PICCOLE CENTRALI IDROELETTRICHE
SU ACQUEDOTTO
Ing. Matteo Palmieri
Seminario “Micro e mini idro: tecnologie per le piccole portate e i piccoli salti”
EcoAppennino – Porretta Terme, 28 settembre 2007
ARGOMENTI TRATTATI
1. Concetti idraulici di base
2. Il problema delle sovrapressioni nelle condotte
e la soluzione della turbina idraulica
3. Descrizione di un impianto idroelettrico su
acquedotto
4. Costi indicativi di realizzazione
5. Considerazioni
6. Esempi di impianti realizzati
ENERGIA DI UNA CONDOTTA IN PRESSIONE
1. Concetti idraulici
di base
2. Il problema delle
sovrapressioni
3. L’impianto
4. Costi
5. Considerazioni
finali
6. Esempi di
impianti
E = z + p/γ + αv2/2g
Energia di
posizione
Energia di
pressione
Energia
cinetica
(Teorema di Bernoulli)
γ = 1000 kg/m3 (acqua)
ENERGIA DI UNA CONDOTTA IN PRESSIONE
1. Concetti idraulici
di base
2. Il problema delle
sovrapressioni
3. L’impianto
4. Costi
5. Considerazioni
finali
6. Esempi di
impianti
E = z + p/γ + αv2/2g = H (carico idraulico totale)
z + p/γ = h (carico piezometrico)
MOTO IN UNA CONDOTTA ACQUEDOTTISTICA
1. Concetti idraulici
di base
Caso di acquedotto montano: forte dislivello tra presa
e serbatoio di distribuzione
2. Il problema delle
sovrapressioni
J = ∆H/L
∆H
3. L’impianto
H1
4. Costi
5. Considerazioni
finali
6. Esempi di
impianti
L
Z=0
H2
utenze
Serbatoio di presa
Linea carichi piezometrici
Serbatoio di distribuzione
Condotta in pressione
H1 − H 2 ∆H
=
=J
L
L
J = pendenza motrice
SOVRAPRESSIONI NELLA CONDOTTA
1. Concetti idraulici
di base
Caso di acquedotto montano: forte dislivello tra presa
e serbatoio di distribuzione
2. Il problema delle
sovrapressioni
Linea dei carichi piezometrici
3. L’impianto
4. Costi
P
5. Considerazioni
finali
6. Esempi di
impianti
Pp/γ
H1
zp
L
H2
utenze
Z=0
Nel punto P il carico piezometrico hp è dato da:
hp = zp + pp/γ
con
pp/γ >> zp
Pressione molto elevata nella condotta
Problemi di resistenza dei materiali e di perdite idriche
RIMEDI PER LE SOVRAPRESSIONI
1. Concetti idraulici
di base
Linea dei carichi piezometrici
con valvola regolatrice o vasca
2. Il problema delle
sovrapressioni
Linea dei carichi piezometrici
senza valvola regolatrice o vasca
3. L’impianto
H1
4. Costi
P
5. Considerazioni
finali
6. Esempi di
impianti
Pp/γ
zp
L
Z=0
H2
utenze
A monte del punto P si inserisce:
• Una valvola regolatrice di dissipazione delle pressioni in
esubero
• Una vasca di calma che riporta la pressione a Patm
In entrambi i casi il problema viene risolto dissipando
parte dell’energia di pressione posseduta dalla corrente
UNA POSSIBILE SOLUZIONE: LA TURBINA
1. Concetti idraulici
di base
Linea dei carichi piezometrici
2. Il problema delle
sovrapressioni
∆H recuperato
3. L’impianto
H1
4. Costi
T
5. Considerazioni
finali
6. Esempi di
impianti
H2
Z=0
utenze
La turbina idraulica T recupera l’energia di pressione da
cedere per trasformarla in corrente elettrica
Si ha contemporaneamente:
- RIDUZIONE DEI CARICHI PIEZOMETRICI
- PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA “PULITA”
1. Concetti idraulici
di base
2. Il problema delle
sovrapressioni
L’IMPIANTO IDROELETTRICO
SU ACQUEDOTTO
CONDIZIONI:
• elevata altezza di caduta
• basse portate, a partire da 5 l/s
130
3. L’impianto
Curva di combinazione
minima salto-portata
120
110
4. Costi
6. Esempi di
impianti
90
Salto utile (m)
5. Considerazioni
finali
100
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
5
10
15
20
25
Portata (l/s)
30
35
40
45
50
1. Concetti idraulici
di base
2. Il problema delle
sovrapressioni
3. L’impianto
4. Costi
5. Considerazioni
finali
6. Esempi di
impianti
L’IMPIANTO IDROELETTRICO
SU ACQUEDOTTO
PRESUPPOSTI IDEALI:
• condotta già dotata della resistenza alla pressione
necessaria per l’impianto;
• condotta danneggiata o comunque da sostituire;
• possibilità di alloggiamento turbina entro locali
esistenti;
• vicinanza alla linea elettrica.
TIPI DI TURBINA:
• Pelton
• Francis
1. Concetti idraulici
di base
2. Il problema delle
sovrapressioni
L’IMPIANTO IDROELETTRICO
SU ACQUEDOTTO
SCHEMI DI IMPIANTO
1) Con scarico in serbatoio a pelo libero
3. L’impianto
4. Costi
5. Considerazioni
finali
6. Esempi di
impianti
2) Con scarico diretto nella rete di distribuzione
1. Concetti idraulici
di base
L’IMPIANTO IDROELETTRICO
SU ACQUEDOTTO
ELEMENTI E ACCORGIMENTI NECESSARI:
2. Il problema delle
sovrapressioni
• by-pass turbina e valvola di riduzione della
pressione;
3. L’impianto
• turbine senza organi lubrificati a contatto con
l’acqua e uso di materiali igienici (acciaio inox);
4. Costi
• sfruttamento delle sole pressioni in esubero;
5. Considerazioni
finali
6. Esempi di
impianti
• accurato sistema di controllo e gestione
automatica dell’impianto.
POTENZE RAGGIUNGIBILI:
Dipendenti dalla combinazione salto-portata,
da 5 a 800 kW
PRODUZIONE ANNUA DI ENERGIA ELETTRICA:
Molto elevata, fino a 2.500 MWh per grandi salti alpini
L’IMPIANTO IDROELETTRICO
SU ACQUEDOTTO
1. Concetti idraulici
di base
COSTI INDICATIVI:
2. Il problema delle
sovrapressioni
3. L’impianto
4. Costi
5. Considerazioni
finali
6. Esempi di
impianti
Molto variabili a seconda della potenza dell’impianto
e delle opere civili da realizzare
Caso I: impianto da 20 kW
Fornitura e installazione turbina –
generatore, quadro elettrico di
controllo e gestione dell’impianto
50 – 60.000 €
Realizzazione fabbricato
30 – 40.000 €
TOTALE
80 – 100.000 €
L’IMPIANTO IDROELETTRICO
SU ACQUEDOTTO
1. Concetti idraulici
di base
Caso II: impianto da 100 kW
2. Il problema delle
sovrapressioni
3. L’impianto
Fornitura e installazione turbina –
generatore, quadro elettrico di
controllo e gestione dell’impianto
4. Costi
Realizzazione fabbricato
5. Considerazioni
finali
TOTALE
6. Esempi di
impianti
140 – 150.000 €
40 – 50.000 €
180 – 200.000 €
UNA RISORSA DA SFRUTTARE
1. Concetti idraulici
di base
2. Il problema delle
sovrapressioni
3. L’impianto
4. Costi
5. Considerazioni
finali
6. Esempi di
impianti
VANTAGGI:
1) Recupero di energia altrimenti dissipata;
2) Costi contenuti (assenza di opere di presa,
dissabbiatori, vasche di carico ecc.);
3) Impatto ambientale ridottissimo.
SVANTAGGI:
1) Necessità di accurato sistema di controllo e
gestione dell’impianto per assicurare
l’approvvigionamento idrico in ogni condizione;
2) Necessità di accorgimenti costruttivi per non
alterare le caratteristiche qualitative dell’acqua.
L’IMPIANTO DI FANANO (MO)
1. Concetti idraulici
di base
2. Il problema delle
sovrapressioni
3. L’impianto
4. Costi
5. Considerazioni
finali
6. Esempi di
impianti
Anno di costruzione
2003
N°turbine
1
Tipo turbine
Pelton
N°condotte in pressione
2 (1 da presa “Cimoncino”,
1 da presa “Doccione”)
Costruzione e installazione
turbine e quadro di controllo
Greenpower s.r.l., Belluno,
Italia
Salto utile max.
350 m
Potenza erogata
95 kW
Producibilità media
400.000* kWh/anno
* con impianto regolato a potenza di 68-70 kW
I ricavi da vendita energia + certificati verdi
hanno permesso di recuperare i costi di
realizzazione dell’impianto in poco più di 3 anni
L’IMPIANTO DI FANANO (MO)
1. Concetti idraulici
di base
2. Il problema delle
sovrapressioni
3. L’impianto
4. Costi
5. Considerazioni
finali
6. Esempi di
impianti
Il gruppo turbina - generatore
L’IMPIANTO DI FANANO (MO)
1. Concetti idraulici
di base
2. Il problema delle
sovrapressioni
3. L’impianto
4. Costi
5. Considerazioni
finali
6. Esempi di
impianti
Il fabbricato
ESEMPI DI ALTRI IMPIANTI IN APPENINO
1. Concetti idraulici
di base
Impianto “Madonna Manù” (AP)
Realizzazione: Hydrowatt s.p.a. – Folignano (AP)
2. Il problema delle
sovrapressioni
3. L’impianto
4. Costi
5. Considerazioni
finali
6. Esempi di
impianti
Località
Lapedona (AP)
Risorsa idrica utilizzata
Sorgenti Fiume Aso
Strutture idrauliche utilizzate
Consorzio Idrico
Intercomunale del Piceno
N°turbine
1
Tipo turbine
Pelton
Portata nominale
20 l/s
Salto utile max.
280 m
Potenza erogata
55 kW
Producibilità media
250.000 kWh/anno
Anno di costruzione
2002
Anno messa in servizio
2002
ESEMPI DI ALTRI IMPIANTI IN APPENINO
1. Concetti idraulici
di base
Impianto “SS. Annunziata” (AP)
Realizzazione: Hydrowatt s.p.a. – Folignano (AP)
2. Il problema delle
sovrapressioni
Località
SS. Annunziata (Ascoli
Piceno)
Risorsa idrica utilizzata
Sorgenti Fiume Pescara
Strutture idrauliche utilizzate
Acquedotto del Pescara
N°turbine
1
Tipo turbine
Francis
Portata nominale
150 l/s
Salto utile max.
60 m
Potenza erogata
60 kW
Producibilità media
500.000 kWh/anno
Anno di costruzione
1994
Anno messa in servizio
1994
3. L’impianto
4. Costi
5. Considerazioni
finali
6. Esempi di
impianti
ESEMPI DI ALTRI IMPIANTI IN APPENINO
1. Concetti idraulici
di base
Impianto “Rovetino” (AP)
Realizzazione: Hydrowatt s.p.a. – Folignano (AP)
2. Il problema delle
sovrapressioni
3. L’impianto
4. Costi
5. Considerazioni
finali
6. Esempi di
impianti
Località
Rovetino (Rotella, AP)
Risorsa idrica utilizzata
Sorgenti Fiume Aso
Strutture idrauliche utilizzate
Acquedotto Monti Sibillini
N°turbine
3
Tipo turbine
Francis
Portata nominale
270 + 250 l/s
Salto utile max.
180 + 40 m
Potenza erogata
2x315 + 1x135 kW
Producibilità media
4.000.000 kWh/anno
Anno di costruzione
2001
Anno messa in servizio
2001
ESEMPI DI ALTRI IMPIANTI IN APPENINO
1. Concetti idraulici
di base
2. Il problema delle
sovrapressioni
3. L’impianto
4. Costi
5. Considerazioni
finali
6. Esempi di
impianti
Impianto “Madonna del Rosario” (ROMA)
Realizzazione: Tamanini s.n.c. – Mattarello (TN)
Strutture idrauliche utilizzate: acquedotto di Peschiera
(ACEA S.p.A. - Roma)
N°turbine: 2 Tipo turbine: Francis Potenza erogata: 320 kW