Home

Documento PDF - Università degli Studi di Padova

Contents

1. BRIDGE 1 11 16 rect_2 11 16 rect_1 PROTE CTIONS Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori Figura 3 16 Modello del sistema E E MOV 20 amiy Al Si vi I i as lt gt Ja CT Si v dq v_dq_gr gt a IN Vgrid Vrms grid gt ft abc to dq grid e Vrms gen gt di dq v_d v dq v_dq_gen Vg en gt lv abo err V gt abc to dq b IN ini gen PHASE ERROR COMP UTATION Vgen i_pu gt a OUT amp _____4 E la IN i gt e z on b OUT s __ _ _4 a2 b IN v gt cop pia IN vN gt c OUT CIN a OUTR bOU
2. 1 LI LI nooo nconldonnnononal nno ndonono ee ee ee ee A ALMA Si 54 TENSIONE DI CAMPO COFO IL GUASTO al 0 07 Di oe ae eer 7 alia ol sibi iii cai sl les 0 07 eee ee siete eee eee rE n mee meo a sa wrt ttt rere meme ca i n i i e E i br i Ss i i 0 06 06 A a ha a 7 i Siete eh SSS Sb A pe i A iaje oe NI SR RE A pece sama 1 I i I i I i F i i I 0 05 cams san cda acaba mm eee eee eee eee ee ee A AS E E ai as gt mom TE CRA a a ca o 0 03 i 0 04 5 TENSIONE DI CAMPO PRIMA DEL GUASTO 04 S COPPIA ELETTRONAGNETICA PRIMA DEL CUASTO www www ww we wehbe we we ewe hee ewe h eee eee whee ili a fl fn fia A ee ee ee eee AAA ee ee ee ee ii o A A poonoo pon pr uni adan naa laa cr rocas cr co dr rca des se S porn SPREA II urne eee era naaa a aaa cama o i 0 02 Be Sea aed eS ee TEE ee eee eee ee ee ee De TI E AS SY 0 91 140 H 120 100 80 ea 40 29 A Y PA 0 01 g2 Perea da ees were 55 54 n 61 ss COST 2 51 9 106 UL DUI M 132 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori Guasto per corto circuito di un diodo con singolo raddrizzatore I grafici seguenti rappresentano le princi
3. sie olio in pressione N o A ritorno d olio azionamiento y servomotore Figura 2 4 Regolatore di velocita meccanico idraulico I regolatori possono essere meccanici meccano idraulici o elettro idraulici secondo la precisione di regolazione che si desidera ottenere I meccanici sono adottati solamente nelle micro turbine di pochi kW di potenza essendo costituiti da un centrifugo a palle molto pesanti che agisce direttamente sul distributore I meccano idraulici pi comuni utilizzano anch essi un sensore a palle per pi leggero e preciso Quando la turbina sovraccaricata e quindi rallenta le pale scendono ed aprono il cassetto di distribuzione dell olio facendolo entrare nella parte alta del servomotore Ci provoca l apertura del distributore aumenta la portata in turbina e di conseguenza la velocit o equivalentemente la frequenza di generazione In un regolatore elettro idraulico un sensore elettronico rileva permanentemente la frequenza e trasmette il segnale ad un nodo di somma nel quale confrontato con il valore di consegna Se il segnale trasmesso dal sensore differisce significativamente da quello prefissato viene emesso un 63 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili segnale d errore positivo o negativo che una volta amplificato inviato al servomotore affinch agisca nel senso richiesto Tutti questi sistemi di regolazione agiscono per azi
4. PMOV E MOV 11 16 RECT 2 V1 V6 RECT 2 Rectifier 1 CT A lt gt B gt C Rectifier 2 Figura 3 56 Struttura blocco PONTI RADDRIZZATORI PROTEZIONI sx e struttura del singolo ponte dx 130 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori Guasto per apertura di un diodo con singolo raddrizzatore I grafici seguenti rappresentano le principali grandezze coinvolte nella simulazione di apertura di un diodo in un raddrizzatore a singolo ponte a t 0 15 la corrente di campo si riduce e di conseguenza la macchina si porta a lavorare con un fattore di potenza pi elevato Si nota anche il deteriorarsi della forma d onda di tensione del campo e della coppia elettromagnetica CORRENTE DI STATORE x T COPPIA ELETTROMAGNETICA 1 i E PERTINI It ananas unana n 1 131 i Marelli Motori Generatori sincron CORRENTE DI CAMPO PRIMA DEL GUASTO Capitolo 3 E r sanasgrana sapana mi i a Se SS ee ee ee eee pe aana dl a oenn a i 2 35 caoba fas CI i 2533 2 3 CORRENTE Dl CAMPO DOPO IL GUASTO 234 COPPIA ELETTROMAGNETICA DOPO IL GUASTO ni ii it i nanne o ganz o e 1 1 J LI LI z 1 1 4 n LI LI 1 LI 1 1
5. Controllo PID Controllo ottimo LQ con antiwindup 4 4 1 A in 1 015 1 01 1 005 4 0 995 0 99 o Controllo PID Controllo ottimo LQ con antiwindup 0 985 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Time S 20 40 60 i 80 100 120 Time s 140 160 180 Figura 4 11 Tensione DC di eccitazione confronto tra controllore PID e controllore ottimo LQ Figura 4 12 Velocit di rotazione del rotore confronto tra controllore PID e controllore ottimo LQ Si nota immediatamente la rapidit con cui il sistema va a regime ad ogni transitorio dovuto alla modifica del carico connesso Il controllo ottimo progettato ha permesso di migliorare sia il tempo di risposta sia l energia utilizzata nell eccitazione e quindi sprecata migliorando il rendimento dell intero sistema Ci avviene perch la tensione di eccitazione varia in tempi molto rapidi tra gli 0 volt e il valore massimo definito da un blocco saturatore similmente ad un controllo bang bang che caratterizza un controllo ottimo a tempo minimo Tuttavia ne giova anche l energia utilizzata grazie 174 200 Capitolo 4 Simulazione di un controllo ottimo alla rapidit con cui il sistema si
6. Figura 3 15 Particolare di un pacco rotorico in evidenza parte del circuito di smorzamento 95 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori 3 0 Inserzione in parallelo con errore d angolo E stato condotto uno studio tramite simulazioni Matlab Simulink per valutare il transitorio elettromeccanico che sorge nel momento in cui nella manovra di messa in parallelo del generatore l interruttore venga chiuso in presenza di un errore di fase tra la tensione di rete e la f e m a vuoto al morsetti del generatore Il sistema modellizzato per lo studio in oggetto comprende 96 Rete elettrica con potenza di corto circuito specificata al punto di parallelo Interruttore di parallelo Generatore sincrono trifase con rotore avvolto e doppio smorzatore asse d asse q Sistema di calcolo e visualizzazione dell angolo di sfasamento tra tensione di rete e di generatore Raddrizzatore rotante composto di due ponti a 6 diodi in parallelo Condensatore installato in parallelo al campo Varistore in ossido di metallo MOV installato in parallelo al campo Rotore trifase di eccitatrice rotante i V rms 90 deltaDeg syn ch_err fase time 46 08 rot EDR EX CITER BRIDGE 2 Figura 3 17 Struttura del blocco ROTATING BRIDGES PROTECTIONS sx e struttura del singolo ponte dx
7. possibile minimizzare il costo di adempimento degli obblighi nazionali Rischi e Danno per l immagine aziendale nei confronti degli stakeholder e Vincoli sugli impianti produttivi esistenti e futuri e Alterazione del mercato di riferimento verde Opportunit e Miglioramento della redditivit degli investimenti e Allargamento del mercato nei paesi emergenti e Riduzione dei costi di adempimento di misure nazionali e Sfruttamento delle opportunit offerte dal mercato verde 16 Capitolo 1 Fabbisogno energetico Un buon esempio da seguire dato da un paesino di 4000 abitanti G ssing in Austria L amministrazione pubblica ha deciso di svincolarsi completamente dal petrolio investendo in energie rinnovabili e ottenendo oltre ad un indubbia miglior vivibilit del territorio anche un considerevole ritorno economico favorito dall indotto energetico e dal turismo In sostanza Giissing sfrutta ci che l ambiente offre sole legno mais vento grassi vegetali e rifiuti per ricavarne riscaldamento elettricit gas e carburante per le auto ottenendo una diminuzione del 90 delle immissioni di anidride carbonica e un guadagno annuo stimato di circa 500 mila euro ottenuto dalla vendita del surplus di energia elettrica Il denaro incassato viene utilizzato in parte per ammortizzare 1 costi dei progetti in corso e in parte per finanziare quelli che verranno Questa scelta coraggiosa oltre ai benefici ambientali ed econo
8. posto all interno dell albero cavo della turbina che azionato da un servomotore idraulico Le turbine Kaplan hanno l alimentazione radiale mentre le semi Kaplan possono averla sia radiale sia assiale 61 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili Le turbine Kaplan non sono adatte per impianti mini idroelettrici in quanto hanno bisogno di portate molto grandi 2 1 3 6 Regolazione della turbina Le turbine sono progettate per un salto ed una portata predeterminata Qualunque variazione di questi parametri deve essere compensata aprendo o chiudendo 1 dispositivi di regolazione della portata come le pale direttrici valvole o paratoie al fine di mantenere costante qualsiasi sia la potenza d uscita sulla rete il livello dell acqua nel bacino di carico o la portata che attraversa la turbina In impianti che alimentano reti isolate il parametro da controllare la velocit della ruota direttamente proporzionale alla frequenza di generazione All aumentare della richiesta d energia il generatore si sovraccarica e rallenta viceversa quando avviene un distacco di carico In via di principio esistono due metodi per regolare la velocit in queste situazioni variare la portata d ingresso nella turbina oppure dissipare l eccesso di potenza prodotta in banchi di resistenze Il metodo pi convenzionale di regolare la velocit e la frequenza intervenendo sulla portata turbinata Un senso
9. Block Parameters Synchronous Machine pu Standard Synchronous Machine mask link Implements a 3 phase synchronous machine modelled in the dg rotor reference frame Stator windings are connected in wye to an internal neutral point Nominal power line to ine voltage frequency Pn VA Vn Wrms fn Hz 375063 430 50 Reactances Xd Xd Xd Xq Xq XI pu 2 7 0 290 0 142 1 45 0 156 0 005 d axis time constants short circuit q axis time constants Short circuit Time constants Td Td Tq 5 449 0 0681 0 0513 Stator resistance Rs pu 0 008 Inertia coeficient friction factor pole pairs H s F pu p 0 7277 0 01 3 Initial conditions dw th deg ia ib ic pu pha phb phc deg Vf pu ooo0000001 a Simulate saturation Saturation parameters ifd1 ifd2 pu vti vt2 pu Sistema di eccitazione Figura 4 3 Blocco motore diesel controllo dell eccitazione Il motore primo un motore diesel controllato in velocit come da schema di figura 4 4 Esso riceve in ingresso la velocit di riferimento e quella reale del generatore e fornisce in uscita la potenza meccanica sviluppata e trasmessa all alternatore I segnali sono espressi in base unitaria 161 Capitolo 4 Simulazione di un controllo ottimo 0 00025 40 01s 1 Transfer Fen Transfer Fen Integrator Transport Gain Delay controllore attuatore Transfer Fon F
10. FD positive gt PD negative PD positive PD negative PD positive lt PD negative erarirha narsiali a b c Figura 3 81 a Una scarica parziale b Distribuzione tipica degli impulsi relativi a scariche parziali c Posizione dei vacuoli in cava e polarit prevalente delle scariche parziali La distribuzione tipica delle scariche prevede impulsi negativi raggruppati a 45 e impulsi positivi a 225 con riferimento alla tensione fase terra figura 3 81 b Nelle cave la polarit degli impulsi pu dare un indicazione della posizione degli stessi come illustrato in figura 3 81 c Il metodo di misurazione prevede strumentazione appositamente studiata allo scopo l apparecchiatura si avvale di una terna di condensatori di accoppiamento capacit intorno al centinaio di picofarad e di uno strumento ad essi collegato attraverso opportuni filtri Lo strumento in grado di rilevare delle scariche l ampiezza la polarit la frequenza e la fase rispetto alla tensione Un primo tipo di rappresentazione figura 3 82 a fornisce la distribuzione del numero delle scariche per secondo in funzione della loro ampiezza espressa convenzionalmente in mV Un secondo tipo di grafico a tre dimensioni figura 3 82 b riporta il numero di impulsi per secondo asse verticale l angolo di fase asse orizzontale e l ampiezza degli impulsi terzo asse 10 000 Ci a A 2 10 E 5 g E n 1 3 3 o n B Ba a a
11. Le normative che regolano l allacciamento del generatore alla rete pubblica definiscono una serie di criteri e modalit onde evitare disturbi di alimentazione e garantire continuit di servizio e sicurezza A parte gli interruttori fisici di protezione in caso di emergenza ogni altra funzione deve essere svolta dal controllore il quale quindi non si occupa pi soltanto di regolare l eccitazione per ottenere al morsetti d uscita la tensione desiderata ma si incarica di garantire affidabilit al servizio fornito e quindi alta qualit Si visto attraverso simulazioni e riscontri in sala prove che un controllo di qualit permette di evitare problemi di instabilit o oscillazioni possibile ristabilire il sincronismo con la rete in caso di distacco e stabilire numerose funzioni di monitoraggio e sicurezza per assicurare la disponibilit del sistema ossia evitare fermi macchina per manutenzioni straordinarie Infine la progettazione del controllo ottimo lineare quadratico per la regolazione della tensione di eccitazione ha dimostrato di poter migliorare il rendimento e le prestazioni del generatore rispetto ad un controllo classico di tipo PID L identificazione black box si confermata un ottimo strumento per la modellizzazione del sistema permettendo l applicazione di algoritmi di controllo avanzati quali appunto il controllo ottimo LQ in spazio di stato Tale controllore necessita la conoscenza degli stati del sistema e per questo m
12. interessante studiare il comportamento del generatore nel momento in cui si stacca improvvisamente dalla rete in modo da evitare che tale condizione comporti guasti al generatore stesso Le cause di un distacco di carico possono essere imputate ad esempio ad un problema della rete o un sovraccarico oppure un interruzione volontaria per manutenzioni per le quali il dispositivo generale dell impianto reagisce con l apertura del contatto Con tale intervento il generatore viene isolato dalla rete e quindi l assorbimento di energia al generatore si azzera improvvisamente Ne consegue un accelerazione del sistema motore primo generatore in quanto la coppia motrice si mantiene costante mentre quella di carico cala bruscamente La situazione pu diventare pericolosa per entrambi i componenti a causa della velocit di fuga inoltre al generatore necessario azzerare l eccitazione per evitare sovratensioni Per questo motivo previsto un contatto di diseccitazione che interrompe l alimentazione dell AVR contemporaneamente all intervento della protezione generale Il regolatore del motore primo invece autonomo e si basa semplicemente sulla velocit di rotazione 44 45 Lo stacco del carico pu essere anche soltanto parziale e non totale la tensione o la frequenza della rete calano bruscamente ma non sufficientemente perch il dispositivo generale intervenga con apertura Non accade alcuna azione che possa rilevare la diminuzione d
13. 30 23 8 C Figura 3 79 Termografia puleggia contatto surriscaldato 151 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori Hre Figura 3 80 Termografia cuscinetto surriscaldato In pratica la termografia infrarossa ci d la possibilit di conoscere la temperatura presente in tutti 1 punti di un impianto senza bisogno di un contatto con l impianto stesso Sono facilmente intuibili 1 vantaggi offerti da tale strumento Le rilevazioni vengono effettuate a impianto o macchina in funzione ossia sotto carico questo permette di non fermare o ridurre l operativit dell impianto durante la verifica Il controllo che si effettua estremamente veloce e non invasivo possibile effettuare misure anche a distanza di decine di metri La frequenza delle rilevazioni pu essere contenuta nel tempo semestrali 1 annuali Alcune compagnie assicurative applicano una riduzione dei premi della polizza sull impianto se viene dimostrata l applicazione programmata di una tecnica di salvaguardia come la termografia infrarossa Un attenta analisi costi benefici pu indicare un ritorno economico estremamente conveniente Analisi degli oli lubrificanti L analisi di campioni di olio lubrificante usato consente di ricavare importanti informazioni sullo stato di salute di un macchinario nonch di ottenere indicazioni su possibili azioni correttive Sulla base del rilevamento di particolari condizioni quali il degrado chi
14. E gt J d SS ses N OS PO Magnitude mV Phase angle a b Figura 3 82 Esempio di grafici bidimensionale a e tridimensionale b Gli impulsi in cava sono tipicamente raggruppati a 45 e 225 rispetto alla sinusoide di tensione fase terra di riferimento quando avvengono scariche parziali sulle testate dell avvolgimento gli 155 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori impulsi sono principalmente raggruppati a 15 75 195 e 255 del periodo di riferimento in quanto originate dalla tensione fase fase sono spostati di 30 rispetto alle posizioni classiche Per quanto riguarda la prevalenza di polarit nel grafico bidimensionale figura 3 82 a se il rapporto tra le cariche positive e quelle negative risulta maggiore di 1 5 probabile l impoverimento del semiconduttore Quando invece prevalente la polarit negativa rapporto tra polarit negativa e polarit positiva maggiore di 1 5 le scariche sono localizzate in prossimit del conduttore di rame Infine se 1 tracciati positivo e negativo sono simili l attivit predominante localizzata all interno della barriera isolante Per l interpretazione dei risultati oltre alle valutazioni precedentemente discusse 1 dati devono essere confrontati con quelli ottenuti sulla stessa macchina nelle precedenti rilevazioni per constatare se vi sono state variazioni apprezzabili Tale confronto riguarda soprattutto l ampiezza delle scariche parziali
15. Egitto e negli anni Settanta permise a quasi tutti gli egiziani di avere per la prima volta una connessione elettrica Le conseguenze ambientali sono state numerose sedimentazione eccessiva nelle acque a monte della diga erosione di quelle a valle scomparsa di specie che migravano lungo il corso del Nilo distruzione e aumento della salinit dei delta con la diminuzione della forza del Nilo le acque salate del Mediterraneo sono avanzate lungo il fiume diminuzione della produttivit della pesca lungo il fiume diminuzione della fertilit dei terreni a valle della diga perch senza inondazioni il limo non raggiunge il suolo migrazione di animali marini dal fiume a causa dell aumento della salinit aumento del livello delle acque freatiche nei campi vicini al fiume con conseguente ristagno idrico che a sua volta provoca la diffusione di patogeni fungini inquinamento del fiume dovuto a fertilizzanti e pesticidi Per le popolazioni c stato un aumento di rischi sanitari visto che i canali di irrigazione e le rive del lago Nasser sono l habitat ideale di animali che trasmettono malattie come la zanzara Anopheles che trasmette la malaria e alcune lumache che diffondono il parassita della bilharziosi dell Autorit di Bacino Pilota del fiume Serchio definisce 1 criteri per la definizione del Deflusso Minimo Vitale nel bacino del fiume citato 21 2 1 1 Stato della ricerca La tecnologia degli impianti idroelettrici ha avuto u
16. FATTORE DI POTENZA POWER FACTOR 1200 RPM SOVRAVELOCITA OVERSPEED 6 NUMERO DI TERMINALI NUMBER OF TERMINALS 16000 kg PESO WHEIGHT 495 kgm2 MOMENTO D INERZIA INERTIA FREQUENZA FREQUENCY Hz 0 TENSIONE VOLTAGE V 430 POTENZA RATING kVA 3750 RENDIMENTO EFFICIENCY 96 4 4 96 2 P F 0 8 3 4 96 1 2 4 95 8 RENDIMENTO EFFICIENCY 96 4 4 96 9 P F 1 3 4 96 9 rapporto di corto circuito short circuit ratio reattanza reactance 9 sincrona diretta synchronous direct axis sincrona in quadratura synchr quadrature axis transitoria diretta transient direct axis subtransitoria diretta subtransient direct axis subtransitoria in quad subtransient quadr axis di sequenza negativa negative sequence di sequenza zero zero sequence costanti ditempo time constants s a vuoto open circuit transitoria diretta transient subtransitoria diretta subtransient subtransitoria in quadratura subtransient unidirezionale armature altri dati corrente di ruota polare a vuoto a tensione nominale 26 6 A 177 Capitolo 4 Simulazione di un controllo ottimo Allegato 2 Calcolo di reattanze di magnetizzazione Xma Xma reattanze disperse di gabbia Xka Xka reattanza dispersa di campo Xut Per la reattanza dispersa di statore X si assunto il valore di 0 09 p u come da indicazione di MarelliMotori Tutte le reattanze sono in per unit Amd 4 7 Riga 1535 O Xma Xa Xs ge e
17. K Singh K B Yadav R P Saini A self excited six phase induction generator for stand alone renewable energy generation IEEE International Agean Conference on Electric Machines Power Electronics and Electromotions ACEMP 07 Bodrum Turkey 10 12 September pp 690 95 2007 66 G K Singh Modeling and experimental analysis of a selfexcited six phase induction generator for stand alone renewable energy generation Int Journal of Renewable Energy Vol 33 pp 1605 1621 2008 67 G K Singh A Senthilkumar R P Saini Steady state analysis of self excited six phase induction generator for alternate renewable energy generation 3rd International Cconference on Power Eelectronics system and Applications 2009 68 P H B Naves J C Oliveira A F Bonelli M V B Mendoca Modelling and comparative performance analysis of special six phase and conventional synchronous generators for wind farm application International Conference on Renewable Eneregies and Power Quality ICREPQ 09 Valencia Spain 15th 17th April 2009 69 ICP Manutenzione predittiva un caso di miglioramento dell efficienza gennaio 2008 70 D Saccardi R Villella Dalla manutenzione programmata a quella predittiva e on condition un modello di valutazione tecnico economica per giustificare le soluzioni di diagnostica e monitoraggio 71 G Perotti St Engineering Manutenzione predittiva www manutenzione com p
18. LL 192 A 5 Codice Matlab dell algoritmo per il controllo ottimo LQ cece eee eee e ee ee eens 195 Introduzione Il crescente fabbisogno energetico mondiale trova moderna risposta nello sviluppo di sistemi di produzione ecocompatibili tramite energie rinnovabili e o centrali produttive a basso impatto ambientale altissima efficienza Sulla base del protocollo di Kyoto gli obiettivi che la comunit mondiale cerca di perseguire fanno capo alla riduzione dei fattori inquinanti derivanti dall uso di fonti primarie di origine fossile e allo sviluppo incentivazione dello sfruttamento di energie alternative e sostenibili Contestualmente viene promosso l impiego di macchine ad alta efficienza per agire anche dal punto di vista del consumo Inoltre lo sviluppo di mini micro centrali di autoproduzione quali impianti di cogenerazione impone anche il tema delle prestazioni che gli impianti debbono garantire per mantenere continuit di servizio alle utenze servite La politica green porta con s rischi ed opportunit per le aziende la propria immagine nei confronti dei consumatori delle istituzioni degli investitori pu essere danneggiata da una non attenta gestione delle proprie emissioni di gas serra Un mirato utilizzo degli strumenti offerti dal Protocollo pu migliorare la redditivit di alcuni investimenti e consentire un allargamento del proprio mercato nei paesi emergenti ad alto tasso di sviluppo L uso dei mecc
19. La complessit del sistema che include trasformatori in serie e in parallelo incrementa il costo del sistema e deve essere valutato per ogni singola applicazione L uso di un sistema controllato in tensione non garantisce l allineamento in fase tra l armonica fondamentale e la terza armonica della corrente specialmente a basse velocit con la conseguenza di avere un sistema dal comportamento dinamico scarso La possibilit di iniettare una terza armonica di corrente nella macchina senza produrre coppia pulsante permette di rimodellare la distribuzione del flusso elettromagnetico in maniera simile alla tecnica applicata nei modulatori PWM Nei modulatori PWM si aggiunge una terza armonica di tensione alla componente fondamentale della modulante provocando una forma d onda appiattita e riducendo il valore della sovramodulazione Ci fornisce un valore fondamentale della tensione pi alto ed una bassa distorsione in uscita L iniezione della terza armonica ed eventuali suoi multipli 138 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori non influenza la qualit della tensione d uscita poich l uscita di un inverter trifase non contiene armoniche triple In genere il segnale di modulazione composto da v 1 15 sin t 0 19 sin 3wt L ampiezza della componente fondamentale circa il 15 in pi di quella di un PWM sinusoidale normale inoltre ogni ramo dell inverter viene spento per un terzo del periodo riducendo c
20. Questo tipo di centrali richiede una bassa manutenzione dato che non sono dotate di complessi impianti ma solamente dei pannelli fotovoltaici che vanno periodicamente puliti ed orientati in direzione del sole Rappresenta inoltre una fonte di energia pulita dato che non produce alcun tipo di emissione o impatto ambientale esclusi quelli necessari alla realizzazione dell impianto stesso di produzione 40 Capitolo 1 Fabbisogno energetico Svantaggi Il principale svantaggio degli impianti fotovoltaici dovuto alla bassa efficienza dei pannelli al massimo 25 in laboratorio 14 16 in condizioni operative ed all elevato costo dei suddetti pannelli che rende ancora totalmente antieconomica la realizzazione di centrali fotovoltaiche Inoltre si presenta lo stesso svantaggio strutturale gi visto per le centrali eoliche a causa della bassissima disponibilit produttiva 11 causata a sua volta dalla variabilit nel tempo dell irraggiamento solare le centrali solari possono produrre a parit di potenza nominale installata solo poco pi di un decimo di quanto con la stessa potenza nominale sono in grado di generare centrali nucleari a carbone o a gas e dunque richiedono per poter essere sfruttate un sovradimensionamento originario e strutturale che ne moltiplica di un ordine di grandezza 1 costi 41 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili 2 1 Stazioni idroelettriche L en
21. SoA ATS Q SoBR B S 0 So 0 167 Capitolo 4 Simulazione di un controllo ottimo Il controllo ottimo ora funzione lineare dello stato secondo la seguente relazione R1B S x t K x t u t L evoluzione di stato diviene quindi x t A BK x t Acx t In Matlab esiste il comando care per la soluzione del controllo ottimo o dare per la progettazione in digitale S L K care A B O R fornisce le matrici Sx soluzione dell ARE e Ky di retroazione dallo stato oltre al vettore L degli autovalori di A B K che devono essere stabili perch lo stato finale deve essere nullo Si definisce matrice Hamiltoniana H A a Q A Gli autovalori della matrice A sono gli autovalori con parte reale negativa della matrice H Solo con le condizioni seguenti possibile dire che la soluzione ottima esiste ed unica 1 A B raggiungibile permette di posizionare gli autovalori dove si preferisce 2 A Q osservabile permette di osservare tutti 1 modi di A 3 matrice Q semidefinita positiva ed R definita positiva Nel caso di un sistema SISO conveniente porre la matrice Q pari a C C mentre la matrice R assume valore scalare r interessante capire dove vengono posizionati i poli in catena chiusa con il controllo ottimo gli autovalori della matrice Hamiltoniana sono disposti simmetricamente rispetto all asse immaginario A seconda del valore assegnato allo scalare r il sistema
22. Tra le grandezze che possono influire sull ampiezza delle scariche si devono citare il carico e la temperatura Con il carico variano le forze che sollecitano radialmente le barre mentre la temperatura influisce sulle dilatazioni La misura on line delle scariche parziali pu consentire di evidenziare le seguenti anomalie e Impregnazione incompleta degli avvolgimenti e Fessurazioni dell isolamento a seguito di sovratemperature elevate e Allentamento delle biette o perdita del riempitivo posto sotto le stesse e Danneggiamento del semiconduttore in cava e Danneggiamenti delle testate e Contaminazione degli avvolgimenti La misura delle scariche parziali online non consente un giudizio definitivo sulle condizioni dell isolamento ma una prima concreta indicazione di condizioni critiche Essa deve essere seguita da altri interventi che possano confermare o completare la diagnosi tipicamente prove off line 74 3 9 5 Sistemi di diagnostica Per poter acquisire ed elaborare 1 segnali in automatico si fa uso di microcontrollori dotati di opportuni moduli di I O e specifici programmi di controllo Sono disponibili diversi prodotti flessibili per essere adatti ad ogni tipo di applicazione i produttori pi famosi sono Siemens Rockwell Automation National Instruments ecc National Instruments ad esempio propone un sistema nominato CompactRIO che combina un processore real time embedded un chip LabVIEW FPGA e moduli di I O inseribi
23. a ciclo combinato per la produzione di energia elettrica hanno costi e tempi di costruzione estremamente competitivi rispetto alle altre tecnologie Il gas naturale aiuter a far fronte ai problemi causati dal picco del petrolio ma escluso che possa rimpiazzare l oro nero o che possa essere usato per tempi molto lunghi In ogni caso in futuro si porr il problema se continuare a bruciare il petrolio e il gas per ottenere energia oppure conservarli come materie prime per l industria chimica In vista di una diminuzione della disponibilit di petrolio e gas per 1 prossimi decenni l attenzione generale sta tornando sul carbone le cui riserve fino a pochi anni fa erano stimate sufficienti per qualche centinaio di anni In realt il carbone 4 Capitolo 1 Fabbisogno energetico recuperabile con un ritorno economico energetico conveniente non cos abbondante Secondo la stima dell Energy Watch Group marzo 2007 il picco di produzione del carbone si avr fra il 2020 e 2030 Altre stime parlano del 2050 80 70 60 50 Riserve di petrolio Riserve di gas naturale 20 10 Figura 1 4 Durata stimata delle riserve a livello mondiale 4 L ammontare delle riserve stimate nel corso degli ultimi 30 anni rimasto praticamente costante 1 consumi annuali di petrolio sono stati compensati dalle scoperte di nuovi giacimenti specialmente fuori costa offshore e dall aumento del tasso di sfruttamento dei p
24. gli algoritmi a sottospazi differiscono essenzialmente nell implementazione del primo punto mentre 1l secondo virtualmente uguale per tutti Il PBSID a differenza degli altri metodi a sottospazi tipo N4SID utilizza differenti matrici di Hankel a blocchi per operare in presenza di feedback Si cerca cos di risolvere il problema introdotto dagli ingressi colorati della non eliminazione del rumore additivo stocastico nella proiezione obliqua Si utilizzano poi queste proiezioni oblique per ottenere una base per lo stato e la matrice di osservabilit estesa segue una decomposizione SVD per separarle e la risoluzione ai minimi quadrati per ricavare le matrici del sistema I dati necessari al processo di identificazione sono la tensione di eccitazione dell alternatore V ingresso u t dell alternatore e la tensione generata misurata per comodit nelle componenti di park Voark Uscita y t dell alternatore Si ricorda che il modello dell alternatore in base unitaria Per acquisire tali dati si procede a stabilizzare il sistema con un controllore proporzionale in retroazione come raffigurato in figura 4 8 Tensione di riferimento low pass Weoo Figura 4 8 Controllo proporzionale in retroazione per acquisizione dati utili all identificazione Anzich porre la tensione di riferimento costante si applica un onda quadra di opportuna ampiezza e periodo in modo tale che il sistema vada a regime e termini le oscil
25. intensit e la frequenza della corrente in ognuna delle tre fasi l energia prodotta dal generatore e il fattore di potenza La tensione e l intensit di corrente si misurano mediante trasformatori di misura TV e TA per ridurre il loro valore generalmente molto elevato a livelli pi accessibili Affinch 1 diversi sistemi di protezione possano compiere il loro dovere necessario un interruttore principale che pu essere ad aria compressa magnetico o sotto vuoto capace di staccare il generatore dalla rete anche quando sta lavorando a pieno carico 3 3 1 Dispositivi di sicurezza Sono previsti pi dispositivi di sicurezza per prima cosa bene definire quali sono le sezioni di un impianto di produzione energia in generale esso suddivisibile in quattro sezioni e Il generatore e La rete in isola e Larimanente parte della rete dell autoproduttore e La rete pubblica La sezione generatore si occupa della produzione dell energia elettrica Essa viene delimitata dal resto dell impianto mediante l inserzione del dispositivo del generatore La sezione della rete dell autoproduttore abilitata al funzionamento in isola formata dall insieme delle utenze che possono essere alimentate dal generatore indipendentemente dalla presenza di eventuali altre reti la porzione di impianto compresa tra il dispositivo del generatore ed il dispositivo di interfaccia DI La sezione della rimanente parte della rete del
26. Capitolo 1 Fabbisogno energetico Il programma del disegno di legge cap and trade prevede e L ammodernamento della rete elettrica e L estensione della produzione di veicoli elettrici e Significativi aumenti di efficienza energetica negli edifici elettrodomestici e generazione di energia elettrica Si proposto che 1 85 degli incentivi venga donato all industria mente il rimanente messo all asta Le entrate derivanti da tali indennit verranno utilizzate per finanziare la conservazione delle foreste tropicali e per sostenere le famiglie a basso reddito Il 30 delle quote sar assegnato direttamente alle aziende di distribuzione locale da utilizzare esclusivamente a favore dei clienti L Energy Information Administration EIA un agenzia federale statunitense che controlla l utilizzo dell energia ha riferito che gli USA hanno raggiunto un record di taglio delle emissioni di CO del 7 nel 2009 Esso il calo pi grande in assoluto nella storia della contabilit dell energia elettrica degli Stati Uniti La recessione economica combinata con una tendenza in atto verso un economia con minore intensit energetica ha permesso di raggiungere questo risultato Le iniziative per continuare in questa direzione non mancano la speranza che 1 politici non si compiacciano troppo dei risultati e non mettano in pratica altre politiche ambientali importanti in questo modo non solo 1 risultati verranno annullati ma si corre il
27. Cui cui T Da jun Z Zhi qiang Analysis of high voltage generator stator windings sudden three phase short circuit and loss of excitation fault IEEE transactions 2006 49 L Lupsa T taru Comparative simulation study on synchronous generators sudden short circuits Research article 2009 50 A H Rafa O Anaya Lara J R McDonald Stability assessment of induction generator based microgeneration IEEE transactions 2008 51 Transpower Generator Fault Ride Through FRT Investigation Stage I Febbraio 2009 52 Enel Criteri di allacciamento di impianti di produzione alla rete MT di Enel distribuzione DK 5740 Febbraio 2005 53 UK National Grid Code The Grid Code Issue 4 25 giugno 2009 54 E ON Netz GmbH Bayreuth Grid Code High and extra high voltage 1 aprile 2006 55 B Nagy L Bojtor Gy Rakovszky Microcomputer Controlled Excitation System for Synchronous Generators IEEE Transactions 1993 56 Z Jurin B Brklja M Koli M Kajari V esi Excitation systems for high power synchronous generators with redundant configurations Konferenca Slovenskih Elektroenergetikov Velenje 2005 57 Energy Development and Power Generation Committee of the IEEE Power Engineering Society IEEE Guide for the Preparation of Excitation System Specifications IEEE Std 421 4 2004 58 A R Munoz T A Lipo Dual stator winding induction machine drive IEEE T
28. DEL PONTE 1 i edie eee te ee re eee pan gina r cr Jard sa a PA i i i dama CI nono a a 1 i i i I i i i 1 1 ri aa Se I iii Li A Li Li Li Li gt Li AS teers T eaa cee eeteciecs 409 o ATEI 0 14 0 13 0 12 0 11 0 1 0 09 0 36 0 14 0 1 0 08 136 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori TENSIONI SUI DODI DEL PONTE TERSIONT SUI MODI DEL PONTE 2 3 8 3 Motori esafase I motori trifase ad induzione sono lo standard odierno per applicazioni elettriche industriali Tra le ragioni che hanno portato queste macchine a sostituire le applicazioni in corrente continua sono il costo l affidabilit la robustezza e l assenza quasi totale di manutenzione Lo sviluppo dell elettronica di potenza e dei sistemi di processo dei segnali ha eliminato uno dei pi grandi svantaggi del sistemi in corrente alternata ossia il controllo Con le tecniche moderne di controllo ad orientamento di campo il controllo di velocit dei motori ad induzione non pi un problema La necessit di incrementare le prestazioni ha motivato la sperimentazione di sistemi multifase nuove tecniche di PWM Pulse Width Modulation nuovi criteri di progettazione e l uso di armoniche di corrente In un sistema multifase l uscita de
29. Nel caso in cui 1 servizi ausiliari siano in comune tra pi sezioni 1 loro consumi sono da attribuire ad ogni sezione in misura proporzionale alla rispettiva quota parte di produzione di energia elettrica lorda Nel caso di produzione combinata di energia meccanica e calore l energia meccanica viene moltiplicata per un fattore pari a 1 05 per convertirla in una quantit equivalente di energia elettrica netta Et produzione di energia termica utile di una sezione di produzione combinata di energia elettrica e calore la quantit di energia termica utile prodotta dalla sezione nell anno solare effettivamente ed utilmente utilizzata a scopi civili o industriali pari alla differenza tra il contenuto entalpico del fluido vettore in uscita ed in ingresso misurato alla sezione di separazione tra la sezione di produzione e la rete di distribuzione del calore al netto 189 Appendice dell energia termica eventualmente dissipata in situazioni transitorie o di emergenza scarichi di calore Qualora non esista fisicamente una rete di utilizzazione del calore la produzione di energia termica utile pu essere calcolata con metodi indiretti I consumi specifici di calore utile risultanti dalle utilizzazioni a scopo civile o industriale devono risultare confrontabili a quelli utilizzati in campo nazionale per analoghe applicazioni con produzione separata di calore La produzione di energia termica di eventuali caldaie di integrazione dedicate escl
30. accorgimenti adottati in Marelli Motori per la costruzione e il controllo degli alternatori sincroni prestando attenzione alla gestione dei transitori ai sistemi di protezione alle soluzioni adottate per evitare interruzioni di servizio ai sistemi di monitoraggio ed emergenza ecc sviluppato infine un controllo ottimo lineare quadratico per il controllo dell eccitazione di un alternatore Indice Sommario aaa I MNAC a aos III Modu o asili VII CAPITOLO 1 FABBISOGNO ENERGETICO tie Necessita de energ idtieletTicd pirla la 1 12 Produzione dell enero Tenian a n A as 2 1 21 Scenario italiano e mondiale cene eee 2 1 22 Procol URSS id 7 12 2 1 protocollo di Kyoto e le IMPLESE scri 15 1222 LES ma Grids das 17 1 23 Motorie sistemi ad alta efficienza ains 19 1 3 Impianti di produzione principali tipologie di centrali elettriche 22 Eads Contrate mor lec caes 22 1 27 TennOvalonZ AMO as 24 133 emtalidro Etric iE ye 26 Loe Centralra fissione nucleare curia 28 kos Central ocotermoeleltriohe mars cenere 35 13 07 Central colcha A alii ani 37 LS Central solari termica eeren a E E sosia 38 13285 Central fotovoltaiche cada wee lalla 40 CAPITOLO 2 IMPIEGO DEI GENERATORI SINCRONI NELLE ENERGIE RINNOVABILI Z Vcc Stazioni rocche orali 43 A Sato della miccia etnea 46 2 12 Normale pieni 50 AEZ E Be A lio 52 21 22 C ADA nilo liane he 53 2 123 Garanzia FONTE AA O E E EE 54 ZA Impianusneaeteonolo
31. addirittura a generare un surplus da ridistribuire nella rete elettrica Grazie alle politiche seguite Varese Ligure ha vinto il premio Promote 100 dell Unione Europea riservato al Comune rurale europeo che ha eseguito il pi completo e originale progetto di sviluppo sostenibile 10 11 1 2 2 2 Le Smart Grids La rete elettrica storicamente nasce per raccogliere grandi quantita di energia dalle centrali di produzione e distribuirle ad un gran numero di clienti consumatori In sostanza un controllo centralizzato flussi di potenze unidirezionali e reti passive La visione classica di rete elettrica in una fase di superamento Non solo pi linee interruttori trasformatori ma anche elettronica informatica e comunicazione vanno ad aggiungersi ad essa 17 Capitolo 1 Fabbisogno energetico Con l ampliarsi della generazione distribuita da fonti rinnovabili anche in ambito domestico si fa spazio una rete di produzione aggiuntiva che ben si deve integrare con quella tradizionale Quindi controllo non pi centralizzato ma distribuito sul territorio flussi di potenze bidirezionali e reti attive Il distributore si sta trovando di fronte ad una trasformazione della propria rete per essere in grado di gestire sia 1 flussi di energia prodotta dalle grandi centrali termoelettriche idroelettriche etc sia quelli da produzione di media e piccola entit da fonti rinnovabili fotovoltaico eolico termico etc Di conse
32. box A questo punto si procede con la progettazione di un controllore discreto in spazio di stato LQ basandosi sulle matrici A B e ponendo Q CTC e R r come gia visto nel paragrafo 4 3 Il comando Matlab da utilizzare dare che risolve l equazione algebrica di Riccati nel discreto e fornisce oltre alla soluzione Sw il vettore K di retroazione dallo stato e L degli autovalori di A BK Lo stimatore di Kalman viene progettato senza bisogno di altri calcoli dall identificazione e si realizza come un sistema discreto in spazio di stato a 1 4 KC t Bult KVpark t y t K X t Resta da calcolare il guadagno di Feedforward come na a C A BK 1 71B Il controllore ottimo quindi costituito da uno stimatore ottimo di Kalman per la stima dello stato del sistema e da un controllo ottimo LQ con azione integrale e sistema antiwindup per evitare la saturazione di quest ultima In appendice A 5 riportato il codice Matlab utilizzato per la progettazione del controllo ottimo Lo schema a blocchi utilizzato in Simulink rappresentato in figura 4 9 Tensione di riferimento Wren DO E i MAE I Integrator Vd Vgi low passi Stimatore di Kalman vinj Cx n Dufn x n 1 4 Bu n y Figura 4 9 Controllo ottimo integrale LQ con antiwindup 172 Volts per unit Capitolo 4 Simulazione di un controllo ottimo 4 5 Risultati Il sistema di generazione descritto all i
33. che la frequenza del generatore sia leggermente superiore di quella di rete Tuttavia per macchine piccole accettabile iniziare la chiusura del contatto mentre la macchina leggermente pi lenta del sistema a condizione che 1 parametri per la sincronizzazione siano entro 1 limiti prestabiliti e che la macchina stia accelerando e sia in grado di sopportare il carico I range accettati potrebbero essere tipicamente Tabella 3 2 Ranges accettati per la sincronizzazione piccolo generatore rete Differenza di frequenza Differenza di tensione Con macchine pi grandi usate ad esempio in applicazioni idroelettriche turbine a gas turbine a vapore la sincronizzazione deve essere molto accurata ed possibile utilizzare un unico sincronizzatore automatico per tutti 1 generatori in parallelo commutando simultaneamente input e output per servire con ordine tutte le macchine Il tempo di chiusura di ogni interruttore di ogni generatore memorizzato nel sincronizzatore e richiamato in base al generatore servito In questo tipo di installazioni generalmente desiderato che nel momento della chiusura del contatto il motore primo stia accelerando in modo che il generatore possa sopportare e alimentare il carico immediatamente in altre parole desiderata una leggera differenza di frequenza e un dispositivo apposito ha il compito di predire l istante di coincidenza delle fasi Tipi di sincronizzatori automatici e Ad aggancio di fase
34. che la tensione alternata indotta sugli avvolgimenti di statore ha ampiezza proporzionale al campo magnetico indotto generato dalla corrente continua degli avvolgimenti di rotore quest ultima a sua ENEL impone la qualit della tensione fornita entro 1 valori 49 7 e 50 3 Hz salvo casi particolari di reti disturbate che provocano in normali condizioni di esercizio interventi intempestivi delle protezioni di massima minima frequenza per 1 quali possibile estendere il range tra 1 49 e 1 51 Hz 105 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori volta indotta e in seguito raddrizzata da un piccolo alternatore eccitatrice il cui induttore montato direttamente sul rotore del generatore principale In questo modo si alimenta il rotore principale senza l ausilio di spazzole che richiedono assidue manutenzioni L AVR digitale di fabbricazione Marelli Motori ha bisogno di una tensione alternata di alimentazione di valore efficace compreso tra 50 e 277 V a frequenza da 50 a 400 Hz sia monofase che trifase ottenibile dai terminali principali della macchina oppure da avvolgimento ausiliario o da un PMG Permanent Magnet Generator Tale tensione viene raddrizzata e filtrata e utilizzata quindi sia per alimentare la circuiteria interna della scheda sia per alimentare lo statore eccitatrice 42 106 AVR AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR MAIN STATOR EXCITER i Trrsonosseeizonenzono sencaesenizneazize
35. conseguenza il generatore aumenta la sua velocit In base alla durata del guasto la velocit raggiunta diversa e se superata quella critica la stabilit non pu essere ripristinata La velocit critica legata al tempo critico di guasto Critical Clearing Time il quale a sua volta ha una relazione praticamente lineare con l inerzia del sistema indifferentemente dalla tipologia del corto circuito vedi figura 3 40 121 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori EA Li s E T msec E FA TA APA AAA y x 0 04 OM GS 1 DE GH 2 US pf Ks MO T A Xx i nissan A mon FEMS od i gli pa i jet Sen H 4 i 1 H 3 Figura 3 40 Relazione tra costante di inerzia del sistema e il CCT Dal punto di vista delle prestazioni del generatore un corto circuito trifase pi severo rispetto ad un corto monofase a terra La stabilit del sistema ad un guasto del secondo tipo garantita senza dubbio come si pu osservare dalla figura 3 41 tuttavia la coppia pulsante che si instaura causa vibrazioni che riducono la vita della macchina RMS Voltage pu o Reactive Power o Active Power 75 an O oe Active amp reactive power KW KVar Time sec b Active and reactive power Torque pu Time sec 260 3 00 320 ado 300 300 400 420 440 460 440 5 0 Time sec a Terminal voltage SE _i Mechanical Torque i il n Electrica
36. controllato assume una dinamica differente grande e veloce oppure piccola e lenta Si pu distinguere quindi tra controllo ottimo a minimo tempo expensive control e controllo ottimo a minima energia cheap control Nel controllo a minimo tempo che si ottiene per r 00 1 poli stabili della matrice H rimangono dove sono e 1 poli instabili vengono simmetrizzati rispetto all asse immaginario cadendo esattamente sopra 1 poli gi stabili Nel controllo a minima energia che si ottiene per r 0 i poli in catena chiusa tendono all infinito lungo gli asintoti del luogo delle radici La stima ottima dello stato si ottiene con un filtro di Kalman Esso un efficiente filtro ricorsivo che valuta lo stato di un sistema dinamico a partire da una serie di misure soggette a rumore Per le sue caratteristiche intrinseche un filtro ottimo per rumori e disturbi agenti sul sistema gaussiani a media nulla Trova utilizzo come osservatore dello stato come loop transfer recovery LTR e come sistema di identificazione parametrica 168 Capitolo 4 Simulazione di un controllo ottimo Il problema della progettazione del filtro di Kalman il problema duale del regolatore lineare quadratico LQR In Matlab si utilizza ancora il comando care 0 dare per la progettazione in digitale Il segnale di controllo in uscita dalla coppia osservatore controllore consiste tipicamente in un algoritmo numerico che gira su un sistema in tempo reale ad
37. del gas e Tariffa di acquisto dell energia elettrica consumata Un impianto correttamente dimensionato consente un ammortamento dell investimento attorno ai 36 72 mesi grazie agli incentivi previsti 70 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili 2 2 5 Incentivi economici La cogenerazione ad alto rendimento assimilata all energia rinnovabile ed ritenuta fondamentale per il raggiungimento degli obiettivi del protocollo di Kyoto Gode quindi di finanziamenti statali e regionali del recupero dell IRPEF del 55 e dell aliquota IVA al 10 Parte del combustibile utilizzato in cogenerazione pu essere defiscalizzato I micro cogeneratori di potenza elettrica non superiore a 200kW non sono soggetti all obbligo di denuncia all Ufficio Tecnico di Finanza ed al pagamento delle imposte sull energia autoconsumata decreto 504 del 1995 Art 52 come modificato dalla legge 133 99 Art 10 comma 8 e Art 53 La definizione di cogeneratori ad alto rendimento permette di classificare tali sistemi a risparmio energetico ed attribuire ad essi dei certificati bianchi o pi propriamente Titoli di Efficienza Energetica TEE Tali titoli sono stati istituiti dai Decreti del Ministero delle Attivit Produttive di concerto con il Ministro dell Ambiente e della Tutela del Territorio 20 luglio 2004 D M 20 7 04 elettricit D M 20 7 04 gas successivamente modificati ed integrati con
38. dell ambiente poich tale energia sostituisce in generale quella prodotta a mezzo di altre fonti con maggior impatto negativo sull ecosistema e contribuisce a ridurre il carico sulla rete elettrica nazionale contenendo le perdite di trasmissione trasformazione e distribuzione La Delibera dell AEEG n 62 02 sostitutiva della precedente 82 99 contiene la determinazione del prezzi di cessione dell energia elettrica prodotta da impianti idroelettrici con potenza fino a 3 MW esenti da altre forme di incentivazione siano essi ad acqua fluente o in grado di modulare anche solo parzialmente tra ore piene ed ore vuote I prezzi fissati per 1 diversi scaglioni di quantit di energia prodotta nel corso dell anno solare sono appositamente incentivanti cos da garantire la copertura dei costi di produzione in condizioni di economicit e redditivit e sono corrisposti attraverso la Cassa Conguaglio per il settore elettrico Per l idroelettrica di potenza inferiore a 3 MW vigono quindi prezzi particolarmente favorevoli ed incoraggianti alla produzione e vendita di energia Ulteriori strumenti incentivanti sono 1 Certificati Verdi previsti dal Decreto Bersani e 1 Certificati RECS sistema volontario di certificazione a livello europeo SI Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili 2 1 2 1 Certificati Verdi I Certificati Verdi sono un meccanismo di incentivazione alle fonti rinnovabili basato su
39. deve quindi avere una regolazione a s nel caso di un motore endotermico prende il nome di governor nel caso di turbina idraulica si parla pi semplicemente di regolatore di velocit La loro funzione quella di controllare il flusso di carburante o la portata d acqua in modo da mantenere costante la velocit di rotazione della macchina a fronte di variazioni di carico All aumentare della richiesta di energia infatti il generatore richiede una coppia maggiore e tende a rallentare viceversa accelera al diminuire del carico importante mantenere la frequenza della tensione prodotta entro ranges ristretti specificati dalle normative nazionali necessario adottare sistemi di protezione idonei in caso di superamento dei valori imposti La scheda di regolazione del generatore si occupa di controllare l eccitazione in modo che il generatore stesso fornisca in uscita una tensione costante anche a fronte di variazioni di carico o disturbi nella rete alimentata Le normative Enel per l allacciamento di impianti di produzione alla rete pubblica impongono che la tensione generata assuma valori entro il 20 della tensione nominale Il regolatore che si occupa di ci AVR regolatore automatico di tensione Esso rileva la tensione media su due o tre fasi dei morsetti d uscita ovvero degli avvolgimenti dello statore principale e interviene sull entit della tensione continua di alimentazione dello statore eccitatrice noto infatti
40. di 2 miliardi di dollari per smantellare le quattro centrali nucleari italiane dismesse Tabella 1 2 Centrali elettronucleari entrate in funzione in Italia costruzione accensione alla rete Borgo Latina Sabotino 153 01 11 1958 27 12 1962 12 05 1963 01 12 1987 SIM EA Latina Sessa Societa Garigliano Aurunca BWR 150 01 11 1959 05 06 1963 01 01 1964 01 03 1982 Elettronucleare Caserta Nazionale Societa Enrico TIMO f pwr 260 01 07 1961 21 06 1964 22 10 1964 01 07 1990 Elettronucleare Fermi Vercelli Italiana da Ansaldo Caorso l BWR 860 01 01 1970 37 12 1977 23 05 1978 01 07 1990 M eccanico Piacenza Nucleare Il nucleare stato presentato come una fonte indispensabile per generare energia elettrica a basso costo In realt 1 suoi costi nascosti sono ancora troppo alti se paragonati alle normali centrali termoelettriche gas o carbone Per individuare un quadro completo dei costi necessario allargare la visione all intero ciclo di produzione e non soffermarsi sui singoli aspetti Solo in questo modo si riesce a comprendere il reale costo sociale che la societ dovr pagare per avere energia nucleare Va comunque considerato che l antieconomicit del nucleare soltanto un aspetto dell analisi politica Il ritorno al nucleare pu essere giustificabile per ridurre la dipendenza delle economie occidentali dall import di petrolio gas e carbone La capacit di una n
41. di influenza per cui le termosonde possono svolgere anche questa seconda importante funzione Misure elettriche statiche La causa primaria di guasto di un avvolgimento un motore elettrico sono 1 corto circuiti Tale fenomeno pu avvenire tra 1 cavi di una spira tra le spire di una singola fase e tra le spire in fasi differenti Il guasto pu essere causato da condizioni ambientali e termiche non ottimali sovraccarico alta temperatura umidit cattiva pulizia ecc o da problemi meccanici e o elettrici vibrazioni sbilanciamenti stress dielettrico ecc 153 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori Comunque sia tutte queste cause di danno hanno un fattore in comune cio quando si manifestano si ha una variazione delle propriet resistive e capacitive dell isolamento elettrico Il danneggiamento di un motore elettrico a seguito di quanto detto sopra si pu schematizzare in 3 fasi Fasel l isolamento tra 1 conduttori in condizioni di stress presenta dei valori differenti delle grandezze capacitive e resistive nel punto danneggiato si ha quindi un aumento della temperatura localizzato con conseguente carbonizzazione dell isolamento in quel punto Tale carbonizzazione va a variare i valori rilevati di angolo di fase e I F Fase2 il punto danneggiato diviene sempre pi resistivo e si crea un induttanza tra la parte sana dell avvolgimento ed il corto Si ha quindi un maggiore aumento della temperatura e veloce car
42. di prelievo sostenuto per l approvvigionamento dell energia prelevata dalla rete suddiviso in onere energia e onere servizi In particolare il contributo erogato dal GSE all Utente dello scambio prevede e Ilritorno dell onere servizi limitatamente all energia scambiata con la rete e Il riconoscimento del valore minimo tra l onere energia e il controvalore in Euro dell energia elettrica immessa in rete Nel caso in cui il controvalore dell energia immessa in rete risultasse superiore all onere energia sostenuto dall utente dello scambio il saldo relativo viene registrato a credito dell utente medesimo che potr utilizzarlo per compensare l onere energia degli anni successivi oppure pu essere liquidato con un importo monetario che equivale ad una vendita 76 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori 3 1 Requisiti tipici dei generatori per un servizio continuativo essenziale 3403 3402 300 3404 3415 Figura 3 1 Esploso di un generatore sincrono Marelli Motori MJ630 710 800 I generatori devono rispondere a requisiti di diversa natura per garantire un servizio continuativo Le caratteristiche di efficienza affidabilit sicurezza durata sono frutto di una progettazione avanzata dell apparato meccanico elettrico ed elettronico Dal punto di vista meccanico fondamentale che 1 generatori siano dimensionati correttamente in b
43. elettricit 26 Libro Bianco per la valorizzazione delle fonti rinnovabili Roma 1999 27 Altener BlueAGE Blue Energy for A Green Europe Strategic study for the development of Small Hydro Power in the European Union 2000 28 RECS International www recs org 29 FIRE Federazione Italiana per l uso Razionale dell Energia www fire italia it 30 Energia Alternativa Rinnovabile www Energia Alternativa Rinnovabile it 31 Rinnovabili www rinnovabili it 32 GSE Cogenerazione FAQ http www gse it attivita Cogenerazione Pagine FAQ gse aspx 33 P I Renato Cremonesi Dott Gianni Pilati Ing Giorgio Bergamini Progetto RES amp RUE Dissemination Dossier Microcogenerazione realizzato da Domotecnica 34 Delibera AEEG 219 04 www autorita energia it it docs 04 219 04 htm 35 ENEA Agenzia nazionale per le nuove tecnologie l energia e lo sviluppo economico sostenibile 36 Decreto Ministeriale 20 luglio 2004 http extranet regione piemonte it ambiente bga archivio_documenti 2004_anno 2004_trim_03 3 trim_stato dm_b_20_07_04 pdf 37 Delibera EEN 3 08 www autorita energia it allegati docs 10 009 10een pdf 38 Delibera AEEG 103 03 www autorita energia it it docs 03 103 03 htm 39 Mercato Elettrico Titoli di Efficienza Energetica www mercatoelettrico org it Esiti TEE TEE aspx 40 Attuazione dell articolo 2 comma 153 della legge n 244 07 e dell articolo
44. elevato in queste scorie implica un lungo periodo di decadimento fino a 100 000 anni Le scorie di terza categoria sono in particolar modo le ceneri prodotte dalla combustione dell uranio e gli oggetti vicini al reattore es pareti metalliche e Media attivita scorie di 2 grado e Bassa attivita scorie di 1 grado Queste ultime due categorie di scorie provengono in gran parte dagli ospedali e hanno una vita radioattiva inferiore necessitano soltanto di poche centinaia di anni per decadere Esistono attualmente due modi principali per smaltire le scorie rigorosamente legati a preliminari studi di natura geologica riguardanti il sito di destinazione per le scorie a basso livello di radioattivit si tende a ricorrere al cosiddetto deposito superficiale ossia 11 confinamento in aree terrene protette e contenute all interno di barriere ingegneristiche per le scorie a pi alto livello di radioattivit si ricorre invece al deposito geologico ossia allo stoccaggio in bunker sotterranei schermati In tutto 11 mondo stato identificato soltanto un sito sicuro per ospitare in profondit le scorie per migliaia di anni Si trova in una zona desertica nel New Mexico USA e ha richiesto oltre 25 anni di studio e un investimento di oltre 2 2 miliardi di dollari In Europa le scorie sono generalmente depositate nei pressi delle centrali nucleari o in centri di stoccaggio ingegneristici di superficie I principali centri di stoccaggio
45. energetico Il calore prodotto dalla combustione dei rifiuti viene utilizzato per produrre energia elettrica in maniera analoga a quanto accade nelle centrali termoelettriche anche se con rendimenti estremamente pi bassi e maggior produzione di sostanze inquinanti Affinch tutte le materie e soprattutto quelle plastiche brucino con minor produzione di elementi tossici ad esempio le diossine necessario raggiungere temperature molto elevate almeno 850 C ed utilizzare sistemi di abbattimento degli inquinanti molto sofisticati e costosi in ogni caso le emissioni sono generalmente maggiori e contengono sostanze pi nocive rispetto alle centrali termoelettriche tradizionali ad esempio diossine o metalli pesanti La combustione ad alta temperatura inoltre produce una miniaturizzazione delle polveri emesse proporzionale alla temperatura stessa Ci pu dunque portare alla produzione di polveri fini ultrafini e nanoparticelle carboniose che possono causare diverse patologie La combustione dei materiali risultanti dalla selezione dei rifiuti miscelata agli additivi produce una notevole quantit di polveri in parte filtrate prima dell emissione al camino almeno nelle componenti di maggiori dimensioni normate dalle leggi Termovalorizzatori al plasma Nel trattamento dei rifiuti un alternativa ai termovalorizzatori convenzionali rappresentata da quelli a torcia di plasma Essi appartengono alla categoria dei gassificatori ossia a
46. energia elettrica deriva per la maggior parte proprio dallo sfruttamento di questa fonte primaria di energia 1 2 1 Scenario italiano e mondiale Nel 2008 in Italia si sono prodotti 307 1 miliardi di kWh netti di cui 1 81 5 da centrali termoelettriche tradizionali 11 15 2 da centrali idroelettriche e il restante 3 3 da centrali geotermoelettriche eoliche e fotovoltaiche Altri 40 miliardi di kWh vengono importati dall estero essi costituiscono l 11 8 del totale del fabbisogno italiano Il combustibile utilizzato nelle centrali termoelettriche stato per il 66 3 gas naturale 16 5 combustibile solido carbone 7 4 prodotti petroliferi olio combustibile orimulsion gasolio etc 2 1 gas derivati da altiforni e il rimanente 7 6 altri combustibili 2 L orimulsion un combustibile fossile a base di bitume che venne sviluppato per l uso industriale dalla compagnia venezuelana Intevep Il bitume una miscela di vari tipi di idrocarburo che si trova in natura e che pu essere estratto con metodi di recupero avanzato dal pi grande deposito mondiale nella Fascia dell Orinoco a nord dello Stato Bolivar nel Venezuela Le riserve stimate eccedono del 50 quelle di tutte le altre riserve di petrolio tradizionale messe assieme 2 Capitolo 1 Fabbisogno energetico Eolica Fotovoltaica 3 Altri gassosi 1 Gas derivati 2 Altri solidi Petroliferi De 5 Figura 1 1 Produzione itali
47. gamma molto ampia di portate tra i 20 1 s ed i 10 m s e salti tra 5 m e i 200 m Il suo rendimento massimo inferiore all 87 per si mantiene quasi costante quando la portata discende fino al 16 della nominale e pu raggiungere una portata minima teorica inferiore al 10 della portata di progetto L acqua entra nella turbina attraverso un distributore e passa nel primo stadio della ruota che funziona quasi completamente sommersa con un piccolo grado di reazione Il flusso che abbandona il primo stadio cambia di direzione al centro della ruota e s infila nel secondo stadio totalmente ad azione Questo cambio di direzione non facile da ottenere correttamente e le perdite d energia per urti e vortici sono la causa del basso rendimento nominale La ruota costituita da due o pi dischi paralleli tra 1 quali si montano vicino ai bordi le pale costituite da semplici lamiere piegate La regolazione della portata da 0 a 100 garantita da un particolare tegolo generalmente 1 componenti metallici sono realizzati in acciaio inox Vantaggi e svantaggi delle turbine a flusso incrociato sono simili a quelli delle turbine Pelton fatta eccezione per un minor rendimento Hanno una maggiore facilit costruttiva ed adattabilit anche a salti inferiori rispetto alle Pelton 59 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili 2 1 3 4 Turbina e miniturbina Francis Sono turbine a reazione a flusso radiale c
48. guasto o malfunzionamento di quest ultima importante sottolineare che in questa configurazione si devono adottare delle precauzioni affinch il generatore non possa funzionare in parallelo alla rete pubblica Alcuni esempi sono e Un interblocco elettrico meccanico o elettromeccanico fra il meccanismo di funzionamento o 1 circuiti di comando dei dispositivi di inversione e Un sistema di blocco con una sola chiave di trasferimento e Un commutatore a tre posizioni a due direzioni senza sovrapposizioni e Un dispositivo automatico di commutazione con idoneo interblocco e Altri mezzi che assicurino una sicurezza non inferiore ai precedenti 93 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori 3 4 Oscillazioni pendolari della macchina sincrona per variazioni di coppia del motore primo Eo b u A 3 Quando un generatore sincrono in parallelo ad una rete la coppia elettromagnetica resistente ossia quella che moltiplicata per la velocit angolare d la potenza trasformata da meccanica in elettrica calcolabile con l espressione V3 U Eo sind Xs c W p numero di coppie polari w pulsazione di rete U tensione di rete Eo tensione di fase a vuoto Xs reattanza sincrona angolo elettrico tra i vettori rappresentativi di Ey ed U V3 A regime escludendo le perdite la coppia elettromagnetica resistente del generatore uguale alla coppia motrice del motore primo Se quest ultima subisce
49. i i a AA A A PA MA Leni 2000 i i i 4000 3 6000 A A ee ee eee 8000 DOS Di 015 03 t75 s a 135 i Marelli Motori Generatori sincron Capitolo 3 RFI FATTORE DI POTENZA 1000 E i E n E E i r i i 1 i iii ISIN GIONE IE ee SS ee a ee banane ee dra ee ds sd i q o e e M e e a e e i i I i I i 1 car I i I i EA TE A A A A G00 500 900 one 00 b ue Lab CI CI le A LI LI r LI L CI LI LI rc A deer est eee et erronee b le i I i I 400 ee ee 200 F A AS RON GI NI RA RO presa paia gi Pl o annm is ii a a a 0 25 02 15 0 1 0 05 TENSIONE DI CAMPO CORRENTE DI CAMPO 160 o oe ng A RA pro BOSS BS ar e ee sape ae Se Se ee ee sas 60 F n_n AAA SS 120 100 80 60 ja me a a a a a a ii eo ee ee ee ee ee RE ii er eee ss ii cucinata in A anana dassasasassssassoas 20 See Oni 10 AS ee ee ee ee AAA 0 25 0 2 0 1 0 25 02 0 1 CORRENTI NE MODI DEL PONTE 2 CORRENTI NEI DIODI
50. il D M 21 12 07 determinante gli obiettivi quantitativi nazionali di incremento dell efficienza energetica Essi consistono in titoli acquistabili e successivamente rivendibili il cui valore stato originariamente fissato a 100 tep 34 valore soggetto a variazioni stabilite anche in funzione dell andamento del mercato Il valore energetico di un tep comparabile col consumo annuale di energia elettrica di una famiglia media 35 Viene riconosciuto un risparmio di energia pari ad 1 tep secondo le seguenti equivalenze e 1 tep 11 628 kWh per quanto riguarda i combustibili 1 tep 41 860 GJ 36 e 1 tep 53 347 59 kWh per 1 consumi elettrici 1 kWh 0 187x10 3 tep 37 Questa differenza dovuta al fatto che per produrre uguali quantita di energia termica ed elettrica sono necessari apporti di energia primaria diversi in particolare questi sono maggiori nel secondo caso a causa del rendimento di produzione del parco elettrico italiano Per questo ad un mancato consumo elettrico riconosciuto un maggiore risparmio in termini di tep a confronto di un analogo mancato consumo termico La soglia minima per il conseguimento del certificato bianco varia in funzione della tipologia di progetto sottoscritto e pu consistere da un minimo di 25 tep annui a un massimo di 200 tep annui 38 Gli interventi di risparmio possono essere sia a monte del processo produttivo sia presso l utente finale ad esempio sostituendo elettrodomestici
51. in grado di sopportare le sollecitazioni elettromeccaniche connesse a questa condizione anomala di funzionamento Negli ultimi anni tuttavia a causa del differente paniere produttivo questa modalit di gestione della rete stata progressivamente abbandonata in diversi paesi europei ed extra europei L incremento dei 123 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori sistemi di produzione di energia da fonte rinnovabile sta modificando le reti elettriche internazionali che ad oggi devono supportare una generazione distribuita anzich un sistema di produzione centralizzato e robusto In questa configurazione la disconnessione automatica del produttore di energia in caso di guasto pu causare il collasso dell intera rete dato che la potenza pu non essere sufficiente per servire tutta l utenza i nuovi regolamenti di rete tendono a forzare 1 requisiti per mantenere la connessione sopportando il guasto e garantire la disponibilit di potenza dopo l evento transitorio proprio questo requisito addizionale a definire il Fault Ride Through A titolo esemplificativo si riportano 1 requisiti richiesti dalla rete nazionale inglese 53 In seguito ad un guasto di rete della durata inferiore ai 140ms su impianti di generazione onshore la tensione generata dovrebbe seguire l andamento riportato in figura 3 42 Le figure 3 43 e 3 44 riportano due esempi tipici di ripristino della tensione VIM r 100 94 60 o 140ms 500
52. in turbina In questa tecnologia detta a ciclo binario il rendimento dell ordine del 7 12 in funzione della temperatura Le centrali geotermoelettriche possono raggiungere potenze anche rilevanti di qualche centinaio di MW Vantaggi Una volta costruite le tali centrali sono estremamente pulite in quanto sfruttano un riscaldamento termico del tutto naturale e non hanno quindi scorie o residui atmosferici L impianto ha costi poco superiori alle tecnologie termoelettriche e il capacity factor alto il che contribuisce alla sua redditivit Svantaggi La costruzione di un impianto geotermico inizia con l esplorazione del sottosuolo ossia con lo scavo del pozzo Dal punto di vista imprenditoriale questa la fase ad alto rischio e molto costosa costo dello scavo 1 000 m Le centrali hanno poi elevati costi di manutenzione dovuti alla composizione delle acque provenienti dal sottosuolo che sono ricche di sali disciolti e creano depositi ed incrostazioni Spesso si trovano giacimenti geotermici anche molto grandi ma a temperatura di 80 90 C troppo bassa e non utilizzabile con le tecniche attuali un possibile sfruttamento di questi giacimenti per il teleriscaldamento Uno dei problemi maggiori di queste centrali che possono essere costruite solamente in appositi siti con presenza di attivit geotermica siti normalmente abbastanza rari 36 Capitolo 1 Fabbisogno energetico Esistono poi controversie relative a
53. incontrano temperature sufficienti gt 200 C La coesistenza di una tale zona con un deposito sotterraneo d acqua e una situazione geologica di rocce frammentate che lasciano filtrare 1 fluidi crea una fonte di vapore che pu essere sfruttato per l azionamento di una turbina La fonte di calore di queste strutture il magma che lambisce la parte inferiore delle rocce geotermiche contribuendo a mantenerne il calore Estraendo l acqua si potrebbe ridurre la capacit del pozzo che viene alimentato da canali sotterranei dipendenti dal sistema idrologico superficiale Per evitare questo si pu reinserire l acqua da un pozzo separato anche al fine di smaltire parte dell acqua estratta e sfruttata dalla turbina Le fonti geotermiche si classificano per la temperatura del fluido estratto ve ne sono a vapore dominante e ad acqua dominante Una volta estratto il vapore in pressione questo pu essere utilizzato per far girare la turbina direttamente o a valle di uno scambio termico Questa tecnologia detta a vapore istantaneo adatta a siti con alte temperature e i rendimenti sono dell ordine del 10 20 in funzione della temperatura del vapore Nel caso in cui non si abbia un fluido molto caldo preferibile usare un ciclo di Rankine organico ORC per alzare 1 rendimenti termodinamici il fluido cede il suo calore in uno scambiatore a fluido organico isopentano con temperatura di ebollizione inferiore all acqua che poi esegue il ciclo
54. incontro nel tempo 1 bacini di accumulo Per evitare ci questi devono essere periodicamente dragati Problemi ambientali possono essere costituiti dal fatto che gli sbarramenti dighe bloccano il trasporto solido dei fiumi sabbie e ghiaie alterando l equilibrio tra l apporto solido e l attivit erosiva nel corso d acqua a valle erosione del letto del fiume e talvolta taglio dei meandri per la maggiore velocit fino al mare dove per il diminuito o nullo apporto solido si assiste al fenomeno dell erosione delle coste Grandi bacini idroelettrici inoltre possono in alcuni casi avere impatti ambientali e socio economici di diversa entit o gravit sulle zone circostanti modifica del paesaggio e distruzione di habitat naturali spostamenti di popolazione perdita di aree agricole ecc e lo studio di fattibilit deve essere particolarmente accurato soprattutto per quanto concerne l analisi puntuale della geologia dei versanti e delle spalle su cui si attesta la diga non tralasciando alcun particolare Soltanto in questo modo si possono evitare tragedie quali quella che nell autunno del 1963 sconvolse la valle del Vajont cancellando la cittadina di Longarone e d altri due centri del fondovalle con 1970 vittime oppure lo sconvolgimento dell ecosistema della zona con enormi danni ambientali come successo ad esempio con la grande diga di Assuan in Egitto Uno dei problemi principali rimane quello della variaz
55. la Garanzia di Origine GO previa identificazione tecnica degli impianti come specificato dal decreto MAP 24 10 2005 Aggiornamento delle direttive per l incentivazione dell energia prodotta da fonti rinnovabili ai sensi dell articolo 11 comma 5 del Decreto Legislativo 16 marzo 1999 n 79 A tal fine il GSE ha predisposto una Procedura Tecnica approvata ai sensi dell articolo 11 comma 1 del DM 24 10 2005 dal Ministro dello Sviluppo Economico di concerto col Ministro dell Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare con Decreto del 21 12 2007 G U n 16 del 19 01 2008 supplemento ordinario n 17 Una volta ottenuta l identificazione tecnica dell impianto IRGO gli Operatori possono chiedere annualmente al GSE il rilascio della GO dell energia elettrica prodotta Non si esclude che in futuro ci possa essere un mercato anche di questi titoli 54 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili 2 1 3 Impiantistica e tecnologia In linea generale 1 microimpianti idroelettrici possono essere a bassa od alta prevalenza possono funzionare ad acqua fluente o a deflusso regolato ed infine possono essere impiantati direttamente sul corso d acqua o posti su opportune opere di derivazione del flusso La turbina idraulica una macchina motrice che consente di trasformare l energia potenziale dell acqua in energia meccanica Essa si compone di Organo fisso distributore con la funzio
56. prodotta ma non immediatamente autoconsumata per poi prelevarla in un momento successivo per soddisfare i propri consumi Sono interessati a proporre istanza al GSE coloro nella cui disponibilita o titolarita vi sia uno o piu impianti e Alimentati da fonti rinnovabili di potenza fino a 20 kW e Alimentati da fonti rinnovabili di potenza fino a 200 kW se entrati in esercizio dopo il 31 dicembre 2007 e Di cogenerazione ad alto rendimento di potenza fino a 200 kW Mentre tutti 1 cogeneratori di taglia superiore ai 200 kW elettrici non possono accedere a tale meccanismo Per questi impianti l unica strada percorribile rimane quella della vendita di elettricit alla rete alle condizioni vantaggiose previste dal regime di ritiro dedicato Con lo scambio sul posto il GSE riconosce un contributo a favore del soggetto titolare dell impianto definito come Utente dello scambio USSP che si configura come ritorno di una parte degli oneri sostenuti per il prelievo di energia elettrica dalla rete 75 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili Ai fini del calcolo del contributo da determinarsi su base annuale solare viene presa in considerazione e La quantit di energia elettrica scambiata con la rete l ammontare minimo tra energia immessa e prelevata dalla rete nel periodo di riferimento e Il controvalore in Euro dell energia elettrica immessa in rete e Il valore in Euro dell onere
57. punto di utilizzo per accendere o spegnere un dispositivo elettrico sufficiente lo scatto di un interruttore Il black out del sistema elettrico italiano del 28 settembre 2003 stato il pi importante black out della rete elettrica italiana ed ha avuto inizio alle 3 30 del 28 settembre 2003 lasciando al buio l intero territorio italiano con l eccezione della Sardegna e dell isola di Capri A causarlo pare sia stata la caduta in una foresta svizzera presso il confine italiano di un abete di grandi dimensioni corrosa dagli agenti atmosferici e abbattuta dal vento la pianta avrebbe tranciato di netto i cavi dell alta tensione Essendo la notte un momento di basso carico la potenza importata da quell elettrodotto copriva una fetta non trascurabile di tutti i consumi elettrici italiani Venendo a mancare la rete elettrica si trovata di colpo in pesante sovraccarico e di conseguenza tutti gli impianti in funzione si sono disinseriti per evitare danni Si cos innescata una reazione a catena che in pochi secondi ha scollegato tutto il sistema elettrico italiano ad eccezione della Sardegna e delle isole minori che hanno un sistema elettrico autonomo La corrente fu ripristinata pressoch ovunque intorno alle 3 del pomeriggio del 29 settembre Capitolo 1 Fabbisogno energetico 1 2 Produzione dell energia Nulla si crea nulla si distrugge ma tutto si trasforma Antoine Lavoisier Dai principi della termodinam
58. quegli apparati in cui 1 rifiuti mediante una reazione termochimica a temperatura elevata ed in presenza di ossigeno ed azoto vengono scissi in molecole gassose gas di sintesi o syngas il quale pu successivamente essere utilizzato come combustibile Il gas che si ottiene dai gassifica tori syngas miscela di metano idrogeno ed monossido di carbonio pu essere utilizzato per alimentare turbine a gas per produrre 24 Capitolo 1 Fabbisogno energetico energia elettrica o per ricavarne idrogeno per celle a combustibile o per produrre precursori per industria chimica metanolo ed etanolo Nel caso di una torcia della capacit di 450 000 ton anno il syngas prodotto dall impianto pu produrre da 80 a 120 MW di energia elettrica al giorno La torcia di plasma un dispositivo che genera da un particolare ugello un flusso diretto di plasma per effetto di una opportuna differenza di potenziale elettrico tra due elettrodi Il plasma un gas lonizzato costituito dall insieme di elettroni ed ioni positivi e globalmente neutro Le temperature che si raggiungono nei termovalorizzatori al plasma sono elevatissime comprese tra 1 7 000 ed 1 13 000 C Per effetto di tali valori di temperatura nei rifiuti che precedentemente subiscono un trattamento di sminuzzamento avvengono una serie di trasformazioni che si possono cos riassumere 1 Nella zona di reazione dove le temperature sono dell ordine dei 3 500 4 000 C le molecole or
59. recupero e lo stoccaggio del carbonio una tecnologia che sar in grado di eliminare l inquinamento della combustione di carbone sotto terra 11 Capitolo 1 Fabbisogno energetico AUSTRALIA L Australia emette poca CO nel confronto globale ma su base pro capite risulta un grosso inquinatore dato che per la produzione di elettricit fa ricorso per 1 80 alle sue grandi riserve di carbone che la rendono anche il maggior esportatore al mondo del combustibile Il governo del Paese aveva emanato una legge che avrebbe potuto far ridurre le emissioni di un misero 5 entro 1l 2020 Si erano proposti dei limiti alla quantit di CO che le imprese pi inquinanti possono emettere e di adottare un sistema di quote in base alle quali chi supera 1 livelli consentiti pu acquistare permessi di emissione L opposizione ha dichiarato tale piano una grossa imposta sulle aziende pi inquinanti come quelle energetiche Per 1 detrattori il governo teme che l aumento dei prezzi dell energia che la tassa comporter provochi lo scontento degli elettori Il risultato che se si parlava dell entrata in vigore del piano a luglio 2011 ora non se ne parler prima del 2013 EUROPA Anche l Unione Europea si posta degli obiettivi non previsti dal primo protocollo di Kyoto Il pacchetto clima energia approvato nel dicembre 2008 fissa tre principali obiettivi da conseguire entro 1l 2020 ridurre del 20 le emissioni di gas ad effetto serra port
60. rischio di una regressione CINA Anche la Cina nonostante sia stata esclusa dagli obblighi del protocollo di Kyoto ha intrapreso delle politiche eco sostenibili Il presidente Hu Jintao ha fissato l obiettivo di ridurre l intensit energetica delle attivit economiche del 20 in 5 anni Inoltre in concomitanza con il congresso di Copenaghen del dicembre 2009 arrivato l impegno ufficiale di ridurre le emissioni di CO equivalente del 40 entro il 2020 rispetto ai livelli del 2005 I tagli dell Unione Europea e degli Stati Uniti si riferiscono al 1990 quelli cinesi al 2005 Non un escamotage ma ha un senso perch la Cina aveva nel 2005 un tasso di emissioni di biossido di carbonio simile a quello del 1990 dei Paesi Occidentali solo dal 2006 che il colosso cinese ha cominciato a crescere e di conseguenza ad inquinare arrivando ad oggi nel giro di quattro anni a raddoppiare il suo inquinamento Si vedono anche importanti risultati nel campo della green economy cinese con un record storico di capacit eolica installata in un anno infatti nel 2009 la Cina ha piazzato 13 000 MW di impianti eolici tanti quanti ne aveva installato negli ultimi 5 anni per una capacit globale di 25 000 MW che la posiziona al terzo posto nel mondo dopo gli Stati Uniti e la Germania Un altra promessa interessante fatta dai presidenti della Cina e degli USA riguarda un progetto comune chiamato Clean Energy Research Center che sar incentrato sul
61. si applica a veicoli stradali macchine mobili non stradali comprese le navi adibite alla navigazione interna quando non sono in mare trattori agricoli e forestali e imbarcazioni da diporto Per quanto concerne il pacchetto efficienza energetica si sono previsti 3 temi etichettatura degli pneumatici efficienza energetica degli edifici ed etichettatura energetica degli elettrodomestici e La qualit degli pneumatici incide sul consumo di carburante della vettura e sull ambiente cosicch il Parlamento europeo ha proposto di etichettare gli pneumatici in base alla loro efficienza energetica sicurezza e rumorosit grazie ad una scala dalla A la migliore alla G la peggiore 13 Capitolo 1 Fabbisogno energetico 14 In Europa gli edifici sono tra le principali fonti di produzione di CO il 40 del consumo totale di energia assorbito per il riscaldamento gli elettrodomestici e l aria condizionata La normativa approvata stabilisce che tutti gli edifici costruiti dopo il 31 dicembre 2020 siano prossimi alla classificazione zero energy ossia rispettino elevati standard di efficienza rispondendo al fabbisogno anche attraverso un massiccio utilizzo di energie rinnovabili La Commissione stabilir entro il 30 giugno 2011 un quadro metodologico comparativo per calcolare 1 livelli a costi ottimali delle performance minime di rendimento energetico Possono risultare esenti da tale obbligo Edifici con
62. si tenga presente che le centrali termoelettriche convenzionali convertono circa un 1 3 dell energia del combustibile in elettricit il resto perso in calore mentre in un impianto trigenerativo pi di 4 5 della stessa energia sfruttata visto che il calore recuperato direttamente funzionamento cogenerativo o come fonte per un ciclo frigorifero ad assorbimento funzionamento trigenerativo Rispetto all energia frigorifera 1 COP sono molto pi bassi che nei condizionatori tradizionali ma la sorgente energetica il poco pregiato calore di scarto proveniente dal processo di generazione elettrica rispetto alla pregiata energia elettrica migliore rendimento exergetico 2 2 3 Microcogenerazione La definizione attuale di microcogenerazione prende avvio dalla Direttiva Europea 2004 8 EC sulla cogenerazione e qualifica come e micro cogenerazione tutte le applicazioni con potenza elettrica installata inferiore a 50 kWel e cogenerazione di piccola scala le applicazioni con potenza elettrica inferiore a 1 MWel In sintesi 1 vantaggi della piccola cogenerazione distribuita sono e Risparmiare energia primaria nell ordine del 35 40 diminuendo 1 costi energetici e Salvaguardare l ambiente emettendo in atmosfera oltre un milione di tonnellate di anidride carbonica in meno e Zero perdite di distribuzione calore utilizzato in loco e Zero perdite di distribuzione nell energia elettrica riv
63. sincroni Marelli Motori 3 3 2 Protezioni dei dispositivi Le protezioni garantiscono che non si verifichino situazioni pericolose in caso di malfunzionamenti e guasti alla rete pubblica o al generatore Vengono cos individuate e Protezione generale della rete dell autoproduttore PG e Protezioni della rete pubblica nel caso di funzionamento in parallelo o misto e Protezioni della rete dell autoproduttore nel caso di funzionamento in isola e Protezioni della rete nel caso di funzionamento transitorio in parallelo e Protezioni del generatore Protezioni generali della rete dell autoproduttore PG Consistono nelle protezioni agenti sul dispositivo generale Al fine di evitare che guasti interni all impianto del cliente abbiano ripercussioni sull esercizio della rete Enel il cliente deve installare un sistema di protezione generale di massima corrente e contro 1 guasti a terra Tale sistema di protezione generale non finalizzato alla protezione delle apparecchiature del cliente Il sistema di protezione generale composto da rel alimentati da riduttori di corrente ed eventualmente di tensione Esso nella sua globalit deve essere in grado di funzionare correttamente in tutto il campo di variabilit delle correnti e delle tensioni che si possono determinare nelle condizioni di guasto per le quali stato previsto Il sistema di protezione generale previsto dalla DK 5600 ed V pu essere costituito da e Un re
64. tale da mantenere l eguaglianza dei moduli E e 84 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori Anticipo e sovreccitazione E gt U V3 in anticipo P gt 0 Q gt 0 AU _ all Pd T Fa a ace a nn A nn J E e ai 3 eS A sii A 3 gt rd pr _ Pi ii Me ip eN a gt J a AL o nm mn j r an 4 Mx Figura 3 9 Anticipo e sovraeccitazione In questo caso la corrente risulta in ritardo sulla tensione di rete quindi positiva sia la potenza attiva che quella attiva La macchina immette dunque in rete sia potenza attiva che potenza reattiva induttiva Ritardo e sottoeccitazione E lt U V3 in ritardo P lt 0 Q lt 0 Y da pr D i Ms ri h x si F 0 gt AU E Figura 3 10 Ritardo e sottoeccitazione La corrente anticipa di un angolo superiore a 90 La potenza attiva negativa quindi la macchina un motore Anche la potenza reattiva negativa Ritardo e sovraeccitazione E gt U V3 in ritardo P lt 0 Q gt 0 i Eo Figura 3 11 Ritardo e sovraeccitazione La corrente ritarda sulla tensione di rete di un angolo maggiore di 90 La potenza attiva negativa funzionamento come motore e la potenza reattiva positiva 85 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori Anticipo e sottoeccitazione E lt U V3 in anticipo P gt 0 Q lt 0 Figura 3 12 Anticipo e sottoeccitazione La corrente in anticipo la potenza attiva positiva que
65. tecnologico in futuro si potranno avere anche motori in classe IE5 o superiori 20 Capitolo 1 Fabbisogno energetico In attesa di valutare le ripercussioni che la nuova classificazione avr sul mercato importante ricordare le tappe previste per l entrata in vigore delle nuove norme oltre agli obblighi imposti a produttori e acquirenti dal 2009 possibile utilizzare la nuova classificazione IE dal 10 febbraio 2010 tutti 1 motori elettrici devono essere classificati in base ai criteri fissati dalla norma IEC 60034 30 2008 abbandonando la precedente classificazione dal 16 giugno 2011 tutti 1 motori elettrici industriali dovranno essere di categoria minima IE2 dal 2015 1 motori di potenza nominale compresa tra 7 5 e 375 kW dovranno essere almeno in categoria IE3 ammessa l implementazione di motori IE2 solo se controllati da variatori di velocit dal 2017 il rispetto dei valori minimi di efficienza sar tassativo per tutti 1 motori elettrici commercializzati Da un punto di vista squisitamente teorico se tutti 1 motori elettrici installati nel nostro continente fossero caratterizzati da un elevata efficienza energetica o almeno gestiti da moderni convertitori di frequenza sarebbe possibile ridurre del 20 30 1 consumi totali Il che equivarrebbe a livello europeo ad un risparmio del 7 dell elettricit attualmente impiegata ovvero il consumo annuo dell intera Svezia La finanziaria 2010 prev
66. termoelettriche la differenza sostanziale sta nel tipo di combustibile e di processo tecnologico che viene utilizzato per fornire calore e formare il vapore da inviare alle turbine Queste centrali ottengono il calore da un processo di scissione dell atomo di uranio chiamata fissione nucleare Tale processo prevede 11 bombardamento di un isotopo dell uranio con neutroni lenti causando la scissione dell atomo in due parti e generando un atomo di bario e uno di krypton o cesio e rubidio selenio e cesio e altre coppie di elementi Oltre a ci si generano tre neutroni veloci e l energia corrispondente alla perdita di massa di 1 grammo ogni chilo di uranio arricchito che pu essere calcolata con la relazione di Einstein E mc 0 001 kg 8 98 10 m s 8 98 1014 J 25 10 KWh Come si pu vedere una minima quantit di uranio consente di produrre un elevata quantit di energia e in aggiunta a differenza del carbone o del petrolio senza emissioni di anidride carbonica I tre neutroni veloci vengono rallentati con un moderatore acqua acqua pesante grafite berillio e partecipano alla fissione di altri atomi innescando cos la famosa reazione a catena L energia cinetica con cui fuoriescono 1 prodotti della reazione si trasforma in calore con il quale si realizza il vapore in pressione da inviare alle turbine Per regolare la centrale si utilizzano barre di controllo in cadmio o boro che coprono le barre di uranio rall
67. totale di 6 400 MW L Enel ha finora acquistato una partecipazione del 12 5 negli impianti EPR di Flamanville 3 e Penly nella regione della Normandia I principali scopi del progetto del EPR sono un aumentata sicurezza e allo stesso tempo fornire una migliore competitivit economica tramite miglioramenti graduali ai precedenti ed ampiamente collaudati PWR spinti fino alla taglia di potenza di 1 600 MW elettrici Il reattore EPR pu utilizzare come combustibili ossido di uranio arricchito fino al 4 9 in entrata 3 5 medio considerando gli altri cicli parzialmente bruciati oppure MOX miscela di ossidi di uranio e plutonio fino al 100 del nocciolo Tabella 1 3 Caratteristiche generali del reattore EPR 4300 MWt Potenza elettrica netta 1600 MWe Efficienza elettrica netta Fattore di carico stimato Vita operativa stimata Il progetto del reattore nucleare EPR prevede molteplici sistemi di protezione sia attivi sia passivi contro vari tipi di incidente e quattro sistemi indipendenti di refrigerazione d emergenza ognuno capace da solo di refrigerare il nocciolo del reattore dopo il suo spegnimento e un contenimento metallico attorno al reattore a tenuta per le eventuali fuoriuscite di materiale radioattivo in caso di incidente con rottura del circuito primario e un contenitore core catcher ed un area di raffreddamento passivo del materiale fuso nell improbabile evento che il nocciolo di combustibile nucleare radio
68. tratta due casi di utilizzo di generatori sincroni nelle energie rinnovabili idroelettrico e cogenerazione Per entrambi i casi vengono presentati gli aspetti tecnici lo stato tecnologico attuale degli impianti e gli sviluppi futuri e gli aspetti economici e normativi Il terzo capitolo tratta gli aspetti tecnologici meccanici elettrici ed elettronici dei generatori sincroni Marelli Motori le considerazioni sulla messa in parallelo alla rete 1 criteri di protezione dettati dalle normative le problematiche legate a variazioni di coppia ad inserzioni con errori d angolo al mancato sincronismo ecc Si analizzano i sistemi di controllo per la gestione dei transitori 1 sistemi ridondanti per evitare interruzioni di servizio 1 sistemi di monitoraggio predittivo ed emergenza Il quarto ed ultimo capitolo presenta lo sviluppo di un controllo ottimo lineare quadratico in spazio di stato per la regolazione dell eccitazione dell alternatore con confronto diretto al classico controllo PID Si fa uso di identificazione a scatola nera per ottenere il miglior modello del sistema da controllare e di uno stimatore ottimo di Kalman per la stima dello stato VII Capitolo 1 Fabbisogno energetico 1 1 Necessita dell energia elettrica Nella vita quotidiana l energia elettrica costituisce una risorsa fondamentale la sua assenza comporterebbe non pochi disagi basti pensare al semplice disallacciamento per lavori di manutenzione della linea
69. un particolare valore architettonico o storico Edifici adibiti a luoghi di culto e allo svolgimento di attivit religiose Fabbricati temporanei con un tempo di utilizzo di due anni siti industriali officine ed edifici agricoli non residenziali a basso fabbisogno energetico Edifici residenziali utilizzati o destinati ad essere utilizzati per meno di quattro mesi l anno e con un consumo energetico previsto di almeno il 25 rispetto a quello annuale Fabbricati indipendenti con una metratura utile totale inferiore a 50 m Le Amministrazioni Pubbliche dovranno aprire la strada gi dalla fine del 2018 In caso di immobili esistenti dove possibile le prestazioni dovranno essere migliorate con lavori di ristrutturazione incentivando i proprietari a installare contatori intelligenti e a sostituire gli impianti di riscaldamento per l acqua calda sanitaria e di climatizzazione con sistemi ad alta efficienza Inoltre gli standard dovranno essere riveduti a scadenze regolari non superiori ai cinque anni aggiornandoli nel tempo in modo da riflettere 1 progressi tecnologici nel settore dell edilizia La Commissione europea ha presentato una proposta di revisione dell etichettatura energetica degli elettrodomestici L etichetta un importante strumento grazie al quale il consumatore pu conoscere prima dell acquisto il reale consumo di energia di un elettrodomestico L etichetta di diversi colori present
70. uscita tramite filtro Kalman appena identificato ss A Kappa sgrtm Lambda C sqrtm Lambda Ts Q Caricamento dei dati per la validazione del modello identificato load valid Vf _new mat yl Vpark 2 SY2 y2 2 u VE 2 syval yl y2 yval y1 uval u yval Cetrend yvael uval detrend uval val_dat iddata yval uval 193 Appendice 6 6 5 Grafici per l analisi della prestazione dell identificazione o Diagrammi di Bode figure bode F b Fpem r E A A PE A I SIL SE ST SIE ST PE ST E SS SS SE PF FE PF PP 0 Residui figure Resid Modelp val_dat ir title PBSID figure Resid Modelpem val_dat ir title PEM figure Resid Modelp val_dat title PBSID figure Resid Modelpem val_dat title PEM figure compare val_dat Modelp title PBSID figure compare val_dat Modelpem title PEM figure compare val_dat Modelp 1 title PBSID figure compare val_dat Modelpenm 1 title PEM figure compare val_dat Modelp 1000 title PBSID figure compare val_dat Modelpem 1000 title PEM 194 Appendice gt DI O O o ce Matlab dell algoritmo per il controllo ottimo LQ 4999933539355324 CONTROLLO OTTIMO DELL ALTERNATORE 3 3 3 SESTELLSLLLL LIS SPAZIO DI STATO SETELLSLLLLSLI LS SETELLSLLLL LIS CONTROLLO LQ SGL o Tecnica PEM commentare tutto per usare tecnica PBSID ASAPemn
71. 2 Il settore terziario assorbe il 31 6 dei consumi totali il domestico il 23 e l agricoltura il rimanente 1 9 AGRICOLTURA 1 9 Figura 1 6 Consumo di energia elettrica in Italia dicembre 2009 Secondo un rapporto del ERSE ENEA Ricerca sul Sistema Elettrico S p A ex CESI Ricerca circa il 75 del consumo elettrico industriale italiano va ascritto ai motori elettrici Ne consegue pertanto che 1 motori elettrici sono un prodotto prioritario per 1 sistemi industriali per il quale devono essere istituite specifiche per la progettazione ecocompatibile La riduzione delle emissioni nell atmosfera non offre vantaggi solo all ambiente in cui viviamo ma permette anche alle aziende di ottenere sensibili risparmi economici Aspetto fondamentale da tenere presente che il costo di esercizio un motore molto pi elevato di quello di acquisto figura 1 7 Per esempio un motore elettrico da 15 kW ha un costo di circa 520 ed un costo di esercizio in dieci anni considerando 3 500 ore anno e un costo dell energia elettrica di 7 c KWh di circa 32 000 circa 60 volte il costo iniziale Quindi non ha senso risparmiare sul costo di acquisto scegliendo motori scadenti bens un piccolo extraprezzo finalizzato all acquisto di un motore pi efficiente potrebbe essere recuperato in pochi mesi di utilizzo 19 Capitolo 1 Fabbisogno energetico gt woe m Energia elettrica 98 Manutenzione 0 3 m Acquisto 1 3
72. 20 del Decreto Ministeriale 18 dicembre 2008 in materia di incentivazione dell energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili tramite la tariffa fissa omnicomprensiva www gse it attivita ssp Quadro 20Normativo 001 09argall pdf 41 R J Best D J Morrow D J McGowan P A Crossley Synchronous islanded operation of a diesel generator IEEE transaction 2007 42 Manuale dell Utente Marelli Energy Controller MEC 100 Sistema di regolazione per Generatori Sincroni Trifase SIN NT 023 5 IT 43 Basler Electric Automatic Synchronizing consideration and applications 44 D Hiramatsu M Kakiuchi K Nagakura Y Uemura K Koyanagi K Hirayama S Nagano R Nagura K Nagasaka Analytical Study on Generator Load Rejection Characteristic using Advanced Equivalent Circuit IEEE transactions 2006 184 Bibliografia 45 R Wamkeue C Jolette and I Kamwa Alternative approaches for linear analysis and prediction of a synchronous generator under partial and full load rejection tests IET Electr Power Appl 2007 1 4 pp 581 590 46 Working group on power plant response Guidelines for enhancing power plant response to partial load rejections IEEE tramsactions on power apparatus and systems vol PAS 102 no 6 1983 47 R Wamkeue J Christian I Kamwa New approach for partial and full load rejection analysis of synchronous generator IEEE transactions 2006 48 L Yan ling G Bao jun L
73. 7 rispetto a quelle del 2005 entro il 2020 e la Cina punta addirittura al 40 Capitolo 1 Fabbisogno energetico USA La promessa del presidente degli Stati Uniti contenuta nel climate and energy bill ancora ferma al senato 10 ottobre 2010 7 non sufficiente porre un tetto alla produzione di gas serra per il cambiamento occorre sostegno finanziario interventi sulle infrastrutture di rete educazione dei cittadini e domanda Il disegno di legge americano propone un sistema di cap and trade in base al quale il governo impone un limite cap sulla quantit totale di gas a effetto serra che pu essere emessa a livello nazionale Le societ quindi acquistano o vendono trade permessi per l emissione di questi gas principalmente anidride carbonica CO2 Il limite massimo consentito viene ridotto nel corso del tempo per ridurre le emissioni inquinanti In seguito alle indennit inizialmente distribuite le imprese sarebbero libere di acquistarle e venderle Le aziende che emettono pi gas devono affrontare un costo pi elevato e ci fornisce un incentivo economico per ridurre le emissioni I primi controlli saranno effettuati al settore elettrico a partire dal 2012 per poi passare al settore industriale e ai trasporti tassati a seconda del consumo di prodotti petroliferi raffinati Gli elementi chiave del disegno di legge includono e Incentivi per soddisfare il 20 della domanda di energia elettrica mediante fonti di energia rin
74. A A a Taw aku eterna anaes 55 2 1 3 1 Turbina e microtirbinad Petom a hi R EE E 58 223 2 Turmae mictotirbina TUDO si A 58 III Indice 2 1 3 3 Microturbina a flusso radiale O incrociato L ee eeeeeeeeeeees 59 21 54 Torbina eminitufbma Francescani 60 21 53 59 Turbine Kaplan e ad Cen orosei 61 213 6 Regolazione della bia sicario 62 22 NAAA A AE 65 22 1 Teleriscalada mento ss helena 68 DDD AE A A 68 22 53 MICHOCOSCHEFAZIONE tl AEE 69 224 Payback dell impianto AA A O 70 229 is AA E 71 CAPITOLO 3 GENERATORI SINCRONI MARELLI MOTORI 3 1 Requisiti tipici dei generatori per un servizio continuativo essenziale 71 3 1 1 Impianto di generazione da motore endotermico L 0 78 3 12 Impianto idroelettrico rire 80 3 24 Messaan paralelo alla Cele a apollo 82 3 3 Criteri di protezione per 1 generatori allacciati alla rete e cece eeees 88 5 5512 Dispositivi dE SICULEZZA sala iaia 88 3 32 Protezione del dispositivi islanda 91 o MMC lel CS ICU C27 A A ia O 92 3 4 Oscillazioni pendolari della macchina sincrona per variazioni di coppia del motore Pie na 94 3 5 Inserzione in parallelo con errore d angolo LL e eee e eee ET E E 96 3 06 Richiusura fori SINCEOMISING iii e iii isa 103 3 7 Sistemi di controllo per la gestione dei transitori 0 cece eee eee e eee e eens 105 3 7 1 Mo
75. Alimentato da Fonte Rinnovabile A VII Introduzione livello internazionale esistono 1 certificati RECS Renewable Energy Certificate System si tratta di un sistema volontario di certificazione a livello europeo che permette di creare un mercato di titoli una volta commercializzati essi possono essere utilizzati separatamente dall energia fisica associata Altri certificati famosi sono 1 Certificati Bianchi o meglio Titoli di Efficienza Energetica anch essi consistono in titoli acquistabili e rivendibili nel mercato energetico Inoltre sono previsti incentivi anche riguardanti l energia elettrica prodotta da tali impianti a basso impatto ambientale come ad esempio il Ritiro Dedicato e lo Scambio Sul Posto In sintesi la tesi discute le caratteristiche di efficienza e gli accorgimenti innovativi messi in atto da Marelli Motori per la progettazione la costruzione e il controllo in servizio di generatori elettrici in grado di soddisfare le attuali specifiche di efficienza prestazioni transitorie ridondanza controlli e protezioni Il primo capitolo presenta lo scenario italiano e mondiale di produzione e consumo di energia elettrica con un analisi sulle fonti primarie sfruttate Si introduce il Protocollo di Kyoto e i meccanismi di mercato usati le Smart Grids e le nuove classificazioni dei motori elettrici in base alla loro efficienza Dopodich si presentano le principali tipologie di centrali elettriche Il secondo capitolo
76. B 53 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili invece ha quali membri le societ che in ambito nazionale sono responsabili delle verifiche sugli impianti di generazione e del rilascio dei certificati RECS Le modalit e 1 requisiti generali della certificazione sono compresi nella regolamentazione dell AIB Principles and Rules of Operation of the European Energy Certificate System EECS meglio nota come Basic Commitment Ogni paese poi in relazione alle specifiche esigenze dettate dalla normativa nazionale di settore rende operative le regole associative al suo interno con l adozione del Domain Protocol in cui sono individuate le peculiarit nazionali L Italia tra 1 fondatori della certificazione RECS Nel corso degli anni c stato un coinvolgimento sempre maggiore degli operatori di mercato Per l anno 2010 partecipano al sistema RECS 46 societ Il GSE per il nostro paese l organismo preposto al rilascio di questa certificazione e in qualit di Issuing Body IB partecipa all associazione internazionale AIB Association of Issuing Bodies insieme a Transmission System Operator Autorit di Regolazione e societ specializzate in campo ambientale 2 1 2 3 Garanzia d Origine La Garanzia di Origine attesta la produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile come definita dal Dlgs 387 03 una certificazione a carattere volontario che non comporta incentivi Il GSE rilascia
77. B Bpem C pemn D Dpem Kappa Kpem o o oP o o o VERIFICA RAGGIUNGIBILITA E OSSERVABILITA Ragg B A B A 2 B dimensione 3 Oss Ci C A C A 2 dimensione 3 raggiung rank Ragg raggiungibile se il rango 3 osserv rank Oss osservabile se il rango 3 Altri dati CRE AO el C 1 OL cl scl Rl le 3 le 4 Ka 9e 2 guadagno antiwindup 5e 3 Tempo continuo M L Kott care A B O RL Fott 1 C inv A B Kott B Tempo discreto Md Ld Kottd dare A B O RL Fottd 1 cl inv A B Kottd eye size A 1 B Controllo integrale A_i 1 zeros l size A 1 zeros size A 1 1 A Bi 107 BI Dai eros ly Ly l7 e AAC alfa le 9 Q_ 12 Q italfa eye size 0 _1 beta 0 5 c4 betatcl Mid Lid Kottid dare A_i B i O 1 R1 Kid Kottid 1 1 Kottid2 Kottid 1 1 size A 1 Fottid2 1 cl inv A B Kottid2 eye size A 1 B Fottid3 1 cl inv A B Kottd eye size A 1 B Fottid4 1 c4 inv A B Kottd eye size A 1 B 195
78. Figura 1 7 Life cycle costing di un motore elettrico 12 dettata proprio dalla convergenza di interessi economici e ambientali la norma IEC 60034 30 2008 che prevede una nuova classificazione dell efficienza dei motori elettrici In base ad un accordo siglato dai principali costruttori aderenti al CEMEP Comitato Europeo Costruttori Macchine Elettriche e Elettronica di Potenza sinora 1 motori elettrici erano stati classificati secondo tre classi Eff1 Eff2 ed Eff3 con il riconoscimento Eff1 utilizzato per identificare le soluzioni caratterizzate dalle migliori performance in base a quanto stabilito dalla norma EN 60034 2 1996 L adesione a questa normativa era per volontaria Non erano quindi previste sanzioni per quanti proponessero soluzioni prive di una classe di identificazione o ancor peggio dichiarassero il falso Una situazione alla quale pone rimedio proprio la IEC 60034 30 2008 Tale normativa infatti fissa precisi requisiti per 1 motori con potenza compresa tra 0 75 e 375 kW che saranno commercializzati a partire dal 10 febbraio 2010 La nuova classificazione inizialmente aggiunta all esistente identifica le classi di efficienza energetica con la sigla IE seguita da un numero crescente in funzione della maggiore efficienza Ad oggi sono stati definiti 1 criteri di classificazione IE1 IE2 IE3 ed IE4 dove il numero indica una migliore efficienza del motore preso in considerazione ma nulla vieta che grazie al progresso
79. Figura 3 31 Sfasamenti Quando si applica al generatore un carico reattivo il vettore di tensione della resistenza ruota in senso orario o antiorario a seconda che il carico sia di tipo induttivo o capacitivo Quando il carico del generatore ha un fattore di potenza capacitivo leading il vettore di tensione della resistenza di carico del modulo di parallelo ruota in senso antiorario figura 3 32 Burden nm Voltage Generated Voltage Figura 3 32 Diagramma vettoriale di un carico capacitivo L aumento dello sfasamento tra la tensione generata e la tensione della resistenza di carico in figura 127 provoca il decremento della tensione da mandare al regolatore ottenendo cos un aumento dell eccitazione del generatore AI contrario quando il carico del generatore ha un fattore di potenza induttivo lagging il vettore di tensione della resistenza di carico ruota in senso orario figura 3 33 Generated Voltage 0 EG Figura 3 33 Diagramma vettoriale di un carico induttivo 114 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori La diminuzione dello sfasamento tra la tensione generata e la tensione della resistenza di carico in figura 39 provoca l incremento della tensione da mandare al regolatore ottenendo cos una diminuzione dell eccitazione del generatore La sensibilit del modulo di parallelo pu essere variata modificando 1 valori della resistenza di carico e del rapporto di trasformazione
80. MW il quale tende per a lievitare in modo enorme per impianti di dimensioni adeguate alla produzione industriale A terra occupa meno di 100 metri quadri quindi non toglie la possibilit di continuare le precedenti attivit su quel terreno es pastorizia colture ecc 37 Capitolo 1 Fabbisogno energetico Svantaggi Le centrali eoliche per produrre quantit di energia apprezzabili devono essere costituite da un numero consistente di generatori eolici che devono essere distanziati per poter sfruttare il vento e per evitare un affollamento che sarebbe sgradevole Inoltre la disponibilit produttiva molto bassa 25 a causa della discontinuit del vento e dunque a parit di potenza nominale installata una centrale eolica produce un quarto di una centrale nucleare ed un terzo di una centrale a gas richiedendo in compensazione dunque un sovradimensionamento ed un sovracosto pari a 4 volte quello nominale per ottenere le stesse prestazioni effettive Si possono installare solo dove c abbastanza vento e sono degli impianti moderatamente rumorosi la loro pericolosit per 1 rapaci naturalmente attratti dal rumore enorme e modificazioni della resistenza aerodinamica dei suoli possono condurre ad alterazioni permanenti della ventosit con contraccolpi sull ambiente Un esempio il caso di Los Angeles citt la cui attuale bassa ventilazione e il conseguente permanere dello smog probabilmente dovuta all installa
81. Tipicamente si fa uso di reostati da 10 con possibilit di regolazione Il valore del segnale di errore mandato al regolatore di tensione proporzionale a modulo e fase della tensione ai capi della resistenza quest ultima determinata dalla corrente del secondario del trasformatore Tipicamente i trasformatori di corrente usati sono dimensionati per dare in uscita una corrente di 5A con una potenza massima di carico di 25VA quindi la tensione massima attraverso la resistenza da 1Q sar di 5V Si pu notare che la caduta di tensione attraverso la resistenza tipicamente il 5 della tensione generata per minimizzare le correnti circolanti Per evitare che 11 modulo di parallelo causi variazioni di tensione in seguito a variazioni di carico possibile modificare il circuito interconnettendo i regolatori dei vari generatori Questo secondo metodo reactive differential compensation si differenzia dal primo reactive droop compensation vere la caratteristica di compensare le correnti tra 1 generatori senza cadute di tensione causate dal segnale di errore La figura 3 34 schematizza due generatori in parallelo con l adozione della compensazione reattiva differenziale Si notano le interconnessioni tra i terminali degli avvolgimenti primari dei due trasformatori di corrente TO LOAD Figura 3 34 Due generatori messi in parallelo con compensazione reattiva differenziale Sulla resistenza dei moduli di parallelo scorrono due c
82. Ts NODI 3REAKER c OUTE GRID MEAS GENE RATOR MEAS i gt Lo a IN e gt a dj i pu b IN N i gt IN E v gt v N gt pi c IN agurs e gt v mean gt b OUT IN x OUT e ____ amp c OUT N OUT OUT e da al ROTATING BRIDGES iia EXCITER MEAS i SYNCHRONOUS GENERATOR a DIN 11 16 Si posta la macchina funzionante a vuoto a tensione e velocit nominali e la rete alla stessa frequenza e tensione del generatore Tra la tensione della rete e la f e m a vuoto del generatore si imposto uno sfasamento pari a 20 gradi Si sono quindi effettuate due simulazioni distinte a seconda che lo sfasamento tra le tensioni sia rispettivamente in anticipo o in ritardo cio con err 20 oppure ery 20 Le condizioni simulate in termini di potenza di c c della rete di ampiezza d errore d angolo ecc costituiscono secondo le indicazioni di Marelli Motori un worst case scenario 97 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori Risultati della simulazione per 6 20 CORRENTE NEL MOV CORRENTE DI CAMPO he i i i t i COPPIA ELETTROMAGNETICA 17 x 10 A A A x 1 LL _d_ _ d_ ro wha wee wees Se PR lt a CORRENTE DI STATORE quan ee r 90 80 Lko 70 60 Y uuu qa onporsopor nopon o qooooqoo 98 Capitolo 3 Generatori sincroni Marel
83. UNIVERSIT DEGLI STUDI DI PADOVA FACOLT DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN INGEGNERIA DELL AUTOMAZIONE TESI DI LAUREA IMPIEGO DI ALTERNATORI SINCRONI TRIFASE IN SISTEMI DI GENERAZIONE DA FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE CARATTERISTICHE INNOVATIVE DI COSTRUZIONE E CONTROLLO PER GARANTIRE AL SERVIZIO FORNITO EFFICIENZA PRESTAZIONI E AFFIDABILIT RELATORE CH MO PROF ALDO ROSSI CORRELATORE ING GIANLUCA STANIC LAUREANDO MASSIMO DAL MASO ANNO ACCADEMICO 2009 2010 A mio figlio Michael Sommario La richiesta di energia elettrica in continuo aumento e negli ultimi anni ha acquisito un enorme importanza l impatto ambientale Gli obiettivi che la comunit globale si sta fissando sono di ridurre l uso di fonti primarie di origine fossile e sviluppare e incentivare lo sfruttamento di energie alternative e sostenibili Oltre alla costruzione di nuove centrali ad impatto zero quali idroelettriche eoliche solari geotermiche si diffonde l impiego di isole di cogenerazione che permettono un miglior sfruttamento dell energia primaria servendosi anche dell energia persa in calore per applicazioni di teleriscaldamento locale utilizzando magari come fonte primaria combustibili di origine biologica L utilizzo di alternatori ad alta efficienza una prerogativa fondamentale per contribuire a migliorare la resa del sistema globale di generazione Il seguente lavoro di tesi illustra le caratteristiche e gli
84. a 2 lt H 20 La scelta della turbina idonea avviene per mezzo di nomogrammi nei quali l immissione dei dati di progetto salto e portata d acqua disponibili consente di estrapolare la tipologia di turbina pi adatta e la taglia in termini di potenza Ogni turbina poi caratterizzata da un proprio rendimento in funzione del regime di utilizzo della stessa 56 dit Bb wa portata O mcs Cal dl Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili i 3 CA VI No ty O4 O Y ty 500 Pelton 300 A eo i LUI E 200 O z Turgo o a Francis 100 ee Zo x 09 O x N 50 Turbine s envelopes EA Kaplan Propeller Bulb 30 Francis Pelton EE A Turgo 20 Crossflow 10 ia Crossflow kaplan 5 3 2 0 0 2 0 5 1 2 3 45678910 20 30 50 100 Portata m s Figura 2 1 Campo di funzionamento delle turbine per applicazioni idroelettriche 21 de Nomogramma per la scelta del tipo di turbina 01 10 T al o tI a 150 i Y lz x Ad se zt E s 3 gj a T 1 ai 300 F20 3 2 A u 5 de 5400 2 has gt z Z E q2 z Tw wrt 2 2 al 60 19 E u 7004 gt fa gee e nes Pelton 200 0 04 100 5 00 Kaplan uns Semikaplan E Lu Francis LL 15007 4 qu E 5 24 vi E 98 10 20 30 40 50 60 TO 80 90 100 4 portata nominale Mputa 52 Nomo aranma DEE ia Sea te Figura 2 3 Rendimento percentu
85. a ad aumentare Aumentando la coppia resistente diventa maggiore della motrice Il rotore perci rallenta e l angolo 6 torna ad un certo punto a diminuire Gli scostamenti dell angolo 6 in un senso e nell altro rispetto al valore finale 62 si riducono progressivamente per la perdita di una parte dell energia cinetica fino al momento in cui viene raggiunta la posizione finale di equilibrio Quantitativamente l analisi piuttosto complessa Si tratta di analizzare un transitorio che d luogo ad un sistema di equazioni differenziali non lineari risolvibile solo per via numerica quindi mediante simulazione al calcolatore Alcuni parametri poi non sono certo di facile determinazione come ad esempio il coefficiente d attrito che svolge un ruolo determinante nell ampiezza e nella durata delle oscillazioni Il sistema pu essere considerato del secondo ordine e lo smorzamento reso efficacemente inferiore all unit grazie all adozione di circuiti di smorzamento essi si ottengono inserendo nella parte periferica delle espansioni polari del rotore una gabbia di rame cortocircuitata simile a quelle usate dei motori asincroni Quando 1l rotore ruota a velocit diversa da quella del campo rotante si sviluppa nella gabbia una corrente indotta che crea a sua volta un campo e quindi una forza magneto motrice che si oppone alla causa che l ha generata e cio tende a ristabilire il sincronismo vista A N 2 GIRI NASTRO POLYGLAS
86. a figura 3 66 confronta la coppia elettromagnetica prodotta da ogni generatore evidente la riduzione della pulsazione di coppia prodotta ottenuta con il generatore esafase Il valore THD ridotto notevolmente grazie all eliminazione della sesta armonica 141 Flux Wb Field current A Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori 3 0 T 7 i ta 200 0k E FR Fase a 3D CA i 7 a 6d IPN z Pip E A Fl AA j 4 F Fa x A A A AO IN i e Ad dai SENTO iif Y al TRA a i 1 1 Td i LI A I A i 100 0k i jal LE i k o i j j y i E 4 if A mE Y Ti Q l i f ch 1 y I 0 O p 4 1 oe O b a i O 1 Y eee ee I Do ee ak i i E ET if 4 dy i 1 i J HA IJ o 1 j A 4 5 P F i ae 0 0 H i iM j j E ys LA E 2 5 f MA ERA ut i Ai 4 if sie ig aa ice Ate Sire ms ets 4 4 i hh ii y AS 4 gt hu ai 4 TT 100 0k ws 4 a ps lt val 4 0 4 02 4 04 4 06 4 08 4 0 402 404 406 4 08 4 1 412 414 time s time s Figura 3 65 Flusso magnetico lungo la fase a per entrambi Figura 3 66 Coppia elettromagnetica prodotta dai due i generatori generatori In figura 3 67 evidente la differenza tra le forme d onda delle correnti di campo dei due generatori le fluttuazioni sono ridotte di circa il 40 Anche le correnti negli avvolgimenti smorzatori si riducono notevolmente la figura 3 68 mette a confronto tali correnti nei due generatori In condizioni operative ideali
87. a in un banco di resistenze mantenendo cos costante la richiesta di potenza al generatore I regolatori che lavorano con il primo metodo si costruiscono per tutta la gamma delle potenze Quelli che agiscono nel secondo modo raramente superano 1 100 kW 62 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili Regolatori di velocit Un regolatore di velocit consiste essenzialmente in un sensore che rileva le deviazioni della velocit rispetto ad un valore predefinito ed in un dispositivo amplificatore del segnale trasmesso dal sensore che comanda il servomotore d azionamento dei meccanismi di controllo della portata turbinata mantenendo costante la velocit di rotazione e quindi la frequenza di generazione Nelle turbine Francis nelle quali si pu sbarrare l ingresso dell acqua chiudendo le pale del distributore 1 meccanismi del servomotore sono molto robusti perch devono vincere la forza di reazione dell acqua e l attrito del distributore In una Pelton il problema pi semplice anche perch gi con l intervento del tegolo si impedisce all acqua di colpire 1 cucchiai senza dover chiudere totalmente l iniettore Il servomotore in generale un cilindro idraulico collegato meccanicamente alle pale direttrici o all iniettore a seconda del tipo di turbina alimentato da una centralina oleodinamica volano meccanismo manuale amortizzatore valvole A E proporzionale A lt
88. a rete stessa Gli impianti del cliente produttore devono rispondere alle norme CEI in particolare alla CEI 11 20 che regola gli Impianti di produzione di energia elettrica e gruppi di continuit collegati a reti di I e II categoria Dal punto di vista di interazione con la rete pubblica si definiscono almeno quattro tipologie di parallelo e Funzionamento in parallelo alla rete pubblica di I cat Bassa Tensione SOV lt V lt 1kV S lt SOKVA e Funzionamento in parallelo alla rete pubblica di Il cat Media Tensione 1kV lt V lt 30KkV S lt 8MV A e Funzionamento misto e Funzionamento in parallelo transitorio alla rete pubblica di I e II cat I documenti DK 5940 e DK 5740 redatti da ENEL stabiliscono 1 criteri di allacciamento degli impianti di produzione rispettivamente alla rete pubblica bassa tensione e media tensione Dal punto di vista dei sistemi di produzione coinvolti si possono inoltre elencare le seguenti tipologie di parallelo e Parallelo tra generatore e rete pubblica e Parallelo tra pi generatori all interno di una rete in isola e Parallelo tra pi generatori e rete pubblica Nel caso di parallelo tra generatore e rete pubblica individuiamo le seguenti fasi 1 Avviamento del generatore e funzionamento a vuoto 2 Sincronizzazione con la rete pubblica 3 Inizio funzionamento in parallelo 4 Trasferimento del carico dalla rete pubblica al generatore fino al valore impostato Non essendo possibile una sincron
89. a riduzione della tensione Droop di uscita del generatore Un fattore di potenza capacitivo leading porta ad un aumento della tensione di uscita del generatore 112 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori Normal Normal Figura 3 29 Tubazioni d acqua alla stessa pressione a e con pressioni differenti b Un analogia su come un generatore tenda ad alimentare un altro generatore in caso di carichi non equilibrati data da due ipotetiche tubazioni di uguale diametro che si innestano in una tubazione comune Quando le due tubazioni portano acqua alla stessa pressione entrambe alimentano la tubazione comune con la stessa quantit d acqua figura 3 29a Se improvvisamente la pressione dell acqua in una delle due tubazioni cala la seconda tubazione dar una maggiore quantit d acqua alla tubazione comune per cercare di mantenere la stessa portata d acqua figura 3 29b In questa condizione la pressione nella seconda tubazione maggiore di quella nella prima perci parte dell acqua della seconda tubazione scorrer nella prima per eliminare lo squilibrio Quando sono connessi in parallelo due o pi generatori ognuno di essi deve avere un circuito di reactive droop compensation indipendente dagli altri Un circuito tipico costituito da un trasformatore di corrente e un modulo di parallelo quest ultimo consiste in una resistenza di carico e un interruttore connessi all avvolgimento primario del t
90. a una lettera dalla A verde efficienza massima alla G rossa efficienza minima Ora la Commissione ha proposto di estendere l utilizzo di questa etichetta anche ai macchinari industriali commerciali e ad ogni oggetto che si alimenta a elettricit Si chiede Una maggiore trasparenza sull efficienza energetica nella pubblicit e sui manuali d istruzioni Deduzioni fiscali sui prodotti efficienti e sui loro componenti e agevolazioni per le aziende che li producono Obbligo per le pubbliche amministrazioni di fornirsi di prodotti energetici pi efficienti per gli acquisti superiori ai 15 000 Capitolo 1 Fabbisogno energetico ITALIA L associazione tedesca Germanwatch in collaborazione con la rete delle associazioni ambientaliste CAN Europe Climate Action Network e di Legambiente per l Italia conduce annualmente una valutazione sulle Climate Change Performance dei 57 Paesi che insieme sono responsabili di oltre il 90 delle emissioni del pianeta In particolare questo indice prende in considerazione il livello delle emissioni di anidride carbonica di ogni Paese 1 trend delle emissioni nei principali settori energia trasporti residenziale industrie e le politiche attuate per la lotta al mutamento climatico Nel dicembre 2009 la classifica ha visto l Italia ferma al 44 posto su 57 invariato rispetto a quello dell anno precedente nonostante nel corso del 2009 le emissioni siano calat
91. acimento dei gruppi stessi 66 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili I vari sistemi di cogenerazione sono riconducibili ai seguenti tipi fondamentali Motori alternativi a ciclo Otto e Diesel da cui viene recuperato il calore del circuito di raffreddamento del motore e dell olio a bassa temperatura da 50 a 90 C e quello dei gas di scarico ad alta temperatura circa 400 500 C Possono essere alimentati a gas naturale biogas gasolio o biodiesel Presentano rendimenti elettrici elevati Producono quantit consistenti di calore a bassa temperatura Si adattano a variazioni del carico e a frequenti avviamenti e arresti Sono di rapida installazione ma hanno elevati costi di manutenzione Presentano problemi legati alla rumorosit e alle vibrazioni Turbine a gas 1 cui gas di scarico in gran volume e ad alta temperatura producono il calore richiesto in una caldaia a recupero oppure vengono utilizzati direttamente in processo come ad esempio nei processi di essiccamento Hanno l alimentazione a gas naturale Presentano rendimenti ridotti a carichi parziali Forniscono energia termica ad alta temperatura Sono sensibili alla variazione di temperatura e pressione esterne e non si adattano a frequenti avviamenti ed arresti Sono di facile installazione e offrono semplicit operativa Turbine a vapore a contropressione alimentate con vapore sur
92. adranti si ha il funzionamento come generatore della macchina Il terzo ed il quarto quadrante corrispondono al funzionamento della macchina come motore Le curve di limitazione sono praticamente simmetriche rispetto a quelle del funzionamento come generatore non esistendo per il limite di potenza attiva massima della turbina il limite solo teoricamente quello della corrente negli avvolgimenti Generaiore antic sovraeceltazione O oO is fo 13 0 Mh Q O Figura 3 13 Campo di funzionamento 87 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori 3 3 Criteri di protezione per i generatori allacciati alla rete In tutte le nazioni le norme per l erogazione d elettricita obbligano le societ di distribuzione a mantenere entro limiti molto stretti la sicurezza e la qualit del servizio Il produttore indipendente se la sua centrale collegata alla rete deve gestirla in modo che il distributore possa rispettare questi obblighi Per questo tra 1 morsetti del generatore e la linea si installano dispositivi che controllando il funzionamento della macchina la proteggono la mettono in parallelo con la rete o la staccano dalla stessa in caso di guasto I criteri di allacciamento dei clienti alla rete elettrica italiana di distribuzione sono definiti dalla normativa DK5600 di Enel Divisione Infrastrutture e Reti Il controllo si realizza mediante apparati pi o meno sofisticati per misurare la tensione l
93. ale delle turbine 21 tipo di turbina 57 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili 2 1 3 1 Turbina e microturbina Pelton una turbina ad azione nella quale uno o pi ugelli trasformano totalmente la pressione dell acqua in energia cinetica Ogni ugello crea un getto la cui portata regolata da una valvola a spillo Solitamente sono dotate di un tegolo deflettore che ha lo scopo di deviare il flusso dalle pale in caso di brusco distacco di carico in modo da evitare la fuga della turbina senza dover chiudere troppo velocemente la valvola di macchina manovra che pu causare colpi d ariete intollerabili nella condotta Il piano degli ugelli sempre quello meridiano della girante L acqua abbandona le pale a velocit molto bassa idealmente a velocit zero per cui la cassa che contiene la ruota non deve resistere a nessuna pressione e quindi pu essere molto leggera adatta ad impianti con alto salto fino a qualche centinaio di metri Pu essere ad asse orizzontale o verticale generalmente tutte le principali parti meccaniche sono realizzate in acciaio inox Vantaggi e Lavora a pressione atmosferica non pone problemi di tenuta o di cavitazione e Di costruzione semplice e robusta ingombro molto ridotto ottimo rendimento e Numero di giri relativamente basso adattabile a salti d acqua anche molto elevati 2 1 3 2 Turbina e microturbina Turgo La turbina Turgo pu lav
94. ale termoelettrica classica abbastanza semplice Un elemento combustibile derivati del petrolio carbone o gas ma anche in alcuni casi biomassa o rifiuti viene bruciato in modo da sviluppare calore questo calore viene trasmesso a una caldaia nella quale circola acqua ad alta pressione l acqua deve subire una serie di trattamenti al fine di essere purificata per non danneggiare gli impianti tale acqua viene cos trasformata in vapore raggiungendo temperature elevate Il vapore viene convogliato verso delle macchine rotanti denominate turbine a vapore nelle quali il vapore espande convertendo il proprio contenuto entalpico in energia meccanica Collegati all albero in rotazione di tali turbine vi sono gli alternatori i quali convertono l energia meccanica di rotazione in energia elettrica 22 Capitolo 1 Fabbisogno energetico Un evoluzione rappresentata dalle centrali a ciclo combinato in un primo stadio il gas viene bruciato con aria compressa questo aumenta di molto la pressione dell aria che viene fatta espandere in una turbina a gas collegata ad un alternatore producendo elettricit I gas di scarico della turbina estremamente caldi circa 1 500 C vengono a loro volta utilizzati per scaldare acqua ed il vapore cos ottenuto usato in una turbina a vapore come in una centrale termoelettrica tradizionale generando altra elettricit Questo genere di centrali termoelettriche ha un rendimento elettrico estremamen
95. ana di energia elettrica netta dicembre 2009 2 8 000 7 000 LEELA 6 000 A A A zioni girare gin gnine gini ponti 5 000 4 000 3 000 Energia prodotta TWh 2 000 1 000 EUROPA AM ERICA AFRICA AS A E Idrica 839 80 1 356 80 97 60 932 20 36 00 Figura 1 2 Produzione mondiale di energia elettrica dicembre 2007 2 I I Il consumo di prodotti petroliferi ha avuto un andamento decrescente gi dagli ultimi anni 90 vedi figura 1 3 sostituito dall incremento dell uso di gas naturale combustibile pi pulito in fatto di emissioni ma comunque di origine fossile non rinnovabile Capitolo 1 Fabbisogno energetico Storico del consumo dei combustibili nelle centrali termoelettriche in Italia dal 1988 al 2009 90 80 10 60 50 40 30 20 10 0 altri combustibili calore direcupero da piritie catrame gas residui di processi chimici orimulsion E coke di petrolio m gas residui di raffineria olio combustibile gasolio distillati leggeri E gas di cokeria m gas d altoforno m gas da acciaieria ad ossigeno gas naturale E lignite E carbone estero m carbone nazionale gt D SO AO DO Id A SP I SI 3 oF LD 0 4 EE ND ND NI n ND nd ND So DO SO GIO oO KK O gt gt Y SS LD LD LD LY LO LOH LO PP LLP SF SF FS oS Figura 1 3 Storico del consumo dei combustibili nelle centrali termoele
96. anismi flessibili ed il nascente mercato dei crediti offrono alle aziende l opportunit di aumentare 1 ricavi e quindi di migliorare il ritorno degli investimenti Con l ampliarsi della generazione distribuita da fonti rinnovabili anche in ambito domestico si fa spazio una rete di produzione aggiuntiva che ben si deve integrare con quella tradizionale Quindi un controllo non pi centralizzato ma distribuito sul territorio flussi di potenze bidirezionali e reti attive La rete elettrica non pi solo quindi un canale per trasmettere e distribuire energia elettrica dalle grandi centrali ai clienti finali ma una rete intelligente ovvero una Smart Grid una rete comune in grado di fare interagire produttori e consumatori di determinare in anticipo le richieste di consumo e di adattare con flessibilit la produzione e il consumo di energia elettrica Le incentivazioni previste per avvicinarsi alla politica green prevedono il riconoscimento di diversi tipi di certificati recupero dell IRPEF e riduzione dell IVA Tra 1 pi famosi vi sono 1 Certificati Verdi che corrispondono ad una certa quantit di emissioni di CO se un impianto produce energia emettendo meno CO di quanto avrebbe fatto un impianto alimentato con fonti fossili petrolio gas naturale carbone ecc perch da fonti rinnovabili il gestore ottiene un incentivazione necessario che l impianto di generazione sia qualificato come I A F R Impianto
97. anni moltiplicando l energia netta riconosciuta all intervento effettuato per le costanti differenziate per fonte della Tabella contenuta nell articolo 2 comma 144 della Legge Finanziaria 2008 Tale tabella stata aggiornata dalla Legge 23 07 2009 n 99 come sotto riportato Tabella 2 5 Coefficienti per il calcolo dei Certificati Verdi secondo la legge 23 07 2009 n 99 Fone Coefficiente 3 Geotermica E 4 Motoondosoemaremotrice O 16 Rifiuti biodegradabili biomasse diverse da quelle di cui al punto successivo 7 Biomasse e biogas prodotti da attivit agricola allevamento e forestale da filiera corta Gas di discarica e gas residuati dai processi di depurazione e biogas diversi da 0 80 quelli del punto precedente A seguito dell entrata in vigore del Decreto 18 12 2008 11 GSE provvede per gli impianti AFR aventi diritto a effettuare 1 conguagli ovvero a emettere 1 certificati verdi aggiuntivi in applicazione dei coefficienti moltiplicativi indicati nella tabella di cui sopra Il Decreto legislativo 79 99 art 11 prevede inoltre che dal 2002 produttori e importatori di energia elettrica prodotta da fonti non rinnovabili hanno l obbligo di immettere ogni anno in rete una quota di energia elettrica prodotta da impianti alimentati da fonti rinnovabili Tale quota pari al 2 52 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili dell energia elettrica prodotta o importata da fo
98. are al 20 il risparmio energetico e aumentare al 20 il consumo di fonti rinnovabili Il pacchetto 20 20 20 comprende provvedimenti sul sistema si scambio di quote di emissione e sui limiti alle emissioni delle automobili Sistema di scambio delle emissioni di gas a effetto serra ETS Il Parlamento ha adottato una direttiva volta a perfezionare ed estendere il sistema comunitario di scambio delle quote di emissione dei gas a effetto serra con l obiettivo di ridurre le emissioni dei gas serra del 21 nel 2020 rispetto al 2005 A tal fine prevede un sistema di aste dal 2013 per l acquisto di quote di emissione 1 cui introiti andranno a finanziare misure di riduzione delle emissioni e di adattamento al cambiamento climatico Tuttavia le industrie manifatturiere che sono a forte rischio di delocalizzazione a causa dei maggiori costi indotti dal sistema potranno beneficiare di quote gratuite fino al 2027 Nel corso dell anno 2010 si proceder a un riesame del regime Ripartizione degli sforzi per ridurre le emissioni Il Parlamento ha adottato una decisione che mira a ridurre del 10 le emissioni di gas serra prodotte in settori esclusi dal sistema di scambio di quote come il trasporto stradale e marittimo o l agricoltura Fissa quindi obiettivi nazionali di riduzione per l Italia 13 prevedendo anche la possibilit per gli Stati membri di ricorrere a parte delle emissioni consentite per l anno successivo o di scambiarsi diritti di emis
99. asduttori devono possedere la robustezza e la stabilit idonee per essere installati nell ambiente prescelto che potrebbe anche essere ostile temperature estreme presenza di sostanze corrosive presenza di forti campi elettrici e magnetici radioattivit ecc 4 Trasmissione delle informazioni Le informazioni rilevate possono essere inviate per successiva elaborazione ai sistemi sotto elencati e Sistemi portatili di analisi periodicamente allacciati ai dispositivi di ricezione dell informazione ad esempio tramite connettori posti in zone facilmente accessibili 146 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori Sistemi locali fissi di analisi solitamente multi canale permanentemente allacciati ai dispositivi di ricezione dell informazione ad esempio tramite connettori Rete informatica cablata wireless o mista in grado di trasferire l informazione in qualunque punto geograficamente distribuito da essa raggiunto ed esempio LAN WAN INTERNET In quest ultimo caso si distinguono tre differenti configurazioni di rete Sistema di acquisizione remoto questa soluzione idonea laddove sia necessario accedere da un unica postazione a rilievi compiuti su punti distribuiti nello spazio Sistema di distribuzione delle acquisizioni il caso in cui le acquisizioni effettuate in un unico punto debbano essere disponibili su pi postazioni distribuite Sistema di acquisizione integrato accorpa entrambe le soluzioni di
100. ase al tipo di lavoro a cui sono destinati un generatore accoppiato ad un motore diesel ha specifiche diverse da un generatore accoppiato ad una turbina idraulica TI Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori 3 1 1 Impianto di generazione da motore endotermico MIDI Un motore endotermico generalmente fonte di vibrazioni che si trasmettono all albero del generatore e si scaricano in primis sui cuscinetti e quindi all intera struttura ecco che le varie componenti del generatore devono considerare tale disturbo e sopportarlo adeguatamente senza che esso pregiudichi il buon funzionamento della macchina AI di l dei classici parametri da considerare per la scelta dei cuscinetti si pone particolare attenzione ad alcuni aspetti derivanti dall Impiego richiesto La gabbia ha il compito principale di mantenere opportunamente distanziati tra loro 1 corpi volventi di un cuscinetto siano essi sfere o rulli al fine di ridurre al minimo l attrito e quindi la generazione del calore all interno del cuscinetto Le gabbie sono generalmente realizzate in acciaio ma per questo tipo di impiego preferibile una gabbia massiccia di ottone che sono indicate quando si hanno movimenti sovrapposti a quelli di semplice rotazione specie quando presenti forti accelerazioni Figura 3 2 Cuscinetto a rulli sezionato con gabbia in evidenza La scelta di un lubrificante dipende in primo luogo dalle condizioni di lavoro os
101. astano ad un paese di 20 mila abitanti una centrale termoelettrica ordinaria produce tra le 50 e le 200 volte di pi I costi per la messa in esercizio delle centrali solari sono inoltre elevatissimi anche a ragione della necessit di sovradimensionare le strutture produttive in modo enorme per compensare la bassa disponibilit produttiva generata dalla discontinuit dell irraggiamento la quale dovuta al ciclo solare e non pu dunque essere aggirata ma destinata ad essere sempre un problema strutturale della tecnologia Le centrali solari ad alta temperatura a volano termico con la sostituzione dell acqua con miscele di sali fusi altobollenti proposte in Italia dal premio Nobel Carlo Rubbia rappresentano le fonti da questo tipo di energia con la maggiore convenienza prospettata attualmente in sperimentazione La Spagna ha accolto Rubbia dopo che lo stesso stato allontanato nel 2005 dalla guida di ENEA ed ha lanciato anch essa la sperimentazione di centrali simili a quelle progettate per l Italia Nel 2006 Rubbia tornato in Italia perch Enel ed Enea hanno firmato alla presenza del ministro dell Ambiente il protocollo di intesa per la realizzazione del progetto Archimede il primo impianto solare termodinamico italiano ed il primo al mondo ad essere integrato con una centrale a ciclo combinato a gas 39 Capitolo 1 Fabbisogno energetico Possibili miglioramenti In queste centrali spesso durante l ann
102. asto di corto circuito e al conseguente aumento della velocit di rotazione fino a superare un valore critico oltre il quale il sistema non pi in grado di tornare in equilibrio figura 3 39 importante dotare il sistema di una protezione over speed che lo stacchi dalla rete e prevenga danni al generatore Si pu notare inoltre la quantita di energia reattiva assorbita a partire dal termine del guasto R 3 E 5 2 4 e v ni 5 gt wn 40 y Y a ni S ce E E i Eo Aa 20 4 ssi vare 10 i 0 00 i j i a a ak db NE i i i a ee e DE TARA rr e _ e ee 3 N sto al q y 5 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 450 0 Time sec Time sec a Terminal voltage a Terminal voltage 0 Reactive Power Reactive Power o Active Power 1 o Active Power Active reactive power KW KVar Active amp reactive power KW K Var 2 80 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 280 300 320 340 360 360 400 420 440 450 480 500 Time sec Time sec b Active and reactive power b Active and reactive power E E gt a p o a cha mn ui i n 0901 sei i i 280 300 320 340 360 360 400 420 440 460 480 500 260 300 320 340 360 360 400 420 440 460 480 500 Time sec Time sec c Rotor speed e Rotor speed Figura 3 39 Prestazioni transitorie durante un corto circuito trifase di durata 220 ms a sinistra e 242 ms a destra Durante il guasto la tensione e la potenza di uscita si azzerano di
103. atico prendendo il nome dall indice di costo quadratico che viene reso minimo Tale funzionale J x u dipende dallo stato del sistema e dal vettore degli ingressi 7 ale x t Qx t ul t Rult dt x T Spx T 0 Il primo elemento x t Qx t ha un legame con la prestazione del controllore mentre il secondo elemento uf t Rult con l energia richiesta per il controllo infine il termine x T Srx T legato alla condizione finale richiesto di minimizzare il funzionale di costo J x u agendo sull ingresso di controllo u t J t MinJ x u L ingresso di controllo ottimo dato istante per istante dalla seguente equazione u t R71B S t T x t K t x t Per determinare il controllo ottimo necessario risolvere l equazione differenziale di Riccati S t S t A AT S t S t BR B S t Q Si pone inoltre S T Sy La soluzione dell equazione differenziale di Riccati richiede l applicazione di metodi quali Runge Kutta in aggiunta si ha che la soluzione K t tempo variante e quindi risulta molto complicato se non impossibile utilizzarla come controllo Per avere un controllore stazionario ossia indipendente dal tempo si fa tendere all infinito l estremo superiore dell integrale che definisce il funzionale di costo J x u in questo modo si ha una matrice di controllo K costante inoltre semplificato il calcolo dell equazione di Riccati che diventa algebrica e non pi differenziale
104. atrice D 0 ossia assumendo l indipendenza istantanea dell uscita dall ingresso possibile scrivere l uscita stimata del sistema come t C t Dunque assumendo F A GC e L B l espressione dell osservatore di stato diventa x t A t Bult G y t H t Questa nuova formulazione rende evidente la modalit con cui funziona I osservatore di stato Infatti lo stato osservato ottenuto utilizzando il modello matematico noto a cui viene aggiunto un termine di correzione questo termine pesato dalla matrice e modifica la stima dello stato in base all errore tra l uscita misurata e quella stimata 166 Capitolo 4 Simulazione di un controllo ottimo 4 3 Controllore ottimo LQ con stimatore di Kalman Il controllo classico usa criteri di giudizio del comportamento del sistema come il tempo di salita la massima sovraelongazione il tempo di assestamento l errore a regime e cos via che si applicano bene a sistemi che lavorano prevalentemente a regime Pi recentemente l interesse si spostato su altri obiettivi e l approccio al problema diventato quello di minimizzare o massimizzare un certo funzionale o indice di performance Questo approccio noto come controllo ottimale e viene spesso indicato come controllo moderno In tal caso possono essere trattati anche sistemi MIMO Multi Input Multi Output Il controllore ottimo detto anche LQR Regolatore Lineare Quadr
105. attivo fuso possa fuoriuscire dal recipiente in pressione e doppia parete esterna in calcestruzzo armato con uno spessore totale di 2 6 metri progettata per resistere all impatto diretto di un grosso aereo di linea 34 Capitolo 1 Fabbisogno energetico La realizzazione di un unit EPR richiede un investimento stimato tra 1 4 e 1 4 5 miliardi di euro l intero programma Enel EdF richieder un investimento complessivo tra 1 16 e 1 18 miliardi di euro Dal sito acquisti enel it possibile leggere la nota rilasciata con la quale Enel invita le aziende italiane interessate a compilare un form per candidarsi a far parte del progetto EPR in Italia La collaborazione con 1 partner industriali italiani sulla base di criteri stringenti di sicurezza qualit e ottimizzazione di tempi e costi un fattore chiave per la realizzazione del nuovo programma nucleare che si apre con la Market Survey in cui Enel e Edf analizzeranno lo stato dell arte dell industria italiana in relazione alla tecnologia elettro nucleare Questa fase durer circa 6 mesi e riguarder le principali categorie merceologiche di un impianto EPR incluse le possibili sub forniture del sistema nucleare Per questo motivo chiediamo in via del tutto preliminare alle societ eventualmente interessate di compilare il modulo RFI Richiesta di Informazioni in allegato Si tratta di un questionario con scopo puramente conoscitivo per analizzare il settore in vista dell
106. avi la trasmissione via radio dal sensore od in prossimit di esso ad una stazione ricevente collocata presso l unit di ricezione 3 Individuazione delle informazioni da rilevare La valutazione dello stato di funzionamento di un componente o della sua vita residua necessita la conoscenza di informazioni specifiche ad esso relative Queste possono essere quantitative o qualitative nel primo caso si tratta di grandezze fisiche nel secondo di informazioni che il manutentore elaborer secondo la sua discrezionalit o confronter con scenari di riferimento Tra le grandezze fisiche figurano tutte quelle note dai sistemi di misura accelerazione velocit spostamento temperatura pressione tensione intensit di corrente illuminamento ecc Tra le informazioni qualitative si annoverano mappe termiche inquadrature video statiche e dinamiche radiografie ecc La scelta della tipologia di sensori da utilizzare dipende dalle informazioni da rilevare e dall opportunit tecnologica di eseguirne un rilevamento diretto oppure uno indiretto da elaborare successivamente velocit ottenuta integrando l accelerazione rilevata Sono da utilizzare a seconda dei casi accelerometri estensimetri sensori induttivi e capacitivi termocoppie esposimetri telecamere termocamere ecc In funzione dell intervallo di variabilit e della precisione del rilievo si scelgono le caratteristiche di gamma dinamica di linearit e di affidabilit 1 tr
107. aximum peak value p u Line to ground Line to line Three phase Short circuit type E Stator current I Field current E Electromagnetic torque Figura 3 38 Comparativa dei valori di picco delle grandezze coinvolte nel corto circuito di rete E necessario fornire l impianto di un equipaggiamento progettato per isolare il generatore guasto dalla parte rimanente del sistema Gli interruttori hanno la capacita di supportare per un breve periodo di tempo la corrente di corto circuito specifica La fase di statore e le correnti di campo di rotore assumono valori pericolosi che sovraccaricano termicamente gli avvolgimenti Inoltre il valore critico della coppia elettromagnetica durante il transitorio di corto circuito deve essere preso in considerazione al momento della progettazione del generatore per valutare la resistenza meccanica della struttura 120 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori Oltre ai sistemi di protezione importante studiare la stabilit del sistema a questo enorme disturbo esterno con il ripristino del guasto gli alternatori tendono ad incrementare significativamente la loro richiesta di potenza reattiva rispetto a quella assorbita prima del guasto Durante il corto la velocit di rotazione tende ad aumentare e se l incremento troppo grande il generatore pu non tornare alla condizione di lavoro Dallo studio condotto in 50 si pu notare la stabilit di un alternatore al variare della durata del gu
108. azione di far fronte al proprio fabbisogno energetico interno rappresenta un obiettivo politico e strategico per difendere la propria economia nazionale dagli shock esterni Soltanto in questi casi e in questi termini il ritorno al nucleare pu essere considerato come una scelta razionale da intraprendere 31 Capitolo 1 Fabbisogno energetico Vantaggi Una centrale nucleare non emette CO Le centrali nucleari non producono anidride carbonica ed ossidi di azoto e di zolfo principali cause del buco nell ozono e dell effetto serra Vantaggio nella bilancia dei pagamenti La produzione di energia dal nucleare riduce l importazione di petrolio e la dipendenza delle economie dal petrolio La copertura del fabbisogno energetico interno tramite il nucleare riduce la possibilit degli shock esterni sull economia e consente ai governi un minore carico di spesa sulla bilancia dei pagamenti con l estero Il tutto si traduce in una maggiore stabilit del sistema economico nazionale Maggiore stabilit politica Le principali riserve petrolifere sono concentrate in pochi paesi ad elevata instabilit politica Medio Oriente che rischia di trasmettersi anche nei paesi fortemente dipendenti dall import del petrolio L uso del nucleare riduce la dipendenza occidentale dal petrolio mediorientale Svantaggi 32 Conseguenze in caso di incidente La storia ha gi mostrato la gravit delle conseguenze degli incidenti alle centrali nucl
109. bili ad altri settori come quello dei trasporti e quello civile rappresentano il 33 ed in parte sono legate all uso dei prodotti industriali ad esempio automobili 8 Tabella 1 1 Emissioni settoriali di gas serra al 1990 Settore Mt CO2 Percentuale di emissioni totali Per le aziende 1 rischi connessi con l implementazione del Protocollo di Kyoto sono di varia natura L opinione pubblica considera 1 cambiamenti climatici un tema ambientale di alto profilo L immagine 15 Capitolo 1 Fabbisogno energetico di un azienda nei confronti di tutti 1 principali soggetti interessati consumatori istituzioni investitori pu essere danneggiata da una non attenta gestione delle proprie emissioni di gas serra In tal senso clienti e consumatori daranno il loro contributo a Kyoto orientando le loro preferenze verso aziende sempre pi verdi Non solo l opinione pubblica ma anche le istituzioni mostrano sempre pi un atteggiamento favorevole alla definizione di accordi volontari in materia di riduzione dei gas serra La possibilit di siglare tali accordi strettamente legata all immagine dell azienda sui temi ambientali Essi sono strategicamente importanti anche ai fini dell avvio di un proficuo dialogo con quegli esponenti che saranno poi incaricati dell implementazione delle future azioni di tipo obbligatorio nei confronti delle imprese Gli investitori pi attenti ritengono gi adesso le aziende con una i
110. ble Energy Certificate System rappresentano un sistema affidabile ed economico per promuovere energia rinnovabile a livello internazionale 28 Si tratta di un sistema volontario di certificazione a livello europeo che permette di creare un mercato di titoli una volta commercializzati essi possono essere utilizzati separatamente dall energia fisica associata Del valore di 1 MWh l uno 1 RECS possono essere utilizzati all interno di programmi di sostegno da parte di Governi o Autorit in programmi volontari di energia verde e in label di energia verde dando al cliente la garanzia che la quantit di elettricit consumata trova corrispondenza in una uguale quantit di energia generata da FER Fonte di Energia Rinnovabile come definita dalla direttiva comunitaria 2009 28 L utilizzatore del certificato utente finale mediante il suo acquisto e successivo annullamento ritiro del certificato dal mercato anche separatamente dall erogazione fisica dell elettricit testimonia il suo impegno a favore dell ambiente rendendosi disponibile a corrispondere un delta positivo rispetto al prezzo dell elettricit da fonte convenzionale I player principali di questo schema di certificazione sono due associazioni internazionali RECS International e AIB Association of Issuing Bodies La prima della due vede l adesione degli operatori di mercato produttori o trader che in questo modo possono partecipare allo scambio dei titoli l AI
111. bonizzazione dell isolamento nel punto di corto A questo punto il motore si ferma ma poi riparte dopo un tempo di raffreddamento Fase 3 l isolamento si rompe completamente e l energia sprigionata attorno al punto di corto causa una rottura esplosiva sull isolamento e la vaporizzazione degli avvolgimenti In tale fase l induttanza e la resistenza possono individuare il danno Le grandezze in genere monitorate per ogni fase del motore sono e Resistenza R e I nduttanza L e Impedenza Z e Angolo di fase e Risposta di frequenza riduzione percentuale della corrente di una spira quando la frequenza raddoppiata e Isolamento Misura delle scariche parziali Per scarica parziale si intende la scarica che avviene nei gas contenuti in occlusioni gassose vacuoli contenute nella massa di un isolante solido Il fenomeno delle scariche parziali uno dei pi pericolosi in quanto porta al progressivo deterioramento delle barriere isolanti delle barre Le caratteristiche delle scariche parziali sono complesse a causa delle molteplici modalit di formazione delle stesse Nelle cave le scariche parziali si possono formare e Nella barriera isolante vera e propria della barra e Trail conduttore e la barriera suddetta e Tra la superficie esterna della barra isolata e il pacco magnetico 154 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori pacco magnetico rivestimento semiconduttore esterno muro isolante conduttori elementari
112. cazioni con energie rinnovabili come generatori eolici o per idroelettrico tuttavia non sono ancora riportate applicazioni pratiche 60 61 62 Recentemente sono stati riportati alcuni lavori analitici e pratici di generatori ad induzione esafase autoeccitati SPSEIG 63 64 65 66 67 Tali macchine si ottengono implementando la scissione degli avvolgimenti esafase in due gruppi trifase sfasati di 30 elettrici Il punto di neutro delle due terne mantenuto isolato per prevenire la propagazione di eventuali guasti da un gruppo trifase all altro e per prevenire il flusso delle terze armoniche Il vantaggio principale degli SPSEIG che in caso di guasto ad una fase il sistema pu continuare ad operare anche se ad una potenza inferiore Altri vantaggi di questo modello derivano dalla possibilit 140 Line voltage V Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori di eliminare gli effetti di mutuo accoppiamento tra 1 due gruppi trifase e le perdite nel nucleo e la possibilit di separare le reattanze di leakage di statore e rotore se richiesto In 68 stata condotta una comparazione tra le prestazioni di due sistemi di generazione eolica uno con generatore esafase e uno con generatore trifase L analisi comparativa tra le forme d onda riferita alla terna di fasi abc di entrambi 1 generatori per la terna di fasi xyz del generatore esafase si nota soltanto uno sfasamento di 30 Turbine coebroncus
113. ccitatrice esternamente ai supporti e la costruzione di una cassa accorciata e irrobustita con un numero idoneo di rinforzi verticali e un anello di rinforzo centrale figura 3 4 8 Velocit di fuga velocit di rotazione alla quale potenza e rendimento si annullano essa si verifica al distacco del generatore non c quindi assorbimento di lavoro e la turbina accelera fino a portarsi in equilibrio con le forze resistive di attrito e ausiliari 80 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori Anello di rinforzo Rinforzi verticali Figura 3 4 Cassa di un generatore sincrono per applicazioni idroelettriche Alla velocit di fuga necessario verificare i componenti del rotore sottoposti a forza centrifuga si adotta l uso di lamierini speciali per la costruzione del pacco rotorico e di una configurazione che prevede ancoraggi e tiranti di testata Anche la ventola sottoposta a carichi centrifughi elevati e la sua struttura deve essere adeguata a sopportarli la soluzione prevede numerose pale radiali a costa lunga per garantirne la robustezza 81 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori 3 2 Messa in parallelo alla rete L allacciamento dei generatori alla rete pubblica definita da una serie di criteri e modalit onde evitare disturbi di alimentazione e garantire continuit di servizio e sicurezza ad esempio in mancanza di tensione sulla rete pubblica l impianto di produzione non deve alimentare l
114. centrale la necessit di stoccaggio delle scorie il rischio di incidenti lo smantellamento della centrale stessa al termine del suo ciclo vitale La Finlandia e la Svezia per esempio hanno individuato siti sicuri per lo smaltimento delle scorie nei rispettivi territori grazie alla presenza di zone sismicamente stabili e disabitate Viceversa un deposito di scorie tedesco situato ad Asse in bassa Sassonia ha manifestato perdite di sostanze radioattive dopo solo 15 20 anni di funzionamento nonostante fosse in origine pensato per ospitare scorie a tempo indeterminato In Italia invece con un territorio molto pi densamente popolato e quasi tutto a rischio sismico lo smaltimento resta un problema difficile L avvento di centrali nucleari di quarta generazione o comunque avanzate dovrebbe risolvere alcuni degli aspetti negativi ma per ora tali impianti sono solamente allo studio teorico Le centrali autofertilizzanti invece sono state prototipate finora con scarso successo per esempio il Superphenix tuttavia l idea quella di consentire il riutilizzo del combustibile esausto dei reattori tradizionali per produrre altro materiale fissile in particolare plutonio riducendo 1 problemi di approvvigionamento dell uranio L adozione di reattori autofertilizzanti promette un maggior sfruttamento del combustibile rispetto ai reattori di 2 e 3 generazione con una conseguente moltiplicazione delle risorse attualmente scarse di c
115. che al contrario non sia stato in grado di rispettare 1 propri impegni di riduzione delle emissioni di gas serra La scadenza del primo protocollo di Kyoto fissata per il 2012 a cui seguir un secondo protocollo A novembre 2009 gli stati che hanno aderito e ratificato il protocollo risultano 187 I paesi in via di sviluppo al fine di non ostacolare la loro crescita economica frapponendovi oneri per essi particolarmente gravosi non sono stati invitati a ridurre le loro emissioni Si ritiene che essi non siano responsabili del cambiamento climatico attuale causato invece dalle emissioni di gas serra durante 11 periodo di industrializzazione Si osserva tuttavia che tali paesi non aderenti sono responsabili del 40 dell emissione mondiale di gas serra Tra 1 paesi non aderenti figurano gli USA 1 responsabili del 36 2 del totale delle emissioni annuncio del marzo 2001 In principio il presidente Bill Clinton aveva firmato il Protocollo durante gli ultimi mesi del suo mandato ma George W Bush poco tempo dopo il suo insediamento alla Casa Bianca ritir l adesione inizialmente sottoscritta L India e la Cina che hanno ratificato il protocollo non sono tenute a ridurre le emissioni di anidride carbonica nel quadro del presente accordo nonostante la loro popolazione relativamente grande Ad oggi tuttavia USA e Cina stanno prendendo provvedimenti di propria volont il presidente americano Obama promette di ridurre le emissioni di CO del 1
116. cientemente elevate per completare il ciclo del vapore fino alla turbina In alternativa si possono disporre campi di concentratori parabolici lineari parabolic trough che riscaldano il fluido all interno di condotti che percorrono la linea del fuoco Vantaggi Notevoli sono 1 lati positivi di questa fonte di energia non ci sono emissioni inquinanti o di gas serra non necessario il trasporto di combustibili non si producono scorie e la centrale non pericolosa per gli abitanti nei dintorni Altro vantaggio che esclusi i costi di costruzione e manutenzione si produce energia senza bisogno di materie prime in quanto la luce solare gratuita Svantaggi Questo tipo di centrali richiedono una superficie di esposizione solare di dimensioni elevate che aumenta in funzione della potenza che si vuole produrre Ovviamente producono solo se sottoposte a buon irraggiamento solare pu quindi essere sufficiente una nuvola per interrompere il processo di produzione Gli impianti pi moderni prevedono di stoccare 1l fluido ad alta temperatura in appositi serbatoi isolati 1 quali permettono di far funzionare le turbine non solo durante la notte ma con un autonomia di alcuni giorni in caso di cattivo tempo Questi impianti hanno comunque la possibilit di essere alimentati a gas nel caso le condizioni sfavorevoli perdurino Le centrali termiche solari hanno potenze minime 1 20 megawatt raggiunti dalle tecnologie solari alla centrale di Priolo b
117. combustibile abbattimento delle polveri desolforatori ecc rendendo queste emissioni meno dannose Per quanto riguarda l anidride carbonica le emissioni a parit di calore prodotto sono pi alte nel caso in cui il combustibile bruciato sia carbone infatti ogni atomo di carbone forma una molecola di CO Migliore il caso del petrolio e del gas come ad esempio il metano CH in cui la molecola di metano forma una molecola di CO e due molecole d acqua Nei paesi meno sviluppati questo tipo di impianti sono spesso molto dannosi poich a causa del loro alto costo di costruzione le strutture di depurazione dei fumi non vengono costruite e ci le rende delle pericolose fonti di inquinamento Possibili miglioramenti possibile ridurre notevolmente l impatto ambientale di queste centrali Innanzitutto si pu semplicemente utilizzare un combustibile poco inquinante come il gas naturale 11 gasolio desolforato ed il carbone bonificato possibile contenere notevolmente le emissioni di inquinanti tramite il montaggio di appositi filtri a reagente e catalizzatori ossidanti Il calore residuo anzich essere 23 Capitolo 1 Fabbisogno energetico sprecato immettendolo nell aria pu essere utilizzato per il teleriscaldamento nella stagione invernale sostituendo le caldaie private nelle abitazioni vicine alla centrale 1 3 2 Termovalorizzatori I cosiddetti termovalorizzatori sono inceneritori di rifiuti con recupero
118. condo questa prospettiva l obiettivo di produzione previsto dalla 2001 77 CE pari per l idroelettrico a 47 100 GWh 62 di 74 800 GWh sarebbe raggiungibile con un aumento del 10 circa in cinque anni della produzione idroelettrica del 2005 26 In ragione delle considerazioni appena esposte appare importante valutare le potenzialit di incremento della produzione idroelettrica italiana Alcuni studi condotti in questi anni hanno portato a delle stime pi precise delle potenzialit residue Ad esempio nell ambito del progetto a livello europeo Blue AGE 1999 2000 programma Altener 27 sono stati analizzati 1 dati relativi al potenziale tecnico in relazione ai vincoli ambientali ed economici dei singoli stati La tabella sottostante riassume 1 risultati ottenuti Tabella 2 3 Potenzialit di incremento degli impianti idroelettrici in Europa progetto BlueAge anno 2000 Potenziale solo con Potenziale con restrizioni SHP 1999 restrizioni tecniche economiche ed ambientali miglioramento nuovi SHP miglioramento nuovi SHP MW GWh Danimarca Finlandia Francia Germania Grecia 48 Irlanda 32 Italia 2209 Lussemburgo 39 Olanda Portogallo 280 1548 1050 160 40019 48 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili Si tratta per di studi che non possono tenere conto di tutti 1 vincoli e le caratteristiche di specificit dei
119. corrente statorica indotta alla chiusura dell interruttore vista la relazione di fase tra tensione del generatore e della rete presenta un andamento tale che tenderebbe a surflussare la macchina Pertanto per il principio di Lenz le correnti rotoriche indotte nel campo e nelle gabbie si oppongono a tale surflussaggio In particolare la corrente di campo subisce un brusco abbassamento di entit tale che in un certo istante tra 0 5 s e 0 55 s si annulla Non potendo la corrente di campo negativa passare attraverso 1 ponti raddrizzatori che sono unidirezionali essa non pu che chiudersi attraverso il MOV Data la caratteristica voltamperometrica del MOV stesso ci causa una sovratensione che non 101 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori dovrebbe risultare pericolosa per la tenuta dell isolamento essendo il componente dimensionato in modo corretto Conclusioni La manovra di chiusura dell interruttore di parallelo in presenza di errore d angolo err tra tensione di macchina e di rete determina secondo le simulazioni condotte un transitorio di simulazione diverso a seconda del segno di err fermo restando un modulo massimo fissato a err 20 Nel caso di segno positivo infatti il transitorio presenta gli andamenti tipici di un corto circuito con una corrente di campo che cresce e si riassesta al valore iniziale senza mai annullarsi viceversa nel caso di segno negativo la corrente di campo subisce una dim
120. croni nelle energie rinnovabili Con la delibera 42 02 l AEEG ha specificato tutti 1 criteri che devono essere soddisfatti affinch un impianto possa dirsi cogenerativo ai sensi del decreto 79 1999 Due sono le condizioni da rispettare 1 La cogenerazione deve assicurare un significativo risparmio di energia primaria rispetto alle produzioni separate delle stesse quantit di energia elettrica e termica Il risparmio di energia primaria espresso dall IRE Indice Risparmio Energetico che deve essere almeno del 10 Il calcolo dell IRE avviene applicando una formula complessa in cui si applica un parametro di riferimento variabile in funzione della taglia e del combustibile utilizzato 2 La cogenerazione deve soddisfare un determinato valore di limite termico L impianto cio deve avere un buon recupero del calore il vero valore aggiunto della cogenerazione L energia termica utile deve essere almeno il 15 del totale prodotto Tutto ci che previsto dalla delibera 42 02 rimarr valido fino a 31 dicembre 2010 Fino a questa data quindi verr considerata come cogenerazione ad alto rendimento quella rispondente alla definizione del dlgs 79 1999 e ai requisiti previsti dalla delibera 42 02 Dal 1 gennaio 2011 le cose cambieranno A partire da quella data l Italia dovr applicare la direttiva 2004 8 CE che costituisce il nuovo riferimento europeo in materia di cogenerazione e che il nostro Paese ha gi recepi
121. cui ai punti precedenti ed 1 pi potente e versatile prevalentemente adatto a realt complesse da mantenere 5 Tipologie di elaborazioni da effettuare I segnali forniti dai trasduttori sono sottoposti alle seguenti elaborazioni Controllo di soglia confronto dei valori misurati con dei livelli di segnalazione allarme predefiniti vibrazioni e altre grandezze per esempio limiti massimi e minimi preimpostati Analisi nel dominio del tempo tracciamento dei valori in funzione del tempo ed eventuale elaborazione statistica per esempio calcolo del valore medio efficace di picco di picco picco cfr normativa UNI CEI Analisi nel dominio della frequenza scomposizione dei segnali temporali nelle loro componenti in frequenza per esempio analisi FFT Fast Fourier Transform analisi speciali cepstrum envelope demodulation SEE Spectral Emitted Energy ecc valutazione delle componenti in ampiezza e fase calcolo del valore efficace in bande limitate analisi agli ordini cfr normativa UNI CEI Analisi tempo frequenza rappresentazioni spettrali in funzione del tempo diagrammi tridimensionali per esempio spettri in cascata waterfall analisi alle ondine wavelet Osservazione di inquadrature su parti dell impianto visualizzazione tramite immagini di fasi del processo in evoluzione per esempio TV a circuito chiuso 3 9 4 Principali misurazioni per la manutenzione predittiva Analisi delle vibrazioni Og
122. d erogare una corrente di guasto permanente di circa 3 volte la nominale Il dispositivo inoltre permette di sostenere la corrente di eccitazione in caso di forti o improvvisi sovraccarichi come ad esempio in caso di avviamento di motori asincroni EXCITER IN SUPPLY IN SUPPLY IN FEEDBACK IN FEEDBACK AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR Figura 3 27 Schema di un alternatore sincrono con AVR e Varicomp 111 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori Il varicomp composto da un trasformatore di corrente e da una scheda elettronica di controllo Il trasformatore di corrente fornisce una corrente alternata proporzionale alla corrente di uscita del generatore tale corrente viene raddrizzata e addizionata alla corrente di uscita del regolatore di tensione Il trasformatore di corrente comunque normalmente cortocircuitato e non agisce sul circuito di eccitazione in condizioni di funzionamento normale L effetto del trasformatore risulta presente solo qualora la tensione di uscita del generatore si riduca al di sotto del 70 circa della tensione nominale Pu essere utile che 1 AVR sia in grado di lanciare allarmi in caso di sovratensione sovracorrente e sottotensione di generatore ai quali associare delle funzioni di intervento automatiche o manuali Un allarme pu essere lanciato anche in corrispondenza di guasto diodi del raddrizzatore rotante una condizione che pu portare al danneggiamento di qualche componente del ge
123. dei Certificati Verdi pu sicuramente promuovere il rinnovo del parco impianti Per quanto concerne poi le potenzialit di sviluppo connesse all installazione di nuove stazioni idroelettriche attualmente si ritiene che lo sviluppo del settore riguarder prevalentemente impianti di piccola taglia della tipologia ad acqua fluente Gli obiettivi di qualit fissati dalla Direttiva sulle Acque Dir 2000 60 CE la crescente scarsit della risorsa acqua e la necessit di condividerla con molte altre tipologie di utenti stanno orientando gli sviluppi della tecnologia verso modelli ad impatto ambientale sempre minore e che permettano di soddisfare contemporaneamente diverse necessit di utilizzo dell acqua A queste istanze politiche ambientali e sociali rispondono alcune particolari tipologie di impianto e Impianti su canale sfruttano la rete idrica artificiale di pianura gestita dai consorzi di bonifica e irrigazione si tratta in genere di piccoli impianti ad acqua fluente a basso salto ma possono essere anche a deflusso regolato Quando una macchina lavora su portate molto differenti da quelle per cui stata progettata perde molto in efficienza 49 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili Impianti su acquedotto sfruttano le potenzialit energetiche insite nei dislivelli di quota soprattutto degli acquedotti montani Consistono nell installazione all interno del sistema di condotte idraul
124. dei valori di emissione pari a 528 1 Mt CO eq esiste ancora un divario di circa 41 Mt CO eq per questo motivo si rende necessario individuare ulteriori politiche e misure per ridurre 1 livelli di emissione Capitolo 1 Fabbisogno energetico Il protocollo di Kyoto prevede il ricorso a meccanismi di mercato 1 cosiddetti meccanismi flessibili per ridurre le emissioni al costo minimo possibile in altre parole a massimizzare le riduzioni ottenibili a parit di investimento Essi sono e Clean Development Mechanism CDM consente ai paesi industrializzati e ad economia in transizione di realizzare progetti nei paesi in via di sviluppo che producano benefici ambientali in termini di riduzione delle emissioni di gas serra e di sviluppo economico e sociale dei Paesi ospiti e nello stesso tempo generino crediti di emissione CER per 1 Paesi che promuovono gli interventi e Joint Implementation JI consente ai paesi industrializzati e ad economia in transizione di realizzare progetti per la riduzione delle emissioni di gas serra in un altro paese dello stesso gruppo e di utilizzare i crediti derivanti congiuntamente con il paese ospite e Emissions Trading ET consente lo scambio di crediti di emissione tra paesi industrializzati e ad economia in transizione un paese che abbia conseguito una diminuzione delle proprie emissioni di gas serra superiore al proprio obiettivo pu cos cedere ricorrendo all ET tali crediti a un paese
125. di opere necessarie per realizzare gli invasi ed 1l sistema di condotte forzate Le centrali idroelettriche possono avere potenze che vanno da alcuni MW centrali fluviali alle decine o centinaia di MW per le grandi centrali a caduta 26 Capitolo 1 Fabbisogno energetico Vantaggi Il principale vantaggio delle idroelettriche che una volta costruite offrono energia a costi molto competitivi e non richiedono combustibili o materie prime sono una fonte di energia totalmente rinnovabile e di fatto illimitata Inoltre con una manovra chiamata pompaggio che consiste nel ripompare l acqua dai bacini inferiori negli invasi durante le ore notturne quando la richiesta di energia minore si pu accumulare energia prodotta dalle altre centrali della rete per restituirla di giorno nelle ore in cui la domanda di energia raggiunge il massimo Un ulteriore vantaggio legato al fatto che la variazione della produzione di energia pu avvenire in maniera molto pi rapida rispetto ad una centrale termoelettrica o nucleare variando la quantit di acqua che viene convogliata alla turbina Il loro impiego infatti generalmente massimo durante le ore di maggiore consumo energetico Svantaggi Soprattutto le centrali a caduta che richiedono un intervento edilizio di enormi proporzioni per la realizzazione di laghi artificiali per fungere da invasi hanno un impatto ambientale di grandi proporzioni sia nella fase costruttiva delle opere sia a p
126. di una logica di mercato Si tratta di certificati che corrispondono ad una certa quantit di emissioni di CO se un impianto produce energia emettendo meno CO di quanto avrebbe fatto un impianto alimentato con fonti fossili petrolio gas naturale carbone ecc perch da fonti rinnovabili il gestore ottiene un incentivazione Secondo quanto disposto dalla legge 244 07 la produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili in impianti entrati in esercizio o ripotenziati a partire dal 1 aprile 1999 fino al 31 dicembre 2007 ha diritto alla certificazione di produzione da fonti rinnovabili certificato verde per 1 primi dodici anni di esercizio La produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili in impianti entrati in esercizio O ripotenziati a partire dal 1 gennaio 2008 invece ha diritto alla certificazione di produzione da fonti rinnovabili per 1 primi quindici anni di esercizio Il CV emesso dal GSE Gestore dei Servizi Energetici su comunicazione del produttore previa qualifica come I A F R Impianto Alimentato da Fonte Rinnovabile e riguarda la produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili dell anno precedente o la producibilit attesa nell anno in corso o nell anno successivo e rappresenta 1 MWh di energia elettrica Per gli impianti entrati in esercizio in data successiva al 31 dicembre 2007 di potenza nominale media annua superiore a 1 MW e a 0 2 MW per gli impianti eolici il GSE rilascia 1 CV per 15
127. diagnostiche e Controllo della evoluzione dei difetti nel tempo e Semplificazione essenzialita delle azioni correttive e Allungamento delle cadenze degli interventi manutentivi ricondizionamento sostituzione dei componenti di macchina 3 9 2 Risultati della manutenzione predittiva e Continuit di funzionamento dei processi produttivi non gravati da eccessive e costose riserve scorte e Riduzione delle perdite di produzione per fermate accidentali e Riduzione dei tempi di riparazione e Riduzione dei guasti indotti da un guasto precedente e Aumento della vita residua dei componenti di macchina e Riduzione degli interventi non ancora necessari e Miglioramento dei fattori ambientali rumore pollution consumo di energia e Riduzione dei costi di manutenzione rispetto al metodo della manutenzione periodica o a tempo definito 3 9 3 Aspetti tecnologici L esecuzione rapida ed efficace di un intervento predittivo su di una macchina richiede che quest ultima sia adeguatamente predisposta a questo scopo Quando il mezzo non possiede intrinsecamente questo requisito perch non soddisfatto in progettazione bene adeguarlo tramite un operazione di manutenzione migliorativa 71 1 Alloggiamento dei sensori Il mezzo deve essere dotato di opportuni alloggiamenti in grado di contenere 1 sensori Le posizioni degli alloggiamenti debbono essere tali da consentire misure significative sullo stato dei componenti e sulla pr
128. dichiarati conformi La dichiarazione di conformit alla DK 5600 ed V deve riferirsi esplicitamente a tutto il sistema di protezione rel e riduttore di corrente ed eventuale riduttori di tensione deve identificarlo in maniera inequivocabile e deve essere prodotta da un organismo certificato EN 45011 o EN ISO CEI 17020 Protezioni del generatore Gli apparati di protezione del generatore vengono solitamente inseriti all interno del quadro di comando e controllo del generatore stesso Tali protezioni sono costituite da appositi rel 1 quali e Comandano l intervento dei dispositivi a seconda del tipo di impianto e Devono assicurare un corretto funzionamento anche in presenza di armoniche di tensione e corrente 3 3 3 Criteri di sicurezza I criteri di sicurezza richiesti per garantire l incolumit delle persone coinvolgono 1 seguenti aspetti e Lo stato del neutro e La protezione dai contatti indiretti Per rispondere ai requisiti richiesti dalla norma CEI 11 20 necessario introdurre 1 modi di collegamento a terra previsti dalla CEI 64 8 distinguendo tra e Sistema TN e Sistema TT e Sistema IT e La prima lettera indica la situazione del sistema di alimentazione verso terra e La seconda lettera indica la situazione delle masse dell impianto elettrico rispetto a terra e Le eventuali lettere successive indicano la disposizione dei conduttori di neutro e di protezione Il sistema TN Il sistema TN ha un punt
129. dit adeguata pu essere opportuno adottare antivibranti il cablaggio deve essere fatto in modo da evitare lo sfregamento dei cavi e 1 capicorda devono essere idonei a questo tipo di lavoro meccanico continuativo 79 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori 3 1 2 Impianto idroelettrico Gli accorgimenti necessari nel caso di un generatore accoppiato ad una turbina idraulica sono inerenti agli elevati carichi continuativi e all elevata velocit di rotazione La maggior parte delle applicazioni idroelettriche vedono il generatore montato in direzione verticale con il lato Drive end rivolto verso il basso 1 cuscinetti sono sottoposti a forti carichi assiali e radiali nonch ad elevate velocit di rotazione pu essere opportuno l utilizzo di cuscinetti a strisciamento raffreddati ad acqua Ovviamente richiesta un adeguata lubrificazione per sostenere una durata accettabile dei supporti Come gi visto nel paragrafo precedente 1 carichi si scaricano sugli scudi che dovranno quindi avere una struttura adeguata L albero del rotore oltre ad essere progettato per resistere agli elevati carichi statici sottoposto a verifica del comportamento dinamico alla velocit di fuga esso varia al variare dell interasse dei cuscinetti e della posizione dei carichi applicati Le soluzioni costruttive adottate in Marelli Motori prevedono un interasse dei supporti accorciato il pi possibile il posizionamento del rotore e
130. duli di controllo per la sincronizzazione L ee eee eee eee eeeeeeeeeees 116 3 7 2 SOVratensi ne al distacco del CMC il 119 Sti CONTO CIN La A Fes ese eae wen Pe eee 120 MAPA Ride LOU ii ita 123 3 8 Sistemi ridondanti per evitare interruzioni di servizio ooooooooccocconnncconcnccnccnnn no 127 Sb Sistemi dicontrollo r1dondanti A iaia ui 127 38 2 Ruota portadiodi ridondante siriaca A Ai DS 128 i MOO Coaldse era ss 137 3 9 Sistemi di monitoraggio predittivo ed emergenza LL 144 3 9 1 Organizzazione della manutenzione predittiva LL 145 3 9 2 Risultati della manutenzione predittiva L cece cece e cece eee e teen ene eenes 145 9 Se ASPE LEC NO ORION sz 145 IV Indice 3 9 4 Principali misurazioni per la manutenzione predittiva 0000 147 39 5 Sistemi di dia snositca A ai bibi 156 CAPITOLO 4 SIMULAZIONE DI UN CONTROLLO OTTIMO 4 1 Descrizione del sistema simulato ccc e ene ccceeneeceeeenececeseeneecenenness 159 Ad CONTO NO CASIO a NI 164 4 3 Controllore ottimo LQ con stimatore di Kalman ccoo 167 4 4 Identificazione DJack box ia laici 170 DRS CLS Le eee E Oe A III 173 Conclusion 179 Rinsraziamenti ini 181 Bibliografia aa ia dirai 183 Appendice A II O E EE EEA AEN 189 O ROIO 191 iolanda 191 A 4 Codice Matlab dell algoritmo per l identificazione black box
131. e E ipa 017 anI X g Xis Xma X fa lkd E EET ff ga 0 074 Xia Xma a Xis Xma Xifa Xq a Fi Xi Sng q ls Calcolo di resistenza di statore r resistenza di campo riportata a statore ria resistenze di gabbia riportate a statore rd fka Le resistenze sono in p u le costanti di tempo in s t 50 2 Xy E Xq q Amd 4s 1 Tey Xr fd a ifd e Xa Xis Sita Med gt A Xikd E _ A gt gt a Tag md As md rd Ms Ed Meg 1 Sng Ss tke ay Py i Xing Is 178 Conclusioni La tesi presentata ha voluto esporre la situazione odierna della produzione mondiale di energia elettrica la cui tendenza punta allo sfruttamento di energie pulite e rinnovabili con la speranza di svincolarsi dal petrolio e di tenere sotto controllo l inquinamento ambientale Le normative dettate dalla comunit globale promuovono il miglioramento delle efficienze e delle prestazioni degli impianti di produzione Le caratteristiche costruttive dell alternatore sono legate al tipo di lavoro a cui esso destinato necessaria un attenta analisi meccanica per valutare forze e vibrazioni a cui la struttura soggetta e una corretta progettazione elettrica elettronica per garantire alta efficienza sia in termini di prestazioni sia in termini di potenza persa per perdite di varia natura tra cui quelle per effetto Joule che provocano il riscaldamento degli avvolgimenti
132. e abbastanza robusta poich la ruota completamente sommersa e sottoposta alla pressione di monte dell acqua Le turbine a reazione lavorano completamente immerse in acqua e sono dotate nella loro parte terminale di un diffusore Esistono numerose tipologie riconducibili a Francis e ad elica tra cui turbine Kaplan 55 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili Il tipo la geometria e le dimensioni di una turbina sono condizionati essenzialmente dai seguenti parametri e Salto netto e Portata da turbinare e Velocit di rotazione e Problemi di cavitazione e Velocit di fuga e Costo Il salto netto pari al salto lordo tolte le perdite di carico lungo il percorso idraulico Il salto lordo la distanza verticale tra il livello del pelo dell acqua alla presa e quello nel canale di scarico nelle turbine a reazione oppure tra il livello del pelo dell acqua alla presa e quello dell asse dei getti nelle turbine ad azione Nella tabella 2 6 sono specificati per ogni tipo di turbina gli ambiti di salto netto entro 1 quali pu lavorare Si osserva che ci sono evidenti sovrapposizioni di modo che per un determinato valore del salto possono adottarsi diversi tipi di turbina Tabella 2 6 Campo dei salti di funzionamento delle turbine per idroelettrico Tipo di turbine Campo dei salti 50 lt H lt 1300 50 lt H lt 250 10 lt H lt 350 M ichell Banki 3 lt H 200 Kaplan e elic
133. e caldaie obsoleti in favore di apparecchi a pi alta Tep sta per Tonellata Equivalente di Petrolio ed un unit di misura che rappresenta la quantit di energia rilasciata dalla combustione di una tonnellata di petrolio grezzo e vale circa 42 GJ Il valore fissato convenzionalmente dato che diverse variet di petrolio posseggono diversi poteri calorifici e le convenzioni attualmente in uso sono pi di una un unit di misura usata per rendere pi maneggevoli le cifre relative a grandi valori di energia L energia liberata dalla combustione di una tonnellata di petrolio pi intuitiva dell equivalente valore di 42 miliardi di joule 71 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili efficienza Per la maggior parte degli interventi il periodo di concessione di 5 anni mentre per gli interventi di isolamento termico degli edifici di architettura bioclimatica e altri interventi similari il periodo di concessione di 8 anni La contrattazione dei TEE pu avvenire bilateralmente tra le parti interessate o all interno di uno specifico mercato gestito dal GME Gestore del Mercato Elettrico L Autorit per l Energia Elettrica e il Gas AEEG lente che autorizza l emissione dei certificati bianchi gestisce la valutazione economica dei TEE e si occupa del controllo dell effettivo risparmio energetico ottenuto Dal 2006 anche ENEA collabora con l AEEG nella valutazione del risparmio energ
134. e d uscita Qualit tensione di comando Qualit velocit del generatore oe ae i i E i i i i H Max tensione di uscita Controllo ottimo LQ Controllore PID Max tensione di comando M ax velocita del generatore 2 Figura 4 13 Confronto prestazioni tra controllore PID e controllore ottimo LQ Osservando la figura soprastante di facile comprensione il miglioramento ottenuto con il nuovo tipo di controllo una percentuale positiva indica un miglioramento mentre una percentuale di segno 175 Capitolo 4 Simulazione di un controllo ottimo negativo indica un peggioramento L unico valore negativo relativo al picco della tensione di eccitazione il quale per da considerarsi un fattore favorevole in quanto migliora la velocit di risposta del sistema diminuendo nel contempo l energia spesa per il controllo Tutti gli altri indici hanno percentuale positiva Il risultato pi incisivo si ha sulla tensione generata lo scopo primo del controllore la quale presenta un valore di picco del 66 inferiore rispetto a quello che si ha con il controllo PID e un fattore di qualit di quasi 9 volte superiore Segno che l efficienza del nuovo controllo nettamente migliore 176 Capitolo 4 Simulazione di un controllo ottimo Allegato 1 50 HZ 1000RPM RISCALDAMENTO TEMPERATURE RISE i ISOLAMENTO INSULATION ipsa PROTEZIONE PROTECTION DEGREE 0 8
135. e dell autorit competente provincia regione che garantisce la concessione per motivi di pubblico interesse Il gestore di un impianto idroelettrico deve corrispondere la quota di concessione in base alla potenza nominale media annua dell impianto in base alla cifra stabilita dalla legge Sovracanone per gli Enti Rivieraschi pagato dagli impianti di potenza nominale media superiore a 220 kW Per Ente Rivierasco si intende il comune in cui il territorio si affaccia sul tratto di corso d acqua sotteso dalla derivazione a partire dal punto ove ha termine 1l rigurgito dell opera di presa fino al punto di restituzione ovvero tutti i comuni in cui si trova un opera idraulica come opera di presa diga condotta forzata centrale idroelettrica Il gestore dell impianto deve corrispondere ai comuni e alle province interessate una quota stabilita dalla legge la suddivisione comune per comune si basa principalmente sulla distribuzione delle opere idrauliche presenti sui vari comuni interessati dall impianto La norma non stabilisce in modo chiaro la suddivisione degli introiti tra gli enti normalmente le quote vanno per il 75 85 ai comuni e per il 15 25 alle province Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili e Sovracanone per Bacini Imbriferi Montani BIM pagato dagli impianti di potenza nominale media superiore a 220 kW Il concetto di Bacino Imbrifero Montano venne introdotto con la Legge n 959 d
136. e il segnale di riferimento ricevuto con la tensione generata occorre conoscere il ritardo introdotto nella trasmissione del segnale e le possibili variazioni di fase tra il punto di misura e il punto di interconnessione dell isola con la rete Ritardi tipici per la trasmissione 103 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori e l elaborazione dei dati possono andare dai 100 150 ms per linee in fibra ottica o microonde ai 200 300 ms per linee telefoniche Le variazioni di fase dipendono principalmente dal flusso di carico e dall impedenza della rete I moduli di controllo che operano la sincronizzazione sono trattati nel paragrafo 3 7 1 104 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori 3 7 Sistemi di controllo per la gestione dei transitori I generatori sincroni Marelli Motori sono autoregolati e autoeccitati ci significa che la loro unica necessit di essere mossi da un motore primo che garantisca una velocit costante e idonea con il numero di poli del rotore del generatore e la frequenza della tensione da produrre La velocit alla quale devono ruotare data dalla formula n 60 f p dove n il numero di giri del rotore rpm f la frequenza di rete Hz p il numero di coppie polari Tabella 3 1 Possibili configurazioni dei generatori sincroni Velocit richiesta 50 Hz rpm Velocit richiesta 60Hz rpm 4 El 8H 1500 1300 A 0 428 57 514 29 450 333 33 P00 Il motore primo
137. e per via dell inverno mite della crisi economica e della riconversione a gas di alcune centrali a olio combustibile la mancanza di una strategia chiara di riduzione delle emissioni di CO a pesare sul risultato Nonostante la pessima figura possibile guardare il futuro con un pizzico di ottimismo infatti l Ispra Istituto Superiore Per la Ricerca Ambientale ha presentato un inventario nazionale sulle emissioni di gas serra stimando che le emissioni nel nostro paese sono in calo per il quarto anno consecutivo addirittura del 9 nel 2009 Con l aiuto delle foreste dei progetti verdi organizzati nei paesi in via di sviluppo e con 1 crediti dell emission trading l Italia dovrebbe riuscire a raggiungere gli obiettivi di Kyoto per l anno 2012 6 5 Il risultato attuale sembra essere influenzato dal rallentamento delle economie globali che per esempio hanno sottratto circa il 30 del volume d affari alle industrie del cemento e dell acciaio 1 2 2 1 Il protocollo di Kyoto e le imprese Le imprese sono destinate a svolgere un ruolo fondamentale nell ambito delle strategie di attuazione del Protocollo di Kyoto Ogni azione intrapresa a livello nazionale per limitare le emissioni di gas serra non pu che coinvolgere in maniera significativa il mondo delle imprese A livello italiano infatti le emissioni attribuibili al settore industriale ed energetico rappresentano circa il 52 delle emissioni totali Le emissioni imputa
138. e si annullino se il sistema in equilibrio Se 1 generatori non sono tutti uguali i trasformatori adottati devono avere un rapporto di trasformazione appropriato Anche le resistenze devono essere tutte uguali in modo che in caso di sbilanciamento tra le uscite dei generatori le correnti che scorrono attraverso esse comportino le stesse tensioni e quindi le stesse regolazioni figura 3 35 Regulator No 1 Ew F3 182 LT Dai SIL Sj Ou Grounded Regulator No 2 Cross Current 1 3 182 Loo joro El ES e OUP E E 182 Sera 070m 7 Cees B S C Figura 3 35 Connessione di n generatori in parallelo con compensazione reattiva differenziale 3 7 1 Moduli di controllo per la sincronizzazione I moduli che operano la sincronizzazione automatica tra generatore e rete o tra pi generatori sono controllori aggiuntivi che si occupano di calcolare quali riferimenti dare al regolatore di tensione dell alternatore e al governor del motore primo in modo da far combaciare la tensione generata con la tensione di rete in ampiezza frequenza e fase prima di chiudere il contatto di allacciamento 116 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori OLTAGE REGULATOR GENERATOR SENSING Figura 3 36 Schema a blocchi di un generatore allacciato alla rete con sincronizzatore Perch il flusso di potenza vada dalla macchina al sistema al momento della chiusura del contatto auspicabile
139. e successive fasi di realizzazione del progetto Enel Edf analizzeranno le aziende registrate proponendo incontri e o visite di approfondimento alle imprese con profili idonei La Market Survey indirizzer di fatto la successiva fase di qualificazione delle imprese che inizier progressivamente dal mese di luglio 2010 1 3 5 Centrali geotermoelettriche Le centrali geotermoelettriche sono di fatto centrali termiche che utilizzano come fluido primario per scaldare le caldaie il calore naturale dei vapori geotermici contenuti nel sottosuolo energia geotermica Non esiste dunque in questo tipo di centrali alcun processo di combustione Il motivo per cui a profondit crescenti aumenta la temperatura che il nucleo della terra sede di continue reazioni nucleari che producono calore decadimento degli isotopi radioattivi di uranio torio e potassio Una parte di questa energia 16 kW km viene dissipata nello scambio termico con lo spazio Scavando si incontrano temperature crescenti fino a raggiungere circa 6 000 C temperatura 35 Capitolo 1 Fabbisogno energetico del nucleo Il gradiente inizialmente 1 C in media ogni 33 metri Questo significa che per raggiungere temperature di 50 C bisognerebbe scavare teoricamente fino a 1 000 metri di profondit In realt la crosta terrestre in alcuni punti pi sottile specialmente tra le placche tettoniche tanto che in alcuni punti gi a 1 000 metri di profondit si
140. eari Le radiazioni a cui la popolazione viene esposta causano un maggiore rischio di morte per leucemia e tumore Dall incidente di Chernobyl la sicurezza delle centrali nucleari diventato uno dei principali aspetti critici dell energia nucleare per uso civile Negli ultimi anni 1l progresso tecnologico ha notevolmente migliorato la sicurezza delle centrali nucleari dotate di reattori di ultima generazione Le scorie nucleari Purtroppo le scorie nucleari sono un altro aspetto critico del nucleare Non possono essere distrutte e l unica soluzione per 11 momento sembra essere lo stoccaggio per migliaia di anni in depositi geologici o ingegneristici Localizzazione centrali nucleari e proteste locali Anche 1l processo di localizzazione di una centrale nucleare o del deposito di scorie molto difficoltoso Nessuna comunit locale accetta di sacrificare il proprio territorio per ospitare 1 rifiuti nucleari La Sardegna la Puglia la Basilicata sono casi italiani di forti proteste antinucleari 2003 Nello stesso anno una comunit locale cinese si oppose con successo alla decisione del governo di costruire un deposito geologico di scorie attuando una dura e prolungata protesta In entrambi 1 casi vinsero le popolazioni locali Il terrorismo Viviamo in un epoca in cui poche persone possono compiere grandi danni all umanita Il ricordo della tragedia dell 11 settembre 2001 ai grattacieli del World Trade Center stato un duro shoc
141. ecnica di analisi risulta particolarmente efficiente per le apparecchiature e circuiti elettrici per le apparecchiature meccaniche e 1 sistemi di raffreddamento e riscaldamento Questa metodologia diagnostica si basa sul principio che tutti 1 corpi emettono energia sotto forma di radiazione elettromagnetica in modo proporzionale alla loro emissivit e temperatura Usando una termocamera che converte la radiazione termica in un segnale elettrico adatto ad essere presentato su video possibile studiare la distribuzione di temperatura del corpo in esame 74 Grazie ad essa possibile individuare per tempo nel caso delle applicazioni elettriche esempi di problematiche tipiche come e Aumento della resistenza nei collegamenti allentati o corrosi del circuito e Squilibrio di fase e Sovraccarico del sistema 150 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori e Guasto nell isolamento e Problemi nei sistemi di raffreddamento e Problemi nell avvolgimento dei motori FLIR ThernaCAN Figura 3 77 Termografia fusibili giunzione troppo calda Figura 3 78 Termografia bassa tensione contatto lasco Nel caso invece di applicazioni meccaniche ed elettromeccaniche esempi problematiche tipiche rilevabili con un analisi termografica sono e Disallineamento e Problemi relativi ai cuscinetti e Problemi di isolamento negli avvolgimenti dei motori e Attrito da usura o lubrificazione non adeguata 48 2 C 40
142. ede inoltre un incentivo per l acquisto di motori ad alta efficienza non inferiore alla classe IE2 di potenza compresa tra 1 e 5 kW consistente in un bonus del 20 fino a 50 13 21 Capitolo 1 Fabbisogno energetico 1 3 Impianti di produzione principali tipologie di centrali elettriche In Italia al 1 agosto 2010 sono registrati 22 operatori di rete per un totale di 276 impianti 14 Le centrali elettriche si caratterizzano principalmente per due aspetti che sono spesso legati fra loro ovvero la potenza cio l energia per unit di tempo che una centrale in grado di erogare e il tipo di combustibile o altro sistema energetico in ingresso che convertito consenta di ottenere energia elettrica La produzione di elettricit da combustibili fossili petrolio gas naturale carbone non una fonte rinnovabile dal momento che le riserve di combustibile sono limitate Si pu per ricavare energia termica anche da altre fonti di calore e cio dalle fonti energetiche rinnovabili come il calore terrestre centrali geotermiche e quello solare centrale solare oppure attraverso l utilizzo dell energia nucleare centrale nucleare 1 3 1 Centrali termoelettriche Energia chimica Ms Energia termica gt Energia elettrica Energia meccanica HAN case mpianto gi raffreddamento Le centrali termoelettriche sono la tipologia di centrali pi diffusa nel pianeta Il principio di funzionamento di una centr
143. egrato I benefici delle smart grids portano a e efficienza del sistema energetico e migliore gestione della domanda e di offerta di energia e riduzione delle perdite di energia dovuta a frodi e a guasti tecnici e possibilit di poter programmare il consumo in diverse fasce orarie e poter attivare servizi a valore aggiunto e diffusione di veicoli elettrici con relativi punti di ricarica interconnessi con la rete elettrica e coinvolgimento sempre pi ampio di piccoli e medi consumatori per la produzione di energia elettrica da diverse fonti rinnovabili e riduzione delle emissioni di CO3 18 Capitolo 1 Fabbisogno energetico In sintesi la rete elettrica del futuro dovr rispondere a quattro requisiti fondamentali 1 essere accessibile garantendo accesso alle fonti di produzione rinnovabile 2 essere affidabile garantendo la fornitura dell energia elettrica 3 essere efficiente per garantire minori costi e ridurre le emissioni di gas serra 4 essere flessibile per venire incontro alle nuove esigenze dei consumatori come quella di partecipare attivamente alla produzione dell energia elettrica o di ricaricare senza impedimenti di tempo e spazio la propria auto elettrica 1 2 3 Motori elettrici ad alta efficienza I consumi elettrici italiani sono assorbiti per la maggior parte dal settore industriale in particolare nel 2009 sono stati consumati da tale settore 130 505 9 GWh su un totale di 299 915 2 GWh ossia il 43 5
144. el 27 dicembre 1953 e si intende il territorio delimitato da una cintura montuosa o collinare che funge da spartiacque ubicato al di sopra di una certa quota assoluta stabilita bacino per bacino significa che tutte le acque presenti nel bacino imbrifero vengono convogliate a fondovalle nel corso d acqua principale I comuni facenti parte di un BIM possono decidere se far parte di un consorzio oppure restarne fuori il consorzio rende pi organica la gestione degli introiti ricavati dai BIM anche se la tendenza attuale quella di suddividere le entrate comune per comune Per 1 comuni che non fanno parte di consorzi gli introiti vengono suddivisi in base all interessamento territoriale delle opere quante ce ne sono e quanto influiscono e in proporzione alla superficie e alla popolazione attualmente le comunit montane possono coordinare la distribuzione dei proventi BIM tra 1 vari comuni interessati La fonte energetica idroelettrica considerata come ogni altre fonte rinnovabile all interno del Decreto Bersani e pi specificatamente normata a livello tariffario dall Autorit per l Energia Elettrica ed il Gas L idroelettrico di piccola taglia oggetto di normative ad hoc L AEEG Autorit per l Energia Elettrica ed il Gas ha infatti pi volte ribadito che l energia prodotta da impianti idroelettrici con potenza fino a 3 MW costituisce una forma di energia di significativo valore sotto il profilo della tutela
145. el carico e quindi il regolatore deve essere in grado di gestire tale situazione autonomamente Il compito principale del controllore dell impianto quello di equilibrare la potenza di uscita e di ingresso in caso di partial load rejection la potenza di uscita cala improvvisamente e significativamente ed necessario quindi ridurre anche la potenza di ingresso Sar sempre presente un certo ag nella riduzione della potenza di ingresso dovuto dalla somma dei cosiddetti tempi di ritardo di salita e di assestamento Il controllore necessita di una differenza tra segnale di ingresso e di riferimento per poter reagire e correggere 1l suo segnale di comando dopodich il sistema globale reagir con una certa velocit In particolare un motore endotermico con relativo regolatore ha tempi di risposta piuttosto lenti se confrontati con quelli di un alternatore sincrono controllato con AVR La riduzione della potenza d uscita comporta un iniziale aumento della velocit di rotazione del sistema motore primo alternatore che il governor del 119 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori motore endotermico deve riportare al valore di riferimento diminuendo il flusso di carburante evitando di andare in overspeed 46 I rischi che si possono incontrare in questo periodo di tempo sono legati all aumento eccessivo della velocit di rotazione e quindi anche della frequenza della tensione prodotta e all aumento eccessivo della tens
146. el polinomio a numeratore Se gli zeri del denominatore detti poli della trasformata appartengono al semipiano a parte reale positiva del piano complesso il sistema instabile e la risposta all impulso ys t tende all infinito al crescere di t Se invece i poli della trasformata appartengono al semipiano a parte reale negativa del piano complesso il sistema asintoticamente stabile e ys t tende asintoticamente a O al crescere di t Se infine i poli della trasformata appartengono alla retta verticale a parte reale nulla del piano complesso ed hanno molteplicit singola il sistema semplicemente stabile e ys t maggiorata in valore assoluto da un certo valore al crescere di t Per determinare come variano le posizioni dei poli e degli zeri al variare della funzione di trasferimento del compensatore che si vuole progettare si usano particolari grafici quali il diagramma di Bode il diagramma di Nyquist e il luogo delle radici Nella pratica accade spesso che la progettazione nel dominio della frequenza non venga effettuata per evitare di calcolare 11 modello matematico difficilmente ricavabile con precisione e siano quindi applicate delle semplici regole empiriche come ad esempio il metodo di Ziegler Nichols Quest ultimo un algoritmo che permette di trovare il cosiddetto guadagno critico dal quale si deriveranno gli altri parametri del PID 1 Il processo viene fatto controllare da un controllore esclusivamente proporziona
147. elettrica della propria abitazione e alla conseguente sensazione di smarrimento L assenza di fornitura di energia elettrica per un azienda costituisce una perdita di denaro estremamente importante tanto che requisito ormai essenziale adottare sistemi che garantiscano continuit di energia elettrica quali UPS Uninterruptible Unit Supply e altri sistemi di sostentamento elettrico di emergenza o continuativi quali gruppi elettrogeni La loro importanza risulta essere vitale ad esempio negli ospedali dove le interruzioni di corrente possono avere conseguenze dirette sulla vita dei pazienti in particolare nelle sale operatorie nelle unit di terapia intensiva nel pronto soccorso La richiesta di energia elettrica a livello mondiale in continua ascesa la sua fondamentale importanza viene acquisita nel momento della sua trasformazione in altra energia utile meccanica termica luminosa ecc tutte le macchine che ci circondano si basano sulla trasformazione dell energia Per diverse ragioni essa viene trasportata e resa disponibile sotto forma di elettricit L energia elettrica infatti pu essere trasportata dai generatori alle utenze mediante una rete di cavi facilmente installabile e senza perdite apprezzabili pu essere trasformata con alto rendimento in energia termica meccanica e chimica pu alimentare un altissimo numero di apparecchi elettrici ed elettronici e di sistemi di illuminazione controllabile istantaneamente nel
148. elettricit da cogenerazione e tref rendimento termico di riferimento della produzione separa Nercup rendimento elettrico della produzione mediante cogenerazione definito come elettricit annua da cogenerazione diviso per il combustibile di alimentazione usato per produrre la somma del rendimento di calore utile e dell elettricit da cogenerazione NMelref valore di rendimento di riferimento per la produzione separata di elettricit A 3 LT Il limite termico LT il rapporto tra l energia termica utile annualmente prodotta Et e l effetto utile complessivamente generato su base annua dalla sezione di produzione combinata di energia elettrica e calore pari alla somma dell energia elettrica netta e dell energia termica utile prodotte Ee Et riferiti all anno solare secondo la seguente formula Et LT Ee Et 191 Appendice A 4 Codice Matlab dell algoritmo per l identificazione black box clear all close all OLO A Caricamento dati per identificazione o load ident_Vf_new mat segnali di ingresso uscita del sistema Vl Vpark r 2 prima colonna tempo seconda colonna segnale sy2 y2 ir2 u V 2 lt y yl y2 sistema a due uscite A velvti sistema ad una uscita uesta parte serve per rendere i segnali a media nulla liminare preventivamente eventuall offset A oo A ao Ho u u y detrend y u detrend u Ts 0 001 periodo cam
149. ella delle varie perdite nel ferro e per attriti meccanici Si pu a questo punto sia modificare l eccitazione della macchina portando E ad assumere rispetto alla tensione di rete valori inferiori sottoeccitazione o superiori sovraeccitazione sia intervenire sul motore primo che aziona la macchina immettendo potenza oppure applicare una coppia frenante al rotore Ad ogni condizione corrispondono una potenza attiva ed una potenza reattiva a Sane i U PEIN La corrente sempre in ritardo di 90 rispetto alla caduta di tensione E 5 AU che si ottiene tracciando un segmento parallelo a quello che unisce gli estremi dei due vettori orientandolo verso Eo Sottoeccitazione Ey lt U V3 in fase con P 0 Q lt 0 En q AU Figura3 5 Sottoeccitazione va La corrente erogata dalla macchina in anticipo di 90 rispetto alla tensione di rete la quale per la macchina stessa un condensatore cio un erogatore di potenza induttiva La potenza attiva immessa nella rete nulla e la potenza reattiva negativa Sovraeccitazione E gt U V3 in fase P 0 Q gt 0 U 43 E LU a AU Figura 3 6 Sovraeccitazione La corrente in ritardo di 90 sulla tensione di rete La potenza attiva immessa in rete ancora nulla e la potenza reattiva positiva La rete dunque assorbe potenza reattiva induttiva Stavolta la macchina ad essere un condensatore per la rete 83 Capitolo 3 Generato
150. ematico di quelle ad azione Nonostante ci nelle applicazioni a piccola scala vengono utilizzate turbine tipo Francis adatte a medi salti da una decina a qualche centinaio di metri Sono molto simili alle turbine per impianti di taglia maggiore Vantaggi e Sfruttamento di tutto il salto disponibile fino al canale di scarico e Velocit di rotazione alta adatta a salti medio piccoli e non strettamente legata all entit del salto ma invece variabile con il grado di reazione e Possibilit di applicazione ad impianti in camera libera per salti molto piccoli Svantaggi e Costruzione complessa e Problemi di tenuta per la differenza di pressione tra monte e valle della girante di cavitazione per la depressione del diffusore e di attrito ed usura dovuti all alta velocit dell acqua contro le pale 2 1 3 5 Turbine Kaplan e ad elica Si tratta di turbine a reazione a flusso assiale utilizzate generalmente per bassi salti Le pale della ruota nella Kaplan sono sempre regolabili mentre quelle del distributore possono essere fisse o regolabili Quando sono regolabili sia le pale della turbina sia quelle del distributore la turbina una vera Kaplan o a doppia regolazione se sono regolabili solo le pale della ruota la turbina una semi Kaplan oppure a singola regolazione Le pale della ruota si muovono girando intorno ad un perno solidale con un sistema di bielle manovelle collegate ad un tirante verticale
151. entando o fermando la reazione a catena Le temperature all interno del nocciolo sono altissime per cui necessario un sistema di asportazione del calore molto efficiente con il rischio di fondere il sistema Per ottenere le reazioni dette si devono utilizzare barre con alte percentuali 3 5 di uranio 235 un isotopo dell uranio presente in natura in percentuali dello 0 7 all interno dell isotopo U che non fissile Questo comporta un processo preventivo in cui l uranio in forma di esafluoruro di uranio UF6 viene gassificato e raffinato all isotopo 238 che quello pi abbondante in natura e infine convertito in biossido di uranio UO per l utilizzo Durante il processo di fissione viene emessa radioattivit ad alta intensit Gli oggetti e 1 metalli esposti alle radiazioni diventano essi stessi radioattivi ossia scorie radioattive Le scorie dovranno 28 Capitolo 1 Fabbisogno energetico essere stoccate per migliaia di anni fin quando non decade il livello di radioattivit Il grado di radioattivit non consente all uomo di avvicinarsi alle scorie e al momento la scienza non in grado di distruggere le scorie radioattive o di accelerare il periodo di decadimento della radioattivit Le scorie nucleari non sono tutte uguali si distinguono in base al grado di radioattivit da cui dipende anche la durata del decadimento e la loro pericolosit e Alta attivit scorie di 3 grado il grado di radioattivit
152. ento energetico risparmio di energia riduzione delle perdite di cambio di tensione e trasporto in rete contenimento delle emissioni di gas serra e altri gas inquinanti la cogenerazione permette quindi benefici economici maggiore competitivit aziendale immagine aziendale nel rispetto dell ambiente Tuttavia la combustione nella cogenerazione non elimina totalmente le conseguenze inquinanti l impianto a cogenerazione brucia derivati delle fonti primarie fossili come una qualsiasi centrale elettrica producendo emissioni di monossido di carbonio di ossidi di azoto e di particolato L aspetto inquinante pu comunque essere ridotto mediante l uso di biocombustibili ad esempio biodiesel permettendo risparmi fino al 40 nell utilizzo delle fonti primarie di energia gas metano gasolio ecc 29 30 31 32 Un impianto convenzionale di produzione di energia elettrica ha una efficienza di circa 11 35 mentre il restante 65 viene disperso sotto forma di calore che normalmente non viene utilizzato Con un impianto di cogenerazione invece il calore prodotto dalla combustione non viene disperso ma recuperato per altri usi In questo modo la cogenerazione raggiunge una efficienza superiore al 90 ottenuta dalla somma dell efficienza elettrica e termica 33 Inoltre occorre considerare le perdite per dispersione elettrica nella distribuzione e nel trasporto Nel 2009 le notizie statistiche sull energia elettrica pubblicate da T
153. enza Un altra limitazione prevista applicata alla tensione o alla corrente di eccitazione in modo tale che esse non raggiungano un valore tale da provocare il surriscaldamento degli avvolgimenti di eccitazione Quando si verifica una sovraeccitazione la limitazione interviene entro un intervallo di tempo stabilito e riporta il valore della tensione o della corrente ad un valore di sicurezza Tanto maggiore la sovraeccitazione tanto minore dovr essere il tempo di intervento Sovratensione rispetto Soglia ic n i it a i Dr e ii cri mori nn ri ii Consentita durante l intervento impostabile a A AA int Tempo Tempo di__ y Tempo di I intervento i recupero Figura 3 23 Limitazione per sovraeccitazione intervento sulla tensione 109 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori sulla Corrente massima ammessa O O O O A nn gl lo o ul r lr A ls e O O O GS O O t Corrente di campo A TTT jeu Corrente massima continuativa momo ieri E Tempo minimo di intervento Tempo s Figura 3 24 Limitazione per sovraeccitazione intervento sulla corrente La sottoeccitazione un altra condizione da evitare in quanto pu portare problemi di smagnetizzazione e perdita di sincronismo il controllo si basa sulla potenza reattiva di tipo smagnetizzante rilevata in uscita ed evita che la corrente di campo assuma valori troppo bassi La curva di limitazione simile a quella di figura 3 25 calcolata auto
154. ergia idroelettrica viene ricavata dal corso di fiumi e di laghi grazie alla creazione di dighe e di condotte forzate si sfrutta l energia potenziale gravitazionale posseduta da masse d acqua in quota trasformandola in energia cinetica nel superamento di un dislivello e convertita infine grazie ad un alternatore accoppiato ad una turbina in energia elettrica Un impianto idroelettrico costituito da componenti civili idraulici ed elettromeccanici in dettaglio e Opere di presa la cui configurazione dipende dalla tipologia del corso d acqua intercettato e dall orografia della zona e Opere di filtraggio finalizzate all eliminazione dall acqua di grossi corpi sospesi e le cui tipologie compresa la possibilit o meno di automazione dipendono dalla portata derivata e dall entit dei solidi trasportati dal flusso idrico e Opere di convogliamento delle acque costituite da canali o condotte forzate in funzione dell orografia e conseguentemente alla tipologia di impianto a basso o alto salto e Edificio di centrale contenente le opere elettromeccaniche gruppo turbina alternatore trasformatore contatori quadri elettrici e sistemi di controllo e Opere di restituzione delle acque nel corso d acqua principale La potenza ottenibile da una turbina idraulica espressa dalla seguente equazione P ngQH dove P potenza espressa in kW n rendimento globale dell impianto g accelerazione di gravit espre
155. erna 2 evidenziavano che sulla rete 65 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili nazionale la somma delle perdite per distribuzione e trasporto pi il pompaggio idroelettrico e servizi ausiliari ammontava all 11 2 della produzione come dire che per ogni kWh consumato dall utente finale in bassa tensione altri 0 126 kWh si fossero persi per strada Quindi se tutte le utenze elettriche potessero essere rifornite con energia prodotta in loco con la cogenerazione si eviterebbero gran parte delle perdite ad oggi presenti Mediamente un impianto di cogenerazione alimentato a metano permette per ogni KWh prodotto un risparmio di CO pari a 450 grammi se confrontato con la produzione separata di energia elettrica centrale termoelettrica ed energia termica caldaia convenzionale I sistemi di cogenerazione si classificano sostanzialmente sulla base delle tecnologie adottate dalle macchine e dai motori utilizzati Il pi comune esempio di impianto cogenerativo quello realizzato con turbogas motore alternativo e caldaia a recupero I fumi del turbogas o del motore alternativo vengono convogliati attraverso un condotto fumi nella caldaia a recupero Il recupero pu essere semplice qualora non esista un postbruciatore o un recupero con postcombustione in caso contrario I fumi in caldaia permettono di produrre acqua calda vapore saturo o vapore surriscaldato Solitamente si utilizza e Acqua calda
156. ersata direttamente nelle linee a bassa tensione e Limitazione delle cadute di tensione sulle linee finali di utenza e Nessuna necessit di costruire grandi locali appositi e Limitazione della posa di linee elettriche interrate o tralicci a parit di risultati L exergia di un sistema il massimo lavoro meccanico che pu essere estratto da tale sistema quando lo si porta in equilibrio con l ambiente di riferimento che si ipotizza mantenga temperatura pressione composizione chimica costante durante il processo 69 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili La differenza tra il teleriscaldamento e la microcogenerazione diffusa a livello locale consiste nel diverso modo di utilizzo dell energia prodotta dai due sistemi mentre nel teleriscaldamento I energia elettrica viene immessa direttamente nella rete elettrica ed il calore viene trasportato nelle reti di distribuzione presso le utenze cittadine nella microcogenerazione diffusa il calore viene prodotto ed utilizzato direttamente presso l utenza che ha installato la centrale di cogenerazione che in genere autoconsuma anche tutta l energia elettrica autoprodotta Le macchine pi adatte per la microcogenerazione sono a motore endotermico alimentato a gas di taglia compresa fra il minicogeneratore da 5 5 kW ed 1 grandi motori da 1 2 MW elettrici 32 Oltre al beneficio derivante dal miglior uso del combustibile rispetto alla ge
157. esempio un microcontrollore 169 Capitolo 4 Simulazione di un controllo ottimo 4 4 Identificazione black box Mentre per un controllo PID possibile effettuare la taratura dei parametri anche non conoscendo il sistema per un controllo in spazio di stato necessario che il modello matematico del sistema sia noto con accuratezza per avere buoni risultati soprattutto nella progettazione di un controllo ottimo Una taratura manuale molto difficile da mettere in atto in quanto non esistono metodi empirici capaci di indicare 1 valori contenuti nelle matrici del controllore Quando 1 sistemi sono troppo difficili da modellare con le leggi della fisica oppure sono troppo complicati l identificazione cerca di trovare un modello che si adegui alle misure effettuate In genere si sceglie un segnale di input al quale sottoporre il sistema e si misurano le sequenze in uscita Successivamente deve sempre essere presente una fase di validazione del modello ottenuto tramite la quale si stabilisce la bont del modello ed eventualmente si cambia la struttura o si effettuano nuovi esperimenti La validazione va fatta con nuove misure si parla in questo caso di cross validazione Si possono distinguere tre tipologie di identificazione 1 Identificazione a scatola bianca il modello viene ricavato tramite le leggi della fisica 2 Identificazione a scatola grigia si conosce la struttura del modello ma non sono noti alcuni parametri che si vogl
158. esenza di eventuali anomalie di natura statica e dinamica Normalmente le posizioni di misura sono individuate in prossimit dei componenti pi critici maggiormente soggetti ad avaria essenziali ai fini del funzionamento La collocazione della sensoristica deve rispettare le direzioni preferenziali di captazione dei segnali ed essere protetta da inaccettabili interferenze di natura fisica quali urti cesoiamento radiazioni ed altro 145 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori I sensori debbono essere ubicati in modo da non ostacolare lo svolgimento del processo a cui il mezzo deputato La compatibilit reciproca dei sensori e del processo svolto dall impianto deve essere soddisfatta per tutte le possibili condizioni di funzionamento marcia stand by arresto ecc 2 Cablaggio dei sensori I segnali captati dai sensori possono raggiungere l unit di elaborazione trattamento elaborazione ecc viaggiando all interno di cavi che si estendono almeno in parte nell impianto stesso Il cablaggio deve rispettare le stesse regole di compatibilit con le funzioni svolte dall impianto gi citate per 1 sensori Vi sono casi in cui il segnale viene veicolato in cavi gi adibiti al trasporto di energia o di segnali di comando indipendenti dalla finalit manutentiva onde convogliate Un alternativa talvolta valida al cablaggio quando questo sia ostacolato da impedimenti oggettivi o da costi eccessivi per la stesura di c
159. eti di teleriscaldamento urbano per essere utilizzato dagli utenti condomini edifici civili ecc collegati alla rete per sostituire la caldaia del riscaldamento e non produrre cos in loco 1 fumi di scarico La grande quantit di energia elettrica prodotta dall impianto di cogenerazione utilizzato per il teleriscaldamento viene immessa direttamente nella rete di distribuzione elettrica La legge fissa norme che facilitano gli accordi di interconnessione fra la societ che gestisce l impianto di cogenerazione e quella della rete elettrica L applicazione del teleriscaldamento molto sensata laddove le centrali di produzione siano ubicate vicino ad importanti utenze termiche anche del terziario es ospedali e sicuramente contribuisce in modo significativo a diminuire la bolletta petrolifera italiana Tuttavia il risparmio teorico del 35 40 rispetto ai sistemi tradizionali va mediato al di l degli ottimi risultati conseguiti con le inevitabili spese di costruzione e manutenzione della rete e con le perdite del trasporto di calore 2 2 2 Trigenerazione La trigenerazione un particolare campo dei sistemi di cogenerazione che oltre a produrre energia elettrica consente di utilizzare l energia termica recuperata dalla trasformazione anche per produrre energia frigorifera ovvero acqua refrigerata per il condizionamento o per 1 processi industriali La trasformazione dell energia termica in energia frigorifera resa possib
160. etico effettivamente ottenuto I certificati bianchi riguardano tre tipi di interventi 1 Risparmio di energia elettrica 2 Risparmio di gas naturale 3 Risparmio di altri combustibili I soggetti distributori interessati possono essere sia obbligati sia volontari sono soggetti obbligati tutti 1 distributori di energia elettrica e di gas la cui utenza finale superiore alle 100 000 unit possono essere soggetti volontari 1 distributori con utenza finale minore di quella prescritta o anche le societ di servizi produttori impiantisti ecc L osservanza dei limiti di risparmio energetico viene premiato dall Autorit e da altre fonti governative di finanziamento con un contributo economico il cui valore viene stabilito annualmente dalla stessa Autorit Inoltre possibile guadagnare vendendo 1 titoli in eccesso grazie al raggiungimento di un risparmio superiore a quello annualmente prestabilito Di contro coloro 1 quali non riescono a ottemperare agli obblighi minimi assunti vengono conseguentemente sanzionati e dovranno acquistare sul mercato ulteriori titoli necessari al raggiungimento dell obiettivo minimo prefissato In Europa nell ottica delle politiche di basso impatto ambientale e di risparmio energetico 1 certificati bianchi non sono abbastanza diffusi Oltre l Italia attualmente anche la Francia adotta tale certificazione mentre altre nazioni adottano altri schemi di risparmio energetico o si stanno avviando all
161. europei sono e Le Hague Francia e Sellafield Gran Bretagna e Oskarshamn Svezia e Olkiluoto Finlandia Tutti 1 centri di stoccaggio europei hanno natura temporanea per rispondere al criterio di reversibilit delle scelte Non conoscendo con precisione le conseguenze dello stoccaggio delle scorie radioattive nel tempo si rende cos possibile un loro futuro trasferimento in altri luoghi Nel caso dei siti geologici questo non sarebbe possibile 1 materiali ospitati in cavit sotterranee dovranno restarci definitivamente anche nel caso in cui la scelta del sito si riveli sbagliata In alcuni casi ad esempio in Francia le scorie nucleari sono riprocessate all interno delle stesse centrali nucleari per produrre nuovo combustibile rigenerato MOX da riutilizzare nel reattore 29 Capitolo 1 Fabbisogno energetico Energia nucleare nel mondo Sono circa 440 1 reattori nucleari attivi nel mondo I paesi con maggiore presenza di reattori nucleari sono 1 seguenti e 104 negli USA e 59 in Francia e 53 in Giappone Le centrali nucleari nel mondo producono complessivamente 370 GW pari al 16 della produzione mondiale d energia elettrica Un dato consistente ma ben lontano dai 1000 GW stimato negli anni 70 per 1 nostri anni L incidente di Chernobyl negli anni 80 freno l ottimismo verso l energia nucleare per la consapevolezza delle gravi conseguenze in caso di incidente Va tuttavia detto che dall incidente di Chernobyl a
162. fatti si alzata rispetto alla fine del XIX secolo di un valore medio globale di 0 6 C le previsioni per il 2100 variano da 2 a 3 5 C 5 Queste tendenze se confermate nei prossimi anni lasciano spazio ad ipotesi di innalzamento del livello dei mari di maggiore frequenza di piene e inondazioni di impatti sulle colture agricole e sulla biodiversit Quindi per contrastare le richieste crescenti di energia e nel contempo garantire rispetto per l ambiente si tende a sperimentare tecnologie alternative che utilizzino energie rinnovabili e sostenibili si tende a capillarizzare la produzione di energia in piccole isole di generazione dal basso impatto ambientale e territoriale e che garantiscono risparmio energetico e migliore efficienza 1 2 2 Protocollo di Kyoto Il problema ambientale sempre pi sentito 1 11 dicembre 1997 nella citt giapponese di Kyoto stato sottoscritto un trattato internazionale riguardante il riscaldamento globale Esso entrato in vigore il 16 febbraio 2005 dopo la ratifica anche da parte della Russia infatti perch il trattato potesse entrare in vigore si richiedeva che fosse ratificato da non meno di 55 nazioni firmatarie e che le nazioni che lo avessero ratificato producessero almeno il 55 delle emissioni inquinanti quest ultima condizione stata raggiunta solo nel novembre del 2004 quando anche la Russia ha perfezionato la sua adesione Il trattato prevede l obbligo in capo ai paesi indu
163. ganiche per lo pi composti di carbonio ed idrogeno e il vapor d acqua proveniente dalla frazione umida si scindono e attraverso la contemporanea sublimazione pirolisi e gassificazione danno luogo al gas di sintesi monossido di carbonio per circa il 35 circa idrogeno per il 50 55 ed il restante 10 15 tra anidride carbonica azoto e metano 2 I materiali inorganici che costituiscono gli inerti fondono e si trasformano in una sorta di magma fuso che poi solidifica vetrificando ed inglobando ogni sorta di impurit compresi 1 metalli pesanti che in tal modo divengono innocui Il materiale di scarto cos trattato non richiede particolare conferimento e pu essere utilizzato come materiale da costruzione ad esempio massicciate stradali conglomerato cementizio materiale di riempimento mattonelle piastrelle granulazione per la produzione di abrasivi produzione di isolanti termici simili alla lana di roccia ecc senza necessit di smaltimento in discariche Le elevatissime temperature di esercizio oltre 1 7 000 C impediscono durante il processo la formazione di diossine furani e qualsivoglia composto tossico Non producono ceneri n incombusti mentre 1 particolati le polveri e 1 fanghi di depurazione del syngas sono quasi sempre reimmessi nel reattore salvo casi particolari di recupero controllato di cadmio nei fanghi della zona di quenching e mercurio con filtri ad amalgama e carbone attivo inviati poi a ditte specializzate ne
164. guenza non sar pi sufficiente avere un controllo della produzione a carattere nazionale ma sar necessario anche a livello locale monitorare gestire ed integrare la distribuzione di energia prodotta in bassa e in media tensione proveniente da fonti rinnovabili La rete elettrica non pi solo quindi un canale per trasmettere e distribuire energia elettrica dalle grandi centrali ai clienti finali ma una rete intelligente ovvero una Smart Grid una rete comune in grado di fare interagire produttori e consumatori di determinare in anticipo le richieste di consumo e di adattare con flessibilit la produzione e il consumo di energia elettrica Una rete che si compone di tante piccole reti tra loro collegate in grado di comunicare scambiando informazioni sui flussi di energia gestendo con migliore efficienza 1 picchi di richiesta evitando interruzioni di elettricit e riducendo il carico ove necessario Una similitudine pu essere fatta con la rete di internet dove tutti gli utenti sono interconnessi tra di loro potendo ricevere e inviare informazioni uscendo cos dallo schema di distribuzione da uno a molti La rete intelligente automatizza 1 processi di recovery ed informa il distributore di energia elettrica di eventuali guasti in qualsiasi punto della rete velocizzando 1 tempi di riparazione e di ripristino allo stesso modo consente un interazione bidirezionale con il Cliente Produttore locale in un insieme sinergicamente int
165. i compagni di mensa per la simpatia Un ringraziamento di cuore lo devo a tutti 1 miei compagni di corso in particolare Fabio Angelo Federico e Matteo con 1 quali ho condiviso momenti di impegno e di svago per tutta la durata del nostro percorso 181 Bibliografia 1 ENEL www enel it 2 Terna Dati statistici sull energia elettrica in Italia 2009 3 British Petroleum www bp com 4 British Petroleum Statistical Review of World Energy June 2010 5 Intergovernmental Panel on Climate Change Fourth Assessment Report Climate Change 2007 6 Ministero dell Ambiente L Italia e il Protocollo di Kyoto 7 Ryan Lizza As the world burns The New Yorker 11 ottobre 2010 http www newyorker com reporting 2010 10 11 101011fa_fact_lizza currentPage all 8 Ministero dell Ambiente Il Protocollo di Kyoto e le imprese 9 La Repubblica Viaggio nell utopia di Giissing il paese a emissioni zero 10 Ecoage www ecoage it varese ligure modello sviluppo sostenibile htm 11 Acam S p A www acamspa com acamcentrogasenergia_vareseligure asp 12 Convegno Il risparmio energetico ed il miglioramento dell efficienza energetica nel settore industriale TMD Demotech Schio VI 16 ottobre 2009 13 Gazzetta ufficiale europea Regolamento n 640 2009 14 Terna Elenco delle unit di produzione dispacciabili ammesse al meccanismo di remunerazione della disponibilit di capacit prod
166. ia perfetta sono previsti specifici campi di tolleranza entro 1 quali anche una sincronia non perfetta non comporta danni o pericoli Nel caso di parallelo tra generatori la sorgente di riferimento uno dei generatori stessi che prende il nome di generatore Master mentre se nel parallelo coinvolta la rete pubblica quest ultima fa sempre da riferimento per il generatore o 1 generatori Finch la sincronizzazione non andata a buon fine il generatore fisicamente scollegato dalla rete pubblica solo a sincronizzazione avvenuta quest ultimo potr esservi connesso inizio del funzionamento in parallelo per poi passare alla fase successiva la ripartizione del carico o load sharing In questa fase il generatore prende progressivamente il carico integralmente o fino ad un valore impostato compatibile con la sua potenza di targa andando cos a sottrarlo alla rete pubblica 82 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori Quindi la prima operazione da effettuare portare la macchina alla velocit ny 605 con f frequenza v3 tensione di rete Quando le due tensioni sono perfettamente in fase si chiude l interruttore del di rete e p coppie polari della macchina ed impostare l eccitazione in modo che E dove U la parallelo In queste condizioni la corrente nulla e non c alcun scambio di potenza tra macchina e rete La potenza richiesta al motore primo endotermico o turbina esclusivamente qu
167. iale elevato a cui si somma un lungo periodo di tempo per la costruzione che comporta maggiori oneri finanziari dovuti ad un maggior rischio degli investitori stato stimato il 10 di interesse per il nucleare contro il 7 8 per gas e carbone ed impianto interamente finanziato con prestiti e senza soldi propri 30 Capitolo 1 Fabbisogno energetico e Oltre alla manutenzione e alla produzione sono da aggiungere 1 costi per lo smaltimento dei rifiuti Questi costi sono ancora non chiari visto che non si sono ancora trovate soluzioni definitive operanti per il lungo periodo per le scorie di III categoria caso differente per quelle di I e II di cui esistono molti siti di stoccaggio gi funzionanti da decenni Dentro questa variabile c da aggiungere il fattore di riprocessamento del combustibile esausto il quale diminuisce notevolmente il volume delle scorie radioattive da dover stoccare e anche 1l periodo di radiotossicita visto che eliminato il Plutonio che decade molto lentamente ed molto radiotossico dando quindi minori problemi per lo stoccaggio e Infine da considerare anche lo smantellamento della centrale quest ultima voce ha un range estremamente ampio di costi per kW visto che le variabili in ballo sono la potenza la tipologia e la vita operativa dell impianto In media una centrale nucleare pu avere una vita di 25 30 anni dalla sua messa in servizio L International Energy Agency ha stimato un costo
168. ica Le centrali idroelettriche si suddividono in due tipologie Centrali ad acqua fluente Tali centrali sfruttano l energia cinetica delle acque fluviali energia idroelettrica convogliate in particolari turbine idrauliche messe in rotazione dal flusso dell acqua Collegate all albero rotante delle turbine vi sono gli alternatori che trasformano l energia meccanica di rotazione in energia elettrica Centrali a caduta Tali centrali sfruttano l energia potenziale di notevoli masse d acque poste ad altezza maggiore rispetto a quella di presa si parla in tal caso di invaso naturale o artificiale creato tramite dighe L energia potenziale dell acqua viene trasformata in energia cinetica nel momento in cui scende in condotte forzate nelle quali raggiunge notevoli velocit L acqua viene poi fatta confluire come nel caso precedente in turbine collegate ad alternatori producendo cos energia L impatto ambientale delle centrali idroelettriche molto minore di quello delle centrali termoelettriche per via dell assenza di fumi Esso riguarda soprattutto il diverso regime delle acque sfruttate infatti l estrazione di energia cinetica rallenta il corso d acqua aumentando la velocit di sedimentazione nel caso di centrali a caduta necessario mettere in conto le opere idrauliche necessarie dighe e condotte La parte maggiore dell impatto ambientale si verifica durante la costruzione a causa degli sbancamenti e delle gran
169. ica si sa che l energia non si crea e non si distrugge bens si trasforma e si degrada Una parte dell energia a disposizione trasformata in lavoro utile e la rimanente parte si disperde nell ambiente sotto forma di altra energia calore luce ecc possibile distinguere l energia tra fonti primarie e secondarie in genere si definiscono primarie le fonti il cui contenuto energetico viene usato direttamente mentre si definiscono secondarie le fonti ottenute per trasformazione di fonti primarie Per esempio la fonte di energia energia primaria che alimenta una centrale elettrica pu essere molto varia petrolio metano carbone uranio cio energia nucleare vento energia eolica correnti d acqua energia cinetica sole energia solare L energia prodotta alla fine del processo di produzione energia secondaria per sempre energia elettrica Il passaggio da fonti primarie a fonti secondarie provoca sempre delle perdite e quindi sarebbe ideale evitarlo L energia elettrica per una fonte secondaria cos comoda che si continua a produrla nonostante le notevoli perdite di trasformazione che arrivano fino ai 2 3 dell energia primaria utilizzata per produrla 1 La principale fonte di energia primaria ossia prima della trasformazione di origine fossile costituita dai giacimenti di petrolio carbone e gas naturale accumulati nelle ere passate da processi lentissimi e non replicabili La produzione di
170. iche di una piccola turbina che permette il recupero di una certa quantit di energia che altrimenti verrebbe dissipata meccanicamente per evitare il generarsi di pressioni troppo elevate al momento della distribuzione dell acqua nelle abitazioni Impianti sul DMV sfruttano le portate rilasciate per il rispetto della normativa sul Deflusso Minimo Vitale DMV Gli impianti idroelettrici sono infatti obbligati a garantire un certo deflusso di acqua che in molti casi prima della reimmissione nel corpo idrico pu essere ulteriormente turbinata in un piccolo impianto posto a valle dell impianto principale Uno spettacolare esempio di questa applicazione si ha sulla diga di S Giustina Edison in Trentino Questo tipo di interventi assai interessante anche per 1 costi limitati dal momento che la maggior parte delle opere civili canali condotte opere di regolazione dei flussi sono gi esistenti 2 1 2 Normative Il gestore di un impianto idroelettrico deve corrispondere un imposta agli enti pubblici locali comuni province e regioni interessate 1 cosiddetti canoni idrici per la concessione e lo sfruttamento di acque pubbliche con lo scopo di produzione di energia elettrica I canoni idrici sono di tre tipi 50 Canone Idrico di concessione pagato da tutti gli impianti In base al Testo Unico sulle Acque Regio Decreto n 1775 del 11 dicembre 1933 vietato derivare o utilizzare acqua pubblica senza l autorizzazion
171. igura 4 4 Blocco motore diesel con regolatore di velocit La tensione di eccitazione regolata da un AVR esso permette di controllare l intensit del flusso magnetico in modo che la tensione d uscita sia la pi costante possibile anche a fronte di perturbazioni o disturbi Il pi classico ed utilizzato schema di controllo di un sistema elettromeccanico 1l PID una configurazione che permette di ottenere il segnale di controllo dalla somma di tre parametri proporzionale integrale e derivativo ricavati dalla retroazione negativa del sistema In figura 4 5 riportato lo schema a blocchi del controllore utilizzato da Marelli Motori 150 193 Constant4 Vd Vg Infine in figura 4 6 riportato il blocco per le misure delle grandezze principali dell alternatore low pass Saturation rot Soo pe Vintegratore Veco Figura 4 5 Controllore PID espresse in riferimento all unit in particolare 162 La tensione di eccitazione Il valore rms della corrente di statore Il valore rms della tensione di park La velocit del rotore La potenza attiva La potenza reattiva VFI Capitolo 4 Simulazione di un controllo ottimo isabe sqri u 1 2 u 2 2 Positive Sequence Voltage vs qd sqrt u 1 2 u 2 2 ar a Tensione di park 1 m wim a 0 0015 1 Potenza reattiva Vt A Tensione di campo Figura 4 6 Blocco di misura Il sistema cos composto presenta b
172. ile dall impiego del ciclo frigorifero ad assorbimento il cui funzionamento si basa su trasformazioni di stato del fluido refrigerante in combinazione con la sostanza utilizzata quale assorbente e viene dunque ciclicamente concentrato e diluito Le coppie principali di refrigerante assorbente usate sono e acqua bromuro di litio e ammoniaca acqua L efficienza o COP coefficient of performance di questi cicli definita come il rapporto fra energia frigorifera in uscita ed energia termica in ingresso varia da 0 7 a 1 3 in funzione principalmente delle temperature di attivazione in ingresso che consentono l utilizzo di assorbitori a singolo o doppio stadio La principale energia meccanica richiesta dai cicli ad assorbimento quella per la pompa di circolazione della soluzione refrigerante assorbente Non presente un compressore del refrigerante come nei condizionatori tradizionali con conseguente minore richiesta di potenza elettrica e maggiore 68 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili semplicit meno parti in movimento Per contro il COP dei condizionatori tradizionali definito come il rapporto fra energia frigorifera in uscita ed energia elettrica in ingresso si attesta su valori superiori di2 Rispetto alla generazione di sola energia elettrica in un sistema di trigenerazione il rendimento globale aumenta perch viene sfruttata una maggiore percentuale del potere calorifico del combustibile
173. in rapporto alla macchina tradizionale la forma d onda della tensione raddrizzata La figura 3 69 mostra che la macchina esafase in grado di produrre una tensione di ampiezza doppia rispetto a quella prodotta da macchina trifase In aggiunta l utilizzo di un raddrizzatore a 12 impulsi permette di ottenere una tensione continua con minore livello di distorsione Anche la corrente continua ottenuta in uscita del raddrizzatore migliora con l uso del generatore esafase infatti come si pu notare in figura 3 70 la totale distorsione armonica ridotta del 60 Il valore della corrente met di quello della corrente derivante dal generatore trifase ed essendo la tensione doppia la potenza prodotta la stessa per entrambe le macchine 142 Rectified voltage V oa A o A A ii rie fe E te Te Sg a ad dia T i ra g i i Y di a Li j La E Mi F E E z Mu a i si Sa E i Ma i my A j a Pal ti di E n S H shee a A gt 0 0 p qu q 0Zza r e 4 0 4 02 4 04 4 06 4 08 time 5 Figura 3 69 Tensioni raddrizzate di entrambi i sistemi Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori 400 0 300 0 200 0 100 0 4 06 4 08 time s Figura 3 70 Correnti raddrizzate di entrambi i sistemi La tabella 3 3 e il grafico di figura 3 71 sintetizzano e mettono a confronto 1 valori numerici principali ottenuti per le due configurazioni testate e manifestano chiaramente la superiorit delle
174. ine alle cui pale trasferisce l energia cinetica Tra il lago a monte e la turbina si inserisce un pozzo piezometrico che smorza le enormi sovrappressioni che si generano quando la turbina viene fermata In questo modo si evitano gli effetti dirompenti del colpo d ariete Le centrali idroelettriche hanno la peculiarit di poter essere attivate e disattivate in pochi minuti con immediata apertura delle saracinesche idrauliche dando quindi la possibilit di coprire facilmente gli improvvisi picchi di richiesta che si possono verificare Al contrario gran parte delle centrali termoelettriche e nucleari hanno tempi di attivazione pi lunghi necessari per il riscaldamento dell acqua e sono pertanto una tipologia di impianti di tipo sempre acceso o di base Per permettere di immagazzinare energia e di averla a disposizione nel momento di maggiore richiesta sono state messe a punto centrali idroelettriche di generazione e di pompaggio Queste centrali sono dotate di un bacino di raccolta anche a valle l acqua che ha generato energia elettrica durante il giorno passando nelle turbine pu essere riportata dal bacino di valle al bacino di monte durante le ore di minor richiesta di energia ad esempio di notte mediante pompaggio utilizzando per questa operazione l energia elettrica in eccesso e a basso costo prodotta dalle centrali di tipo sempre acceso e non diversamente accumulabile In altre parole il bacino di monte
175. introduzione dei certificati bianchi in un futuro prossimo per esempio il caso di Gran Bretagna Danimarca e Olanda 12 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili Data sessione di mercato Figura 2 5 Prezzi TEE sul mercato GME 39 Non tutti gli impianti di cogenerazione possono essere definiti ad alto rendimento Per sapere se un impianto possiede 1 requisiti dell alto rendimento beneficiando quindi di tutti 1 vantaggi previsti si deve fare riferimento fino al 31 dicembre 2010 alla delibera 42 02 dell AEEG che ha recepito il decreto legislativo 79 1999 A partire dal 1 gennaio 2011 le modalit di calcolo contenute nella delibera 42 02 verranno modificate secondo quanto previsto dalla direttiva europea 2004 8 CE recepita dal dlgs 20 2007 Il decreto 79 1999 contiene la prima seria definizione di cogenerazione ad alto rendimento Cogenerazione la produzione combinata di energia elettrica e calore alle condizioni definite dall Autorit per l energia elettrica e il gas che garantiscano un significativo risparmio di energia rispetto alle produzioni separate Il decreto prevede inoltre alcuni importanti vantaggi per l elettricit prodotta da impianti di cogenerazione tra cul e La priorit di dispacciamento dell energia immessa in rete subito dopo le rinnovabili e L esonero dall obbligo di acquisto dei Certificati Verdi 73 Capitolo 2 Impiego dei generatori sin
176. inuzione fino ad invertirsi causando l intervento del MOV In entrambi gli scenari simulati comunque l entit delle sollecitazioni evidenziate in termini di coppia correnti tensioni molto inferiore a quella che si avrebbe in un transitorio di corto circuito tripolare o fase fase quindi presumibilmente ben entro i margini di sicurezza previsti a progetto 102 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori 3 6 Richiusura fuori sincronismo Si considera un isola di generazione connessa alla rete pubblica In condizioni normali la potenza generata e quella richiesta coincidono ma se il carico varia si ha un transitorio di frequenza nel momento in cui il generatore aumenta o diminuisce la potenza in uscita per portarsi in equilibrio Questa deviazione di frequenza pu significare che l isola temporaneamente fuori dalle condizioni di sincronizzazione con la rete La figura 3 18 a mostra la risposta tipica del controllo di un generatore privo di controllo di fase allo sbilanciamento di carico si nota la deviazione di frequenza e il successivo ritorno al valore nominale e la differenza di fase costante a regime 41 1520 T T T T T T S 1510 Ss a e E 1500 3 3 DL Q a oa 1490 Y 14 Ls T v D 50 D D D a m pa 0 8 8 S D v sol g o Max Phase n Difference i 10 0 5 0 05 1 15 2 25 3 3 5 4 a 0 15 2 Timo oooondo Time seconds a b Figura 3 18 Sim
177. io inox al tamburo che pu essere in acciaio fuso Nelle turbine a reazione l acqua in uscita dalla ruota transita prima di essere scaricata nel canale di restituzione nel tubo d aspirazione detto anche diffusore la cui funzione di recuperare parte dell energia cinetica contenuta nell acqua che abbandona la ruota a velocit elevata Un distributore ben progettato permette di installare entro certi limiti la turbina sopra il livello d acqua allo scarico senza sacrificare una parte del salto Dal momento che l energia cinetica proporzionale al quadrato della velocit uno degli obiettivi del diffusore ridurre la velocit di scarico senza causare perdite di carico rilevanti Un diffusore efficiente ha sezione conica ma con un angolo non troppo aperto altrimenti pu generarsi un distacco di flusso L angolo ottimale 7 ma per ridurre la lunghezza del diffusore e quindi il suo costo talvolta gli angoli vengono aumentati fino a 15 I diffusori sono particolarmente importanti per le turbine veloci nelle quali l acqua lascia la ruota a velocit molto elevate Nelle macchine ad asse 60 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili verticale la cassa a spirale deve essere ancorata saldamente nelle fondazioni di calcestruzzo per evitare che le vibrazioni limitino il campo di funzionamento accettabile a basse portate L applicazione di turbine a reazione in piccoli impianti appare pi probl
178. ione di campo 47 3 7 3 Corto circuito di rete Il corto circuito di rete assimilabile ad un grande sovraccarico cio ad una richiesta di potenza molto elevata si ha infatti un brusco calo della tensione ai capi del generatore e un impennata della corrente assorbita Il generatore tenderebbe a rallentare a causa della grande coppia di carico a fronte di una coppia motrice costante L AVR corregge il calo di tensione prodotta con un aumento dell eccitazione se presente anche un varicomp la corrente pu raggiungere un valore permanente di circa 3 volte la corrente nominale I rischi che si incorrono derivano dalle correnti elevate che si sviluppano nella rete che potrebbero rovinare gli avvolgimenti di statore dell alternatore 48 I guasti dei generatori sincroni sono in genere causati da fattori esterni come fulmini acquazzoni raffiche di vento o corti degli isolatori Statistiche 49 indicano che il 70 dei corto circuiti sono del tipo linea a terra e risultano da scariche attraverso gli isolatori durante i temporali Solo il 5 dei corto circuiti appartengono alla categoria bilanciati trifase Le diverse tipologie di corto comportano differenti valori di picco di corrente statorica corrente di campo e coppia elettromagnetica Il grafico in figura 3 38 tratto dalle prove sviluppate in 48 compara le diverse grandezze menzionate si pu notare come ogni tipologia di corto abbia un diverso worst case M
179. ione quantitativa e qualitativa dell acqua lungo il suo corso Una prescrizione nazionale utile in linea di principio al mantenimento di valori ambientali accettabili lungo il corso d acqua quella del Deflusso Minimo Vitale DMV Con esso si intende la quota minima di acqua che occorre garantire nel corso d acqua a valle di una presa perch il fiume rimanga vivo e mantenga una continuit tale da sostenere flora e fauna A livello italiano non esiste ancora un riferimento normativo che lo quantifichi ma molte regioni italiane ed Autorit di Bacino hanno legiferato in tal senso Ad esempio la delibera del comitato istituzionale 121 2002 45 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili La diga di Assuan un opera immensa lunga 3 600 metri e larga 980 metri alla base e 40 sulla sommit per un altezza di 111 metri il volume di 43 milioni di metri cubi Le chiuse se aperte al massimo possono far uscire fino a 11 000 metri cubi di acqua al secondo Il lago artificiale che ha formato il Lago Nasser ha una superficie di circa 6 000 chilometri quadrati lungo 480 km e largo fino a 16 km e contiene tra i 150 e i 165 km cubi di acqua Pi di 90 000 persone dovettero lasciare le loro abitazioni per non essere sommerse dal lago La diga ha 12 generatori di corrente ciascuno di 175 megawatt e produce energia per pi di 2 gigawatt Riesce a generare pi della met dell energia elettrica necessaria all
180. iono stimare 3 Identificazione a scatola nera non si conosce nulla del sistema La fase di stima dipende ovviamente dal tipo di identificazione scelta ed esistono numerose metodologie una delle pi efficaci per l identificazione black box la tecnica PBSID Prediction Based Subspace IDentification un metodo di identificazione a sottospazi per sistemi MIMO dinamici lineari a tempo discreto in catena chiusa 77 78 79 Le procedure per l identificazione con 1 metodi a sottospazi sono composte essenzialmente da due step 1 Costruzione di una base per lo spazio di stato attraverso una proiezione adatta delle sequenze dei dati 2 Data la base risolvere al tempo t e t 1 nel senso dei minimi quadrati least squares il sistema Xin AX B KE Y C E In parole povere 1 metodi subspace permettono di ricavare gli stati del sistema a partire dai dati I O attraverso opportune proiezioni ortogonali o oblique degli sottospazi generati definite in questi casi da matrici di Hankel a blocchi Dopodich a partire dalla proiezione attraverso una decomposizione al valori singolari SVD si ottiene una stima dell ordine del sistema la matrice di osservabilit estesa e la sequenza degli stati Da questo si ricavano le matrici A B C D come soluzione esatta o ai minimi quadrati di un opportuno sistema e le matrici di covarianza Q S R dai residui Si tenga presente che 170 Capitolo 4 Simulazione di un controllo ottimo
181. k per l intera societ occidentale Il rischio che le centrali nucleari siano prese come Capitolo 1 Fabbisogno energetico obiettivi per atti di terrorismo o come bombe sporche quindi molto realistico lecito e razionale preoccuparsi Le nuove centrali nucleari dovranno includere questo aspetto fin dalla fase di progettazione e Il trasporto di materiale nucleare Il trasporto di scorie e di materiale nucleare uno degli aspetti pi critici della questione sicurezza Durante il trasporto oltre all opposizione delle popolazioni che vedranno passare treni o navi con carichi radioattivi vicino alle proprie abitazioni sussiste il rischio di incidenti e di attentati terroristici In Francia 1 treni speciali adibiti al trasporto di scorie nucleari sono scortati da carri armati e da poliziotti a cavallo L itinerario del treno cambia in continuazione all insaputa delle popolazioni residenti nei pressi delle ferrovie Per questi motivi 1 depositi di scorie dovrebbero risiedere nei pressi delle centrali nucleari evitando in questo modo la necessit del trasporto delle scorie La ricerca tecnologica e scientifica non ha ancora trovato il modo per distruggere le scorie all interno delle stesse centrali nucleari Si attendono ancora risposte in tale senso Il punto focale del discorso sull impatto ambientale la radioattivit Attorno a questo punto ruotano la preparazione del materiale fissile il funzionamento in sicurezza della
182. l autoproduttore formata dall insieme delle utenze che possono attingere alimentazione anche dalla rete pubblica Essa la porzione di impianto compresa tra il dispositivo generale DG ed il dispositivo di interfaccia DI 88 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori La denominazione data ad un dispositivo dipende dal punto di installazione e dalla funzione ad esso associata La norma CEI 11 20 prevede e I dispositivo del generatore e I dispositivo generale DG e I dispositivo di interfaccia DI e I dispositivo della rete pubblica DISPOSITIVO DELLA RETE ENEL SBARRA DI CABINA PRIMARIA RETE ENEL a r r _ r i HA RETE PRODUTTORE x PUNTO DI CONSEGNA DISPOSITIVO GENERALE PARTE DI RETE UTENTE NON ABILITATA AL FUNZIONAMENTO IN ISOLA DISPOSITIVO DI INTERFACCIA PARTE DI RETE UTENTE ABILITATA AL FUNZIONAMENTO IN ISOLA UTENZE PRIVILEGIATE DISPOSITIVO DI GENERATORE GENERATORE Figura 3 14 Schema di base del collegamento di un impianto di produzione alla rete ENEL Dispositivo del generatore DS Il dispositivo del generatore costituito da un interruttore o un contattore installato a valle dei terminali di ciascun generatore con lo scopo di escluderlo dal resto dell impianto quando in condizione in condizioni di aperto Dispositivo generale DG Il dispositivo generale viene installato all o
183. l di protezione dichiarato conforme alimentato da Riduttori di corrente TA di fase conformi alle prescrizioni Riduttore di corrente omopolare TAT conforme alle prescrizioni che deve comunque aver superato positivamente la prova funzionale effettuata presso il costruttore di rele TAT quadrista Eventuali riduttori di tensione TV conformi alle prescrizioni e Un rel di protezione dichiarato conforme alimentato da TA di fase ed omopolari in una precisa configurazione utilizzata nel quadro elettrico ad esempio con un determinato rel dichiarato conforme TA e o TAT con prestazioni minori ma comunque non minore di 1 VA per il TAT abbinato ad una protezione 67 N oppure 0 5 VA per il TAT abbinato esclusivamente ad una protezione 51 N tenendo conto della lunghezza dei cavi di collegamento In questo caso necessario che il costruttore di rele TA T quadrista effettui le prove funzionali da rendere disponibili ad ENEL e autocertifichi la rispondenza alle presenti prescrizioni del sistema identificandolo in maniera inequivocabile e Un rel alimentato da trasformatori di corrente o di tensione anche non tradizionali In questo caso necessario che il sistema costituito dal rel e dai trasformatori abbia prestazioni almeno pari in termini di errore e tempi di eliminazione del guasto a quelle che si ottengono 9I Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori mediante l utilizzo di TA e TV prescritti e rel
184. l Torque i 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 c Electrical and mechanical torques 2 00 casi mei Speed pu ud i et A a Lu an n ae 260 200 930 340 360 360 400 420 440 460 480 5 00 Time sec c Rotor speed Figura 3 41 Prestazioni transitorie durante un corto monofase a terra 122 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori 3 7 4 Fault Ride Through Con il termine Fault Ride Through si intende la condizione elettrica a cui sottoposto un generatore allacciato ad una rete quando la tensione in essa subisce un calo temporaneo dovuto ad un guasto o ad una brusca variazione di carico La tensione pu ridursi in una due o tutte le tre fasi della linea e la gravit del guasto definita dal valore della tensione durante il guasto pu scendere a zero e dalla durata del guasto stesso A seconda dell applicazione potrebbe essere richiesto che durante e dopo il calo di tensione il generatore debba e Disconnettersi temporaneamente dalla rete ma riconnettersi e continuare a fornire energia una volta ripristinata la linea e Rimanere operativo e non disconnettersi dalla rete e Rimanere connesso e fornire alla rete potenza reattiva Il gestore della rete stabilisce le regole di gestione dei fault ride through che gli operatori devono rispettare 51 In Italia la prescrizione ENEL DK 5740 52 stabilisce che La protezione di interfaccia agendo sull omonimo disposi
185. l funzionamento del generatore La figura 3 50 mostra una simulazione di tale evento 127 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori CH2 La o CH1 0 5 0 51 0 52 0 53 0 54 0 55 0 56 0 57 0 58 0 59 0 6 Time Sec Figura 3 50 Commutazione dal canale 1 al canale 2 con generatore connesso alla rete 3 8 2 Ruota portadiodi ridondante 307 MJH 400 450 Raddrizzatore rotante 309 Diodo rotante inverso 310 Diodo rotante diretto 311 Scaricatore filtro 307Filtro 308 Scaricatore Figura 3 51 Raddrizzatore rotante per MJB 400 450 e per MJB 500 560 La soluzione standard per il raddrizzatore del sistema di eccitazione un convertitore trifase a ponte con diodo in serie e n diodi in parallelo per ogni lato del ponte Fig 3 52 Per ogni diodo presente un fusibile in serie Il numero di diodi in parallelo per ogni lato del ponte non inferiore a 3 per mantenere la selettivit della protezione del fusibile Il dimensionamento dei diodi calcolando in modo che n 1 diodi per lato siano in grado di sopportare i valori statici e dinamici della corrente e un diodo addizionale per lato per ragioni di sicurezza 128 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori ar 3 j IFAC IFAC pl PS FPSS PULSE PULSE PULSE r AMPLIFIER AMPLIFIER AMPLFER ER CHANNEL 1 CHANNEL II CHANNEL 1 da ed in ea CHANNEL 1 ee ae O am o ES aa a Figura 3 53 Raddrizzatore i
186. l pericolo di eruzioni geotermali riduzioni del livello della falda acquifera e suo inquinamento ma soprattutto all inquinamento atmosferico da parte di gas anidride solforosa e metalli pesanti arsenico legate alla presenza di centrali geotermiche soprattutto nella zona del Monte Amiata Toscana meridionale 1 3 6 Centrali eoliche Le centrali eoliche sono centrali che sfruttano la velocit del vento per la produzione di energia elettrica Il principio di funzionamento abbastanza semplice il modulo base di una centrale eolica il generatore eolico Questa apparecchiatura composta da un elica o al limite una singola pala collegata ad un albero alla quale calettato il generatore di corrente L elica e il generatore sono normalmente posti ad altezze elevate in modo da essere attraversati dai venti venti che mettendo in rotazione l elica azionano il generatore che produce cos energia I generatori eolici possono essere di varie dimensioni ed essere utilizzati sia per un uso domestico rurale o in centrali normalmente composte di numerosi generatori Le potenze di tali generatori variano dalle centinaia di W alle migliaia di KW Vantaggi Come per le centrali solari quelle eoliche non hanno residui scorie o altri sottoprodotti Il vento gratis quindi l unica spesa l installazione e la manutenzione Le centrali eoliche hanno un costo di costruzione abbastanza contenuto 1 000 000 euro per un aerogeneratore da 1
187. l recupero di tali metalli e vetrificati con campagne periodiche di trattamento specifico in condizioni di processo controllate Quindi le sostanze pericolose vengono eliminate e non trasferite all esterno sotto forma di gas come avviene nelle combustioni tradizionali Questo tipo di apparati sarebbero particolarmente adatti per eliminare pvc pneumatici rifiuti ospedalieri nonch per I eliminazione di polveri residue da termovalorizzatori L analisi economica la nota dolente della tecnologia al plasma 1 costi di realizzazione e di gestione sono ancora elevati ma grazie alla possibilit di applicare la torcia in sito 1 costi di trasporto vengono evitati Mentre quelli di stoccaggio e di discarica sono ridotti perch basso il volume e la quantit delle ceneri residue I proventi sono assicurati dalla vendita di energia prodotta la quale per in maggior parte assorbita dal sistema stesso per autoalimentarsi 15 16 17 25 Capitolo 1 Fabbisogno energetico 1 3 3 Centrali idroelettriche diga en e Y y bacino artificiale linea di Ez D ee trasmissione trasformatore valvola condotta OO 2 9 forzata o o o Insieme alle centrali termoelettriche sono state le prime tipologie di centrali in uso Il principio di N as funzionamento delle centrali idroelettriche si basa sull utilizzo dell acqua o meglio della sua energia cinetica al fine di produrre energia elettr
188. latore di tensione ed eccitatrice con circuito raddrizzatore L approccio di base per ottenere affidabilit e disponibilit usare componenti di alta qualit e dimensionati opportunamente tuttavia Impossibile garantire che 1 guasti non accadano Per minimizzare il rischio di guasti del sistema di eccitazione si segue la strada della ridondanza hardware e software in particolare e Configurazione del raddrizzatore in n 1 e 1 1 e Regolatore automatico di tensione AVR digitale a doppio canale e Dispositivo di scarica di campo e protezione di sovratensione di campo 3 8 1 Sistemi di controllo ridondanti Un regolatore di tensione digitale confrontato con un regolatore analogico offre molti benefici 55 tra CUI e Controllo sofisticato protezione supervisione e funzioni logiche e sequenziali e Tempo di risposta breve e Stabilit a lungo termine e Funzioni di auto monitoraggio e Moduli hardware flessibili e Comunicazione digitale standardizzata con il sistema di controllo sovrapposto I regolatori di tensione digitali a doppio canale sono una soluzione con due identici AVR che lavorano in parallelo in configurazione hot stand by 56 Ogni canale ha gli stessi segnali di ingresso ed eseguono lo stesso identico controllo Un programma di monitoraggio controlla il funzionamento dei due regolatori e in caso di rilevamento di un irregolarit viene operata la commutazione al canale sano senza interferire ne
189. lazioni prima del successivo fronte d onda Nel caso in esame si impostata una tensione di riferimento ad onda quadra che varia dal 50 della tensione nominale al 150 con una frequenza di 0 05 Hz ossia con un periodo di 20 secondi Il generatore connesso ad una rete trifase con carico costante Una volta acquisita questa prima serie di dati u t y t necessaria una seconda serie utile per la validazione del modello Per quest ultima si pone come tensione di riferimento una sequenza di valori random con valori compresi tra il 50 della tensione nominale e il 150 con sampling time di 0 1s Per predisporre tale ingresso si fa uso in Simulink dei blocchi Uniform Random Number ponendo sampling time 0 1 sec e Rate Transition che adatta il tempo di campionamento con il resto del circuito Si procede con l identificazione del sistema con la tecnica PBSID necessario impostare I ordine con cui rappresentare il sistema dopodich l algoritmo fornisce come risultato le matrici A B C D K A 171 Capitolo 4 Simulazione di un controllo ottimo e cio la parte deterministica del sistema A B C D e quella stocastica K A dove K il guadagno di Kalman a regime e A il rumore predittivo Impostando un ordine elevato si ottiene un sistema pi preciso ma si aumenta esponenzialmente l onere di calcolo e 1 tempi di simulazione Nell appendice A 4 riportato il codice Matlab utilizzato per l identificazione black
190. le T e Tp vengono impostati a zero 2 Il guadagno K del controllore proporzionale viene gradualmente aumentato 3 Il guadagno critico K il valore del guadagno per cui la variabile controllata presenta oscillazioni sostenute cio che non spariscono dopo un transitorio questa una misura dell effetto dei ritardi e della dinamica del processo 4 Si registra il periodo critico P delle oscillazioni sostenute 164 Capitolo 4 Simulazione di un controllo ottimo 5 Secondo la tabella 4 1 si determinano le costanti per il controllore P PI o PID Tabella 4 1 Regole empiriche di Ziegler Nichols Ur altra modalit di progettazione detta in spazio di stato considera il sistema da controllare come un modello che evolve secondo il seguente sistema di equazioni Sri Ax t Bu t y t Cx t Dult Dove u t rappresenta il vettore degli ingressi del sistema x t rappresenta il vettore degli stati del sistema y t rappresenta il vettore delle uscite del sistema A B C D sono matrici che definiscono le caratteristiche del sistema e quindi le relazioni ingressi stati uscite Se la coppia di matrici A B raggiungibile e la coppia di matrici A C osservabile il sistema stabilizzabile e rilevabile e il controllore permette di piazzare 1 poli in catena chiusa a piacere nel piano complesso regolando stabilit e banda passante consigliato in genere di equispaziarli nel piano a parte reale negativa secondo
191. le altre forme d onda monitorate non subiscono variazioni CORSENTI NEI DIOD DEL PONTE 1 CORRENTI NEI DIODI DEL PONTE 2 TENSIONI SUI MODI DEL PONTE 1 Hi NAN a moss as pida as 2d a ee oe do oe eo e LI a i i PA ge i m a i 0 i a L E 1 I 1 gt LA LE ALA e ae ry ciel eed g 7 i a i 1 1 1 yt i i I 1 i n a alba eae za a i i CI i i i i i i i I E A I I CI 1 1 allas OO ee O CAE C a i i i I LI i 7 i AM GA f I i VASTA i i i 134 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori FATTORE DI POTENZA TENSIONE DI CAMPO 0 0 05 0 1 0 15 02 0 25 CORRENTE DI CAMPO giri min Guasto per corto circuito di un diodo con doppio raddrizzatore In una macchina con doppio raddrizzatore rotante si suppone che un diodo del ponte 1 vada in guasto diventando un corto circuito a t 0 1s Questo provoca una sovracorrente transitoria e quindi l intervento del fusibile sul diodo in corto circuito Dopo l intervento del fusibile il ponte guasto continua a funzionare a 5 diodi mentre nel secondo ponte uno dei 6 diodi deve sopportare una corrente doppia Le grandezze di macchina subiscono in questo caso un lieve disturbo transitorio ma si riassestano senza problemi nello stesso punto di lavoro precedente il guasto CORRENTE DI STATORE COPPIA ELETTROMAGNETICA 8000 i 6000 y 3 4000 ca ES a A ae E I I I 2000 iii NS A A Ecija lt 0
192. le debole o Attivazione Attivazione i eee ispezioni a monitoraggio scadenza Manutenzione Manutenzione Manutenzione Manutenzione migliorativa su condizione ciclica Politica aziendale di anutenzione Figura 3 72 Diagramma di supporto alla scelta delle politiche manutentive Con la manutenzione predittiva possibile calcolare il tempo residuo di un componente prima che ne avvenga il guasto infatti lo stato di salute della macchina viene tenuto monitorato grazie alla misura di alcuni parametri possibile individuare sul nascere probabili anomalie seguirne l evoluzione nel tempo e programmare con congruo anticipo e flessibilit le necessarie azioni correttive garantendo in tal modo la continuit di servizio dei processi produttivi la riduzione dei costi conseguenti a repentini e dannosi fermi macchina l aumento della vita residua delle macchine stesse la riduzione degli interventi non necessari la riduzione dei costi di manutenzione rispetto al metodo della manutenzione periodica Il risultato finale l ottimizzazione delle risorse economiche ed il miglioramento dell indice di efficienza complessiva economica Overall Economic Efficiency OEE 69 70 144 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori 3 9 1 Organizzazione della manutenzione predittiva Intensificazione dei controlli periodici delle grandezze sensibili ai meccanismi di usura e degrado delle macchine con l implementazione di tecniche
193. le e Derivativo impostabili singolarmente tramite l immissione diretta delle Tensione V Tensione V Tensione V Tensione di alimentazione AVR 1 t t t 4 t t t t t t t lt m ue ap aw ae am am om am am A m ae ow nie a m an e Tensione su SCR 400 5 ae a m p ua a om ao ap a am m ae om a a a o as m e a OF OP a u A 300 y 200 4 100 4 am m m m rs a o e e ja mo aw mm um aia ma am u ap ap ao am ay nen fo 45 npo ms v O A ensione Sul Campo Eccitazio A A me e e a ry eae ee ee ae ee ee oe ee a a aa a aaa a maa maar y RR RA ss a a A A ese o 35 40 as Tempo ms o o e AX A ee ee ee ee te oe we me ae ee ee we e ee ore ce n ma ee ee a o an Figura 3 21 Curve di tensione dello stadio di potenza dell AVR rispettive costanti Kp K Kp L AVR prevede anche delle limitazioni e protezioni al fine di evitare danni al sistema in casi particolari ad esempio quando il generatore utilizzato a basse velocit il riferimento di tensione diminuisce automaticamente in modo lineare al diminuire della frequenza di generatore possibile modificare il valore della frequenza di zero volt e di quella di corner e quindi la pendenza della curva 108 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori Tensione in della tensione nominale 0 Frequenza di ZeroVolt Nominale Frequenza Hz Figura 3 22 Limitazione per sottofrequ
194. li Motori ERRORE DI ANGOLO TRA TENSIONI RETE E GENERATORE ERRORE DI AMPIEZZA TRA TENSIONI RETE E GENERATORE 0 45 0 5 0 55 0 6 0 65 0 7 CORRENTI NEI DIODI DEL PONTE 1 CORRENTI NEI DIODI DEL PONTE 2 Si pu notare dai diagrammi come alla chiusura dell interruttore di parallelo l errore di fase tra rete e generatore provochi una sovracorrente Questa similmente ad un corto circuito tenderebbe a deflussare la macchina pertanto le correnti di reazione rotorica di campo e gabbie per il principio di Lenz si oppongono al deflussaggio e in particolare la corrente di campo aumenta durante il transitorio Mantenendosi dunque sempre positiva la corrente di campo fluisce attraverso 1 raddrizzatori durante tutto il transitorio e di conseguenza non si verifica l intervento del MOV corrente potenza ed energia nel MOV restano praticamente nulli 99 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori Risultati della simulazione per 6 20 55 _ O i E i 5 E a E n w i a 1 sA pl 1 e w 1 WY ns A Neen F eee 3 i nt tuner PRO VT te PRG ORE IT a va P i va 1 i cam Cy O E PI a A A A samen uw i O 2 i ssi Gel gt ceo 1 n E o A nee ass CE E 1 eo wo Ol i a gt lle Po pl ee ee eee Doe eee eee un a lt 3 PO y 2 z 2 gt al lt uy O a 1 4 i a i Q har 77 pio Pt de art rie atto a a h UV
195. li a caldo Ciascun modulo I O connesso direttamente con il chip FPGA Il chip FPGA connesso al processore real time embedded attraverso un bus PCI ad alta velocit Questo definisce un architettura a basso costo con accesso aperto alle risorse hardware di basso livello LabVIEW offre meccanismi integrati per il 156 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori trasferimento dati per analisi real time postprocessing data logging o comunicazioni via rete verso un computer host 76 VO Modules Real Time High Speed Reconfigurable Digitizers Attenuation Connector Sensors Processor Bus FPGA and Isolation and Filters Block and Actuators Figura 3 83 Schema di principio del sistema CompactRIO National Instruments Il chip embedded FPGA ad alte prestazioni un chip riconfigurabile che pu essere programmato grazie agli strumenti di LabVIEW FPGA senza bisogno di usare il linguaggio VHDL ma usando gli strumenti grafici di LabVIEW Con l hardware FPGA integrato in CompactRIO si possono implementare funzionalit di temporizzazione triggering sincronizzazione controllo ed elaborazione dei segnali per I O analogici e digitali personalizzati 157 Capitolo 4 Simulazione di un controllo ottimo 4 1 Descrizione del sistema simulato La simulazione di un sistema di fondamentale importanza perch permette di verificare se 1 processi coinvolti evolvono correttamente e presenta il vantaggio di poter mettere a
196. ll energia da fonti rinnovabili Riduzione del CO da parte delle auto Il Parlamento ha approvato un regolamento che fissa il livello medio di emissioni di CO delle auto nuove a 130 g COy km a partire dal 2012 da ottenere con miglioramenti tecnologici dei motori Una riduzione di ulteriori 10 g dovr essere ricercata attraverso tecnologie di altra natura e il maggiore ricorso ai biocarburanti Il compromesso stabilisce anche un obiettivo di lungo termine per il 2020 che fissa il livello medio delle emissioni per il nuovo parco macchine a 95 g CO km Sono previste multe progressive per ogni grammo di CO in eccesso ma anche agevolazioni per 1 costruttori che sfruttano tecnologie innovative e per 1 piccoli produttori Riduzione dei gas a effetto serra nel ciclo di vita dei combustibili Il Parlamento ha adottato una direttiva che per ragioni di tutela della salute e dell ambiente fissa specifiche tecniche per 1 carburanti Stabilisce inoltre un obiettivo di riduzione del 6 delle emissioni di gas serra prodotte durante il ciclo di vita dei combustibili da conseguire entro fine 2020 ricorrendo ad esempio ai biocarburanti L obiettivo potrebbe salire fino al 10 mediante l uso di veicoli elettrici e l acquisto dei crediti previsti dal protocollo di Kyoto Il tenore di zolfo del gasolio per macchine non stradali come 1 trattori andr ridotto La direttiva che dovr essere trasposta nel diritto nazionale entro il 31 dicembre 2010
197. lla macchina pu essere diviso tra due o pi inverter a stato solido avere un numero maggiore di fasi da controllare significa disporre di un numero maggiore di gradi di libert per ulteriori miglioramenti dell azionamento I vantaggi che possono derivare dai sistemi multifase confrontati con 1 sistemi trifase tradizionali sono e Riduzione dell ampiezza e incremento della frequenza delle pulsazioni della coppia prodotta e Riduzione delle armoniche di corrente nel rotore e Riduzione della corrente per fase senza incrementare la tensione per fase e Riduzione delle armoniche di corrente nel raddrizzatore di tensione e Alta affidabilita e Incremento di potenza Con motori ad induzione a fase scissa split phase e un appropriato sistema di controllo le oscillazioni di coppia dovute alla sesta armonica tipiche del motore trifase controllato a sei fasi six step possono essere eliminate Inoltre il flusso al traferro creato dalla quinta e settima armonica di corrente in un sistema ad elevata potenza con convertitore a sei fasi notevolmente ridotto a svantaggio di un aumento delle armoniche di corrente nel convertitore Le tecniche PWM sono 137 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori impiegate per superare questo problema eliminando le armoniche di corrente nel processo di modulazione quando la potenza in gioco non proibitiva I motori a doppio statore sono simili a quelli a fase scissa con la differenza di avere i grup
198. lla reattiva negativa La macchina immette in rete potenza attiva ma richiede potenza induttiva Campo di funzionamento Tutte le precedenti situazioni possono raggruppate in un unico diagramma evidenziando anche 1 limiti imposti alla potenza erogabile per ragioni termiche e di stabilit di funzionamento Partiamo dal grafico di Figura 3 9 l estremo del vettore che rappresenta la tensione di rete l origine del piano cartesiano che rappresenta la potenza complessa S La differenza vettoriale tra Ej e la tensione di rete proporzionale alla corrente tramite la reattanza sincrona quindi dividendo tutti 1 vettori per X si ottiene un diagramma di correnti La proiezione del vettore che rappresenta la corrente sull asse verticale del piano cartesiano proporzionale alla potenza attiva in quanto l angolo formato proprio langolo di sfasamento tra la tensione e la corrente per costruzione La proiezione sull asse orizzontale allora proporzionale alla potenza reattiva Vale senz altro la pena di osservare che l erogazione di potenza reattiva induttiva si ha quando Ep COS gt Nei Quindi la sovraeccitazione intesa come eccitazione con una corrente che d luogo ad una corrente a vuoto maggiore della tensione di rete deve essere tanto maggiore quanto maggiore la potenza attiva erogata Osservando che Xs I cosq Eo sin moltiplicando entrambi i membri per V3 al primo S membro si ottiene la classica espressio
199. male ed il passaggio a quella di emergenza al fine di consentire il sollecito avvio degli opportuni interventi per il tempestivo ripristino dell alimentazione ausiliaria e Dimensioni l autonomia dell alimentazione di emergenza comunque realizzata dei circuiti ausiliari dopo la comparsa dell allarme tenendo conto dei tempi massimi previsti per il completamento dei sopra citati interventi di ripristino e Effettui le necessarie manutenzioni ordinarie e straordinarie sui sistemi di alimentazione dei circuiti ausiliari ordinari e di emergenza Dispositivo di interfaccia DI Il dispositivo di interfaccia viene installato nel punto di collegamento tra la rete in isola e la rimanente parte della rete dell autoproduttore il suo scopo quello di separare tutti 1 gruppi di autoproduzione dalla rete pubblica quando aperto Per ragioni di sicurezza tale dispositivo deve essere dotato di una bobina di apertura a mancanza di tensione quindi per guasto interno o mancanza di alimentazione ausiliaria si deve avere l apertura dell interruttore Il dispositivo di interfaccia DI asservito alle protezioni di interfaccia PI Dispositivo della rete pubblica il dispositivo installato all origine della rete pubblica Di norma pu trovarsi e Installato nella cabina MT BT e In cabina primaria all origine della linea MT della rete pubblica alla quale allacciato l impianto di produzione 90 Capitolo 3 Generatori
200. maticamente a partire dal punto A l area di lavoro permessa quella non tratteggiata Potenza Attiva 3 x Figura 3 25 Limitazione di sottoeccitazione I generatori autoeccitati come si pu notare da una tipica curva riportata in figura 3 26 non sono in grado di sostenere il funzionamento in corto circuito e perci non sono richieste particolari protezioni verso questa situazione in quanto essi sono autoprotetti Tuttavia il generatore non protetto a sovraccarichi dovuti a guasti di rete 110 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori VIV 0 9 0 8 0 7 0 6 Caratteristica del carico 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 ln 1 2 3 Figura 3 26 Curva di carico di un generatore sincrono autoeccitato In molti impianti la corrente di corto circuito permanente importante per azionare 1 dispositivi di protezione di sovracorrente Se richiesta selettivit tra 1 vari dispositivi la corrente di corto circuito permanente deve essere sostenuta ad un valore che assicuri l intervento dei rel di protezione tale valore generalmente 2 5 3 volte la corrente nominale del generatore Visto che 1 regolatori di tensione normalmente non consentono di mantenere correnti elevate in caso di corticircuiti si aggiunge un dispositivo di sovraeccitazione varicomp che permette una volta raggiunto il punto P di muoversi lungo la caratteristica tratteggiata In tal modo in condizioni di corto circuito l alternatore riesce a
201. mici ha trasformato Giissing da un paese vecchio destinato a scomparire e da dove 1 figli si allontanano verso le citt in cerca di lavoro in un paese giovane in cui il comparto e la ricerca sulle fonti rinnovabili ha creato nuovi posti di lavoro per i giovani del posto ma anche per 1 giovani che vengono dalle citt In pi l aver capito anzitempo le opportunit di questa scelta energetica ha garantito un cospicuo flusso di turismo alla cittadina in parte qualificato ricercatori diplomatici imprenditori e in parte composto da comitive di curiosi e appassionati per un totale di quasi 5000 visite annue 9 Anche un comune italiano vanta una storia simile Varese Ligure ha dovuto affrontare una serie di gravi problemi dovuti ad una massiccia emigrazione della popolazione giovane e al conseguente blocco economico del paese Da qui la decisione di puntare tutto su iniziative virtuose che hanno visto attribuire al paese il riconoscimento da parte di enti qualificati di citt libera da inquinamento ambientale acustico elettromagnetico I successivi grandi investimenti nelle energie rinnovabili hanno permesso di ottenere benefici incalcolabili a livello turistico e a livello di incremento e salute della popolazione Oggi Varese Ligure possiede quattro generatori eolici che producono 6 milioni di kW all anno e altri 23 000 kW sono forniti da diverse installazioni fotovoltaiche Il borgo ha conquistato l indipendenza energetica riuscendo
202. mico fisico dell olio la presenza di contaminanti e di particelle metalliche e non possibile risalire alle condizioni operative della macchina a condizioni di usura e o danneggiamento dei componenti meccanici a possibili malfunzionamenti perdite trafilaggi e inefficienza del sistema di filtrazione Analisi degli oli dielettrici Una corretta analisi degli oli dei trasformatori permette di individuare precocemente eventuali deterioramenti del dielettrico prima che il trasformatore vada fuori uso irreparabilmente L olio all interno del trasformatore pu deteriorarsi per effetto di shock termici micro scariche surriscaldamento degli isolanti o dei punti di contatto 152 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori Tipiche analisi sono svolte per rilevare la percentuale d acqua presente la viscosit la rigidit dielettrica la presenza di PCB policlorobifenili e la presenza di gas disciolti La valutazione dei risultati dell analisi dei gas disciolti uno strumento proprio della manutenzione predittiva considerato infatti uno dei mezzi diagnostici pi efficaci per valutare lo stato dei trasformatori in servizio Le principali cause di formazione di gas all interno di un trasformatore sono connesse ad anomalie termiche ed elettriche Tali gas in misura diversa tra loro e variabile con la temperatura sono abbastanza solubili in olio e di conseguenza sono facilmente determinabili mediante l anali
203. mmagine ambientale negativa come aziende a rischio In tal senso le aziende con una debole immagine ambientale sono meno appetibili dagli investitori e quindi dai possibili finanziatori Un altro rischio rappresentato dall impatto sui processi produttivi dal piano di implementazione nazionale delle emissioni previsto dalla delibera CIPE 2002 anche impianti produttivi futuri potrebbero essere soggetti a delle restrizioni dovute alla necessit di soddisfare 1 requisiti di riduzione delle emissioni prodotte Il rischio maggiore per legato all alterazione del mercato di riferimento nel medio periodo La domanda di alcuni prodotti ad alto impatto ambientale dal punto di vista dei cambiamenti climatici verr influenzata negativamente dall implementazione del Protocollo L attuazione del Protocollo porta certamente dei rischi per le imprese ma allo stesso tempo offre molte opportunit alle imprese pi dinamiche Un mirato utilizzo degli strumenti offerti dal Protocollo pu migliorare la redditivit di alcuni investimenti e consentire un allargamento del proprio mercato nei paesi emergenti ad alto tasso di sviluppo L uso dei meccanismi flessibili ed il nascente mercato dei crediti offrono alle aziende l opportunit di aumentare 1 ricavi e quindi di migliorare il ritorno degli investimenti I meccanismi flessibili consentono di ridurre le emissioni dove e nel modo in cui risulta pi conveniente da un punto di vista economico In tal modo
204. ms Time Figura 3 42 Requisiti di ripristino della tensione dopo un guasto di durata inferiore ai 140ms UK grid 400 275kV 400 275kV Supergrid 400 275kV 400 275kV Voltage LA 100 100 90 mew ewer ee eee 90 ERT P a rar Supergrid Voltage 132kV I I U Un U Un I i Indicative Voltage ms and Time Durations i Indicative Voltage and i Time Durations i i y 0 4 e AM 0 0 80ms 120ms Time 0 0 70ms 100ms 140ms Time Figura 3 43 Esempio di ripristino di un guasto di rete in Figura 3 44 Esempio di ripristino di un guasto di rete in meno di 140ms UK grid sistema a 2 interruttori meno di 140ms UK grid sistema a 3 interruttori Per guasti di rete di durata superiore ai 140ms fino a 3 minuti 1 requisiti di fault ride through sono riportati nelle figure che seguono 124 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori upergrid Voltage Level of Nominal 0 145 1 25 2 505 3 minutes Supergrid Voltage Duration Figura 3 45 Requisiti di ripristino della tensione dopo un guasto di durata compresa tra i 140ms e i 3min UK grid Supergrid Voltage 400 275kV 100 90 U Un 30 0 0 384ms Time Figura 3 46 Esempio di ripristino dopo un guasto con tensione di rete residua al 30 della nominale e durata 384ms Supergrid Voltage 400 275kV 100 90 Un 0 0 710ms Time Figura 3 47 Esempio di ripristino dopo un guasto con te
205. n configurazione 1 1 Figura 3 52 Raddrizzatore in configurazione n 1 Essendo disponibili diodi di alta classe la configurazione ad oggi pi utilizzata la 1 1 Fig 3 53 Essa consiste in una coppia di raddrizzatori trifase a ponte con 1 diodo in serie e 1 diodo in parallelo per lato del ponte Un fusibile posto in serie ad ogni diodo Ogni ponte dimensionato in modo da sopportare 1 valori statici e dinamici di corrente di eccitazione Mentre un ponte operativo l altro in stand by Le correnti alternate dei ponti sono monitorate e in caso di guasto di un diodo si opera la commutazione senza disturbi significativi all uscita del generatore 57 Sono state condotte diverse simulazioni in Matlab Simulink in presenza di uno o pi diodi guasti nel ponte raddrizzatore o in uno dei due ponti qualora sia prevista una ridondanza I possibili guasti sono rappresentati con una interruzione del circuito o un corto circuito Il modello utilizzato riportato in figura 3 54 e rappresenta la macchina sincrona non satura con alimentazione del circuito di campo mediante raddrizzatore rotante ed eccitatrice rotante Il blocco ECCITATRICE riproduce soltanto il rotore trifase dell eccitatrice rotante per cui 1 relativi ingressi si riferiscono appunto all alimentazione del rotore dell eccitatrice Il ponte raddrizzatore realizzato a 6 diodi e con un fusibile di protezione in serie ad ogni diodo In parallelo al campo sono p
206. n notevole impulso nei primi venti trenta anni del secolo scorso allorch sono state costruite le prime centrali idroelettriche di medie e grandi dimensioni Allo stato attuale la ricerca viene concentrata sulla possibilit di sfruttamento di risorse idriche non sfruttate nel recente passato ma di grande interesse attuale come i corsi d acqua minori o gli acquedotti montani Infatti dal 1963 anni in cui la produzione di energia elettrica in Italia stata monopolizzata le centrali idroelettriche minori sono state mano a mano dismesse a vantaggio delle grandi centrali idroelettriche esistenti per scarsa economicit di scala ed eccessivi costi di gestione La liberalizzazione del mercato iniziata nel 1999 con la legge Bersani ha determinato una controtendenza facendo s che negli ultimi anni il settore di punta dell idroelettrico fosse l idroelettrico minore anche per il suo limitato e notevolmente ridotto impatto sull ambiente rispetto alla realizzazione delle grandi centrali idroelettriche Infatti mentre un grande impianto idroelettrico convenzionale richiede che estese superfici siano sommerse con notevoli costi ambientali e sociali un piccolo impianto idroelettrico fino a potenze di 10 MW si integra facilmente nell ecosistema locale se ben progettato 22 46 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili Mini idraulica il termine con cui la UNIDO Organizzazione delle Nazioni Unite per lo Svilup
207. ne della potenza attiva in funzione della tensione della corrente e del fattore di potenza al secondo membro un espressione della potenza che funzione dell angolo Dunque P K sin V3 U E S con K una costante dipendente essenzialmente per una data macchina dall eccitazione E La potenza ha un massimo teorico corrispondente a 6 90 che il limite di stabilit Finch l angolo 6 minore di 90 esiste sempre un margine che pu far fronte ad una richiesta di potenza Quando 6 90 il tentativo di aumentare la potenza produce un ulteriore sfasamento in anticipo e la potenza in realt diminuisce Lo squilibrio tra richiesta e possibilit di fornitura determina l instabilit Le normali condizioni di funzionamento devono essere tali da scongiurare questo pericolo che porta alla disinserzione della macchina dalla rete In regime di sovraeccitazione prima di arrivare all instabilit si incontra comunque il limite di potenza massima fornibile dalla turbina In condizioni di sottoeccitazione invece il pericolo molto pi reale in quanto la turbina pu fornire la potenza che 86 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori porta alla condizione critica Il punto di funzionamento deve essere allora tale da garantire in ogni caso cio per ogni eccitazione lo stesso margine di potenza AP rispetto a quello che determina l instabilit Questo definisce la curva limite di sinistra Nei primi due qu
208. ne i nese Aeon resero sis ae nas nen eros a resieneesanesenorosesessssesenenosnesennanzeninenan098 IN SUPPLY IN SUPPLY IN FEEDBACK IN FEEDBACK AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR AUXILIARY WINDING AND AVR Quessesesezzennesonesacieneneeseza senaranzanansenenocienenaaneanereeeveozenzinaneneaneve sane ene savanseuzesnaneanesenaneanenvesevese MAIN ROTOR MAIN STATOR U1 EXCITER ROTATING BRIDGE EXCITER i IN SUPPLY IN SUPPLY AUXILIARY WINDING IN FEEDBACK IN FEEDBACK AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR AVR AND PMG PERMANENT MAGNET GENERATOR PERMANENT MAGNET GENERATOR MAIN ROTOR i i MAIN STATOR i i i ARE U1 EXCITER i ROTATING BRIDGE i EX IN FEEDBACK IN FEEDBACK AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR Figura 3 19 Vari schemi di alimentazione di un AVR Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori All avvio del generatore AVR non fornisce alimentazione di eccitazione la tensione di uscita assume un valore molto basso e lontano da quello nominale finale Esso parte da 0 V a 0 giri min e raggiunge il valore di residuo magnetico ai giri nominali L AVR sfrutta tale tensione residua per fornire un primo spunto di eccitazione infatti all avvio l AVR rileva una tensione molto inferiore a quella di riferimento e tende quindi a dare in uscita la massima porzione possibile La tensione fornita dall AVR e quella di uscita del generatore hanno un andame
209. ne meccanica di indirizzo e regolazione della portata in arrivo alla girante e la funzione idraulica di trasformazione dell energia potenziale dell acqua in energia cinetica Organo mobile girante messo in movimento dall acqua in uscita dal distributore con la funzione di comunicare energia meccanica all albero su cui montata In rapporto alle caratteristiche dinamiche le turbine possono essere classificate in Turbine ad azione energia potenziale si trasforma totalmente in energia cinetica in un ugello che provoca un restringimento rispetto al diametro della condotta forzata e proietta la vena liquida ad alta velocit contro le pale montate sulla periferia della girante Lungo tutto 1l percorso attraverso la girante il fluido si trova a pressione atmosferica L acqua dopo aver colpito le pale cade nel canale di scarico con una piccola energia residua per cui la cassa della turbina pu essere leggera e ha solo lo scopo di evitare danneggiamenti e la fuoriuscita dell acqua Le turbine ad azione adottate nella pratica costruttiva sono le Pelton le Turgo e le Banki Michell Turbine a rezione l energia dell acqua in uscita dal distributore parzialmente cinetica e parzialmente di pressione la trasformazione da potenziale a cinetica che avviene nel distributore non completa l acqua ne esce con una velocit minore rispetto alle turbine ad azione ma dotata di una pressione non nulla La cassa della turbina deve esser
210. neratore ad esempio un diodo in corto circuito causa il passaggio di una corrente molto alta nell avvolgimento di armatura dell eccitatrice con conseguente surriscaldamento e danneggiamento dell eccitatrice stessa Un diodo interrotto invece causa un aumento dell eccitazione costantemente richiesta al regolatore di tensione per il mantenimento del livello operativo con conseguente possibile danneggiamento del regolatore stesso Per rilevare un guasto diodi sufficiente monitorare la corrente di eccitazione la quale presenter un ripple piuttosto accentuato in caso di diodo danneggiato come illustrato in figura 3 28 Diodo interrotto Diodo in corto Corrente di Eccitazione Corrente di Eccitazione Corrente di Eccitazione Tempo Figura 3 28 Ripple di corrente nelle varie condizioni del diodo Infine alcuni AVR prevedono la funzione di Statismo o Reactive Droop Compensation essa utilizzata allo scopo di ottenere la suddivisione desiderata del carico reattivo tra due o pi generatori operanti in parallelo Quando la funzione abilitata il regolatore calcola la parte reattiva del carico del generatore a partire dal rilievo della tensione di generatore tra le fasi U e V e della corrente della fase W e modifica di conseguenza il riferimento di tensione di generatore Un fattore di potenza unitario non porta ad alcun cambiamento del riferimento di tensione Un fattore di potenza induttivo lagging porta ad un
211. nerazione termoelettrica tradizionale la presenza di un impianto di cogenerazione ben dimensionato consente di aumentare la sicurezza della fornitura elettrica e di migliorare la qualit proteggendo da interruzioni e cali di tensione La cogenerazione una strategia di risparmio energetico con utilizzo dell energia scaricata inutilmente nelle centrali termoelettriche nei gruppi elettrogeni nei rifiuti solidi urbani e nelle biomasse Vi uno spreco enorme nei R S U 300 kg abitante anno di R S U e 450 kcal abitante anno potenzialmente disponibili dal punto di vista termico non vengono di fatto utilizzati 30 2 2 4 Payback dell impianto necessario ponderare un buon piano di rientro dell investimento onde evitare spiacevoli inconvenienti legati in modo particolare alla reperibilit dei carburanti all effettiva necessit delle energie prodotte e alle autorizzazioni degli enti preposti per le emissioni nell aria ed eventualmente dei corsi o bacini idrici L impianto di cogenerazione richiede un extracosto iniziale e maggiori spese di manutenzione rispetto ad un impianto di riscaldamento Ogni anno si ha un risparmio sulla bolletta elettrica sia per l energia elettrica prodotta che per la minore potenza installata Il calcolo del ritorno dell investimento va fatto caso per caso e dipende da e Ore di utilizzo annuo e Potenza installata e Utilizzo o vendita dell energia elettrica prodotta e Tariffa di acquisto
212. ni macchina durante il suo funzionamento presenta un determinato fenomeno vibratorio che dipende dal tipo di macchina stessa e dalle sue caratteristiche Un incremento del fenomeno vibratorio di una macchina corrisponde a una variazione nelle sue caratteristiche di funzionamento Tale 147 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori incremento pu essere rilevato mediante un analisi delle vibrazioni Tuttavia misurare il grado di vibrazione di un macchinario non basta di per s ci che importante risalire alle cause che hanno determinato 11 fenomeno Attraverso l analisi delle vibrazioni e lo studio degli spettri di vibrazione rilevati su un macchinario possibile risalire alle cause di un eventuale anomalia gi dal suo insorgere 72 Esempi di problematiche tipiche rilevabili da un analisi di questo tipo sono e Sbilanciamenti e Disallineamenti e Deformazioni giochi ed eccentricit e Problematiche inerenti 1 cuscinetti e Problematiche inerenti gli ingranaggi e Problematiche inerenti gli elementi di trasmissione e Problematiche di tipo elettrico o causate dai componenti elettrici del macchinario e Risonanze turbolenze cavitazioni ecc Lo studio delle vibrazioni pu essere condotta analizzando 1 segnali rilevati in banda stretta FFT con analizzatori di spettro appropriati in modo da rilevare l ampiezza della vibrazione sia in accelerazione che in velocit e determinare se il livello entro o ol
213. nizio del capitolo stato simulato con le stesse condizioni di variazione del carico connesso alla rete mettendo a confronto diretto le prestazioni dei due controllori dell eccitazione dell alternatore il regolatore PID e il controllore integrale ottimo LQ con stimatore di Kalman e sistema antiwindup Le figure 4 10 4 11 e 4 12 mostrano rispettivamente le curve della tensione di Park rms della tensione DC di eccitazione e della velocit di rotazione del generatore IRE EA RR ERRO CER CREO E ERRE RE IRR O scaricate A Be ee ee er oe aa ee eee eee Controllo PID Controllo ottimo LQ con antiwindup dl ii lui AA A LA A A AAA a 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Time s Figura 4 10 Tensione di Park RMS confronto tra controllore PID e controllore ottimo LQ 173 Volts per unit Speed per unit Capitolo 4 Simulazione di un controllo ottimo eetale Sea eee ean eee eee ee eee oe See bh Gite qe See eee eee leale A EE EEE Sa bee Skee ee epee ee SSS SSS SSS SS SSS SSS SRS SSS SS SSeS RSS SS SSS Ae SSS SS SSS SSS SSeS SS ile SSS Se Se SSS e die eS SES SSS SS SS i SSS Se Se illo Siti SSS SSS SS SS Ss PSS SRS SS SSS SSeS Sea SSS SSeS SS SS SSS SSS Sui lie SS SSeS SSS Se SSS SSS SS PSS SS SS SSS SSS SSS SSE SSS Sy
214. novabile e migliore efficienza energetica entro 11 2020 e Sovvenzioni per le nuove tecnologie energetiche pulite comprendendo l energia rinnovabile 90 miliardi di dollari in nuove sovvenzioni entro il 2025 la cattura delle emissioni di carbonio 60 miliardi di dollari veicoli elettrici e altre tecnologie avanzate 20 miliardi di dollari e ricerca scientifica di base e sviluppo 20 miliardi di dollari e Protezione dei consumatori dagli aumenti dei prezzi dell energia Secondo le stime dell Environmental Protection Agency la riduzione dell inquinamento da carbonio prescritta dalla legislazione coster alle famiglie americane meno di un francobollo al giorno e Obiettivo di riduzione del 17 delle emissioni dai livelli 2005 entro il 2020 e successivamente del 40 entro il 2030 e dell 80 entro il 2050 Tra le soluzioni trovano posto anche gli sforzi volti a impedire la deforestazione tropicale e Inclusione di uno standard per l energia rinnovabile il quale richiede per ogni fornitore di energia elettrica che fornisce pi di 4 milioni di MWh di produrre il 20 della sua energia elettrica da fonti rinnovabili come il vento l energia solare e geotermica entro il 2020 C una disposizione secondo la quale il 5 di questi standard pu essere soddisfatto attraverso una migliore efficienza energetica In caso di violazione delle suddette norme prevista una penale di 25 MWh corretta per l inflazione a partire dal 2010 10
215. nsione di rete residua al 50 della nominale e durata 710ms Supergrid Voltage 400 275kV 100 90 85 U Un 0 0 Time Figura 3 48 Esempio di ripristino dopo un guasto con tensione di rete residua al 85 della nominale e durata 3min 125 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori La rete E ON tedesca 54 stabilisce con modalit simili 1 tempi e 1 valori per il ripristino della tensione dopo un guasto di corto circuito della durata inferiore ai 150ms la curva limite riportata in figura 3 49 line to line voltage U U 100 sup q EEE gt REESE AO nil le ida o E ST ee nnt lower value of the voltage band 150 700 1 500 3 000 time inms time when a fault occurs Figura 3 49 Requisiti di ripristino della tensione per la rete E ON tedesca dopo un guasto di durata massima 150ms 126 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori 3 8 Sistemi ridondanti per evitare interruzioni di servizio Il guasto di un elemento di un generatore comporta un interruzione di servizio o perlomeno un funzionamento non regolare L unico modo per evitare che il guasto di un singolo componente comprometta l intera macchina di avere a disposizione una copia del componente stesso in modo che il secondo sostituisca quello guasto Per garantire una buona affidabilit dell alternatore bene dotare di massima disponibilit il sistema di eccitazione composto da rego
216. nsumano l energia elettrica autoprodotta evitando le perdite associate al trasporto di energia elettrica fino al livello di tensione cui gli impianti stessi sono allacciati o quando immettono energia elettrica nelle reti di bassa o media tensione evitando le perdite sulle reti rispettivamente di media e alta tensione Il coefficiente p calcolato come media ponderata dei due valori di perdite evitate Pimmessa Pautocons rispetto alle quantit di energia elettrica autoconsumata Eeautocons ed immessa in rete Eeimmessa Secondo la seguente formula _ Pimmessa E immessa Pautocons Elautocons Eeimmessa Eeautocons Appendice I valori di Pimmessa Pautocons dipendono dal livello di tensione cui allacciata la sezione di produzione combinata di energia elettrica e calore e sono riportati nella seguente tabella Livello di tensione cui allacciata la sezione Pirimessa P ialeocone 1 4 3 100 1 6 5 100 ER a T MT media tensione 2 8 100 1 4 3 100 AT AAT alta e altissima tensione 1 2 8 100 A 2 PES La formula per il calcolo di PES Primary Energy Saving ha l espressione 1 Me CHP Mel CHP Nt ref Nel ref PES 1 dove e PES risparmio di energia primaria e tcup rendimento termico della produzione mediante cogenerazione definito come rendimento annuo di calore utile diviso per il combustibile di alimentazione usato per produrre la somma del rendimento di calore utile e dell
217. nte non rinnovabile nell anno precedente eccedente 1 100 GWh anno L obbligo pu essere soddisfatto anche attraverso l acquisto di CV relativi alla produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili effettuata da altri soggetti A partire dal 2004 e fino al 2006 la quota minima di elettricit prodotta da fonti rinnovabili da immettere in rete nell anno successivo stata incrementata dello 0 35 annuo Nel periodo 2007 2012 la quota incrementata dello 0 75 annuo Il GME Gestore dei Mercati Energetici organizza e gestisce il mercato dei CV Possono partecipare come acquirenti o venditori il GSE 1 produttori nazionali ed esteri gli importatori di energia elettrica 1 clienti grossisti e le formazioni associative associazioni di consumatori e utenti ambientaliste sindacati previa domanda al GME e ottenimento della qualifica di operatore di mercato Il mercato dei certificati verdi organizzato dal GME garantisce e Liquidit il GSE ai sensi dell articolo 9 del D M 24 ottobre 2005 offrir 1 certificati verdi emessi a proprio favore sul mercato organizzato dal GME e Trasparenza 1 prezzi che si formeranno sul mercato saranno pubblici e accessibili a tutti e Sicurezza il GME opera sul mercato in qualit di controparte centrale e garantisce 1l buon fine delle operazioni Le sessioni si svolgono usualmente con cadenza settimanale attraverso negoziazione continua 2 1 2 2 Certificati R E C S I Certificati RECS Renewa
218. nto inizialmente lento per poi impennarsi fino al valore nominale Le due parti di potenza e di controllo sono integrate all interno della stessa scheda elettronica Il blocco di potenza costituito essenzialmente da un diodo di potenza volano e un SCR Silicon Controlled Rectifier 11 cui innesco determina la porzione della potenza in ingresso che viene fornita al campo eccitatrice Il blocco di controllo ha lo scopo di controllare l innesco dell SCR dello stadio di potenza in funzione delle grandezze di tensione e corrente rilevate sull uscita del generatore e del riferimento stabilito dall operatore O O gue oes STADIO DI 8 39 i TFR ra Tensione di Generatore STADIO DI CONTROLLO Rilievo Corrente di Generatore GENERATORE _ _ t m6 m 6_ m Riferimento Tensione settata dall operatore Figura 3 20 Schema di un AVR 107 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori possibile regolare i tempi di risposta del sistema ovvero la stabilit del sistema in catena chiusa Tanto pi rapida la risposta alle variazioni del sistema tanto minore la stabilit con la possibilit di avere sovraelongazioni di tensione ad un gradino del riferimento di ingresso e pendolamento In genere lo stadio di controllo costituito da un controllore PID digitale con 1 tre termini Proporzionale Integra
219. o dei dati registrati in quell anno la quantit di emissioni assegnate al nostro Paese non potr eccedere nel periodo 2008 2012 il valore di 487 1 Mt CO eq 6 Tale obiettivo risulta abbastanza ambizioso sia perch l Italia caratterizzata da una bassa intensit energetica sia in funzione del fatto che dal 1990 ad oggi le emissioni italiane di gas serra sono gi notevolmente aumentate e senza l applicazione di politiche e misure nazionali sono destinate a crescere ancora Ai fini di una chiara comprensione dello sforzo di riduzione che l Italia dovr effettuare per raggiungere tale obiettivo basti pensare che lo scenario di emissione tendenziale di gas serra al 2010 per l Italia prevede dei livelli di emissione pari a 579 7 Mt CO eq Questo scenario stato calcolato tenendo conto solo della legislazione vigente ossia delle misure politiche gi avviate e decise dunque rispetto all obiettivo di Kyoto si avrebbe un divario effettivo al 2010 di circa 93 Mt CO eq Oltre allo scenario tendenziale stato delineato uno scenario di emissione di riferimento in cui si tenuto conto degli effetti di provvedimenti programmi e iniziative nei diversi settori gi individuati dal Ministero dell Ambiente e della Tutela del Territorio tali misure potranno consentire una riduzione delle emissioni di gas ad effetto serra per un valore di 51 8 Mt CO eg anno nel periodo 2008 2012 Lo scenario di riferimento porterebbe quindi a
220. o del sistema di alimentazione collegato correttamente a terra mentre le masse vengono collegate a quel punto detto di protezione Questo sistema si divide in tre sottotipi a seconda dello stato del conduttore di protezione e TN S il conduttore di neutro e quello di protezione sono separati e TN C il conduttore di neutro e quello di protezione sono combinati in un solo conduttore denominato PEN 92 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori e TN C S il conduttore di neutro e quello di protezione sono combinati nel conduttore PEN in una sola parte del sistema Il sistema TT Il sistema TT ha un punto collegato direttamente a terra e le masse dell impianto collegate ad un impianto di terra elettricamente indipendente da quello del collegamento a terra del sistema di alimentazione La rete pubblica di bassa tensione in Italia utilizza il sistema TT Il sistema IT Il sistema IT caratterizzato dalle parti attive completamente isolate da terra o un punto collegato a terra mediante un impedenza Le masse dell impianto possono presentarsi in una delle seguenti configurazioni e Collegate a terra separatamente e Collegate a terra collettivamente e Connesse collettivamente alla terra del sistema dove collegata 1 eventuale impedenza Impianto in regime di funzionamento in isola servizio di emergenza e riserva Il carico pu essere alimentato dal generatore e in alternativa dalla rete pubblica in condizioni di
221. o non si raggiungono le temperature di 110 C richieste per poter far evaporare l acqua Perci nei periodi in cui non vi una sufficiente insolazione una buona soluzione sarebbe quella di utilizzare il calore per produrre semplice acqua calda a 90 C che tramite una rete di teleriscaldamento pu essere utilizzata per la produzione di acqua calda sanitaria per alimentare le caldaie a scambiatore di calore ed 1 gruppi frigoriferi ad assorbimento 1 3 8 Centrali fotovoltaiche per AAA e e pe rete TTA O SEET A Pa r ij Le centrali basate su pannelli fotovoltaici convertono direttamente l energia solare in corrente elettrica sfruttando l effetto fotovoltaico Senza azioni termodinamiche n chimiche il fotone stesso mette in circolo l elettrone che trasporta l energia Non vi sono parti in movimento n particolari manutenzioni da eseguire Per la sua immediatezza disponibilit e prevedibilit della radiazione solare questa tecnologia molto apprezzata dai tecnici che prevedono grandi potenziali di sviluppo Attualmente un installazione fotovoltaica conveniente per utenze private o piccole aziende che in questo modo possono rivendere energia all azienda elettrica e ridurre il costo energetico negli ultimi anni le nuove celle fotovoltaiche basate sul silicio amorfo o polisilicio hanno drasticamente ridotto 11 prezzo dei pannelli rendendo maggiormente conveniente l investimento iniziale Vantaggi
222. ombustibile nucleare Le riserve di 60 anni per l uranio e di qualche secolo per il torio dovrebbero pertanto essere estese a tempi molto pi lunghi bench oggetto di dibattito Sull impatto ambientale del nucleare sono stati scritti volumi e combattute battaglie come ad esempio il referendum del 1987 in cui la maggioranza degli italiani votarono contro 33 Capitolo 1 Fabbisogno energetico Altra tecnologia nucleare anche se ancora allora stadio di ricerca di base la fusione nucleare In questo caso la reazione che si vuole ottenere la fusione di due isotopi dell idrogeno deuterio e trizio per ottenere un atomo di elio Al momento impossibile dire se e quando si arriver ad una tecnologia utilizzabile in pratica Data la natura dei reagenti comunque difficile che si arrivi ad una tecnologia in cui non vi siano sostanze radioattive da gestire In questo caso si potrebbero incontrare gli stessi problemi politici della fissione nucleare Il programma nucleare Italia Il programma del governo italiano prevede la costruzione di centrali nucleari per un totale di circa 13 000 MW con un obiettivo di produzione di circa 100 TWh anno pari ad un quarto del totale fabbisogno italiano stimato per il 2020 20 Il 24 febbraio 2010 stato creato un memorandum of understanding firmato tra Enel ed EdF per la costruzione di 4 centrali nucleari EPR in Italia operative tra il 2020 e il 2023 ognuna con una potenza di 1 600 MW per un
223. on distributore a pale regolabili e girante a pale fisse molto utilizzate per 1 medi salti Nelle turbine Francis veloci l alimentazione sempre radiale mentre lo scarico tende ad essere assiale In queste turbine l acqua si muove come in una condotta in pressione attraversando il distributore organo fisso perviene alla ruota organo mobile alla quale cede la sua energia senza entrare in nessun momento in contatto con l atmosfera Le pale regolabili del distributore permettono di chiudere completamente l accesso dell acqua alla ruota appoggiando completamente l estremit di ogni pala sopra il bordo della successiva In questo modo in situazioni d emergenza il distributore pu essere usato per interrompere il flusso d acqua bench il suo utilizzo non precluda l installazione di un organo d intercettazione valvola paratoia sull adduzione della turbina Le turbine Francis possono essere installate a camera libera solo per piccoli salti o direttamente connesse alla condotta forzata mediante un cassa a spirale realizzata a seconda delle dimensioni in calcestruzzo armato in acciaio saldato o in ghisa Poich la velocit tangenziale dell acqua nella cassa a spirale deve rimanere costante le sezioni trasversali della stessa cambiano come si pu vedere nella figura sopra Le piccole ruote sono solitamente fuse in bronzo alluminio mentre quelle grandi sono realizzate mediante saldatura delle pale generalmente in accia
224. one e reazione correggendo continuamente la posizione del distributore il che provoca una certa instabilit nel gruppo Nei sistemi meccano idraulici si interpone un ammortizzatore idraulico dash pot che ritarda LP apertura della valvola pilota vedi figura 2 4 Nei sistemi elettro idraulici si arriva ad un grado di sofisticazione molto superiore di modo che la regolazione che pu essere proporzionale integrale e derivativa PID d luogo ad oscillazioni minime 64 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili 2 2 Cogenerazione n Gasometer Digester y a Heat consumer Gas flare Biomass Electrical gt Raw fertilizer energy for agricultural use Hygenization Primary pit Per cogenerazione nota anche come CHP Combined Heat and Power si intende la produzione combinata e contemporanea di energia elettrica e calore Rispetto alle grandi centrali elettriche la cogenerazione ha natura distribuita e si realizza mediante impianti di dimensioni pi ridotte In altre parole si tratta di impianti per la produzione modulabile di energia elettrica e calore acqua calda vapore ecc in grado di soddisfare la richiesta di grandi strutture come alberghi industrie ospedali centri commerciali ecc o aree urbane Gli impianti di cogenerazione sono impiegati con successo nei settori industriali e civili da parecchi anni in quanto garantiscono sicurezza dell approvvigionam
225. orare con salti tra 1 15 e 300 m Come la Pelton una turbina ad azione per le sue pale hanno forma e disposizione diverse Infatti il flusso colpisce le pale con un angolo di 20 rispetto al piano mediano della ruota entrando da un lato ed uscendo dall altro A differenza della 58 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili turbina Pelton nella turbina Turgo il getto colpisce simultaneamente pi pale similmente a quanto avviene in una turbina a vapore Il volume d acqua che una turbina Pelton pu elaborare limitato dal fatto che il flusso di ogni ugello possa interferire con quelli adiacenti mentre la turbina Turgo non soffre di questo inconveniente Il minor diametro necessario comporta a parit di velocit periferica una maggiore velocit angolare che facilita l accoppiamento diretto al generatore eliminando quindi il moltiplicatore con conseguente diminuzione dei costi d acquisto e d esercizio ed aumento dell affidabilit del macchinario Non diffusa in Italia bens nel resto dell Europa 1 costruttori la consigliano per situazioni con notevole variazione di afflussi ed acque torbide 2 1 3 3 Microturbina a flusso radiale o incrociato distributore runner blades Questa turbina ad azione conosciuta anche come turbina Banki Michell in ricordo dei suoi inventori oppure turbina Ossberger in nome della ditta che la fabbrica da pi di 50 anni si utilizza con una
226. orrenti in direzioni opposte una proveniente dal secondario del trasformatore a cui la resistenza direttamente collegata e una proveniente dal morsetto opposto del secondario dell altro trasformatore In condizione di equilibrio le due correnti si annullano e non si ha alcuna tensione sviluppata ai capi delle resistenze Se un generatore inizia ad assumere un carico reattivo maggiore dell altro generatore la corrente di linea aumenta cos come la corrente al 115 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori secondario del trasformatore In questo modo si ha un aumento della tensione ai capi della resistenza del modulo in questione che porta il regolatore di tensione a diminuire l eccitazione al fine di ridurre la corrente generata In contemporanea la corrente al secondario del trasformatore circola anche nella resistenza dell altro generatore in verso opposto ci genera la stessa tensione ai capi della prima resistenza ma di polarit opposta e quindi 1l regolatore di tensione aumenter l eccitazione Il risultante incremento di eccitazione in un generatore e decremento nell altro porta il sistema di generazione posto in parallelo a bilanciarsi da s Affinch la compensazione reattiva differenziale funzioni correttamente occorre che tutti 1 moduli di parallelo siano interconnessi e che 1 trasformatori abbiano gli stessi rapporti di trasformazione in modo che le correnti nel circuito interconnesso abbiano gli stessi valori
227. os la AAA Figura 3 58 Confronto tensione modulante standard V1 e con terza armonica V1 V3 potenza dissipata del 33 aa et Figura 3 59 Modulanti dei tre rami di un inverter sinusoidale normale a sx e con iniezione di terza armonica a dx Con lo stesso approccio nella macchina con flusso modulato l iniezione della terza armonica permette di aumentare la componente fondamentale del flusso senza saturare la macchina Con l accorgimento di ridurre il picco della densit di flusso al traferro del 14 mantenendone costante la componente fondamentale c la possibilit di aumentare la sezione del rame permettendo un incremento di corrente e di coppia sviluppata del 14 a pari densit di flusso nel nucleo La figura 3 60 confronta la coppia in funzione del picco della densit di flusso al traferro nei due casi senza iniezione della terza armonica e con l iniezione della terza armonica con la correzione del picco di flusso 139 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori L incremento di coppia dovuto da due fattori il primo che contribuisce per la maggior parte l incremento della componente fondamentale del flusso al traferro il secondo il contributo del campo rotante creato dalle terze armoniche della corrente iniettata La figura 3 61 mostra l effetto di questo secondo fattore qui la componente fondamentale del flusso al traferro non viene corretta e l iniezione della
228. osteriori nell impatto visivo ed estetico Inoltre il fatto di alterare la portata e la distribuzione delle acque fluviali porta ad un cambiamento del microclima locale per la maggiore umidit ed evaporazione portata dal lago che funge anche da serbatoio di calore livellando le temperature fra giorno e notte Questo porta in genere a variazioni nella flora e fauna locale nel caso di bacini montani si pu avere un impatto anche su eventuali ghiacciai nelle vicinanze Un altro svantaggio dovuto alla naturale sedimentazione che tende a riempire lentamente l invaso e richiede dragaggi periodici il terriccio di risulta pu essere usato a fini edilizi per riporti e terrapieni Esistono inoltre problemi di sicurezza in caso di forti terremoti o frane che hanno portato per esempio al disastro del Vajont nel 1963 al primo posto tra 1 5 peggiori esempi di gestione del territorio in un documento ONU illustrato alla presentazione del 2008 Anno internazionale del pianeta Terra In Italia non vi pi spazio per il grande idroelettrico ma ha grandi potenzialit 11 mini idroelettrico ossia centrali sotto 1 MW 27 Capitolo 1 Fabbisogno energetico 1 3 4 Centrali a fissione nucleare Edificio Vapore d acqua del reattore gt Contenitore del nocciolo Trasformatore gt Vapore Nate Turbina a al f A We e gt i f A E oa i SE Mis ji Le centrali nucleari sono analoghe alle centrali
229. otivo si fa uso di uno stimatore ottimo di Kalman La presenza di un blocco integratore con antiwindup elimina l errore a regime mantenendo stabilit e rapidit di risposta Non stato possibile verificare la validit della simulazione in sala prove per mancanza di componentistica hardware sarebbe stato molto interessante valutare la robustezza e l efficacia dell algoritmo di controllo 179 Ringraziamenti Arrivato a termine di questo lavoro voglio ringraziare anzitutto 1 miei genitori che mi hanno dato la possibilit di intraprendere il percorso formativo che mi ha portato fin qui I loro sacrifici non sono stati vani mi hanno permesso di prendermi delle soddisfazioni e mi auguro di averne anche date alla fin fine Un grazie di cuore va sicuramente alla mia compagna Cristina che ha sempre creduto in me e mi ha sostenuto nel tragitto finale permettendomi di arrivare al tanto atteso traguardo dimostrandosi paziente oltre le aspettative Un sentito ringraziamento va anche alla famiglia Farmella che mi ha accolto e trattato come un loro figlio non solo dimostrandosi cordiali e disponibili ma dando tutto il loro cuore Voglio riconoscere con stima la professionalit e la disponibilit del mio relatore prof Aldo Rossi e la competenza e l irriducibilit del mio correlatore ing Gianluca Stanic Ringrazio tutto il personale del reparto ricerca e sviluppo di Marelli Motori per il loro se hai bisogno chiedi pure e tutti
230. ozzi che passato dal 30 a pi del 50 Naturalmente lo sfruttamento di giacimenti difficili comporta costi di estrazione sempre pi elevati e quindi prezzi maggiori a causa anche della progressiva e crescente domanda da parte dei paesi in via di sviluppo Nell aprile 2010 accaduto un disastro ambientale petrolifero di ordine storico la piattaforma Deepwater Horizon ha riversato nelle acque del Golfo del Messico milioni di litri di greggio in seguito ad un incidente Il 20 aprile 2010 mente la trivella della Deepwater Horizon stava completando un pozzo petrolifero a circa 1500 m di profondit quando un esplosione sulla piattaforma ha innescato un incendio con la conseguente morte nell immediato di 11 persone e il ferimento di altri 17 lavoratori La flotta della British Petroleum ha tentato invano di spegnare le fiamme e due giorni dopo la piattaforma affondata Il petrolio greggio continuato ad uscire dal pozzo spinto dalla pressione pi elevata del giacimento e risalito in superficie per via della minore densit dell acqua la perdita stimata di petrolio stata di 53 000 barili al giorno per un totale di circa 4 9 milioni di barili pari a pi di 800 milioni di litri Nonostante il disastro abbia comportato una perdita economica particolarmente elevata oltre naturalmente all incommensurabile disastro ambientale riguardante flora e fauna non si sono avute Capitolo 1 Fabbisogno energetico ripercussioni s
231. p E 1 i Ul ta y fo n Y is e e BT TTA na Ga ilo g se H D 1 H O i Q A i i Q UO Mi n e ge a s o oO o l 1 1 o 1 H A o E i BR A ls lt 2 billion ee i ii si e il I ROIO libici ee 5 1 i eS i il a A A E 0 PO bll y asa A I e rr E 1 i o i fF GF F PoE PoE 6 x i i i i i i ey a co w at N a N i gt gt i Vv UN v ennio SE PI SI SITI d _ _ _ L _ _o k_ _ EEE AAA DAA AAA Li 1 i i 4 a i i Li 1 L F 3 y O i men j i si 3 SA a i O 1 x un di i 4 4 4 4 a 0 5 i i LI 1 Y 1 n 7 i n 1 B i i y i o x s 8 unu ui A 100 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori POTENZA DISSIPATA SUL MOV ENERGIA DISSIPATA SUL MOV 0 45 0 46 0 47 0 48 0 49 0 5 0 51 0 52 0 53 0 54 0 55 0 45 0 46 0 47 0 48 0 49 0 5 0 51 0 52 0 53 0 54 0 55 3 s ERRORE DI ANGOLO TRA TENSIONI RETE E GENERATORE ERRORE DI AMPIEZZA TRA TENSIONI RETE E GENERATORE CORRENTI NEI DIODI DEL PONTE 1 CORRENTI NEI DIODI DEL PONTE 2 Buco di conduzione n de A ane Buco di conduzione dovuto alla richiusura di dovuto alla richiusura di corrente attraverso il MOV fiif corrente attraverso il MOV 045 0 46 047 0 48 049 0 5 0 51 0 52 0 53 0 54 0 55 0 45 0 46 0 47 0 48 0 49 0 5 0 51 0 52 0 53 0 54 0 55 Restano salve le osservazioni fatte con riferimento al caso err 20 eccetto che la
232. pali grandezze coinvolte nella simulazione di corto circuito di un diodo in un raddrizzatore a singolo ponte a t 0 1s Il corto circuito porta ad una sovracorrente nel diodo stesso e al conseguente intervento del fusibile associato A questo punto la macchina si comporta come nella simulazione precedente CORRENTI NEI DOD DEL PONTE TENSIONI SUI DIODI DEL PONTE 1 T 0 08 0 085 0 09 0 095 0 1 0 105 0 11 0 115 0 12 s 3 31 3 3 329 3 28 3 27 I 3 26 325 3 24 3 23 3 20 5 3 FATTCRE DI POTENZA I l I I 1000 45 0 69 ee ne oon oat nee See nara 1000 4 b 0 58 e le wn i ai 1000 35 p pl 0 87 See Se ETET A I Pa i es we 1000 3 Th a cp vata AA Us e td a a i 1000 25 a i i S D95 ooo hemes eg cee nk bean mula ra a i E 49002 gi a 054 h y aaa E EE wots m 1000 15 l i i i i fi i i H vogliono iran curi E 4000 4 L fot f i i i 1 I A A e PE 10D0 D5 id iii J osi A e a sla lari i e ia a i i 133 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori Guasto per apertura di un diodo con doppio raddrizzatore In una macchina con doppio raddrizzatore rotante si suppone che un diodo del ponte 1 vada in guasto diventando un circuito aperto a t 0 1s Da questo istante il ponte lavora a 5 diodi mentre l altro funziona in modo tale che uno dei sei diodi porta corrente doppia Nel complesso il funzionamento della macchina non ne risente cio tutte
233. per scopi di riscaldamento e Vapore saturo per utenze industriali e Vapore surriscaldato per turbine a vapore e utenze In definitiva si ha produzione di energia elettrica attraverso l alternatore accoppiato al turbogas ed eventualmente attraverso l alternatore accoppiato al turbovapore e produzione di energia termica sotto forma di vapore sfruttato poi dalle utenze connesse In presenza di turbovapore si ottiene un ciclo combinato in cui la dispersione energetica minima e consiste in maggior parte nel calore buttato in atmosfera dai fumi in uscita dalla caldaia a recupero L autorit per l energia elettrica e il gas considera come energia assorbita dai servizi ausiliari di centrale a quella impiegata in usi diversi dalla illuminazione esclusivamente per la generazione o per la trasformazione in altra energia elettrica compresa quella utilizzata per forza motrice nelle centrali elettriche per servizi ausiliari strettamente connessi al compimento del ciclo di generazione o di trasformazione dell energia elettrica anche esterni al perimetro della centrale o forniti da soggetti diversi dal titolare della centrale inclusi tutti 1 servizi ausiliari di trattamento del combustibile b quella impiegata in usi diversi dalla illuminazione dai servizi ausiliari di centrale durante i periodi di fermata dei gruppi di generazione al netto dei periodi di manutenzione programmata straordinaria o di trasformazione riconversione e rif
234. performance del modello di generazione esafase Total Harmonic Distorsion l Tabella 3 3 Sintesi della comparazione tra le performance del generatore esafase e del generatore trifase Generatore trifase Valore RMS THD Valore RMS THD Tensione di linea V Flusso magnetico Wb Coppia Nm Corrente di linea A Corrente di campo A 582 125 2 6 183 75 ETT 26 1838 28 256 1 643 25 1 1 3 3 5 OM 68 Corrente di smorzamento A 275 28 643 35 Tensione raddrizzata V Corrente raddrizzata A Tensione di linea Corrente di linea Flusso magnetico Coppia Corrente di campo Corrente di smorzamen Tensione raddrizzata Figura 3 71 Grafico comparativo delle THD nei due sistemi Corrente raddrizzata 143 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori 3 9 Sistemi di monitoraggio predittivo ed emergenza La politica manutentiva di un azienda presuppone l esistenza di una scelta aziendale di fondo che individua la manutenzione come un processo aziendale disciplinabile in base a regole e metodologie mirate I criteri di scelta di una politica manutentiva devono prima di tutto essere definiti in termini qualitativi e successivamente si pu procedere all associazione di una o pi misure quantitative che consentano di rendere la fase selettiva pi immediata perch pi oggettiva Analisi dei Esistono dei No segna
235. phase lock or phase matching type I sincronizzatori ad aggancio di fase stabiliscono per la chiusura del contatto una finestra di accettazione di angolo e di ampiezza di tensione Quando 1 valori del generatore entrano in questa finestra il sincronizzatore provvede ad azionare un rel che dar inizio alla chiusura del contatto I sincronizzatori ad aggancio di fase operano sul principio di provvedere dei segnali di correzione al governor e all AVR finch le due tensioni non coincidono in ampiezza e fase e quindi inizier la chiusura 117 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori 118 Anticipatori anticipatory type I sincronizzatori automatici anticipatori monitorano la frequenza la fase e l ampiezza delle tensioni ai capi del contatto controllato cos come il primo tipo di sincronizzatori Inoltre hanno la capacit di dare il comando di chiusura agli interruttori prima che avvenga l aggancio di fase in modo che la chiusura effettiva avvenga alla minima differenza di fase Questa soluzione minimizza 1 transitori di sistema 43 Le lame dell interruttore non si possono chiudere istantaneamente perci il sincronizzatore deve dare il segnale di chiusura del contatto in anticipo rispetto al punto di sincronismo esatto Il calcolo si basa sulla differenza di frequenza tra la tensione generata e quella di rete e dai tempi di chiusura dell interruttore 0 360 Tz Tr Fs dove 0 l angolo di anticipo ossia l angolo elett
236. pi di statori non necessariamente uguali stato proposto un motore a doppio statore con un numero di poli diverso nei due gruppi trifase per ottenere controllabilita ai bassi giri 58 Un gruppo di avvolgimenti responsabile della conversione elettromeccanica mentre il secondo usato a scopo di eccitazione Un convertitore a PWM connesso agli avvolgimenti di eccitazione e il carico connesso direttamente agli avvolgimenti di potenza Un caso particolare di motore a fase scissa o a doppio statore costituito dal motore esafase che pu essere costruito dividendo gli avvolgimenti trifase in due gruppi sfasati tra loro di 30 i Modified dqD abo xyz Transformation 6 phases E RES induction lo 6 phases t Li 3 igital Filt motor abc xyz dqo Transformation i Figura 3 57 Schema del motore esafase e del controllo di corrente L affidabilita uno dei vantaggi dei sistemi esafase In caso di guasto di una delle fasi che sia del motore o del convertitore il sistema pu continuare ad operare ad una potenza inferiore dal momento che i due gruppi di avvolgimenti trifase possono essere resi indipendenti In caso di perdita di una fase un motore esafase pu continuare a lavorare a cinque fasi Il miglioramento della coppia motrice pu essere ottenuto usando avvolgimenti multifase con iniezione di terze armoniche di correnti come proposto in 59
237. pionamento N length u numero di dati lt lt Questa parte serve per PBSID Nid floor 3 N 3 N1d N uid u 1 Nid yid y 1 Nid uval u Nid l end yval y Nid l end 1id_dat iddata y u p size y 1 m size u 1 for 1 30 order i ones p p i ones p m ones p m M arx 1d_dat order Aic_crit 1i aic M ul end figure plot Ala Crit hold on drawnow past floor find Ale crirt min Ai1ic cri1it 192 Appendice 5 3 Plot dei grafici di ingressi e uscite usati per l identificazione subplot 2 1 1 plLlot u subplot 2 L 2 y PlLlot ty 553 Identificazione del modello utilizzando 553 metodo a sottospazi PBSID del Prof Alessandro Chiuso A B C D Kappa Lambda PBSID_opt_ARX weighted yid uid past floor past 2 1 10 l ultimo argomento 1 10 rappresenta l ordine dei modelli da intentificare Modelp idss A B C D Kappa costruzione del modello della dinamica in spazio di stato sModel_n4sid n4sid id_dat 1 10 questo e il comando equivalente se si vuole utilizzare il metodo a sottospazi implementato da MATLAB al posto di PEOL Identificazione del modello utilizzando identificazione black box PEM Modelpem pem id_dat nx 1 10 Apem Modelpem a Bpem Modelpem b Cpem Modelpem c Dpem Modelpem d Kpem Modelpem k Fpem ss Apem Bpem Cpem Dpem Ts Parte deterministica del modello ss A B C D TS Hj o Stimatore dell
238. po Industriale indica le centrali idroelettriche di potenza inferiore a 10 MW All interno della mini idraulica vale la seguente classificazione Tabella 1 Classificazione delle centrali idroelettriche 23 P lt 5 kW P lt 100 kW P lt 1 000 kW piccole centrali P lt 10 000 kW L interesse per 1 siti idroelettrici minori ha fatto s che 1 produttori del settore idroelettrico abbiano intrapreso una serie di iniziative imprenditoriali quali e Collaborazioni con universit per la ricerca di nuove risorse idriche idonee e Riattivazione di vecchie centrali minori abbandonate diversi anni fa e Sfruttamento ai fini idroelettrici degli acquedotti montani Questo ultimo aspetto ossia la realizzazione di centrali idroelettriche su acquedotto ha avuto negli ultimi anni un notevole impulso in quanto permette di sfruttare l energia potenziale contenuta negli acquedotti che viene normalmente dissipata mediante dissipatori meccanici L idea quella di sostituire il dissipatore della pressione dell acqua in condotta con una turbina idraulica installata in un by pass della condotta stessa in modo da trasformare l energia potenziale dell acqua in energia elettrica I vantaggi principali di questo tipo di tecnologia sono e Drasticariduzione delle opere civili necessarie per la centrale e Regime di portate molto pi stabile e controllato durante l anno e Condizioni di flusso perennemente controllate e monitorate e Assen
239. poich viene eccitato alla propria frequenza di risonanza pari a 32 KHz La vibrazione del macchinario di una frequenza molto pi bassa viene filtrata Il primo blocco raffigurato in figura 3 74 mostra il simbolo di un trasduttore e sotto il segnale di vibrazione proveniente dalla macchina con transienti sovrapposti alla frequenza di risonanza provocata dagli shock pulse Il secondo blocco mostra il filtro 148 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori elettrico che lascia passare una sequenza di fenomeni transitori a 32 kHz La loro ampiezza dipende dall energia degli shock pulse I transienti vengono convertiti in impulsi elettrici analogici L ultimo blocco mostra il segnale di shock pulse convertito proveniente dal cuscinetto che ora consiste in una rapida sequenza di impulsi elettrici pi forti e pi deboli Shock Pulse Method O AMS Figura 3 73 Principio SPM sfera che colpisce una barra Figura 3 74 Tecnica SPM trasduzione della vibrazione Il segnale filtrato del trasduttore riflette la variazione di pressione nell interfaccia di rotolamento del cuscinetto Quando il film lubrificante consistente il livello di shock pulse basso senza picchi rilevanti Il livello aumenta quando si riduce il film lubrificante ma non ci sono ancora picchi rilevanti Il danneggiamento del cuscinetto provoca impulsi forti a intervalli irregolari figura 3 75 I misuratori di Shock Pulse misurano il segnale di
240. porta a regime minimizzando cos anche il tempo di applicazione della tensione Vr I risultati sono quantificati in tabella 4 2 e il grafico a barre di figura 4 13 facilita la comprensione del miglioramento con il nuovo controllo La tabella contiene 1 valori massimi delle tre grandezze e un fattore di qualit ottenuto come l integrale del modulo della grandezza considerata detto norma in algebra ossia il dispendio energetico durante l intera simulazione 200 secondi Pi esattamente per la Vparg e la velocit di rotazione il fattore di qualit stato calcolato come l integrale del modulo dell errore considerando che idealmente tali grandezze dovrebbero rimanere costanti sul valore unitario Ogni scostamento implica un errore da correggere e un dispendio energetico Il fattore di qualit della Vr invece esattamente l integrale della grandezza e d un idea dell energia necessaria all eccitazione degli avvolgimenti di rotore dell alternatore la quale viene sottratta a quella generata Tabella 4 2 Confronto prestazioni tra controllore PID e controllore ottimo LQ Qualit Qualit Qualit M ax M ax M ax tensione tensione di velocit del tensione tensione di velocit del d uscita controllo generatore d uscita controllo generatore o 2 8991 10 5 2391 10 12290 10 0 1379 5 0957 0 0140 Controllo 29662 10 5 0627 10 1 0607 10 0 0829 15 9091 0 0139 ottimo LQ Qualit tension
241. punto 1 controlli e correggere eventuali errori evitando possibili danni al sistema reale Nelle simulazioni si verifica il comportamento del sistema sia a regime sia nei transitori questi ultimi da valutare con particolare attenzione perch rappresentano le condizioni critiche di stabilit e dimostrano le prestazioni del sistema I risultati delle simulazioni si avvicineranno tanto pi a quelli reali quanto pi accurato sar il modello virtuale In ambiente Matlab Simulink si simulato il comportamento di un generatore connesso ad una rete trifase secondo lo schema a blocchi di figura 4 1 Si tratta di un sistema in catena chiusa in cui si possono distinguere gli elementi principali e Alternatore sincrono trifase e Controllo dell eccitazione e Motore di trascinamento diesel regolato in velocit e Rete trifase con sequenza di carichi variabili e Blocco di misura 159 Capitolo 4 Simulazione di un controllo ottimo Blocco di misura Constant 1 04 Constant3 Manual Switch1 Vi 0 Synchronous Machine INIZI Manual Switch pu Standard rT 0 Constant Constant2 Constant comando carico 1 modello motore diesel e controllo dell eccitazione comando carico 2 comando carico 3 comando carico 4 com A B com A B com A B n 7 i 25 Pn 25 Pn 25 Pn 25 Pn 50 Pa carico1 carico2 carico3 carico4 fortemente induttivo Figura 4 1 Schema a blocchi del
242. queste correnti dovrebbero essere nulle tuttavia a causa delle caratteristiche non sinusoidali coinvolte nel processo la situazione ideale non si pu verificare La macchina esafase vanta perlomeno una riduzione del 60 delle correnti negli avvolgimenti smorzatori diminuendo 1 problemi associati alla circolazione impropria di corrente in questo tipo di applicazioni 400 0 2 0k HD ve T MH 4 i A fi WA A Hy ae 4 j ls E 1 0k 4 ioo fe wees fired PE ET 4 AHA vengema na N i x z f Pl l r i I fi 4 i Ih Me 200 0 Ir A LA i Ay A A ral La dA y y be AN UA i A A 4 i I l j i wis 1 I dl id PA i 1 4 li La ia i j 1 Ej A Y A i h vih d k ee i no Lago fy ia fl ly I fl 1g Fi lg Mar LI Li I I f A y n j A fel i A i l A i j A i 1 y hy VI Y iI VI Y Vy VIN Vig vi y Yi Y gol NAS y AN AAN AN ANANA H j r pe i j i I Vi Y I PA il PA T E FA A 4 1 l 1 A ok he 4 Y Ma l if y y Y y r A y E wy Woy pM if A I i 1 VT Y y MA N fe 7 I y J ibi alieni a bo ee epee wT LI i y gt Y 4 T 4 0k N ul 7 i i E 200 0 2_0k l I I 4 0 4 02 4 04 4 06 4 08 4 02 4 04 4 06 4 08 time s time s Figura 3 67 Corrente di campo di entrambi i generatori Figura 3 68 Correnti negli avvolgimenti di smorzamento dei due generatori Un altra importante caratteristica associata all uso della macchina esafase
243. ransactions on Industry Applications vol 36 pp 1369 1379 Sett 2000 59 S P Liou Theoretical and experimental study of poliphase induction motors with added third harmonic excitation Master s thesis The University of Texas at Austin 1985 60 O Ojo I E Davidson PWM VSI inverter assisted stand alone dual stator winding induction generator IEEE Transactions on Energy Conversion vol 36 pp 1604 1611 2000 61 D Hadiouche H Razik A Rezzoug Modelling of a double star induction motor with an arbitrary shift angle between its three phase windings Proc 9th Int Conf On Power Electronics and Motion Control PEMC Kosice Slovakia Vol 5 pp 125 130 2000 185 Bibliografia 62 D Levy Analysis of a doucle stator induction machine used for a variable speed costant frequency small scale hydro wind electric power generation Electric Power System Research Vol 11 pp 205 223 1986 63 G K Singh K B Yadav R P Saini Analysis of a saturated multi phase six phase self excited induction generator International Journal of Emerging Electric Power Systems Vol 7 pp 1 23 2006 64 G K Singh K B Yadav R P Saini Capacitive selfexcitation in six phase induction generator for small hydro power an experimental investigation IEEE Conf Power Electronics Drives and Energy Systems for Industrial Growth 2006 PEDES 2006 New Delhi India December 12 15 2006 65 G
244. rasformatore figura 3 30 Paralleling Module Figura 3 30 Modulo di parallelo xs L interruttore del modulo di parallelo usato per corto circuitare l avvolgimento secondario del trasformatore e la resistenza al fine di disconnettere il generatore dal sistema parallelo Il secondario del trasformatore di corrente induce una tensione attraverso la resistenza che si somma vettorialmente alla tensione di linea ottenendo cos un segnale di errore da mandare al regolatore di tensione Da ricordare che la tensione al secondario mantiene la stessa fase di quella al primario e varia soltanto l ampiezza in modo proporzionale al rapporto di trasformazione 113 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori Il segnale di errore prodotto deve essere tale da non provocare alcuna variazione di regolazione quando si ha ai terminali del generatore un carico con fattore di potenza unitario in questo caso la tensione ai capi della resistenza deve avere uno sfasamento di 90 rispetto alla tensione di linea Sfruttando lo sfasamento di 120 delle tensioni trifase possibile rilevare la tensione del sistema tra due linee e ottenere cos una tensione di linea Vac sfasata di 30 rispetto alle tensioni di fase coinvolte Sotto condizione di fattore di potenza unitario la tensione rilevata Vac e le tensione di fase Vg sono disposte a 90 figura 3 31 Phase C Phase A Burden Resistors 120 Error Signal Voltage i V Phase B
245. re meccanico o elettronico rileva le variazioni di velocit e comanda un servomotore che modifica apertura dei sistemi di regolazione della portata delle turbine distributore pale spina nella misura necessaria a fornire l energia idraulica richiesta per soddisfare l incremento o la diminuzione dei carichi Questi dispositivi sono chiamati regolatori di velocit Nel caso di un generatore asincrono inserito in una grande rete di distribuzione dalla quale preleva la corrente per creare il proprio campo magnetico la rete stessa s incarica di regolare la frequenza per cui non necessario installare un regolatore di velocit Ci nonostante in determinate circostanze per esempio quando per qualche ragione l interruttore di parallelo si apre il gruppo tende ad andare in fuga con grave rischio per l integrit del macchinario In questi casi necessario interrompere l alimentazione d acqua alla turbina in un tempo sufficientemente breve per evitare che vada in fuga per non cos rapidamente da provocare il colpo d ariete nell eventuale condotta forzata Nel secondo metodo di regolazione della velocit solo accennato sopra il gruppo funziona a portata costante e genera quindi una potenza costante Se il sistema richiede meno energia la turbina tende ad accelerare un sensore elettronico rileva un aumento della frequenza ed un dispositivo conosciuto come regolatore di carico provvede a dissipare l eccesso di energi
246. redittiva htm 72 Rockwell Automation Gli obiettivi della manutenzione predittiva 2010 73 SPM Instrument Monitoraggio dei cuscinetti 74 Geico prodotti e servizi tecnologici integrati La Termografia infrarossa per la Manutenzione Predittiva 75 A Bossi S De Biasi C Zampatti Diagnostica per gli avvolgimenti dei generatori sincroni di grande potenza Powertechnology gennaio 2006 76 F Parere Sistema CompactRIO per manutenzione predittiva e monitoraggio eventi per macchine elettriche rotanti reti elettriche e sottostazioni 186 Bibliografia 77 A Chiuso G Picci Consistency Analysis of Closed loop Subspace Identification 43rd IEEE Conference on Decision and Control 14 17 Dicembre 2004 78 A Chiuso On the relation between CCA and predictor based subspace identification 44th IEEE Conference on Decision and Control and the European Control Conference 2005 79 J W van Wingerden M Verhaegen Subspace identification of MIMO LPV systems the PBSID approach 47th IEEE Conference on Decision and Control Cancun Mexico 9 11 Dicembre 2008 187 A 1 Appendice IRE L indice di risparmio di energia RE il rapporto tra il risparmio di energia primaria conseguito dalla sezione di cogenerazione rispetto alla produzione separata delle stesse quantit di energia elettrica e termica e l energia primaria richiesta dalla produzione separata definito dalla formula do
247. revisti un MOV per evitare sovratensioni e un condensatore di filtro L interfaccia figura 3 55 permette di impostare vari parametri della macchina tra cui l alimentazione 1 parametri dei fusibili la tensione di sfioro del MOV la capacit del condensatore la presenza di o 2 ponti e 1 guasti a uno o pi diodi 129 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori L Block Parameters MACCHINA SINCRONA CON Eg MODELLO CON RADDRIZZATORE mask Parameters PnivA Yn Wrms LL In rms Mm Herz 3750 10 3 430 5035 50 No load field current Adc 26 6 Rs ohm Rkdpu Rkqfpu Rfpu 0 004014 0 014 0 017 0 00112 Ls pu Lmd pu Lmq pu Lkdipu Lkq pu Lfpu J FASE 0 09 1 614 141 0 06 0 103 0 0612 J kg m 2 BiN m s p 750 0 3 MISURE GENERATORE deltaD deg YOu IO pu 4011 l C_rot F V_MOY Y Lexc H In_fuse Apk I2t_fuse A 2 s 109 600 1044 100 0 1 Numero di ponti 1 2 _ Simulare guasto a uno o pi diodi del ponte Stato di quasto diodi ponte 1 s1 s6 s n o s n S Meer Metis J Stato di quasto diodi ponte 2 s1 s6 s n o s Ena mensa n Istante di inizio guasto ponte T_fualt s aanannnd 0 1 MISURE y ECCITATRICE ae e nni RADOREZATORI ta GENERATORE Figura 3 54 Modello del generatore con raddrizzatore Figura 3 55 Interfaccia 11 11 16 RECT 1 V1 V6 RECT 1
248. ri p Seneralor A A A F NY Mi fa i ry i Mi A de par LL Wind j ve ind Sie php E puivalesnl Sybari PEG m rn n Franstomrrer i P4 JO BEquivalant Load Figura 3 62 Schema complessivo di un sistema di generazione eolico La figura 3 63 confronta le tensioni in uscita tra le fasi a e b dei due generatori Il valore della distorsione armonica totale total harmonic distorsion della tensione di linea del generatore classico risulta dell 8 4 mentre per la macchina speciale il THD risulta del 5 6 La figura 3 64 confronta le correnti di linea si pu notare che ogni avvolgimento del generatore esafase produce una corrente di valore met di quella dell altro generatore Questa una diretta conseguenza del fatto che la macchina speciale divide la corrente totale tra due avvolgimenti I contenuti armonici sono circa gli stessi per entrambe le forme d onda 1 0k 500 0 DO A 1 0k 4 0 3D Y 4 02 a a LA n yl Li 61d A 4 04 4 06 4 08 time s 4 1 Line current A 400 0 4 0 4 02 4 04 4 06 4 08 41 4 12 4 14 time s Figura 3 63 Tensioni di linea all uscita dei due generatori Figura 3 64 Correnti di linea prodotte dai due generatori In figura 3 65 sono confrontati 1 flussi magnetici per ogni fase la forma d onda simile per entrambi 1 generatori e non sono presenti distorsioni considerevoli L
249. ri sincroni Marelli Motori Anticipo E U V3 in anticipo P gt 0 Q lt 0 E 3 AU e n Pas 4 i i si E LP a A sa El Figura 3 7 Anticipo TO x U SI U gas L eccitazione mantenuta immutata per cui Eq 1a L anticipo di E su na si ottiene accelerando la macchina cio immettendo potenza nella turbina che la aziona L accelerazione cessa al raggiungimento dell equilibrio tra la coppia sviluppata dalla turbina e la coppia frenante che nasce tra il campo magnetico di rotore e quello di statore 1 cui assi fisici si discostano dell angolo gt L angolo 6 definisce la posizione di equilibrio e ad esso legata la potenza attiva immessa nella rete La potenza reattiva negativa in quanto la corrente risulta in anticipo come mostra il grafico Ritardo E U V3 in ritardo P lt 0 Q lt 0 r Ta e lo gn h ho a hs my Al a ea Ps Figura3 8 Ritardo Se il rotore viene decelerato per applicazione di una coppia frenante la E ritarda sulla Nei Anche in tal caso si arriva ad una situazione di equilibrio determinata dall angolo 6 a cui corrisponde l eguaglianza tra la coppia frenante applicata all albero e quella di interazione tra 1 campi di rotore e di statore che risulta motrice In questo caso la potenza attiva negativa la corrente anticipa di un angolo maggiore di 90 la tensione di rete Anche la potenza reattiva negativa se l eccitazione
250. rices 1861 2009 Growth of Loss of Netback Asian US dollars per barrel Venezuelan Iranian pricing financial production supplies introduced crisis World events Pennsylvanian Russian Sumatra Discovery of Fears of East Texas Post war Suez Iranian Iraq Invasion oil boom oil exports production Spindletop shortage field reconstruction crisis revolution invaded of Iraq began began Texas in US discovered tera Kippur Kuwait War 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 E money of the day lar IA 1861 69 1870 79 1880 89 1890 99 1900 09 1910 19 1920 29 1930 39 1940 49 1950 59 1960 69 1970 79 1980 89 1990 99 2000 09 E 2009 1861 1944 US average 1945 1983 Arabian Light posted at Ras Tanura 1984 2009 Brent dated Figura 1 5 Storico del prezzo del greggio dal 1861 al 2009 4 ON 10 0 Capitolo 1 Fabbisogno energetico Vi un problema politico di controllo dei giacimenti una risorsa strategica con la quale si possono influenzare le vite delle nazioni che ne dipendono e che genera guerre L uso di combustibili fossili inoltre produce inquinanti vari nocivi per l ambiente e anidride carbonica che immessa nell atmosfera aumenta il naturale effetto serra della terra ampliando il flusso termico solare che la riscalda con la conseguenza di crisi ambientali La temperatura media globale dei bassi strati dell atmosfera in
251. rico di fase tra la tensione generata e quella di rete al quale il sincronizzatore d il segnale di inizio chiusura Tg il tempo di chiusura dell interruttore considerato dall arrivo del segnale di chiusura alla chiusura effettiva del contatto Tr il tempo di risposta del rel che fornisce il comando di chiusura approssimativamente 0 018 secondi Fs la differenza di frequenza tra la tensione generata e la tensione di rete Il processo di sincronizzazione inizia non appena la macchina accelerando acquisisce una velocit di rotazione sufficiente per far intervenire il sincronizzatore il quale agisce sul governor e sul AVR in modo da far rientrare nei limiti prefissati 1 valori di ampiezza e frequenza di tensione generata A questo punto il sincronizzatore smette di fornire correzioni e calcola langolo di anticipo necessario perch l interruttore si chiuda in corrispondenza di un errore di fase nullo alla data differenza di frequenza tra 1 due sistemi A titolo di esempio illustrata in figura 3 37 la relazione che intercorre tra differenza di frequenza tempo di chiusura dell interruttore e angolo di anticipo necessario per avere errore di fase nullo alla chiusura del contatto Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori 40 ADVANCE ANGLE 20 10 CIRCUIT BREAKER CLOSING TIME SECONDS Figura 3 37 Caratteristica differenza di frequenza angolo di anticipo 3 2 Sovratensione al distacco del carico
252. rigine della rete dell autoproduttore il suo scopo quello di escludere l intera rete dell autoproduttore dalla rete pubblica in condizioni di aperto Il dispositivo generale DG asservito alla protezione generale PG L interruttore deve essere tripolare simultaneo ed avere potere d interruzione adeguato alla corrente di cortocircuito della linea d alimentazione ENEL con un minimo di 12 5 KA Deve inoltre disporre di 89 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori bobina di apertura a mancanza di tensione il cui intervento pu essere ritardato fino ad un massimo di 30 s per evitare aperture intempestive ad esempio in occasione buchi di tensione a seguito di cortocircuiti nella rete Enel che facciano diminuire la tensione di alimentazione oppure transitori di tensione derivanti dal passaggio dall alimentazione normale a quella di emergenza all interno dell impianto utilizzatore ecc In assenza di tensione di alimentazione della PG un rel sensibile alla mancanza di tale tensione deve comandare l apertura del DG Qualora il cliente desideri evitare aperture intempestive del proprio DG consigliabile che e Alimenti sia la PG sia la bobina di minima tensione del DG tramite circuiti ausiliari dedicati che prevedano alimentazione ordinaria e di e da una batteria tampone o altra alimentazione di emergenza equivalente e Predisponga un allarme che evidenzi immediatamente la mancanza dell alimentazione nor
253. riscaldato che dopo aver attraversato la turbina producendo energia elettrica viene scaricato a bassa pressione per alimentare le utenze termiche Possono essere alimentati anche con combustibili non pregiati Il rendimento elettrico e l indice elettro termico sono generalmente bassi e si riduce ulteriormente a carichi parziali Hanno un elevata affidabilit a fronte di una gestione piuttosto complessa Ciclo combinato in cui con lo scarico delle turbine a gas viene prodotto vapore che a sua volta pu azionare una turbina Hanno alimentazione a gas naturale Hanno un ottimo rendimento elettrico Presentano un elevata complessit gestionale e richiedono tempi di realizzazione piuttosto lunghi Hanno emissioni di inquinanti contenute 67 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili 2 2 1 Teleriscaldamento Nell opinione comune la cogenerazione viene immediatamente collegata al teleriscaldamento che ha visto negli ultimi decenni diverse attuazioni pratiche anche in alcune grandi citt italiane Gli impianti di cogenerazione destinati al teleriscaldamento sono costituiti da grandi apparati industriali con grandi turbine che oltre ad energia elettrica producono calore sono impianti generalmente gestiti da aziende municipalizzate o da altre societ produttrici di energia elettrica Il calore sotto forma di vapore acqueo viene trasportato a grande distanza dalle r
254. rodotta e non consumata pu essere immessa nella rete pubblica grazie al Ritiro Dedicato secondo le modalit e le condizioni definite dalla delibera AEEG n 280 07 e la successiva 186 09 necessario che il produttore stipuli una convenzione con il GSE che si occuper di ritirare l energia con le condizioni economiche e le semplificazioni previste Il regime di ritiro dedicato avviene al prezzo che si forma sul mercato elettrico corrisposto sulla base del profilo orario di immissione del singolo produttore riconoscendo cos il prezzo zonale orario Il GSE applica ai produttori che si avvalgono del ritiro dedicato un corrispettivo pari allo 0 5 del controvalore dell energia elettrica ritirata a copertura dei costi amministrativi fino ad un massimo di 3 500 euro all anno per impianto 40 In alternativa al ritiro dedicato gli impianti di cogenerazione di potenza fino a 200 kW possono accedere al regime di Scambio sul posto introdotto con la delibera AEEG 74 08 Lo scambio sul posto un servizio che viene erogato dal GSE dal 1 Gennaio 2009 su istanza degli interessati Consente all utente che abbia la titolarit o la disponibilit di un impianto la compensazione tra il valore associabile all energia elettrica prodotta e immessa in rete e il valore associabile all energia elettrica prelevata e consumata in un periodo differente da quello in cui avviene la produzione In pratica consente di immettere in rete l energia elettrica
255. shock su una scala in decibel a due livelli Un microprocessore valuta il segnale Esso ha bisogno dell inserimento di dati che definiscano il tipo di cuscinetto numero ISO e la velocit di rotazione RPM e diametro del cuscinetto Il danneggiamento in un cuscinetto provoca un notevole aumento della forza degli shock pulse cos come una marcata variazione nelle caratteristiche tra gli impulsi shock pi forti e pi deboli I valori degli impulsi quindi vengono immediatamente tradotti secondo 1 casi in misure dello spessore del film lubrificante o dell entit del danneggiamento in atto nel cuscinetto figura 3 76 149 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori Figura 3 75 Tecnica SPM usura e danneggiamento del Figura 3 76 Tecnica SPM cuscinetto Analisi temografica In campo industriale la termografia uno strumento estremamente utile e largamente impiegato in tema di manutenzione predittiva Attraverso la termografia possibile rilevare anzitempo l insorgere di anomalie nei macchinari e negli impianti in genere e risalire addirittura alle relative cause una tecnica di analisi a distanza che non richiede il contatto dello strumento con il macchinario ci significa che avviene in totale sicurezza per l operatore non richiede fermi macchina rileva le apparecchiature in funzionamento anche quelle presenti in luoghi inaccessibili o comunque difficili da raggiungere A livello di manutenzione predittiva tale t
256. si dei gas disciolti dalla quale si successivamente in grado di associare sulla base di appositi criteri stabiliti in conseguenza di rilevazioni sperimentali lo specifico contenuto di gas e la relativa quantita allo stato di salute del trasformatore e quindi individuare la possibile presenza di anomalie e le relativa cause e conseguentemente stabilire le strategie manutentive Su applicazioni particolari possono esserci ulteriori analisi al fine di tenere traccia dello stato di salute della macchina ad esempio su motori e generatori elettrici si possono effettuare le applicazioni che seguono Monitoraggio delle temperature Si montano delle termosonde in genere una dozzina sullo statore della macchina posizionate in cava a circa met della lunghezza Una met dei sensori sono posizionati a fondo cava e l altra met tra due barre 75 Il rilievo delle suddette temperature praticamente continuo durante l esercizio permette di valutare le condizioni termiche generali dell avvolgimento e di verificare l efficienza del circuito di raffreddamento Si deve tener presente che la temperatura rilevata dalle termosonde poste tra le barre inferiore di almeno 4 5 C rispetto a quella del conduttore Le temperature misurate dovrebbero sempre essere inferiori a quelle dell indice di classe dell isolamento utilizzato Si deve anche tenere presente che per molte altre misure necessario indicare la temperatura come grandezza
257. sia dalla temperatura dalla velocit e dall influenza dell ambiente circostante Le temperature di lavoro pi favorevoli si ottengono impiegando la minima quantit di lubrificante compatibile con una lubrificazione affidabile del cuscinetto Tuttavia quando al lubrificante sono 78 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori affidati altri compiti quali quello di proteggere il sistema o di asportare calore possono essere necessarie quantit maggiori Nei sistemi di cuscinetti 1l lubrificante perde gradualmente le sue propriet lubrificanti in quanto si trova soggetto ad azione meccanica invecchiamento e accumulo di sostanze contaminanti quindi necessario ripristinare o rinnovare il grasso e nel caso dell olio filtrare e sostituire ad intervalli regolari Rispetto all olio il grasso ha il vantaggio di essere trattenuto nel sistema con pi facilit specie quando l albero inclinato o verticale e nello stesso tempo quello di contribuire a proteggere il sistema dalle sostanze contaminanti dall umidit o dall acqua L alloggiamento dei cuscinetti scudi e l intera struttura della cassa devono garantire rigidit per evitare possibili risonanze della macchina e conseguenti cedimenti oltre al rumore Figura 3 3 Scudi di un alternatore BN Anche la morsettiera del generatore un membro da non sottovalutare considerata la macchina sottoposta a vibrazioni 1 sostegni devono avere una rigi
258. singoli paesi e delle situazioni locali Si possono pertanto fare alcune considerazioni che riguardano specificamente la realt italiana Per quanto riguarda gli impianti attualmente operativi con l approvazione dei Piani di Tutela delle Acque PTA da parte delle Regioni e la progressiva applicazione del Deflusso Minimo Vitale DMV si prevede una riduzione considerevole della produzione dovuta sia alla minore portata disponibile che alla riduzione dell efficienza delle macchine Esistono alcune stime relative alla perdita di producibilit sintetizzate in breve nella tabella 2 4 Tabella 2 4 Inefficienza stimata di alcuni impianti idroelettrici italiani MANCATA PRODUZIONE FONTE STIM ATA Autorit di Bacino del Fiume Po 5 nell ambito del P S 2 5 6 3 Lombardia De Paoli e Lorenzoni 1999 7 10 Italia Enel 10 12 Italia D altra parte invece un aumento della potenza efficiente e quindi dalla produzione si potr determinare a seguito di interventi di ripotenziamento repowering e di miglioramento dell efficienza energetica degli impianti Il parco impianti italiano infatti piuttosto datato il che offre notevoli margini di miglioramento in questo senso Secondo alcune stime tali interventi di ammodernamento potrebbero riuscire a compensare le perdite di produzione dovute al rilascio del DMV e in questo senso un sistema di sostegno che incentivi questo tipo di interventi come quello attuale
259. sione Dei crediti sono anche previsti per progetti realizzati in paesi terzi In caso di superamento dei limiti sono previste delle misure correttive Cattura e stoccaggio geologico del biossido di carbonio Il Parlamento ha adottato una direttiva che istituisce un quadro giuridico per lo stoccaggio geologico ecosostenibile di biossido di carbonio CO con la finalit di contribuire alla lotta contro il cambiamento climatico Fino a 300 milioni di euro attinti dal sistema di scambio di emissione 12 Capitolo 1 Fabbisogno energetico finanzieranno 12 progetti dimostrativi mentre le grandi centrali elettriche dovranno dotarsi di impianti di stoccaggio sotterraneo Accordo sulle energie rinnovabili Il Parlamento ha approvato una direttiva che stabilisce obiettivi nazionali obbligatori 17 per l Italia per garantire che nel 2020 una media del 20 del consumo di energia dell UE provenga da fonti rinnovabili Nel calcolo a certe condizioni potr essere inclusa l energia prodotta nei paesi terzi La direttiva fissa poi al 10 la quota di energia verde nei trasporti e 1 criteri di sostenibilit ambientale per 1 biocarburanti Il riesame delle misure nel 2014 non dovr intaccare gli obiettivi generali La direttiva inoltre detta norme relative a progetti comuni tra Stati membri alle garanzie di origine alle procedure amministrative all informazione e alla formazione nonch alle connessioni alla rete elettrica relative a
260. sistema generatore rete o a Bib C Da Bb A ela Bi Ib E oO a ela La macchina generatrice costituita da un alternatore sincrono trifase a rotore avvolto e 6 poli salienti Il blocco tiene conto delle dinamiche di statore campo elettromagnetico e rotore con avvolgimenti smorzatori Il circuito equivalente rappresentato nel riferimento dq di rotore i parametri di rotore sono Visti dallo statore In figura 4 2 visibile 11 modulo di configurazione del blocco 1 dati di targa e gli altri parametri sono ricavati dagli allegati 1 e 2 posti alla fine del corrente capitolo Gli ingressi del blocco alternatore sono la potenza meccanica di trazione e la tensione di eccitazione espresse in pu ossia in riferimento all unit In uscita si hanno le tre tensioni generate espresse nel Sistema Internazionale e un vettore di 22 misure caratteristiche del modello espresse in pu 160 7 Block Parameters Synchronous Machine pu Standard Synchronous Machine mask link Implements a 3 phase synchronous machine modelled in the dq rotor reference frame Stator windings are connected in wye to an internal neutral point Preset model No Mechanical input Mechanical power Pm Rotor type Salient pole Mask units per unit standard parameters Wref pu Stator voltage wd pu gt Rotor speed wm pul sqrtu 1 2 u1242 Capitolo 4 Simulazione di un controllo ottimo 1
261. ssa in m s pari a 9 8 m s Q portata d acqua espressa in m s H salto o dislivello espresso in m 43 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili Per rendimento globale dell impianto si intende la percentuale di potenza che pu essere effettivamente ottenuta rispetto al potenziale tecnico per tenere conto delle inevitabili perdite di trasformazione esso il risultato del prodotto di almeno quattro rendimenti parziali e Rendimento idraulico e Rendimento volumetrico della turbina e Rendimento meccanico del gruppo turbina generatore e Rendimento elettrico del generatore e Rendimento del trasformatore La classificazione principale che viene fatta quella tra centrali a bacino o a salto e centrali ad acqua fluente nelle prime si sfruttano grandi altezze di caduta disponibili nelle regioni montane mentre nelle seconde si utilizzano grandi masse di acqua fluviale che superano piccoli dislivelli per far questo per il fiume deve avere una portata considerevole e un regime costante La velocit impressa dall acqua alle turbine viene generata attraverso una differenza di quota detta salto che si traduce in pressione idrodinamica alla quota in cui sono posizionate le turbine In genere viene creato un lago artificiale per mezzo dello sbarramento di una gola fluviale con una diga Da questo bacino l acqua viene convogliata in una condotta forzata fino alle turb
262. strializzati di operare una riduzione delle emissioni di elementi inquinanti biossido di carbonio CO ed altri cinque gas serra ovvero metano CH ossido di diazoto N30 idrofluorocarburi HFC perfluorocarburi PFC ed esafluoruro di zolfo SF in una misura non inferiore al 5 2 rispetto alle emissioni registrate nel 1990 considerato come anno base nel periodo 2008 2012 Poich la capacit specifica per unit di massa di ciascun gas di contribuire all effetto serra ampiamente diversa al fine di definire un unico parametro significativo del potere riscaldante effettivo stato introdotto il concetto di massa di CO equivalente ovvero quel quantitativo teorico di anidride carbonica che presenta ai fini dell effetto serra lo stesso effetto del quantitativo reale del gas preso in considerazione Capitolo 1 Fabbisogno energetico Inoltre sono state indicate le politiche e le misure che dovranno essere adottate per raggiungere tale traguardo e promozione dell efficienza energetica e sviluppo delle fonti rinnovabili di energia e delle tecnologie innovative per la riduzione delle emissioni e protezione ed estensione delle foreste per incrementare la capacit del pianeta di assorbire l anidride carbonica e promozione dell agricoltura sostenibile e misure fiscali appropriate per disincentivare le emissioni di gas serra L obiettivo di riduzione per l Italia pari al 6 5 rispetto ai livelli del 1990 pertanto tenendo cont
263. te elevato e comunque maggiore di quelle tradizionali arrivando a sfiorare anche il 60 di resa Vantaggi Generalmente le centrali termoelettriche erogano grandi potenze dell ordine delle centinaia o migliaia di MW e costituiscono la spina dorsale del sistema di produzione dell energia elettrica perch 1 loro impianti termici danno il massimo rendimento in regime di produzione costante di solito quindi vengono tenute in funzione per lunghi periodi di tempo costituendo la base della capacit produttiva Per regolare il carico elettrico sulla rete si preferisce usare l idroelettrico e il turbogas Anche se alcuni impianti termoelettrici possono essere polivalenti ovvero in grado di utilizzare diversi tipi di combustibile questo si ottiene a spese del rendimento termodinamico e quindi della spesa complessiva per questo in generale si costruiscono centrali termoelettriche in grado di bruciare con la massima efficienza un particolare combustibile e si riadattano gli impianti in caso diventi necessario bruciare un combustibile diverso Svantaggi I residui della combustione dei combustibili generano una quantit elevata di prodotti inquinanti come 1 fumi il particolato fine gli ossidi di zolfo e azoto e gli idrocarburi aromatici che possono essere dispersi nell ambiente I progressi tecnologici degli ultimi anni hanno fatto s che molte misure per l abbattimento di tali prodotti fossero implementate nelle centrali pretrattamento del
264. terza armonica di corrente provoca una diminuzione del flusso complessivo Nonostante ci il nuovo flusso creato dalle terze armoniche permette di ottenere comunque una coppia leggermente maggiore della soluzione standard 45 4 with third harmonic 3 5 with third hannenic ZL Zr Torque Nm Torque Nm no third harmonic no third harmonic 0 1 I 1 I 0 02 0 04 0 08 0 08 0 1 0 12 0 14 0 18 0 18 0 02 0 04 0 06 0 08 0 1 0 12 0 14 016 0618 Peak Flux Density T Peak Fundamental Flux Density IT Figura 3 60 Coppia del motore esafase a rotore bloccato Figura 3 61 Coppia del motore esafase a rotore bloccato con e senza iniezione di terza armonica di corrente con e senza iniezione di terza armonica di corrente senza compensazione del picco della densita di flusso al traferro Con questa tecnica possibile ottenere un incremento nella coppia prodotta del 40 rispetto ad un motore trifase standard con la stessa distribuzione del picco di flusso elettromagnetico E necessario un controllo accurato della fase tra le componenti fondamentale e terza armonica delle correnti in caso di perdita di tale relazione si puo ottenere la produzione di un picco della densita di flusso anzich una forma d onda appiattita come desiderato Per questo motivo necessario un controllo di corrente che includa anche le terze armoniche delle correnti In letteratura possibile trovare diversi studi di generatori multifase per appli
265. tivo sconnette l impianto di produzione dalla rete ENEL evitando che e In caso di mancanza dell alimentazione ENEL il Cliente Produttore possa alimentare la rete ENEL stessa e In caso di guasto sulla rete ENEL il Cliente Produttore possa continuare ad alimentare il guasto stesso inficiando l efficacia delle richiusure automatiche ovvero che l impianto di produzione possa alimentare i guasti sulla rete ENEL prolungandone il tempo di estinzione e pregiudicando l eliminazione del guasto stesso con possibili conseguenze sulla sicurezza e In caso di richiusure automatiche o manuali di interruttori ENEL il generatore possa trovarsi in discordanza di fase con la rete ENEL con possibilit di rotture meccaniche Si fa presente che in alcune situazioni di carico della rete ENEL l intervento delle protezioni di interfaccia e la conseguente apertura del dispositivo di interfaccia potrebbe non avvenire in caso di mancanza dell alimentazione ENEL o di guasti sulla rete pertanto il Cliente Produttore deve mettere in atto tutti gli accorgimenti necessari alla salvaguardia dei propri impianti che come previsto dalla norma CEI 11 20 par 9 3 1 devono resistere alle sollecitazioni meccaniche causate dalle coppie elettrodinamiche conseguenti alle richiusura automatica rapida degli interruttori di linea In pratica la direttiva sancisce che in caso di guasto alla rete il produttore deve scollegare il proprio impianto ovvero deve essere
266. to con il dlgs 20 2007 Concettualmente la direttiva europea non modifica granch rispetto a quanto oggi previsto in Italia Il parametro dell IRE Indice di Risparmio Energetico applicato secondo l attuale normativa corrisponde analiticamente al PES Primary Energy Saving introdotto con la direttiva europea Affinch un impianto possa dirsi cogenerativo ad alto rendimento dovr avere un PES di almeno il 10 Per gli impianti di piccola cogenerazione con potenza inferiore a 1 megawatt la direttiva europea prevede un PES dello 0 Le principali novit introdotte dalla normativa europea riguardano invece 1 parametri di riferimento su cui viene calcolato il risparmio di energia primaria Se la delibera 42 02 definisce 1 parametro di riferimento in funzione sia della potenza dell impianto che del combustibile utilizzato la direttiva europea al contrario non differenzia per taglia ma solo per combustibile e per anno di entrata in esercizio dell impianto Ci significa che impianti che oggi sono considerati cogenerativi e che godono quindi di tutti 1 vantaggi previsti potrebbero non esserlo pi a partire dal 1 gennaio 2011 Per il calcolo degli indici IRE Indice di Risparmio di Energia PES Primary Energy Saving e LT Limite Termico si rimanda all appendice 74 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili Ritiro dedicato e Scambio sul posto per la cogenerazione L energia elettrica p
267. tre i limiti suggeriti dalle norme internazionali Se le vibrazioni interessano le strutture ospitanti le macchine o quella a contatto con le stesse le misure vengono effettuate con analizzatori in real time a bande di 1 3 di ottava a partire da 1 Hz come prescritto dalle normative UNI EN o dalle ISO effettuando poi i confronti con le normative specifiche per il problema lamentato UNI 9614 UNI 2631 UNI 9916 Nel monitoraggio dei cuscinetti si utilizza spesso la tecnica SPM Shock Pulse Method con la quale si analizza in modo approfondito le vibrazioni provenienti dalla macchina alle quali sono sovrapposti dei transienti dovuti all usura del cuscinetto 73 Per comprendere come funziona la tecnica SPM si pensi ad una sfera di metallo che colpisce una barra di metallo Al momento dell impatto si diffonde un onda di pressione meccanica attraverso il materiale di entrambi 1 corpi figura 3 73 1 Il transitorio dell onda piuttosto rapido Quando il fronte dell onda colpisce il trasduttore di shock pulse provocher un oscillazione smorzata della massa di riferimento del trasduttore L ampiezza di picco in funzione della velocit d impatto Nella fase seguente della collisione entrambi corpi iniziano a vibrare figura 3 73 2 La frequenza di questa vibrazione in funzione della massa e della forma dei corpi in collisione Un trasduttore di shock pulse reagisce con una oscillazione di grande ampiezza agli shock pulse deboli
268. ttriche in Italia dal 1988 al 2009 2 L uso di un energia di questo tipo genera preoccupazione perch all attuale tasso di consumo la durata stimata delle scorte salvo la scoperta di altri giacimenti va dai 40 60 anni per il gas naturale e il petrolio ai 200 anni per il carbon fossile e una volta terminate il mondo potrebbe trovarsi nella necessita impellente di cambiare la sua fonte di energia 3 L esaurimento delle fonti fossili non avverra in maniera istantanea ma secondo un andamento a campana che prevede un picco di produzione per una certa data al di l del quale previsto un progressivo e graduale esaurimento il cosiddetto picco di Hubbert Secondo Balzani ed Armaroli difficile stabilire quando si raggiunger il picco di produzione del petrolio Ci sono certamente giacimenti che debbono ancora essere scoperti ma non si sono pi trovati grandi giacimenti da almeno 20 anni ed certo che 1 grandi giacimenti dell Arabia Saudita del Kuwait e del Messico sono in declino Gli ottimisti ritengono che il picco di produzione si raggiunger in una trentina d anni mentre 1 pessimisti ritengono che sia gi stato raggiunto Le stime delle riserve suggeriscono che il picco di produzione per il gas dovrebbe avvenire poco dopo quello del petrolio ma anche su questo punto regna molta incertezza Negli ultimi 10 anni c stato un forte aumento nei consumi di gas a causa del fatto che le centrali a gas di ultima generazione
269. ulazione della risposta del controllo di frequenza ad un disturbo di carico senza controllo di fase a e con controllo di fase b Dotando il sistema di controllo di fase possibile azzerare tale errore che si visto essere tra le condizioni fondamentali per la richiusura del parallelo isola rete Per realizzare il controllo di fase necessario che il regolatore riceva il segnale della tensione di rete da utilizzare come riferimento per la tensione generata Non sufficiente comparare solamente il valore efficace delle tensioni ma la forma d onda completa quindi anche frequenza e fase In figura 3 18 b riportata la risposta tipica di un sistema con controllo di fase La sovraelongazione della curva di frequenza desiderata in modo da recuperare la differenza di fase per azzerarla occorre che le aree negativa e positiva dell errore di frequenza siano di ugual valore La differenza massima di fase si ha nel punto in cui l errore di frequenza cambia di segno Nel caso in cui la differenza di fase superasse 1 180 potrebbe essere pi efficiente che la frequenza rimanesse sotto il valore nominale in modo da azzerare pi velocemente la differenza di fase In questo caso il criterio dell eguaglianza delle aree nel grafico della frequenza ancora valido facendo riferimento al punto di attraversamento dei 180 Il tempo di ripristino si riduce tanto pi si aumenta la differenza di frequenza Tuttavia non sufficiente comparar
270. ulle stime delle riserve e nemmeno sul prezzo del greggio si faccia riferimento alle figure 1 4 e 1 5 Le operazioni di chiusura del pozzo sono terminate il 15 luglio 2010 dopo numerosi tentativi falliti a causa della difficolt di operare a pressioni cos elevate Il 7 maggio 2010 BP ha tentato di arginare la falla utilizzando una cupola di cemento e acciaio dal peso di 100 tonnellate operazione Top Kill ma la perdita non si arrestata Si poi approntato una nuova strategia provvisoria detta progetto Lower Marine Riser Package LMRP con la posa in opera di un imbuto convogliatore sospeso sopra al pozzo e collegato ad una nave cisterna in superficie volta a recuperare almeno in parte il petrolio che fuoriusciva senza controllo dal pozzo sul fondo del mare in attesa di trovare una strategia risolutiva In contemporanea la BP iniziava a trivellare due pozzi sussidiari in previsione di raggiungere ad agosto 2010 il condotto del pozzo per sigillarlo in profondit con iniezioni di cemento e fango Il 10 luglio 2010 stato effettuato un secondo tentativo con un nuovo tappo e dopo cinque giorni le perdite sono state bloccate I lavori di sigillamento sono terminati il 19 settembre 2010 dopo 5 mesi dall esplosione della piattaforma petrolifera con la cementificazione definitiva del pozzo attraverso 1 due pozzi collaterali di emergenza Il prezzo del petrolio dal 1861 a gennaio 2009 riportato nel grafico di figura 1 5 Crude oil p
271. un improvvisa diminuzione la coppia elettromagnetica deve pure diminuire Ci implica una diminuzione dell angolo 6 La nuova situazione di regime non raggiunta per istantaneamente ma solo dopo una serie di oscillazioni attorno alla posizione di equilibrio finale per l inerzia delle masse rotanti Se la situazione iniziale rappresentata dall angolo 0 mentre quella finale dall angolo 6 nei grafici che si succedono nel tempo l angolo 6 tra la tensione a vuoto della macchina e la tensione di rete varia fino ad assestarsi sulla posizione finale Qualitativamente se la coppia motrice diminuisce bruscamente il rotore rallenta quindi la sua velocit diventa inferiore a quella di sincronismo e l angolo 6 diminuisce Nel momento in cui l angolo raggiunge il valore per cui la coppia elettromagnetica uguale alla nuova coppia motrice la velocit di rotazione ancora minore di quella di sincronismo per cui 6 diminuisce ancora per l inerzia del rotore La coppia elettromagnetica resistente diventa perci minore della coppia motrice e il rotore accelera ritornando alla velocit di sincronismo quando langolo inferiore a 62 La coppia motrice 94 Capitolo 3 Generatori sincroni Marelli Motori ancora superiore alla resistente continua ad accelerare il rotore che supera la velocit di sincronismo L angolo allora aumenta ma per 6 62 la velocit del rotore superiore a quella di sincronismo per cui langolo 6 continu
272. una configurazione a ventaglio come indicato nell esempio di figura 4 7 Figura 4 7 Esempio di posizionamento a ventaglio di 5 poli in catena chiusa Il controllore si realizza con un vettore di guadagni posto nell anello di retroazione ed eventualmente un integratore nella catena diretta per eliminare eventuali errori a regime Si fa uso di uno stimatore dello stato quando non possibile misurarlo direttamente perch non completamente accessibile o di dimensione troppo elevata per predisporre altrettanti trasduttori o anche quando pur potendolo misurare l errore che si commette nella misurazione maggiore di quello che si commette andandolo a stimare Affinch la stima sia possibile occorre che il sistema sia osservabile 165 Capitolo 4 Simulazione di un controllo ottimo Per costruire un osservatore di stato necessario costruire un sistema dinamico che a partire dalla conoscenza degli ingressi u t e delle uscite y t riesca a stimare lo stato garantendone la convergenza lim lx t t 0 dove t e lo stato stimato bene notare che integrando il modello riusciremmo ad ottenere l evoluzione di stato a meno di una costante se dunque la condizione iniziale all inizio dell osservazione non nulla non riusciremmo a raggiungere la convergenza dello stato osservato con quello reale Un espressione classica per l osservatore di stato la seguente x t F t Lult Gy t Assumendo la m
273. uone caratteristiche di robustezza alle perturbazioni le curve delle grandezze monitorate sono riportate nelle figure 4 10 4 11 e 4 12 del paragrafo 4 4 163 Capitolo 4 Simulazione di un controllo ottimo 4 2 Controllo classico Il controllo PID si presta bene in ambito industriale in tutte le applicazioni SISO Single Input Single Output di facile progettazione implementabile in diverse tecnologie pneumatiche o elettroniche sia analogiche che digitali e di facile taratura La progettazione di un controllore PID si effettua in genere a partire dal modello matematico del sistema Spesso lo studio nel dominio del tempo diventa molto difficile a causa della necessit di risolvere equazioni differenziali Quindi attraverso delle trasformazioni in gergo le trasformate di cui le pi famose sono quelle di Fourier e quelle di Laplace si studia lo stesso sistema con tecniche di tipo algebrico nel dominio della frequenza e una volta ottenuto il risultato si antitrasforma antitrasformata per tornare nel dominio del tempo Le posizioni nel piano complesso dei poli e degli zeri della funzione di trasferimento del sistema determinano 1 modi di risposta e in particolare la stabilit del sistema stesso Nei sistemi causali LTI Lineari Tempo Invarianti quali 1 sistemi fisici le cui uscite non dipendono dai valori futuri degli ingressi la funzione di trasferimento possiede un polinomio a denominatore di grado non inferiore al grado d
274. usivamente alla produzione di energia termica non rientra nella determinazione della produzione di energia termica utile Et L eventuale utilizzo di vapore per iniezione nelle turbine a gas non energia termica utile Et somma delle due componenti Et iy Eting Le quantit di energia precedenti sono espresse in MWh ed arrotondate con criterio commerciale alla terza cifra decimale 190 Nes il rendimento elettrico medio netto definito come rapporto tra la produzione annua netta di energia elettrica e l energia primaria del combustibile immessa annualmente nell impianto entrambe riferite all anno solare Nts civ il rendimento termico netto medio annuo definito come rapporto tra la produzione annua netta di energia termica e l energia primaria del combustibile immessa annualmente nell impianto entrambe riferite all anno solare della modalit di riferimento per la produzione di sola energia termica per usi civili Et y Nts ina il rendimento termico netto medio annuo definito come rapporto tra la produzione annua netta di energia termica e l energia primaria del combustibile immessa annualmente nell impianto entrambe riferite all anno solare della modalit di riferimento per la produzione di sola energia termica per usi industriali Et nd p un coefficiente che rappresenta le minori perdite di trasporto e di trasformazione dell energia elettrica che gli impianti cogenerativi comportano quando autoco
275. uttiva ai sensi del decreto legislativo 19 dicembre 2003 n 379 e dell allegato A alla delibera dell autorit per l energia elettrica e il gas n 48 04 Aggiornamento I Agosto 2010 15 Mille Luigi Servizio Rifiuti e residui recuperabili della Regione Lombardia Torcia al plasma giugno 1999 16 Rapallo B In merito agli inceneritori di rifiuti gassificatori e torce al plasma Ambiente Liguria 2005 17 Lapa et al An ecotoxic risk assessment of residue materials produced by the plasma pyrolysis vitrification PP V process Waste Management 2002 18 WNA Report The new economics of Nuclear Power Aprile 2010 19 Massachusetts Intitute of Technology The future of the nuclear power 2009 20 WNA Report Nuclear Power in Italy Maggio 2010 21 Autorit di Bacino Pilota del fiume Serchio Bilancio idrico del bacino del lago di Massaciuccoli 20 febbraio 2007 22 C Penche Guida all idroelettrico minore per un corretto approccio alla realizzazione di un piccolo impianto Settembre 1998 23 A Brusa E Guarnone E Smedile Progetto Res amp Rue Dissemination Dossier Micro Idroelettrico A P E R 24 GSE L idrico Dati Statistici al 31 dicembre 2008 183 Bibliografia 25 Direttiva 2001 77 CE del Parlamento Europeo e del Consiglio del 27 settembre 2001 sulla promozione dell energia elettrica prodotta da fonti energetiche rinnovabili nel mercato interno dell
276. ve Ec Ee Etay Etina Nes P Ntsciv Mts ina IRE 1 Ec energia primaria dei combustibili utilizzati da una sezione di produzione combinata di energia elettrica e calore il contenuto energetico dei combustibili utilizzati pari al prodotto del peso o del volume di ciascun tipo di combustibile utilizzato nel corso dell anno solare per il rispettivo potere calorifico inferiore Nel caso di sezioni a ciclo combinato con post combustione l energia primaria del combustibile utilizzato comprende anche il contenuto energetico del combustibile che alimenta il post combustore Nel caso di sezioni alimentate da gas di sintesi l energia primaria del combustibile utilizzato comprende il contenuto energetico di tutti 1 combustibili utilizzati inclusi quelli che alimentano un eventuale sistema di gassificazione Ee produzione di energia elettrica netta di una sezione di produzione combinata di energia elettrica e calore la quantit di energia elettrica lorda prodotta dalla sezione nell anno solare diminuita dell energia elettrica destinata ai servizi ausiliari della sezione e delle perdite nei trasformatori principali I servizi ausiliari includono i servizi posti sui circuiti che presiedono alla produzione di energia elettrica e di calore inclusi quelli di un eventuale sistema di gassificazione ed escludono 1 servizi ausiliari relativi alla rete di trasporto e distribuzione del calore come le pompe di circolazione dell acqua calda
277. viene ricaricato durante la notte e le masse d acqua riportate a monte possono quindi essere riutilizzate nelle ore di maggiore richiesta energetica 44 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili Le centrali di questo tipo sono dette impianti ad accumulazione In essi si realizzano gruppi ternari di macchine ossia la turbina la pompa e il macchinario elettrico che essendo reversibile funziona all occorrenza da generatore o da motore Nel caso l impianto sia dotato esclusivamente di un bacino di monte e un bacino di valle senza dunque una componente fluente la centrale viene detta centrale idroelettrica a ciclo chiuso o anche stazione di pompaggio In taluni impianti altres possibile sfruttare la reversibilit di talune turbine come ad esempio la Turbina Francis che nel suo funzionamento inverso funziona da pompa riducendo 1 costi di impianto e di manutenzione a fronte di una accettabile perdita di rendimento L energia prodotta dalle centrali idroelettriche da classificarsi a tutti gli effetti come energia pulita non vi sono emissioni e rinnovabile in quanto almeno in teoria l acqua pu essere riutilizzata infinite volte per lo stesso scopo senza depauperamento Il concetto di rinnovabilit subordinato alla costanza del volume annuo degli afflussi integrali Un problema connesso alle centrali idroelettriche il progressivo interrimento cui inevitabilmente vanno
278. vvenuto per cause in gran parte dovute all errore umano la tecnologia stata notevolmente migliorata a vantaggio della sicurezza I paesi che soddisfano il proprio fabbisogno energetico interno tramite l energia nucleare sono 1 seguenti e Francia 76 fabbisogno energetico interno e Paesi dell Europa dell Est 40 50 e Unione europea 35 e Paesi OCSE 25 e USA 20 Il presidente degli Stati Uniti con l ultima finanziaria tornato ad investire sulle centrali nucleari a distanza di trent anni dall ultima costruzione definendo l atomo di uranio green energy Costi dell energia nucleare I costi di generazione per singolo kWh sono difficili da calcolare perch influenzati prevalentemente dal costo dell impianto e solo in misura minore dal prezzo del combustibile Al gennaio 2010 secondo la World Nuclear Association WNA il costo indicativo totale di 1 kg di UO ovvero l uranio in forma combustibile era di 2 555 con un incidenza sui costi di generazione di 0 71c kWh Il costo del minerale raffinato yellowcake necessario a produrre kg di ossido di uranio combustibile era pari a 1 028 cio circa il 40 del costo di produzione del carburante nucleare 18 Un recente 2009 studio del Massachusetts Institute of Technology ha evidenziato per gli impianti di nuova costruzione che il costo del kWh nucleare superiore a quello di gas e carbone Questo dovuto a vari fattori 19 e Investimento iniz
279. za di residui solidi o detriti di qualsiasi tipo nell acqua turbinata e Facilit di manutenzione e di esercizio e Costi di installazione notevolmente ridotti In Italia nel 2008 sono stati censiti 2 184 impianti idroelettrici da fonte di energia rinnovabile escludendo cio gli impianti di pompaggio puro e misto per una potenza efficiente lorda di 17 623 MW 24 Tabella 2 2 Impianti idroelettrici italiani da fonte rinnovabile dicembre 2008 Classi di potenza N MW Mini 0 1MW Piccole 1 10MW 2 156 018 3 Grandi gt 10 MW 17 62 47 Capitolo 2 Impiego dei generatori sincroni nelle energie rinnovabili La direttiva 2001 77 CE sulla promozione del energia elettrica prodotta da fonti energetiche rinnovabili FER nel mercato interno dell elettricit prevede che gli stati membri fissino ogni 5 anni un obiettivo di consumo di elettricit prodotta da FER previsto per i successivi 10 anni espresso in termini di rapporto fra la produzione da FER e il consumo energetico lordo Per quanto concerne l Italia stato proposto un valore pari al 25 da raggiungere al 2010 accanto al valore del 22 indicato come pi realistico nell ipotesi di un consumo interno lordo al 2010 pari a 340 TWh 25 Il Libro Bianco per la valorizzazione delle fonti rinnovabili 1999 indica una stima della percentuale di produzione idroelettrica rispetto a quella complessiva da FER per gli anni 2008 2012 pari al 62 Se
280. zione di grandi impianti eolici nelle gole attraverso le quali il vento arrivava alla citt che hanno provocato l innalzamento delle correnti eoliche e lo scavalcamento della citt da parte dei venti Possibili miglioramenti Vi sono nuove tecniche che permettono di installare aerogeneratori anche dove fino a qualche tempo fa non era pensabile Sono state create nuove forme per le pale degli aerogeneratori per limitare l ingombro sono stati creati alberi di trasmissione lenti in modo da limitare notevolmente l inquinamento acustico e vi sono vari incentivi che permettono di ammortizzare il costo nel giro di pochissimi anni 1 3 7 Centrali solari termiche Per centrali solari si intendono le centrali solari termiche che sfruttano l energia solare da non confondersi con 1 pannelli fotovoltaici che per rendimento quantita di energia prodotta e costi non possono ancora essere oggi considerate centrali 38 Capitolo 1 Fabbisogno energetico Le centrali solari termiche utilizzano come principio di base quello delle centrali termiche classiche anche in questo caso la differenza sta nel metodo in cui viene scaldata l acqua della caldaia Normalmente la centrale formata da una superficie nella quale sono posti centinaia di specchi che concentrano 1 raggi solari in unico punto centrale detto fuoco nel quale si trova la caldaia Questa colpita da tutti i raggi deviati dagli specchi si scalda fino a raggiungere temperature suffi

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents

Les leçons paradoxales de l`évaluation de la politique de la  Cables Direct B6ST-703B networking cable  DOSSIER DE PRESSE  Barreira imaterial de segurança tipo 4  Pioneer PDP-436RXE User's Manual  Manual do usuário - Epson America, Inc.  

Copyright © All rights reserved. Failed to retrieve file