Manutenzione ordinaria, assicurazione
Manutenzione straordinaria
Ripristino dei luoghi dopo 20 anni
4.888,00€ / anno
1.000,00€ / anno
2.000,00€ / 10anni
5.000,00€
Rientro dell’investimento
Guadagno a 20 anni
5,65 anni
48.760,00€
Rendimento annuo dell’investimento
17,7%
In quanto tempo rientra l’investimento?
Nelle zone costiere: velocità medie tra 6 e 7 m/s
Eol-CK-60
Prezzo della turbina installata
225.000,00€
Autorizzazioni, allaccio alla rete, qualifica 6.000,00€
IAFR
Fatturato
Manutenzione ordinaria, assicurazione
Manutenzione straordinaria
Ripristino dei luoghi dopo 20 anni
51.272,00€ / anno
3.000,00€ / anno
3.000,00€ / 10anni
10.000,00€
Rientro dell’investimento
Guadagno a 20 anni
4,78 anni
952.440,00€
Rendimento annuo dell’investimento
20,9%
Integrazione delle piccole turbine sui moli
Una turbina da 60 kW e tre da 5 kW ad asse
orizzontale, due da 1 kw ad asse verticale :
potenza totale installata pari a 77 kW
Integrazione delle piccole turbine sui moli
Energia totale prodotta per anno: 234.000 kwh
Guadagno totale per anno: 65000 Euro
PAYBACK TIME: circa 5 anni!!
Integrazione delle piccole turbine: Accademia Aeronautica di Pozzuoli
EOLPOWER Group : Le Convinzioni
La reale promozione e lo sviluppo della produzione di
energia pulita da fonti eoliche passa per la diffusione
della microgenerazione distribuita
Dateci un fluido in moto e noi estrarremo il massimo
di energia!
EOLPOWER Group,
energia pulita dal vento e dall’acqua
per la microgenerazione distribuita
www.eolpowergroup.it
