Diffusione delle fonti energetiche
rinnovabili
La Mini – idraulica
PAOLO MORGANTE
ENEA
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La risorsa idroelettrica ha
rappresentato nel passato
l’unica fonte di energia
disponibile che ha permesso
lo sviluppo economico,
industriale e sociale del
nostro Paese.
Energia idroelettrica
Gli impianti idroelettrici trasformano l’energia
potenziale dell’acqua in caduta in energia
meccanica per mezzo di turbine (motori primi)
solidali a generatori elettrici che trasformano
l’energia meccanica di rotazione della turbina in
energia elettrica.
Sono gli Stati Uniti a possedere il numero maggiore di
centrali idroelettriche al mondo e a detenere il
primato della potenza installata (circa 100 GW).
Nei PVS riscontriamo una maggiore possibilità di
sfruttamento idroelettrico mentre in Europa il
potenziale residuo è limitato (circa il 20% del tot.).
Potenza di un impianto
P(kW) = Q(m³/s) H(m) η
P= potenza elettrica; Q= portata max;
H= salto netto; η= rendimento tot. circa 8 (prodotto:g,
rend. turbina, generatore, moltiplicatore di giri,
trasformatore)
E (kWh) = P (kW) 4500 (h)
L’energia prodotta (E) è la potenza erogata in un certo
periodo di tempo.
Classificazione delle centrali
Mini-idraulica (Small Hydro Power, SHP) indica centrali
idroelettriche con potenza inferiore a 10 MW.
Classificazione centrali idroelettriche di piccola taglia (*)
– Micro centrali idroelettriche
P <100 kW
– Mini centrali idroelettriche
P <1.000 kW
– Piccole centrali idroelettriche
P <10.000 kW
P (kW)= potenza generata dalla centrale in condizioni
normali
(*) secondo UNIDO, Organizzazione delle Nazioni Unite
per lo Sviluppo Industriale
Centrali idroelettriche
Le strutture di una centrale idroelettriche sono:
Opere di ritenuta
• la diga, che dà origine all’invaso (traversa, sbarramento);
Opere di adduzione
• sono le gallerie e le condotte in pressione che convogliano
l’acqua dall’invaso al fabbricato di produzione;
Fabbricato di produzione
• è l’edificio, (esterno o interrato) dove sono collocati i
gruppi idroelettrici costituiti da turbine e generatori
elettrici;
Opere di restituzione
• è il canale che restituisce al corso d’acqua la portata
transitata attraverso i gruppi idroelettrici.
Centrali idroelettriche
Schema di una mini
- centrale
idroelettrica
LEGENDA
Impianti idroelettrici
• Impianti ad acqua fluente: privi di qualsiasi capacità di
regolazione. La portata derivabile durante l’anno è funzione
del regime idrologico del corso d’acqua;
• Impianti a deflusso regolato: possono variare il flusso delle
acque tramite un serbatoio di regolazione giornaliero,
settimanale o mensile.
– Impianti da pompaggio (reversibile): l’energia elettrica
eccedente viene utilizzata per riportare nel serbatoio
l’acqua che poi verrà utilizzata dalla stessa centrale per
coprire momenti di forte domanda elettrica.
Impianti idroelettrici
Piccola portata (Q<10m³/s); Media portata (Q=10÷100m³/s); Grande portata
(Q=100÷1000m³/s); Altissima portata (Q>1000m³/s).
Salto basso 2-30m;
Salto medio 30-100m;
Salto alto oltre 100m
Turbine e salti netti
La turbina incide fino al
40% del costo totale di un
impianto idroelettrico
Classificazione: turbine Pelton
• Turbina ad azione: l’acqua colpisce le pale della
turbina con la max velocità corrispondente al
salto netto (H) dell’impianto (es. mulino).
• Adatta per elevati salti (H) e basse portate (Q).
Classificazione: turbine Francis
• Turbina con valori medi di grado di reazione:
l’acqua si muove come in una condotta in
pressione.
• Adatta per salti medi (H) e medie portate (Q).
Classificazione: turbine ad elica
(Kaplan)
• Turbina con alto grado di reazione.
• Adatta per bassi salti (H) e alti valori di portata
(Q).
Produzione di energia idroelettrica
La variazione di energia prodotta da un
impianto idroelettrico, dipende dai seguenti
fattori:
• La variazione delle precipitazioni meteoriche
negli anni.
• Il bilancio tra gli impianti dismessi, quelli
riattivati e quelli di nuova realizzazione.
• I periodi di fermo dell'impianto (manutenzione,
fermo biologico, eventi catastrofici, ecc.).
Produzione di energia da FER
Produzione lorda degli impianti da fonte rinnovabile in Italia
dal 2003 al 2007. (Fonte GSE 2008)
GWh
2003
2004
2005
2006
2007
'07/'06
%
36.669,9
42.337,8
36.066,7
36.994,4
32.815,2
-11,3
0 _1 MW
1.455,3
1.731,3
1.525,7
1.520,9
1.415,7
-6,9
1_10 MW
5.731,8
7.127,8
6.090,5
6.354,1
5.684,4
-10,5
> 10 MW
29.482,8
33.478,7
28.450,5
29.119,4
25.715,1
-11,7
1.458,4
1.846,5
2.343,4
2.970,7
4.034,4
35,8
22,6
27,3
31,0
35,0
39,0
11,4
5.340,5
5.437,3
5.324,5
5.527,4
5.569,1
0,8
Idrica
Eolica
Solare*
Geotermica
Produzione idroelettrico UE
Eurostat, 2008
SHP in UE – 27: scenario 2020
(2008, SHERPA Strategic Study for Development of SHP)
Perché la mini-idraulica?
• Fonte Energetica Rinnovabile.
• Limitato impatto ambientale.
• Recupero impianti abbandonati/dismessi.
perché considerati antieconomici …….
• Opportunità di lavoro specializzato.
• Opportunità di realizzare impianti per usi
promiscui (irrigazione, allevamento ittico,
riserva idrica, ecc.).
Perché la mini-idraulica?
• Decentramento produttivo.
• Risposta alla domanda di energia di piccole e
medie comunità (compatibilità fra domanda e
offerta).
• Costi di manutenzione contenuti.
• Lunga vita dell’impianto.
• Tecnologia matura (sicurezza).
Investire nella mini-idraulica
• Osservare la legislatura vigente e gli
incentivi statali.
• Operare per ottenere il consenso della
popolazione.
• Controllo adduzioni a monte e a valle
dell’impianto.
• Eseguire l’analisi storica delle oscillazioni
delle portate medie dell’asta fluviale.
Investire nella mini-idraulica
• Verificare i principali parametri idraulici (caduta
e portata): tempi di ritorno dell’investimento.
• Studio delle caratteristiche idrologiche dell’asta
fluviale (DMV):uso eco-sostenibile della risorsa.
• Progettazione, pianificazione e realizzazione
(riattivazione) dell’impianto: confrontabilità.
• Tecnologia matura: investimento garantito.
• Politiche energetiche e sociali.
Ambiente e SHP
• Centrale idroelettrica di 5 MW in un anno,
produce energia pari a 1400 ton. di olio
equivalente (Toe) di combustibile fossile.
• Evita l’immissione in atmosfera di circa
16.000 tonnellate di CO2.
• Provvede alle necessità di circa 1300
famiglie.
• Produzione decentrata.
Soluzioni per contenere l’impatto
sul territorio
Impatto paesaggistico:
• interramento dell’edificio e della rete elettrica, uso di
materiali locali, armonizzazione dei colori dell’edificio
che contiene l’impianto, infrastrutture commisurate
alle dimensioni della centralina idroelettrica,
sistemazione delle sponde fluviali eventualmente
sommerse….
Impatto Acustico:
• insonorizzazione della stanza contenente l’impianto
meccanico ed elettrico e installazione di smorzatori di
vibrazioni.
Soluzioni per contenere l’impatto
sul territorio
Emissioni in atmosfera:
• filtraggio e condizionamento del locale impianti.
Impatto su Flora e Fauna:
• scale per passaggio dei pesci e/o blocco biologico,
limitata sommersione delle sponde, turbine fish
frendly.
Modifica del territorio durante i lavori:
• utilizzo di materiali locali per eventuali strade o per
opere di presa dell’impianto idroelettrico, la zona
interdetta al pubblico deve essere delimitata e vigilata.
Soluzioni per contenere l’impatto
sul territorio
Modifica della portata:
• rispetto del “Deflusso Minimo Vitale” (stima della portata
sfruttabile in base alle caratteristiche del fiume), analisi
storico-statistiche, scenario previsto.
Impatto elettromagnetico:
• interramento edificio e rete elettrica.
Impatto psico-sociale:
• valore percepito dalla popolazione locale verso il “loro”
ambiente di vita, evitare di “calare” decisioni:
coinvolgimento e partecipazione dei residenti,
comunicazione efficace.
SHP…
•
•
•
•
SHP non è un grande impianto ridotto.
Le economie di scala rendono gli SHP
proporzionalmente più costosi.
SHP spesso realizzati per alimentare
industrie o piccoli villaggi montani isolati
(decentramento produttivo UE).
Aumenta l’interesse per FER: aumento
costo kWh; salute; inquinamento; Kyoto.
Iter autorizzativo
• Autorizzazione alla derivazione delle acque
pubbliche richiesta alla Regione attraverso l’Ufficio
del Genio Civile.
• Autorizzazione circa l’impatto sull’ambiente
(tipologia zone, >200 lt/sec).
• Sovrintendenza dei beni territoriali se l’impianto è
previsto in una zona soggetta a vincoli ambientali.
Iter autorizzativo
• Comunicazione Min. Industria, all’Ufficio
tecnico delle imposte di fabbricazione della
provincia (UTIF).
• Domanda al Corpo Forestale dello Stato in
caso di sterri.
• Autorizzazione e costi di allacciamento alla
rete elettrica.
• Concessione edilizia per costruzione edifici.
RIFERIMENTI
www.enel.it/attivita/ambiente/magazine/energy
www.esha.be
www.aper.it
www.esha.be/fileadmin/esha_files/documents/S
HERPA/SHERPA_Printable_Report.pdf
[email protected]