CALCOLO PRODUZIONE MINIEOLICA

Sezione tecnica: calcolo della produzione di una turbina eolica

Chiariamo subito che per calcolare la produzione elettrica di un impianto minieolico non è semplice come calcolare la produzione di un impianto fotovoltaico di cui abbiamo parlato a questa pagina, ma dipende da vari fattori: la ventosità media del sito e la sua direzione prevalente, la curva di potenza della turbina eolica, l'altezza del mozzo della torre eolica, la conformazione del terreno, la presenza di altri generatori eolici, la presenza di centri abitativi o presenza ostacoli importanti come boschi, e poco altro.
In ogni caso per calcolare la produzione elettrica di una singola turbina eolica o minieolica abbiamo bisogno di due dati fondamentali che sono la curva di potenza e ventosità del sito.
Il primo dato, la curva di potenza di una turbina eolica, si trova sui siti dei produttori della pala stessa, ed un esempio lo mostriamo qui sotto, ma la fondamentale differenza deve essere la certificazione dei dati perchè, nella nostra esperienza, abbiamo trovato aziende che dichiaravano la possibilità di produrre energia al di fuori del limite fisico massimo possibile della turbine stessa, limite imposto dalla Legge di Betz.

La curva di potenza indica, nelle ascisse la velocità del vento espressa in metri al secondo, in ordinate la potenza del generatore eolico relativa espressa in kW.
Cosa significa? Che a quella velocità del vento, quella pala con quel generatore, produce mediamente quella potenza.
È ovvio che si può confrontare e verificare se essa è plausibile rispetto alla generazione elettrica, e che essa sia inferiore al limite teorico di Betz, ricordiamo pari al 59%. Si può fare rapportando la potenza dichiarata alla ventosità dichiarata rispetto alla potenza massima disponibile del flusso d'aria con la formula indicata in questa pagina.
Il rapporto si chiama coefficiente di potenza, in acronimo cp, ed è indicato nel grafico successivo. Le aziende serie lo indicano di default, che infatti notiamo di poco inferiore ad un valore di 0,4, ovvero il 40%, dai 5 ai 8 m/s, ed è raro trovare turbine eoliche che superano un cp di 0,40-0,45 sopratutto su turbine di piccole dimensioni.
Ma rispondiamo alla domanda: quanto produce una turbina minieolica?
Abbiamo detto che ci sono necessarie, in prima approssimazione, la curva di potenza e la ventosità del sito, ma se non l'abbiamo? Possiamo stimarla. Come? Rivedete questa pagina, oppure cercate l'Atlante Eolico, cercate dove volete fare una analisi di producibilità dell'impianto minieolico settando TUTTI i parametri corretti per la stima negli strumenti messi a disposizione, e vi troverete un dato stimato approssimativo di ventosità fra 5-6 m/s, oppure 6-7 m/s, oppure ancora fra 4-5 m/s, mentre scarteremmo siti con risorsa inferiore ai 4 m/s.

Con questo dato potete ipotizzare una distribuzione del vento "normale" secondo una distribuzione di Raileigh, o di Weibull con parametro k=2 che si equivalgono (i link servono per spiegazioni sulle funzioni matematiche), introducendo purtroppo già un errore dovuto alla mancanza del dato della direzionalità del vento, e ne esce una distribuzione della probabilità in funzione della velocità del vento in m/s.
Per semplificarvi tantissimo la vita potete utilizzare la formula presente in Excel, Weibull appunto, che utilizza α e β come parametri equivalenti ai parametri utilizzati A e k nella spiegazione di Wikipedia.
Attenzione che β, o meglio A nei parametri tradizionali, è la velocità media della distribuzione di Weibull, ma non è il valor medio restituito dall'Atlante Eolico.
La velocità media, ovvero il parametro A che Excel chiama β, si può desumere con una formula diversa, ed anche qui Excel ci da una grossa mano, utilizzando le formule EXP e LN.GAMMA in modo opportuno, ed è meglio che non entriamo troppo nel dettaglio.
Per dettagli più approfonditi potete contattarci alla casella di posta elettronica info@rinnovabili.biz o attraverso il nostro format.
Alla fine dei calcoli, ipotizzando per esempio 6.5m/s quando l'Atlante Eolico restituisce per quella zona un valore compreso fra 6-7 m/s, e dovreste ottenere un parametro A di 7.3 ed avrete una distribuzione della probabilità del vento simile a quello in figura.

Una volta calcolata la probabilità, come in questo caso, di 11.0% del tempo a 4 m/s, 11.7% a 5m/s, 11.4% a 6m/s, 10.5% a 7m/s, 9.1% a 8m/s e via dicendo, si calcola la produzione sommando tutti i fattori della seguente formula:

dove:
-Energia è la produzione annuale di energia elettrica stimata espressa in kWh;
-Potenza è quella espressa in kW relativa alla velocità del vento che si trova sulla curva di potenza;
-Probabilità viene espressa in % alla stessa velocità del vento indicata per la Potenza;
-8760 sono le ore totali annuali.

Ne esce ovviamente che, a 4m/s una nota pala eolica da 660kW con rotore di 47 metri produce circa 2700kWh, a 5m/s circa 42.500, a 6m/s circa 91.900, a 7m/s circa 144.600, e via dicendo.
Ebbene: la produzione annuale è proprio la somma di tutti questi valori, tipicamente da 0 a 25m/s.
Capiamo benissimo che persone non esperte potrebbero trovare serie difficoltà nell'approccio del calcolo di produzione di una pala eolica o minieolica per cui, se realmente motivati ed interessati all'installazione di una turbina su un proprio terreno o un terreno da scegliere, potremmo aiutare nell'esecuzione del calcolo, ed è sufficiente contattarci cliccando qui.
Se invece volete proseguire con le informazioni, per esempio, di quali tipi di pale minieoliche è consigliabile installare qui in Italia, potete cliccare qui.

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