L'utilizzo di sistemi eolici per la produzione di energia da fonti rinnovabili in cantiere : analisi ed applicazioni ad un caso di studio

This thesis is part of the study of energy consumption into the building construction area, and tries to find a possible solution to electrical cost’s problems due to the energy requirements of every construction sites, through on-site installation of a power plant capable of producing electricity using renewable energy. Has been specifically analyzed the feasibility, benefits and difficulties regarding the use of a small wind system. We will start performing an analysis of the state of the art of wind technology, useful to perform comparative performance analysis that gives the possibility to identify which system is more suitable for a construction site. It is explained the composition and how a wind turbine system works as well and also a clarification on what is the behavior of the wind is given. In a second time we proceed by defining which are the machines and tools used in a construction site that require electric current and how much power require for their use, reporting information related to electrical total cost of some construction site. This is done to raise awareness to the reader as the energy’s cost is an expensive part into company’s budget and then leads to justify the purpose of this paper, which is to find a solution that reduces costs for construction companies. In the second part of the thesis it is developed a case study, which analyzes the power consumption during the in-site operations, which are studied in details, explaining the methodology for each of them through the use of the Building Information Modeling (BIM) , the duration and the equipment used. It is performed an energy’s costs analysis required by each operation and an analysis of the costs due to the purchase and installation of a small wind system that is able to cover the energy demand as well. Finally it is carried out the calculation of the return of the investment in order to verify whether such a solution is able to bring benefits. Determined that the system is convenient, it has been decided to install wind turbines on the crane’s counterjib, because in this way they are placed at high altitude, ideal for their energy efficiency and at the same time are far from the workplace thus ensuring security for operators. This hypothesis is evaluated by performing audits on energy efficiency, on forces acting on the turbine and the crane’s immobility. It is also being studied the turbine’s placement mode on the counterjib through the use of the BIM system that allows a more efficient analysis.

La presente tesi si inserisce nell’ambito dello studio dei consumi energetici cantieristici, e cerca di trovare una possibile soluzione al problema dei costi elettrici dovuti alla richiesta energetica del cantiere, attraverso l’installazione in loco di un impianto in grado di produrre energia elettrica sfruttando fonti di energia rinnovabile. Vengono nello specifico analizzate la fattibilità, i benefici e le criticità riguardanti lo sfruttamento di un impianto di tipo eolico. Si parte eseguendo un’analisi dello stato dell’arte della tecnologia eolica, utile per effettuare un’analisi prestazionale comparativa che dia la possibilità di individuare quale sistema sia più adatto all’utilizzo in un ambiente cantieristico. Viene spiegata quale sia la composizione e il funzionamento di un impianto eolico e viene inoltre dato un chiarimento su quale sia il comportamento del vento. Successivamente si procede definendo quali siano le macchine a le attrezzature da cantiere che necessitano di corrente elettrica e quanta potenza richiedano per il loro utilizzo, riportando qualche dato riguardante il costo elettrico totale di alcuni cantieri. Questo viene fatto per far prendere coscienza al lettore di come il costo energetico del cantiere gravi sulle tasche dell’impresa e quindi porta a giustificazione lo scopo di tale elaborato, ovvero quello di trovare una soluzione che alleggerisca il carico fiscale dell’impresa costruttrice. Nella seconda parte della tesi viene sviluppato un caso di studio, in cui vengono analizzati i consumi elettrici conseguenti allo svolgimento delle lavorazioni, le quali vengono studiate nel dettaglio, chiarendo per ciascuna la metodologia di svolgimento attraverso l’utilizzo del Building Information Modelling (BIM), la durata e le attrezzature utilizzate. Viene effettuata sia un’analisi dei costi derivanti dalla richiesta di energia per lo svolgimento dei lavori che un’analisi dei costi dovuti all’acquisto e all’installazione di un impianto mini eolico che sia in grado di coprire la mia richiesta energetica. Infine viene svolto il calcolo del tempo di ritorno per verificare effettivamente se tale soluzione sia in grado di portare benefici. Stabilito che il sistema è conveniente, si decide di installare delle turbine eoliche sulla controfreccia della gru, in quanto in questo modo vengono poste ad alta quota, ideale per la loro resa energetica e nel contempo sono lontane dal luogo di lavoro garantendo così la sicurezza agli operatori presenti. Questa ipotesi viene valutata effettuando delle verifiche sulla resa energetica, sulle forze agenti sulla turbina e sulla staticità della gru. Viene studiata anche la modalità di posizionamento delle turbine sulla controfreccia attraverso l’utilizzo del sistema BIM che permette una più efficiente analisi della lavorazione.