Energie rinnovabili sul territorio Novarese
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Introduzione energia ricavata da biogas e
centrali idroelettriche.
Come sono costituite le centrali (foto,
disegni e schemi).
Descrizione nei dettagli delle centrali
visitate.
Problematiche, vantaggi e svantaggi.
Conclusione.
Noi studenti delle classi quarte
dell’I.S.P.L. Nervi, abbiamo fatto visita alla
cascina Rovellina (Tornaco) per conoscere
il funzionamento dell’impianto a biogas e
preso visione delle centrali idroelettriche
di Olengo e Trecate.
Il Biogas
Con il termine biogas si intende una miscela di vari tipi di gas (per la
maggior parte metano, dal 50 all’ 80%) prodotta
dalla fermentazione batterica in anaerobiosi (assenza di ossigeno) dei
residui organici provenienti da rifiuti, vegetali in decomposizione,
carcasse in putrescenza, liquami zootecnici o fanghi di depurazione,
scarti dell'agro-industria. L'intero processo vede la decomposizione del
materiale organico da parte di alcuni tipi di batteri, producendo
anidride carbonica, idrogeno molecolare e metano (metanizzazione
dei composti organici).
Il biogas si forma spontaneamente nelle discariche. Le discariche di rifiuti
urbani ne sono quindi grandi produttori, visto che normalmente il 30-40% del
rifiuto è appunto materiale organico. Sono state sviluppate tecnologie ed
impianti specifici che, tramite l'utilizzo di batteri in appositi "fermentatori"
chiusi, sono in grado di estrarre grandi quantità di biogas dai rifiuti organici
urbani (preferibilmente da raccolte differenziate) e dal letame prodotto
dagli allevamenti o anche dai fanghi di depurazione e dai residui dell'agroindustria.
Il gas prodotto può essere quindi utilizzato per la combustione in caldaie da
riscaldamento o per produrre energia elettrica e/o calore. Il biogas è formato
prevalentemente da metano, pertanto con un necessario processo di
depurazione e separazione di altri componenti (per esempio, anidride
carbonica e zolfo) può essere usato come biometano per autotrazione (auto
e veicoli a metano). Quest'ultima applicazione ha trovato buon successo in
Paesi del centro Europa ed è in via sperimentale anche in Italia.
La potenza dell'impianto da
realizzare in azienda va
accuratamente scelta in base
alla disponibilità di biomasse
(reflui zootecnici, insilati,
granella, sottoprodotti, ecc…) e
di terreni per lo smaltimento,
anche alla luce delle limitazioni
poste dalla Direttiva Nitrati.
Diverse sono le aziende che
oggi sono in grado di offrire
impianti di digestione
anaerobica di buona qualità.
Occorre valutare attentamente
la rispondenza dell'impianto alle
proprie esigenze.
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Serbatoio: qui viene depositata la biomassa e periodicamente
aggiunta quella fresca. Per aumentare la percentuale di umidità
della sostanza organica di partenza si aggiunge solitamente un
minimo d'acqua.
Dispositivo di regolazione della portata: consente al refluo di
entrare per gravità nell’impianto;
Miscelatore: necessario per garantire una certa omogeneità del
liquame ed evitare il formarsi di eventuali sedimenti.
Digestore anaerobico : ermeticamente chiuso e coibentato, in
cui il liquame precipita nella parte inferiore, mentre il biogas
gorgoglia verso la parte superiore del digestore.
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Recipiente esterno : in esso viene convogliato il liquame digerito.
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Serbatoio finale di stoccaggio.
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Nel caso della discarica, si può operare un’impermeabilizzazione
dei cumuli di rifiuti, trasformando in pratica la discarica in un
contenitore di accumulo del biogas al cui interno avviene la
decomposizione della frazione organica contenuta nei rifiuti.
1- Raccolta dei substrati disponibili, digestione e separazione
L'ingestato fresco, ossia l'insieme delle sostanze organiche che alimentano il
processo, viene prelevato da una prevasca di raccolta o da un alimentatore di
solidi (dove è stato miscelato ed omogeneizzato) e trasferito, tramite
opportuna stazione di pompaggio o per mezzo di coclee, nel digestore.
All'interno del digestore si verifica la digestione anaerobica, ossia in assenza
di ossigeno. Al fine di permettere la crescita contemporanea di tutti i
microrganismi coinvolti nell'ambiente di reazione (il cosiddetto digestore), il
biogas prodotto in modo efficiente dovrà risultare da un compromesso tra le
esigenze dei singoli gruppi microbici.
La volumetria ed il numero dei digestori sono in funzione dei quantitativi da
trattare e del loro carico organico.
2- Raccolta del Biogas
Il biogas prodotto nel digestore è raccolto nella parte superiore del digestore
mediante una copertura a cupola gasometrica ed eventualmente altre coperture
raccogli gas a cupola pressostatica.
La camera dell'aria è mantenuta in pressione da una centralina di controllo e da
valvole che, aggiungendo o sfogando aria, mantengono il biogas sempre in pressione
indipendentemente dalla quantità di biogas contenuto. In tal modo l'alimentazione
dei bruciatori/motori è regolare e la membrana esterna è sempre tesa, con gli
immaginabili benefici nei confronti di vento, acqua o neve.
Il biogas viene depurato dai composti ossidanti o incombustibili con procedimenti
di filtrazione, deumidificazione e desolforazione.
3- Produzione di energia e calore
Il biogas depurato viene avviato ad un impianto di cogenerazione che produce
energia elettrica e termica. Parte del calore prodotto viene utilizzato per
termostatare e mantenere in temperatura il digestore.
In alternativa il biogas può essere purificato ed immesso nella rete di gas naturale,
previa odorizzazione, per la produzione di acqua calda, il riscaldamento degli edifici
o il rifornimento di autoveicoli.
Ad accoglierci e ad illustrarci l’impianto è stato il giovane imprenditore agricolo
Michele Fedeli dell’omonima società agricola a gestione famigliare, proprietaria della
cascina Rovellina e titolare anche di un allevamento bovino nel territorio milanese.
La frase che ci ha colpito maggiormente e che vogliamo sottolineare è un efficace
paragone che riesce ad avvicinare anche i più inesperti al tema.
“Questa struttura è
come un grande
stomaco di vacca”
La Biomassa è infatti una fermentazione
batterica in assenza di aria composta da
trinciato di mais, recuperato direttamente
della loro azienda, unito a una parte liquida di
liquami e letame bovino, proveniente dal loro
allevamento da latte.
Una volta ultimata la fermentazione a circa 40°C, il digestato prodotto,
ovvero il residuo del processo, è una sostanza liquida molto utile per
concimare i campi, un buon integratore per la presenza di azoto in una zona
come questa dove, scarseggiando gli allevamenti, in agricoltura vengono
somministrati solo concimi chimici.
Questo impianto ha una potenza di 400 kW/H elettrici e 382 kW/H termici.
La produzione di acqua calda in parte viene utilizzata dall’impianto stesso e
in parte divenuta utile al sostentamento della cascina.
L’energia invece, viene immessa nella rete nazionale e venduta con un
incentivo sulla tariffa per un certo numero di anni da parte del GSE,
l’organismo che controlla tali realtà e che paga i produttori per conto di Enel
(0,28euro al kW/H).
VANTAGGI
Costruire un impianto a biogas per lo smaltimento dei rifiuti di un’azienda agricola
o agro-zootecnica è cosa giusta, perché affianca alla produzione agricola la
produzione di digestato (ammannante per i terreni agricoli) e riesce a produrre un
guadagno in più per l’azienda che immette una piccola quantità di energia nella
rete nazionale.
Vi sono in oltre minori emissioni di gas serra e migliore qualità dei fertilizzanti
prodotti.
SVANTAGGI
Lo stoccaggio del biogas richiede elevati consumi di energia elettrica per il
mantenimento delle necessarie condizioni di pressione. Di conseguenza è
preferibile utilizzare il biogas vicino al luogo di produzione.
Poiché la temperatura deve essere mantenuta oltre i 15°C, la produzione di biogas
trova dei limiti nelle zone fredde.
Il principale svantaggio, che attualmente frena la diffusione dell’energia generata
da biomassa, è il costo ancora molto elevato di ogni impianto.
Un altro svantaggio, o più che altro un problema relativo che si sta cercando di
risolvere con la ricerca tecnologica, è la bassa densità energetica relativa: ciò vuol
dire che rispetto ai combustibili fossili è necessaria una grande quantità di
biomassa per produrre una equivalente quantità di energia.
Con l’installazione di un impianto di biogas,
si ottiene un compenso per la coltivazione e
la produzione di energia dell’impianto e
agevolazioni economiche previste dalle
politiche PAC europee. E’ proprio questa la
causa di sconvolgimenti ambientali dovuti
alla conversione delle colture alimentari in
colture energetiche e prevalentemente mais.
Coltivare mais significa utilizzare moltissima
acqua prelevata da falde acquifere che ne
sono sempre meno fornite; fare uso di
concimi chimici e senza possibilità di
rotazione delle colture, i terreni diventano
meno fertili e meno pronti ad affrontare gli
attacchi dei parassiti e occorrono dosi più
ampie di antiparassitari.
Gli incentivi alla coltivazione di mais per la produzione di energia fanno sì che
anche gli affitti dei terreni aumentino e questo significa concorrenza sleale
per i contadini che ancora coltivano per produrre cibo o per gli allevatori, che
non possono permettersi affitti così elevati. Costruire un impianto a
biogas per lo smaltimento dei rifiuti di un’azienda agricola o agro-zootecnica è
cosa giusta, perché affianca alla produzione agricola la produzione di
digestato (ammannante per i terreni agricoli) e riesce a produrre un guadagno
in più per l’azienda, che immette una piccola quantità di energia nella rete
nazionale. Diventa una pratica speculativa quando è fine a se stessa e alla
produzione di guadagno derivante esclusivamente dalla produzione di energia
e dallo spreco di risorse comuni per l’agricoltura.
La centrale idroelettrica
Per centrale idroelettrica si intende una serie di impianti per la
produzione di energia elettrica ricavata da masse di acqua in
movimento. L’acqua viene convogliata in una o più turbine che
ruotano grazie alla spinta dell’acqua. Ogni turbina è accoppiata ad un
alternatore che trasforma il movimento di rotazione in energia
elettrica. La velocità dell’acqua viene generata attraverso un salto.
L’acqua viene convogliata in una condotta che risulta forzata
nell’ultima parte.
Attraverso opere di adduzione, canali e gallerie di derivazione l'acqua
viene convogliata in vasche di carico e, mediante condutture, nelle
turbine attraverso valvole di immissione (di sicurezza) e organi di
regolazione della portata (distributori) secondo la domanda d'energia.
L'acqua mette in azione le turbine e ne esce finendo poi nel canale di
scarico attraverso il quale viene restituita al fiume.
Direttamente collegato alla turbina,
secondo una disposizione ad asse
verticale o ad asse orizzontale, e'
montato l' alternatore, che e' una
macchina elettrica rotante in grado
di trasformare in energia elettrica
l'energia meccanica ricevuta dalla
turbina. L'energia elettrica così'
ottenuta deve essere trasformata
per poter essere trasmessa a grande
distanza.
Pertanto prima di essere convogliata nelle linee di trasmissione,
l'energia elettrica passa attraverso il trasformatore che abbassa
l'intensità della corrente prodotta dall‘alternatore, elevandone però
la tensione a migliaia di Volts. Giunta sul luogo di impiego, prima di
essere utilizzata, l'energia passa di nuovo in un trasformatore che
questa volta, alza l'intensità di corrente ed abbassa la tensione così
da renderla adatta agli usi domestici.
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Centrale idroelettrica con turbina
Kaplan: è una turbina idraulica
che sfrutta piccoli dislivelli (salti
utili massimi di 30m) ma con grandi
portate, da qualche decina di
metri cubi in su. Costruttivamente
è un elica, dove le pale si possono
orientare al variare della portata
d’acqua, permettendo di
mantenere alto il rendimento fino
a potate del 20%-30% della porta
nominale.
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Centrale idroelettrica con
turbina Francis: è una
turbina a flusso
centripeto; l’acqua
raggiunge la girante
tramite un condotto a
chiocciola, poi un
distributore, ovvero dei
pallettamenti sulla parte
fissa, indirizzano il flusso
per investire le pale della
girante. Vengono utilizzate
per salti medio bassi,
compresi tra 5-120m in
presenza di portate da
100L/s fino ad oltre
10000L/s.
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Centrali idroelettriche con turbine
Pelton: sfruttano salti elevati, tra 501000m risultano essere ancora oggi le
turbine ad azione con andamento più
elevato.
Le sue caratteristiche esteriori si
discostano parecchio dalle tipiche
macchine idrauliche in quanto la
parte captatrice del fluido non
presenta una forma “a pala” bensì ad
una forma a “cucchiaio” in
particolare a doppio cucchiaio. Essi
sono colpiti da 1-6 getti d’acqua.
Con un video riassumiamo le 3 turbine precedentemente
spiegate:
E’ La nuova tipologia di produzione
energetica. La coclea idraulica è
conosciuta fin dall’antichità, come ruota o
chiocciola di Archimede. Nuovo è il
brevetto di utilizzazione sulla pompa a
chiocciola di Archimede, attraverso il
quale l’inversione del funzionamento
energetico, realizza una macchina per la
produzione di energia.
Un impianto a forza idraulica utilizza la
differenza dell’energia potenziale tra due
diversi punti in un corso d’acqua. L’acqua
grazie alla caduta dal punto più alto del
suo naturale scorrimento viene utilizzata
dal rotore trasformando l’energia
potenziale e tornando così nuovamente a
scorrere nel letto del corso d’acqua
stesso. I costi di costruzione tramite
l’impiego di una vite perpetua a forza
idraulica comparabilmente con una turbina
tradizionale sono decisamente inferiori.
Centrale idroelettrica di Olengo
Essa sfrutta le acque del Diramatore Quintino Sella il quale fu costruito tra il 1870
e il 1874, pochi anni dopo il completamento del Canale Cavour, lungo 22 km. Le sue
acque vengono utilizzate per la produzione di energia idroelettrica e per
approvvigionamento irriguo, largo oltre 10 metri e profondo più di 3, raggiunge una
portata max 32 m³/s nei mesi primaverili ed estivi quando è richiesta una grande
quantità di acqua per l'irrigazione delle risaie.
Il termine "diramatore" indica appunto che esso si dirama da un altro canale
artificiale. Dopo aver attraversato la città di Novara continua a scorrere verso
sud bagnando i territori di Olengo, Garbagna Novarese, Terdobbiate e Tornaco.
Centrale idroelettrica di corso Roma a Trecate
Essa sfrutta le acque del canale Diramatore Vigevano. Quest’ultimo fu costruito tra
il 1863, data del primo progetto ad opera dell’ing. Giuseppe Belletti e il 1890 data di
ultimazione dei lavori. Nasce in risposta alla necessità da un lato di provvedere ad
un’adeguata irrigazione della pianura della bassa novarese e dall’altro dall’urgenza di
dotare il Canale Cavour di una appropriata rete secondaria di distribuzione delle
acque.
Il Canale, si origina dal Canale Cavour dalla Bocca di Presa di Galliate (NO).
Lungo 31 km con una portata di 28 m³/s, fu costruito nel 1868 dai Comuni di Galliate,
Romentino, Trecate e Cerano.
Il Diramatore Vigevano, fin da subito inoltre venne sfruttato, data la quantità del
numero di salti presenti lungo il canale, per la produzione di energia idroelettrica.
La struttura è dotata di una turbina a coclea sfruttando un salto
utile di 3.55m. Fornisce una potenza nominale di 522kW/H.
La gestione della centrale è effettuata del consorzio Irriguo Est
Sesia.
VANTAGGI
 Risparmio economico ed energetico
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Scarsa manutenzione
Un impianto mini idroelettrico ha una modesta complessità costruttiva di
manutenzione e gestione, rispetto a impianti di taglia maggiore: le più attuali
tecnologie non richiedono la presenza di un custode fisso, ma di un operatore
che saltuariamente verifichi la corretta funzionalità delle opere idrauliche (di
presa e filtraggio) e di quelle elettromeccaniche (turbina-alternatore).
SVANTAGGI
 Rischi per flora e fauna
L'eventuale impatto sulla migrazione dei pesci può essere mitigato sia
attraverso l'installazione di apposite griglie per evitare che i pesci pervengano
nella turbina sia creando appositi passaggi tali da consentire di superare gli
ostacoli dell'opera di presa (“scala dei pesci”). Inoltre nella progettazione di un
impianto mini idroelettrico è importante considerare il valore del deflusso
minimo vitale del corso d'acqua e cioè la quota minima di acqua che occorre
affinchè non si degradino flora e fauna dell'alveo.
 Possibilità della diminuzione della risorsa idrica negli anni futuri
E’ da valutare attentamente la disponibilità futura di risorsa idrica: i
cambiamenti climatici in questo senso hanno prodotto una variabilità delle
precipitazioni sul territorio che ha avuto come conseguenza, negli ultimi anni,
una diminuzione dell’energia prodotta a fronte di una maggiore potenza
installata (fonte Enea 2005).