A. Tessarolo
NUOVE TECNOLOGIE PER IMPIANTI
IDROELETTRICI AD ACQUA FLUENTE
DI PICCOLA POTENZA
Malnisio di Montereale Valcellina (PN), 16 giugno 2011
Fonti rinnovabili e idroelettrico in Italia
Solare
GWh
Eolico
Biomasse
Geotermico
Idroelett.
Totale
Idroelettrico in Europa
2009
TWh
1) Sweadan (65 TWh)
2) France (57 TWh)
3) Italy (49 TWh)
Tipi di idroelettrico
Italy, 2009
Run-of-river power stations
GWh
Total
Conventional (dam) power stations
Impianti a bacino / serbatoio
Impianti ad acqua fluente
Forte investimento iniziale
(lungo tempo di ritorno)
Piccolo investimento
(breve tempo di ritorno)
Problemi di sicurezza
e impatto ambientale
Sicurezza e scarso
impatto ambientale
Principali siti già sfruttati
Molto adatto per generazione
distribuita
Valorizzazione del mini e micro -idroelettrico
 Costruzione di nuovi impianti
 Revamping di impianti esistenti con nuove
tecnologie
1929
% del totale degli
impianti idro
none
Monfalcone
Adriatico
Canale
Valentinis
Monfalcone
Centrale
Corso
sotterraneo
Sbocco
Porto
Vista da sopra
Flusso a
monte
Centrale
Flusso a
valle
Flusso sotterraneo al
mare
VISTA A MONTE
Centrale
Flusso a
monte
Vista a valle
PREVALENZA
Centrale
Flusso a
valle
VARIABILITA’ DEL SALTO
A MONTE
A VALLE
PREVALENZA
MOLTO VARIABIEL
Livello a monte
(piogge)
Livello a valle
(maree)
Layout fisico dell’impianto
Prima del revamping
2
Generatore a
induzione
226 kVA
6 poli
380 V
50 Hz
1000 giri/min
Turbina Kaplan
210 kW
Q = 6.8 m3/s
H = 3.5 m
200 giri/min
Pale orientabili
Layout fisico dell’impianto
Prima del revamping
Riduttore
Generatori a induzione
Sedi per alberi
turbine
Condotte di
ingresso
90°
Layout fisico
Dopo il revamping
Generatore SPM
305 kVA
32 poli
170240 giri/min
45.364 Hz
Turbina Kaplan
Q = 6.8 m3/s
n = 170240 rpm
Pale orientabili
Generatore a
induzione
Generatore SPM
226 kVA
305 kVA
Turbina prima del
revamping
Turbina dopo il
revamping
6 poli
32 poli
Q = 6.8 m3/s
Q = 7.4 m3/s
1000 rpm
170240 rpm
n = 200 rpm
n = 170240 rpm
50 Hz
45.364 Hz
Physical layout
Before revamping
Generatori SPM
Layout funzionale
Prima del revamping
Generatore a induzione
~1000 rpm
50 Hz
~200 rpm
Layout funzionale
Dopo il revamping
Generatore SPM
PWM Rectifier
4564 Hz
170240 rpm
PWM Inverter
DC link
50 Hz
SPM generators
Requisiti per accoppiamento diretto:
 Compattezza assiale
 Alta densità di coppia (basso peso)
 Bassi giri (200 rpm)  alto numero di poli (32)
Ipotesi di topologia a poli salienti
L
D
Topologia SPM
Avvolgimento
a cave
frazionarie
Ottimizzazione
di progetto con
metodi
genetici
Magneti
permanenti ad
alte prestazioni
Sistema di
raffreddamento
ad alta efficacia
Sistema di raffreddamento
Scambiatore a serpentina integrato
nella cassa
Risultati di progetto
Peso
Coppia
Rapporto coppia/peso
Rendimento
Generatore
SPM
Generatore ad
induzione
kg
4200
1700
kNm
13.9
2.0
Nm/kg
3.7
1.2
%
98.1
93.5
Vantaggi del progetto a giri variabili
Generatore SPM
PWM Rectifier
4564 Hz
170240 rpm
PWM Inverter
DC link
50 Hz
Curve caratteristiche turbina
a3
Q [m3/s]
Head = H1
aopt
h
a2
a1
Qopt
nopt
n [rpm]
Curve caratteristiche turbina
Q [m3/s]
Head = H2
h
aopt
Qopt
nopt
n [rpm]
Controllo
di velocità n*
Automazione
di impianto
a
n
H
Prove di sistema presso il costruttore
3voutiout
h
T
 h IG  93 .5%
+ riduttore !!
Conclusioni
 Importanza dell’idroelettrico in Italia come fonte




rinnovabile
Importanza degli impianti mini- o microidroelettrici ad acqua fluente.
Caso di revamping di impianto esistente.
Sostituzione di generatore asincrono a giri fissi con
generatore sincrono a giri variabili direttamente
accoppiato alla turbina e connesso alla rete
mediante convertitore di potenza.
Vantaggi ottenuti con la nuova teconologia:
 Installazione e layout di centrale
 Maggiore rendimento del sistema elettrico di
generazione
 Migliore sfruttamento della turbina mediante controllo di
velocità e inseguimento del punto di massimo
rendimento idraulico.
GRAZIE PER L’ ATTENZIONE