Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria Corsi di laurea specialistica in Ingegneria Meccanica e per l’Ambiente e il Territorio Corso di Impatto ambientale Modulo b) Aspetti energetici prof. ing. Francesco Asdrubali a.a. 2007/08 Energia Idroelettrica Teorema di BERNOULLI tra sezioni 1 e 2 u12 P2 u22 gH ξ 2 2 P1 P1 P2 Patm z H Patm z 0 2 u1 u22 gH 2 gH ξ E gH ' Se ' 0 energia captata dall’impianto idroelettrico Po gHG u1 u2 Po 9,81HG [W] se [G] = m3/s KW Pe (potenza elettrica ai morsetti alternatore) Pe = 9,81 H G η E Pe Po rendimento globale impianto 9,81H (energia elettrica E prodotta da 1 m3 di acqua che compie il salto H, espressa in KWh) 3600 E H 500 (ponendo η = 0,73) con 500 m di caduta, ad ogni m3 di acqua corrisponde 1 KWh RENDIMENTI DI UN IMPIANTO IDROELETTRICO Pe Po rendimento globale suddividiamo la perdita (1-η) nelle diverse aliquote H = caduta geodetica H ‘ = caduta netta a monte turbina H H' ' / g se Po = gHρG t Pm = gH’ρG Pt rendimento turbina Pm (m.c.a.) Pm H '1 ' a 1 rendimento opere adduz. Po H gH P i i rendimento idraulico Pm t im P m t rendimento meccanico Pi Pi = potenza ceduta dall’acqua alle palette Pt = potenza trasferita all’asse della turbina aime e Pe Pt rendimento elettrico RENDIMENTO GLOBALE tempi di ammortamento del capitale lunghi IMPIANTI IDROELETTRICI contenute spese di esercizio e manutenzione IL COSTO DEL KWh DIPENDE PRINCIPALMENTE DAL COSTO DELL’INVESTIMENTO INIZIALE E DAGLI INTERESSI PASSIVI costo del KWh/valore del KWh Valutazione delle risorse idriche curve isoiete PIOVOSITA’ (pluviometro) 800÷1000 mm/anno V C Vo Coefficiente di deflusso V = volume defluito in un certo t Vo = volume affluito nello stesso t C=1 P = precipitazioni d = deflussi curva idrodinamica valore idrodinamico [m Km2] Impianti ad acqua fluente Impianti ad acqua fluente: scelta della portata di progetto c = costo unitario medio KWh prodotto G = portata media giornaliera curva delle produzioni P = potenza media giornaliera E = energia totale prodotta in un anno curva dei costi totali C = costi totali in un anno curva del costo del KWh Impianti a bacino Impianti a bacino T V GdT curva deflussi o Gm = V/T modulo curva afflussi he = KT1,5 [mm] K = 2,25 ÷ 2,00 VISENTINI Impianti ad accumulazione per pompaggio IMPIANTI AD ACCUMULAZIONE PER POMPAGGIO - scelta della capacità dei serbatoi (minore) - durata della accumulazione riserva strategica di energia costi impatto ambientale almeno uno dei bacini naturali pompe sotto battente (cavitazione) classificazione alta/altissima caduta CLASSIFICAZIONE TURBINE media caduta a) alta/altissima caduta H>600-700 m macchina elettrica gruppi ternari Potenze da qualche diecina di KW a centinaia di MW Salti da qualche m a 2.000 m Portate da qualche m3/s a parecchie centinaia turbina (PELTON) di m3/s pompa PELTON b) media caduta H fino a 700 m FRANCIS gruppi ternari costo di I° impianto -20÷30% rendimenti paragonabili Classificazione FRANCIS KAPLAN IMPIANTI AD ACCUMULAZIONE PER POMPAGGIO E2 E1 Wel Wid E1 = energia prelevata dalla rete E2 = energia restituita alla rete Wel, Wid = perdite elettriche e idrauliche * W Wid E 2 E1 Wel Wid 1 el 0.75 E1 E1 E1 LIMITI DI CONVENIENZA ECONOMICA CTa, CTt Ca, Ct h cb ct η* costi totali anni centrali a pompaggio e tecniche di punta costi capitali n.ro di ore medio annuo di funzionamento a pieno carico costo marginale KWh di base impiegato per pompaggio costo marginale del KWh termico di punta rendimento di esercizio impianto pompaggio CTa CTt Ca hcb * Ct hct c Ca Ct h ct b* ponendo ct cb* CaCt+α h Ca Ct + h LIMITI DI CONVENIENZA ENERGETICA 1 * energia elettrica assorbita per il pompaggio 1 * b quantità di energia assorbita in termini di fonte primaria b = rendimento impianto termico di base 1 * b 1 TG TG = rendimento impianto di punta a Turbina a gas b = 0.33 TG = 0.28 * 0.82 la convenienza può essere solo di tipo economico e non energetico Turbine idrauliche
Scarica
