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LEZIONI EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro) Ragusa 2015 Ing. Fabio Agosta

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LEZIONI EFFICIENZA ENERGETICA

E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE

Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)Ragusa 2015

Ing. Fabio Agosta

Page 2: Ragusa 2015 Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)...Una centrale idroelettrica è un sistema di macchinari idraulici ed elettrici, edifici e strutture di servizio. Il “cuore” della

• Overview• Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è

• Classificazioni

• Il progetto di un impianto idroelettrico

• Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico

• Centrale e annessi

• Autorizzazioni ed incentivi

• Casi studio

Sommario

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“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”

Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

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Tra 1990 e 2009:

• PIL UE cresciuto del 40%

• Emissioni UE ridotte del 16%

UE in pista verso l’obiettivo di

riduzione delle emissioni di gas

serra del 20% al 2020

Le politiche attuali

produrrebbero una riduzione del

40% delle emissioni nel 2050.

Overview

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Fonte UE

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Una centrale idroelettrica è

un sistema di macchinari

idraulici ed elettrici, edifici e

strutture di servizio.

Il “cuore” della centrale è la

turbina idraulica che ha il

compito di convertire

l’energia potenziale e

cinetica dell’acqua in

energia meccanica

disponibile all’albero della

turbina.

La trasformazione in energia

elettrica è completata da un

generatore elettrico.

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È un’energia

da fonte rinnovabile!

perché è il sole che compie

il lavoro negativo

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Fin dai primordi della

produzione di

energia elettrica,

l’idroelettrico è stato,

ed è tuttora, la più

importante tra le fonti

rinnovabili utilizzate.

E’ seconda alle

biomasse in termini di

produzione

complessiva di

energia.

Overview

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

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Perché è importante?

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Risorsa

Rinnovabile

Sicura

Tecnologia

Sostenibile

Efficiente

Pulita

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Fino alla prima metà del XX secolo, in Europa furono realizzate migliaia di centrali

idroelettriche di piccole dimensioni che hanno soddisfatto per molti anni i fabbisogni di

diversi centri abitati, in particolare nelle zone rurali, e di piccole industrie.

In seguito, la creazione di grandi reti di distribuzione dell’energia elettrica e l’aumento dei

consumi energetici, hanno fatto sì che molti degli impianti cadessero in disuso a favore di

impianti di grandi dimensioni.

In quest’ultimo periodo si è assistito ad un ritorno di questa tecnologia che, rispetto alle

grandi centrali:

• ha un più limitato impatto sull’ambiente

• richiede minore manutenzione

• è caratterizzata da un alto rendimento di conversione dell’energia

• si presta facilmente ad essere integrata in sistemi di utilizzo integrato delle risorse idriche

• permette il recupero degli impianti in disuso.

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• Overview

• Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è• Classificazioni

• Il progetto di un impianto idroelettrico

• Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico

• Centrale e annessi

• Autorizzazioni ed incentivi

• Casi studio

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Grandi impianti

idroelettrici

richiedono la

sommersione di

estese superfici,

con le

conseguenze

ambientali e

sociali che questo

comporta

Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è

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Piccoli impianti

idroelettrici

sono facilmente

integrabili negli

ecosistemi locali.

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Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Grandi impianti idroelettrici

• Elevato impatto ambientale

• Problemi di sicurezza dello sbarramento

Le centrali più grandi:

1. Tre Gole (Cina)

2. Itaipu (al confine tra Brasile e Paraguay)

3. Xiluodu (Cina)

4. Belo Monte (Brasile) in costruzione

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Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è

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Piccoli impianti idroelettrici

• Tecnologia affidabile e bassa manutenzione

• Basso impatto ambientale

• assenza di bacini stagionali (al massimo bigiornalieri)

• assenza di linee di collegamento con gli utenti (solo spezzoni di linee locali)

• Distribuzione e integrazione sul territorio

• Risorsa nazionale (sicurezza approvvigionamenti)

• Energia in rete BT o MT oppure in isola

• Alleggerimento reti locali

• Nessuna emissione di gas serra per produrre energia

• Primato tecnologico dell’industria nazionale

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Non c’è accordo tra gli Stati Membri dell’UE sulla definizione di piccolo idroelettrico:

In Italia 1 MW (D.Lgs. 387/2003 e L. 244/2007)

3 MW (T.U. 1775/1933)

5 MW (bozza DM MSE)

In Europa < 1 MW in Lussemburgo

< 1,5 MW in Svezia

< 5 MW nel Regno Unito

< 8/12 MW in Francia

< 10 MW in Portogallo, Spagna, Irlanda, Grecia, Belgio, Austria, Germania

< 30 MW in Regno Unito

Nel mondo < 10 MW (Commissione europea e UNIPEDE)

Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è

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Secondo la classificazione adottata dall’UNIDO (Organizzazione delle Nazioni Unite

per lo Sviluppo Industriale) le centrali idroelettriche possono essere classificate come

segue sulla base della potenza installata:

• Micro centrali idroelettriche 0 kW < P <= 100 kW

• Mini centrali idroelettriche 100 kW < P <= 1.000 kW

• Piccole centrali idroelettriche 1.000 kW < P <= 10.000 kW

• Grandi centrali idroelettriche P > 10.000 kW

Con il temine Small Hydro Power -SHP (spesso in italiano erroneamente tradotto con “mini

idroelettrico”) si indicano generalmente le centrali idroelettriche capaci di sviluppare una

potenza massima di 10 MW, che è il valore di riferimento adottato da vari Stati,

dall’ESHA (European Small Hydropower Association), dalla Commissione Europea e

dall’UNIPEDE (Union Internationale des Producteurs Et Distributeurs d’Energie electrique).

Spesso nel caso di P < 20 kW si parla di Pico idroelettrico.

Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è

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Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è

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Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

E’ la più importante tra le fonti rinnovabili utilizzate.

Nel 2010 l’energia idroelettrica prodotta era pari a 3.427 TWh e rappresentava

globalmente:

• il 16,1% del consumo di elettricità

• il 3,4% del consumo di energia

Alla fine del 2010 la capacità installata era di 1.010 GW.

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Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è

Fig. – Evoluzione della generazione idroelettrica (TWh). Fonte BP

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Fig. – Capacità installata e generazione idroel. nel 2009. Fonte: IJHD.

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Fattore di capacità

=

Generazione

Capacità installata x 8.760 ore

E’ indicativo di

come l'energia

idroelettrica è

impiegata nel mix

energetico (per esempio

generazione di

picco rispetto a carico di

base), della disponibilità

di acqua, delle

opportunità per aumenti di

generazione grazie

a revamping

ed ottimizzazioni.

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Fig. – Potenziale tecnico idroelettrico. Fonte: IJHD

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Il potenziale tecnico a

livello mondiale è

stimato in14.576

TWh/anno, oltre

quattro volte la

produzione del 2010

(3.427 TWh).

Tale potenziale

corrisponde ad una

capacità installata

stimata di 3.721 GW

(contro i 1.010 GW

del 2010).

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Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è

Fonte: IJHD

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Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è

Fig. - Principali paesi produttori idroelettrici con capacità totale installata e percentuale di

produzione idroelettrica nel mix di energia elettrica. Fonte: IJHD

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Bilancio elettrico nazionale dell’anno 2010

* Produzione netta: è la produzione lorda al netto

dei servizi ausiliari e dei consumi da pompaggio

1) Include la parte biodegradabile dei rifiuti

2) Al netto dei rifiuti solidi urbani non biodegrabili,

contabilizzati nella termica tradizionale

3) Carbone + Lignite

4) Al netto della produzione da biomasse, biogas

e bioliquidie dei consumi da pompaggio

Anno

Prod FER/

Prod TOT

%

2000 18,40

2001 19,50

2002 17,00

2003 16,00

2004 17,90

2005 16,00

2006 16,10

2007 15,20

2008 18,20

2009 23,70

2010 25,50

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

La produzione rinnovabile in Italia dal 2000 al 2010

La variabilità e l’entità

della produzione

rinnovabile sono

influenzate soprattutto

dalla fonte idraulica

(condizioni

meteoclimatiche).

Nel 2010 la produzione

idraulica ha raggiunto il

suo massimo storico,

superando i 51.045

GWh prodotti nel 1977.

Fig. – Fonte GSE.

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Variazione per fonti della produzione rinnovabile tra il 2000 e il 2010

Fig. – Fonte GSE.

Tra 2000 e 2010

25.974 GWh

aggiuntivi:

33% eolica

30% bioenergie

27% idraulica

7% solare

3% geotermico

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Numerosità e potenza degli impianti idroelettrici in Italia

Fig. – Fonte GSE. Sono inclusi gli impianti di pompaggio misto di cui viene presa in conto la sola

produzione da apporti naturali (ossia quella rinnovabile). Sono quindi esclusi gli impianti da

pompaggio puro.

63%

26%

11%

15%

85%

Nel 2010 la potenza

idroelettrica installata (+155

MW) rappresenta il 59% di

quella relativa all’intero

parco impianti rinnovabile.

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Evoluzione della numerosità e della potenza degli impianti idroelettrici in Italia

Fig. –

Font

e G

SE

Tasso medio annuo aumento

(tra 2000 e 2010):

• numerosità = 3%

• potenza = 1%.

Unico fenomeno degno

di nota è l’entrata in

esercizio di molti impianti

di piccola taglia

ad acqua fluente.

Si continua a registrare

la continua diminuzione

della taglia media.

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Numerosità e potenza degli

impianti idroelettrici nelle

Regioni

Il 75% della potenza è installato

nelle Regioni del Nord Italia.

L’unica Regione del Centro-Sud

che si contraddistingue per lo

sfruttamento della fonte idraulica

è l’Abruzzo con 1.003 MW di

potenza installata.

Dal 2010 anche in Puglia risultano

impianti idroelettrici (0,6 MW).

Fig. – Fonte GSE

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Distribuzione regionale del

numero impianti idroelettrici a

fine 2010

Piemonte, Trentino Alto Adige e

Lombardia rappresentano oltre

il 56% del totale.

Nell’Italia centrale si

distinguono le Marche, con il

4,4% d’impianti installati e la

Toscana, con il 4,2%.

La Calabria è la regione del

Sud con il maggior numero di

impianti installati (1,5%).111

Fig. – Fonte GSE

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Distribuzione regionale e provinciale della potenza idroelettrica a fine 2010

Fig. –

Font

e G

SE

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Produzione idraulica in Italia dal 2000 al 2010

Tra il 2000 e il 2010:

• potenza aumentata a

tasso medio annuo

dell’1%

• produzione evidenzia

forte variabilità

dovuta a fattori

climatologici.

2010 supera anche la

produzione del 1977

(51.045 GWh), record

rispetto alla serie

storica dal 1960.

Fig. – Fonte GSE

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Produzione idraulica in Italia dal 2000 al 2010

Nel 2010 il 43% dei

51.117 GWh prodotti da

impianti ad acqua fluente,

sebbene rappresentino

solo il 27% della potenza

complessiva.

Gli impianti a bacino

rappresentano il 31%

della produzione e il 28%

della potenza installata.

Gli impianti a serbatoio

rappresentano il 26%

della produzione e ben il

45% della potenza.

Fig. – Fonte GSE

durata di invaso

>= 400 ore

durata di invaso >=

2 ore e < 400 ore

no serbatoio o durata

di invaso < 2 ore

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Distribuzione regionale e provinciale della produzione idraulica nel 2010

Fig. –

Font

e G

SE

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Andamento della produzione idraulica effettiva e normalizzata in Italia

Fig. – Fonte GSE

La Direttiva Europea n°28 del 2009 prevede che nel computo del target al 2020 il contributo della

fonte idraulica debba essere pari alla sua produzione opportunamente normalizzata dagli effetti

delle variazioni climatiche. La produzione normalizzata dipenderà dalla produzione effettivamente

generata negli ultimi 15 anni.

Il metodo di calcolo permette di confrontare omogeneamente i vari paesi dell’Unione Europea.

Dove:

N= anno di riferimento

QN(norm)= elettricità normalizzata generata da tutte le

centrali idroelettriche dello Stato Membro nell’anno N.

Qi= quantità di elettricità effettivamente generata in GWh

escludendo la produzione da pompaggio.

Ci= potenza totale installata in MW.

AP= impianti da Apporti Naturali.

PM= impianti da Pompaggio Misti.

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Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Distribuzione % delle ore di utilizzazione degli impianti idroelettrici nel 2009 e 2010

Fig. – Fonte GSE

Le ore di utilizzazione equivalenti sono un indicatore molto utile per individuare, in modo semplice e

diretto, l’efficienza produttiva degli impianti idroelettrici.

Sono calcolate come rapporto tra la produzione lorda e la potenza efficiente lorda.

Nel 2010 il 50% gli impianti

idroelettrici è riuscito a produrre

per oltre 4.000 ore, similmente a

quanto riscontrato nel 2009.

A livello nazionale le ore di

utilizzazione degli impianti

idroelettrici sono pari nel 2010 a

2.862 rispetto alle 2.774 del

2009.

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• Overview

• Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è

• Classificazioni• Il progetto di un impianto idroelettrico

• Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico

• Centrale e annessi

• Autorizzazioni ed incentivi

• Casi studio

Sommario

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

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Classificazioni

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Classificazione delle centrali idroelettriche in base alla potenza*

• Micro 0 kW < P <= 100 kW

• Mini 100 kW < P <= 1.000 kW

• Piccole 1.000 kW < P <= 10.000 kW

• Grandi P > 10.000 kW

Spesso nel caso di P < 20 kW si parla di Pico idroelettrico.

* Secondo UNIDO (Organizzazione delle Nazioni Unite per lo Sviluppo Industriale

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Classificazione delle centrali idroelettriche in base al salto

• Alto salto 100 < H < 2.000 m (?)

• Medio salto 10 < H <= 100 m

• Basso salto 1,5 m (?) < H <= 10 m

In generale:

• alto salto ⇒ piccola portata d’acqua

• basso salto ⇒ grande portata d’acqua

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

• Alti salti

Più favorevoli economicamente

Distanti dai centri abitati (strade d’accesso)

Distanti dalle zone di consumo (linee elettriche)

• Bassi salti

Molto diffusi in Italia e, in generale, nel mondo

Spesso inseriti in schemi promiscui

Economicamente difficili

Classificazione delle centrali idroelettriche in base al salto

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Classificazione delle centrali idroelettriche in base alla capacità di accumulo*

• Acqua fluente (run-of-river) D** <= 2 ore

• Bacino (pondage) 2 < D <= 400 ore

• Serbatoio (reservoir) D > 400 ore

A questi vanno aggiunti gli impianti di accumulo tramite pompaggio

* Secondo UNIPEDE (Union Internationale des Producteurs Et Distributeurs d’Energie electrique)

** D = tempo di riempimento del bacino d’accumulo sulla base della portata media annua

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Classificazione delle centrali idroelettriche in base alla capacità di accumulo

(Acqua fluente (D <= 2 ore) Bacino (2 < D <= 400 ore) Serbatoio (D > 400 ore) Impianti di accumulo tramite pompaggio)

Mini

Hydro

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Classificazione delle centrali idroelettriche in base alla capacità di accumulo

(Acqua fluente (D <= 2 ore) Bacino (2 < D <= 400 ore) Serbatoio (D > 400 ore) Impianti di accumulo tramite pompaggio)

Mini

Hydro

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Classificazione delle centrali idroelettriche in base alla capacità di accumulo

(Acqua fluente (D <= 2 ore) Bacino (2 < D <= 400 ore) Serbatoio (D > 400 ore) Impianti di accumulo tramite pompaggio)

Mini

Hydro

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Classificazione delle centrali idroelettriche in base alla capacità di accumulo

(Acqua fluente (D <= 2 ore) Bacino (2 < D <= 400 ore) Serbatoio (D > 400 ore) Impianti di accumulo tramite pompaggio)

Mini

Hydro

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Classificazione delle centrali idroelettriche in base allo schema impiantistico

• ad acqua fluente (fiumi)

• inseriti in un canale (spesso irriguo)

• inseriti in una condotta idropotabile

• con la centrale al piede di una diga (eventualmente per DMV)

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La turbina produce con modi e tempi

totalmente dipendenti dalla disponibilità

d’acqua nel corpo idrico (fino al limite

consentito dall’opera di presa).

Gli impianti a medio ed alto salto utilizzano

sbarramenti per deviare l’acqua verso

l’opera di presa, dalla quale l’acqua è poi

convogliata alle turbine attraverso una

tubazione in pressione (condotta forzata) o

un canale (meno costoso).

Allo scarico delle turbine, l’acqua viene

reimmessa nel fiume attraverso un canale di

restituzione.

Classificazioni

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Classificazione delle centrali idroelettriche in base allo schema impiantistico

ad acqua fluente (fiumi) - inseriti in un canale (spesso irriguo) - inseriti in una condotta idropotabile - con la centrale al piede di una diga

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Gli impianti a basso salto sono tipicamente realizzati presso l’alveo del fiume. Si possono scegliere 2

soluzioni tecniche:

• derivare l’acqua fino all’ingresso

delle turbine mediante una breve

condotta forzata (come negli

impianti ad alto salto)

• creare il salto mediante un piccolo

sbarramento, equipaggiato con

paratoie a settore e nel quale sono

inserite l’opera di presa, la centrale

e la scala di risalita per pesci.

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Classificazione delle centrali idroelettriche in base allo schema impiantistico

ad acqua fluente (fiumi) - inseriti in un canale (spesso irriguo) - inseriti in una condotta idropotabile - con la centrale al piede di una diga

Classificazioni

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Classificazione delle centrali idroelettriche in base allo schema impiantistico

ad acqua fluente (fiumi) - inseriti in un canale (spesso irriguo) - inseriti in una condotta idropotabile - con la centrale al piede di una diga

Classificazioni

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Classificazione delle centrali idroelettriche in base allo schema impiantistico

ad acqua fluente (fiumi) - inseriti in un canale (spesso irriguo) - inseriti in una condotta idropotabile - con la centrale al piede di una diga

Classificazioni

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Due tipi di schemi di impianto possono

essere utilizzati per sfruttare salti

esistenti su canali irrigui.

a) Il canale viene allargato (in fase

di progetto) per poter ospitare la

camera di carico, la centrale, il

canale di restituzione e il by-pass

laterale (per garantire la

continuità della fornitura di acqua

per l’irrigazione, anche in caso di

fuori servizio del gruppo.

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Classificazione delle centrali idroelettriche in base allo schema impiantistico

ad acqua fluente (fiumi) - inseriti in un canale (spesso irriguo) - inseriti in una condotta idropotabile - con la centrale al piede di una diga

Classificazioni

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b. Se il canale è già esistente, il canale dovrebbe essere leggermente allargato per poter ospitare

la presa e lo sfioratore limitatore.

Dalla presa, una condotta forzata che corre lungo il canale convoglia l’acqua in pressione alla

turbina, attraversata la quale l’acqua viene re-immessa nel corpo idrico tramite un breve canale

di restituzione.

Poiché solitamente nei canali irrigui non sono presenti specie ittiche migratrici, la scala per

pesci non è necessaria.

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ad acqua fluente (fiumi) - inseriti in un canale (spesso irriguo) - inseriti in una condotta idropotabile - con la centrale al piede di una diga

Classificazioni

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Classificazione delle centrali idroelettriche in base allo schema impiantistico

ad acqua fluente (fiumi) - inseriti in un canale (spesso irriguo) - inseriti in una condotta idropotabile - con la centrale al piede di una diga

Classificazioni

Canale irriguo nel Comune di Goito (Mantova)

Canale Irriguo Brobbio di Magliano Alpi (Cuneo)

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L’acqua potabile viene fornita ai grandi centri abitati trasportandola da un serbatoio posto a monte

attraverso un sistema di tubazioni in pressione. Solitamente in questo genere di impianti la

dissipazione dell’energia all’estremo inferiore della condotta, in prossimità dell’ingresso all’impianto

di trattamento delle acque, viene ottenuta mediante l’uso di speciali valvole.

Un’alternativa interessante, purché venga evitato il colpo d’ariete che può danneggiare le

condotte, è quella di inserire una turbina alla fine della tubazione, allo scopo di convertire in

elettricità l’energia che verrebbe altrimenti dissipata.

Per assicurare l’approvvigionamento idrico in qualsiasi situazione, deve essere comunque

installato un sistema di valvole di by-pass.

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Un piccolo impianto idroelettrico non può permettersi il lusso di possedere un grande serbatoio per

produrre energia quando è più conveniente: il costo di una diga relativamente grande e delle opere

idrauliche connesse sarebbe troppo elevato per renderlo economicamente fattibile.

Se viceversa esiste già un serbatoio costruito per altri scopi (controllo delle piene, irrigazione,

approvvigionamento potabile, usi ricreativi) potrebbe essere possibile produrre energia elettrica

utilizzando le portate compatibili con l’uso prevalente del serbatoio o con i rilasci a fini ecologici

(Deflusso Minimo Vitale).

Può, eventualmente, essere previsto lo sfruttamento dello stesso Deflusso Minimo Vitale.

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Il problema principale è quello di realizzare una via d’acqua che colleghi idraulicamente monte e

valle della diga e di trovare il modo di adattare le turbine a questa via d’acqua:

1. se la diga possiede già uno scarico di fondo la soluzione è evidente;

2. altrimenti, se la diga non è troppo alta, si può inserire una turbina a sifone.

Queste turbine rappresentano una

soluzione elegante per impianti con

salto fino a 10 m e gruppi con non

più di 1.000 kW di potenza,

sebbene ci siano esempi di turbine in

sifone con potenza installata fino a

11 MW (Svezia) e salti fino a 30,5

m (USA).

La turbina può essere collocata sia

sul coronamento della diga sia sulla

sua parete di valle.

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• Overview

• Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è

• Classificazioni

• Il progetto di un impianto idroelettrico• Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico

• Centrale e annessi

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E’ il risultato di un complesso processo iterativo all’interno del quale vengono presi in considerazione

gli impatti ambientali e le differenti soluzioni tecnologiche, che vengono poi anche confrontate da

un punto di vista economico.

Progettare l’utilizzazione di un tratto di fiume ai fini della generazione idroelettrica è

quindi una delle più interessanti sfide per un ingegnere, dal momento che potenzialmente esistono un

numero illimitato di configurazioni possibili per uno stesso sito.

L’ingegnere deve individuare la soluzione ottimale per la configurazione dell’impianto, inclusi il tipo

di diga o traversa, il sistema di convogliamento dell’acqua, la potenza installata, la localizzazione

delle diverse strutture, etc.

Un approccio strettamente matematico all’ottimizzazione di tutti i parametri in gioco è

sostanzialmente impossibile, a causa delle innumerevoli soluzioni possibili e delle caratteristiche

specifiche dei diversi siti.

Il progetto di un impianto idroelettrico

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Prima di redigere un progetto definitivo o esecutivo è opportuno preparare uno studio di fattibilità o,

meglio un progetto preliminare.

I passi da compiere comprendono:

• valutazione della risorsa idrica e del suo potenziale energetico

• selezione del sito e dello schema base dell’impianto

• scelta delle turbine idrauliche, dei generatori elettrici e loro regolazione

• studio di impatto ambientale e misure di mitigazione

• valutazione economica del progetto e possibilità di finanziamento

• analisi del contesto istituzionale

Il progetto di un impianto idroelettrico

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• Overview

• Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è

• Classificazioni

• Il progetto di un impianto idroelettrico

• Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale

energetico• Centrale e annessi

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L’acqua è il “combustibile” dell’impianto, senza il quale non si ha produzione.

Questa caratteristica determina un forte legame tra gli impianti idroelettrici e il territorio:

• è necessario disporre di portate sufficienti e durevoli;

• le caratteristiche topografiche del sito devono consentire di creare in un punto un salto

sufficiente per generare energia.

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

L’acqua, defluendo dal punto A al punto B, perde energia potenziale in misura

proporzionale al dislivello di quota indipendentemente dal percorso seguito, sia esso un

corso d’acqua, un canale o una condotta forzata.

L’energia potenziale persa può essere espressa

in termini di potenza secondo la seguente

equazione:

P = Q·Hg·g

dove:

• P è la potenza perduta dall’acqua [kW]

• Q è la portata in [m3/s]

• Hg è il salto netto [m]

• g è il peso specifico dell’acqua, pari al prodotto

della sua densità per l’accelerazione

• di gravità (g=9,81 kN/m3).

A

B

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Nel secondo caso l’acqua perde comunque

parte della potenza negli attriti con i tubi, in

turbolenza all’imbocco, nelle curve, nelle

valvole, etc., ma la maggior parte viene

utilizzata per muovere le pale delle turbine.

A

B

L’acqua può andare da A a B:

1. seguendo l’andamento dell’alveo naturale, dissipando l’energia potenziale in attriti e turbolenza,

2. attraverso un sistema di condotte al termine del quale sia posta una turbina

È proprio quest’ultima porzione della potenza che sarà convertita in energia meccanica e,

mediante l’accoppiamento con un generatore, consentirà la produzione d’energia elettrica.

Un buon progetto sarà quello che minimizzerà la potenza perduta nel percorso da A a B,

in modo che sia disponibile la massima potenza possibile per azionare il generatore .

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Ing. Fabio Agosta

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“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”

Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

La produzione d’energia idroelettrica dipende

dalla disponibilità di acqua defluente

in presenza di un certo dislivello.

Potenza media

Pm = Qm x Hm x ηm x g

Energia

E = Pm x ore

dove:

Pm = Potenza media [kW]

Qm = Portata media [m3/sec]

Hm = Salto medio netto [m]

ηm = Rendimento [adim.]

g = accelerazione di gravita = 9,81 m/sec2

E = Energia [kWh]

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Per stimare il potenziale idroelettrico si devono poter conoscere:

• la variazione delle portate durante l’anno:

• il salto disponibile.

Nel migliore dei casi i servizi idrografici avranno installato una stazione di misura nelle

vicinanze del tratto d’interesse e avranno registrato le serie storiche delle portate per un

periodo sufficientemente lungo.

Sfortunatamente è piuttosto raro che siano state condotte misure di portata regolari nel

tratto di corso d’acqua su cui si intende sviluppare una utilizzazione idroelettrica.

In questo caso si ricorre all’idrologia, con lo studio del regime delle piogge, dei deflussi e

della geologia superficiale e con le misure dei bacini imbriferi e di drenaggio e

dell’evapotraspirazione.

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Registrazione dei dati idrologici

In Europa le serie storiche di dati idrologici possono di solito essere reperite presso gli

istituti idrografici.

I dati idrologici rilevati possono essere di diversi tipi e tutti possono risultare utili per

valutare le potenzialità produttive di un sito. Eccone alcuni esempi:

• dati di portata per siti con stazioni di misura;

• caratteristiche idrologiche dei siti in termini di portata media annua e curva di durata

delle portate, entrambi espressi sia in termini di portata rilevata che di valore

estrapolato a partire dai deflussi unitari del bacino idrografico;

• mappe dei deflussi.

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Esiste una organizzazione della Nazioni Unite la “World Meteorological Organisation”

con un servizio informativo idrologico (INFOHYDRO) il cui scopo è fornire notizie su:

• organizzazioni nazionali e internazionali (governative e non-governative);

• istituzioni e agenzie che si occupano d’idrologia;

• attività idrologiche di questi enti;

• principali fiumi e laghi del mondo;

• reti nazionali di stazioni di misura idrologiche – numero delle stazioni e durata delle

• registrazioni;

• banche dati nazionali di misure idrologiche - stato della raccolta dati, elaborazione

ed archiviazione;

• banche dati internazionali attinenti all’idrologia ed alle risorse idriche.

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

In Sicilia:

Assessorato Regionale dell'Energia e dei Servizi di Pubblica Utilità

Dipartimento dell'Acqua e dei Rifiuti

Osservatorio delle Acque

www.osservatorioacque.it

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Misure della portata

Se non esistono serie storiche di misure di portata e si dispone di tempo, la portata può

essere misurata direttamente per almeno un anno, poiché una singola misura istantanea

della portata in un corso d’acqua è di scarsa utilità.

Per misurare le portate sono disponibili diversi metodi:

Diretti:

• Metodo del secchio

• Stramazzo

• Venturimetro

Indiretti:

• Metodo velocità-area

• Metodo pendenza-area

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Misure dirette della portata:

Corsi piccolissimi (0,1 – 10 l/min)

Metodo del secchio: si cronometra in quanto tempo si riempie e si ottiene la portata, ma

quando si passa a qualcosa di più complesso si deve conoscere anche la velocità.

Corsi piccoli (20 – 30 l/s)

Stramazzo: conoscendo l’altezza dell’acqua sullo stramazzo si riescea trovare, tramite

formule, direttamente la portata.

Corsi medio-piccoli (1 – 2 m3/s)

Venturimetro : sagomato per creare l’effetto Venturi, cioè si passa da corrente lenta a

corrente veloce e quindi una differenza di livello dalla quale si riesce a calcolare la

portata.

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Misure dirette della portata:

stramazzo

Se il corso d’acqua è abbastanza

piccolo (indicativamente con

portata inferiore ad 1 m3/s)

allora può essere opportuno

realizzare una traversa

provvisoria.

Essa è costituita da un piccolo

sbarramento posto

trasversalmente alla corrente da

misurare e dotato di uno

stramazzo (incavo) centrale

attraverso il quale è convogliata

tutta l’acqua.

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

E’ necessario:

• misurare il pelo acqua a monte a una certa distanza dallo stramazzo (almeno quattro

volte la profondità dell’acqua sul punto più basso dello stramazzo), mantenendolo

libero da sedimenti.

• che le pareti dello stramazzo siano sottili, per favorire il distacco della vena liquida.

Si possono usare

diversi tipi di

stramazzo:

• rettangolari

• triangolari (a “V”)

• trapezoidali

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Esistono varie formule accurate che danno la portata attraverso lo stramazzo in funzione

della differenza di quota tra il pelo acqua a monte e il ciglio dello stramazzo.

Lo stramazzo triangolare(molto preciso

alle basse portate)

Stramazzo rettangolare(adatto per portate

con ampia variabilità)

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Misure dirette della portata: venturimetri

Analogamente si possono utilizzare “modellatori a risalto”, dove una corrente viene

incanalata attraverso una sezione geometricamente regolare prima di entrare in un tratto

con sezione trasversale differente, caratterizzata da contrazione laterale o da salti di

fondo, generalmente con una forma a “Venturi”.

Rispetto agli stramazzi,

queste strutture hanno il

vantaggio di non ostruire

il flusso dell’acqua e di

non farla ristagnare a

monte e possono quindi

anche diventare una

stazione di misura

permanente.

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Misure indirette della portata: metodo velocità-area

Usato per fiumi medi e

grandi, consiste nella

misura:

• della sezione

trasversale del fiume

• della velocità media

dell'acqua.

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Distribuzione delle velocità

nella sezione fluviale

La sezione viene rilevata mediante metodi topografici

La velocità media può essere misurata con vari strumenti: galleggiante, mulinello, misuratori

elettromagnetici.

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Mulinello: strumento che misura la velocità in un preciso punto di una corrente in funzione

della rotazione di un elica.

Velocità modeste

Mulinello ad asse verticale

Velocità elevate

Mulinello ad asse orizzontale

Di solito è solidale ad un asta idrometrica per rilevare immediatamente la profondità di immersione.

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

1. Si misurano nello stesso tempo h e

Q in diverse condizioni di deflusso

(magra, piena, ecc.)

2. Si riportano in grafico h-Q i punti

trovati dalle misure (scala di

deflusso)

3. Si trovano i parametri a e b che

meglio approssimano la legge di

potenza Q = a*h^b

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Si definisce salto lordo o geodetico la differenza di altezza fra la superficie libera della

sezione di presa dell’acqua ed il livello nella sezione del corso d’acqua dove il flusso è

restituito.

Il salto lordo dipende dall’orografia del luogo e presenta ampi margini di variazione (da 1

a 1.500 m).

Misura del salto lordo disponibile:

• cartografia

• rilievi con GPS

• rilievi topografici a terra

• rilievi topografici con voli

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Misura del salto lordo disponibile:

cartografia

La principale produzione cartografica

disponibile in Sicilia é costituita da:

• carte topografiche IGM - Istituto

Geografico Militare (scala

1:25.000);

• CTR - Carta Tecnica Regionale

(scala 1:10.000);

• CART2000 - cartografia dei centri

urbani (scala 1:2000)

www.sitr.regione.sicilia.it/

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Misura del salto lordo disponibile: rilievi con GPS

Il Global Positioning System è un sistema di

localizzazione topografica che utilizza una

costellazione di 24 satelliti del Dipartimento della

Difesa degli Stati Uniti.

In sintesi, il GPS è un sistema di posizionamento in

grado di fornire in tempo reale o in differita, senza

distinzione di luogo o di momento, le posizioni, i tempi

e la velocità di qualsiasi utilizzatore.

Grazie ad un ricevitore GPS è possibile calcolare e

conoscere una posizione istantanea, visualizzandone le

coordinate sul display sotto forma di coordinate

geografiche nel sistema di riferimento del GPS

(ellissoide geocentrico) WGS84, oppure nel sistema

locale UTM.

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Misura del salto lordo disponibile:

rilievi topografici a terra

Una stazione totale è una combinazione di

dispositivi elettronici per la misurazione

della distanza.

Con la stazione totale è possibile

determinare angoli e distanze dello

strumento da determinati punti che devono

essere rilevati.

Con l'aiuto della trigonometria poi gli

angoli e le distanze vengono utilizzati per

calcolare la posizione reale (x, y, z o

northing, easthing e elevazione) dei punti in

termini assoluti.

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Calcolo del salto netto disponibile

Il salto che “sente” la turbina non è quello lordo HL, ma quello netto HN (< HL).

Un fluido che scorre dentro una tubazione è soggetto alle cosiddette perdite di carico,

ovvero ad un calo di pressione dovuto agli attriti interni dello stesso.

Le leggi che regolano il moto di un fluido non sono universalmente valide. Si è soliti

ricorrere a due modelli per descrivere un fluido in moto:

• il regime laminare, che prevede che il fluido sia

suddivisibile in tante lamelle che scorrono (non senza

attrito) una sull’altra e parallelamente al tubo

• il regime turbolento, che si basa sull’idea che le varie

molecole si muovano in modo caotico, formando vortici.

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Si sceglie un modello o l’altro a seconda del valore di un parametro, il numero di

Reynolds, definito da:

Re = WD ρ/μ

dove:

D = diametro del tubo

W = velocità media del fluido

ρ = densità del fluido

μ = viscosità del fluido

A seconda del valore di Re:

• Regime laminare se Re<2.100

• Regime turbolento se Re>4.000

Esiste un range entro il quale non vale nessuno dei due modelli (zona di transizione).

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Le perdite di carico vengono suddivise in due categorie:

• distribuite, presenti ovunque nelle tubazioni e dovute agli attriti che inevitabilmente si generano a

causa dello scorrere del fluido nel tubo

• concentrate, localizzate in un ben preciso punto del percorso e dovute ad ostacoli quali un

rubinetto, una diramazione, un restringimento o un allargamento del condotto, un gomito ecc.

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L’espressione della velocità in funzione della caduta di pressione tra due sezioni 1 e 2 è:

Risolvendo tale equazione rispetto alla caduta di pressione ed esprimendo il raggio in funzione del

diametro, si ottiene:

da cui:

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Perdite di carico distribuite

Consideriamo un tubo rettilineo di sezione circolare di

raggio R, e lunghezza L, perfettamente liscio, entro cui

scorre un fluido di viscosità μ in regime laminare.

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Il termine è chiamato coefficiente d’attrito, e tale espressione vale solamente sotto le ipotesi

che abbiamo fatto, in particolare quelle di tubo liscio, sezione circolare e moto laminare.

È anche da notare come l’espressione appena ricavata per la perdita di pressione sia direttamente

proporzionale al termine L/D, quindi alla lunghezza relativa del tubo: questo fattore esprime il

concetto dei perdita distribuita.

Qualora non valessero le ipotesi sotto le quali abbiamo sviluppato il calcolo, possiamo comunque

utilizzare la formula ricavando il coefficiente d’attrito non più per via analitica, ma mediante l’uso di

tabelle o del diagramma di Moody, di origine sperimentale, in funzione del numero di Reynolds e

della rugosità relativa:

dove:

D è il diametro del tubo [mm]

ε è il valore medio della scabrezza del tubo [mm]

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Il diagramma di Moody si presenta sotto forma di retta nel

caso di regime laminare, in cui vale la relazione:

Aumentando il valore di Re, si entra nel regime turbolento,

e il diagramma si divide in più curve, ognuna delle quali

rappresenta un particolare valore della scabrezza relativa.

Il grafico si usa scegliendo la curva corrispondente alla

scabrezza del tubo in esame e individuando su di essa il

punto la cui ascissa rappresenta il numero di Reynolds del

problema: sull’indice di sinistra si può leggere il valore di ξ.

Si noti che la zona critica e quella di transizione non sono

trattate: il grafico diventa tratteggiato, e poi subisce una

discontinuità.

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Fig. - Diagramma di Moody

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Perdite di carico concentrate

La formula usata per calcolare le perdite di

carico concentrate è:

Il termine β, che mantiene il nome di

coefficiente d’attrito, dipende dalla

particolare geometria dell’oggetto che

determina la perdita.

Nelle lunghe condotte (L>>D) risultano

trascurabili le perdite di carico localizzate

rispetto a quelle continue.

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

800

850

900

950

1.000

1.050

1.100

1.150

1.200

1.250

1.300

0

20

0

40

0

60

0

80

0

1.0

00

1.2

00

1.4

00

1.6

00

1.8

00

2.0

00

2.2

00

2.4

00

2.6

00

2.8

00

3.0

00

3.2

00

3.4

00

3.6

00

3.8

00

4.0

00

4.2

00

4.4

00

4.6

00

4.8

00

5.0

00

5.2

00

5.4

00

5.6

00

5.8

00

6.0

00

Qu

ote

[m

s.l

.m.]

Distanza progressiva [m]

Quote terreno = quote condotta

Quote piezometriche Scenario 1 (Q turbinata = Q media di concessione)

Quote piezometriche Scenario 2 (Q turbinata = Q massima di concessione)

Salto disponibile

CE

NT

RA

LE

ID

RO

EL

ET

TR

ICA

PA

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LL

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Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico

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Ing. Fabio Agosta

Lezioni di

“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”

Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Per il dimensionamento di una centrale idroelettrica è estremamente importante

determinare la curva di durata delle portate (flow duration curve, fdc).

La curva mostra il periodo di tempo durante il quale la portata è uguale o superiore ad

un certo valore nella sezione considerata.

Si ricava con lunghi periodi di

osservazione (20-30 anni).

Serve a:

• valutare il potenziale energetico del

corso d’acqua in una data sezione

(l’area sottesa dalla curva

rappresenta il volume di acqua che

scorre attraverso la sezione data)

• definire il massimo valore della

portata che è conveniente

indirizzare alla turbina.Giorni in cui la portata è uguagliata o superata

Port

ata

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

La derivazione di una determinata portata, anche se restituita al corso d’acqua a valle

della sezione di presa, può compromettere la vita acquatica

e l’ambiente circostante.

Per evitare questo problema, deve essere garantita una portata minima al corso d’acqua:

il Deflusso Minimo Vitale (DMV).

Dal punto di vista economico è

auspicabile che il DMV sia il più basso

possibile.

Dal punto di vista ambientale il DMV

dovrebbe essere su valori elevati in

modo da proteggere la flora e la fauna

e garantire la qualità dell’ambiente.

Serve quindi una soluzione di

compromesso fra queste due legittime

esigenze.Giorni in cui la portata è uguagliata o superata

Port

ata

DMV

Volume di acqua

disponibile ma non

utilizzabile causa DMV

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Esempio di utilizzo:

Giorni in cui la portata è uguagliata o superata

Port

ata

Opzione 1 Opzione 2 Opzione 3

Qmax(l/sec)

32 43 50

0 26% 14%

Durata

78 53 32

0 -47% -66%

Qmed(l/sec)

18 23 26

0 22% 12%

Volume di acqua

disponibile ma non

utilizzabile causa DMV

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

In sintesi:

Giorni in cui la portata è uguagliata o superata

Port

ata

DMV

Volume di acqua

disponibile ma non

utilizzabile causa DMV

LIM.

SUP.

Volume di acqua disponibile

ma non utilizzabile perché

antieconomico

Volume di acqua

disponibile ed utilizzabile

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

La potenza teorica P [kW] ricavabile da una massa d’acqua con una portata Q [m3/s] e

con un dislivello H [m] è:

PT = 9,81x Q x HL

La potenza effettivamente utilizzabile PE* è minore di quella teorica in quanto si verificano

delle perdite di carico e pertanto ad HL va sostituito HN (<HL):

PE* = 9,81x Q x HN

Indicando con il rendimento complessivo dell’impianto, la potenza effettiva PE diventa:

PE = 9,81x Q x HN x η

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Potenza di interesse per l’idroelettrico

Potenza installata

PINST = QMAX x HN(QMAX) x η x 9,81 [kW]

PINST = QMAX x HN(QMAX) x η x 9,81 / cosfì [kVA]

Potenza media annua

PMED = QMED x HMED(QMED) x ηM x 9,81 [kW]

Producibilità media annua

EMED = PMED [kW] x ore/anno [kWh/anno]

Potenza nominale di concessione

PNOM = QMED [l/sec] x HL [m] /102 [kW]

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• Overview

• Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è

• Classificazioni

• Il progetto di un impianto idroelettrico

• Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico

• Centrale e annessi• Autorizzazioni ed incentivi

• Casi studio

Sommario

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

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Centrale e annessi

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Componenti:

• Sala macchine, sale quadri,

locali accessori

• Gruppi generatori

• Valvole o paratoie di

protezione macchine

• Carroponte

• Quadri di potenza

• Quadri di comando e

teletrasmissioni

• Sistemi d’emergenza

(aerazione, antincendio,

antintrusione, ecc)

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Le turbine idrauliche si dividono in due grandi categorie: ad azione ed a reazione

Tipo di turbina

Classificazione del salto

Alto (>50m) Medio (10-50m) Basso (<10m)

Azione

PeltonTurgo

Cross-flowPelton multi getto

Cross-flowTurgo

Pelton multi gettoCross-flow

Reazione Francis (cassa spirale)Francis (cassa spirale)

Kaplan

Francis (camera libera)Propeller

Kaplan

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Scelta della turbina

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Scelta della turbina

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Variazione di portata e di salto accettabile

Tipo turbine Variazione di portata accettabile Variazione di salto accettabile

Pelton 1 getto 20% Qmax Basso

Pelton multi-getto 10% Qmax Basso

Francis 50% Qmax Basso

Kaplan a doppia regolazione 20% Qmax Alto

Kaplan a regolazione singola 50% Qmax Medio

Cross-flow 20% Qmax Medio

Propeller Qmax Basso

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Rendimento tipico della turbina

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Rendimenti

Turbine

Moltiplicatori

Generatori

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Turbine Pelton

La girante di questa ruota è costituita da un disco alla cui periferia sono collocate le palette con la

tipica forma a doppio cucchiaio: essa viene alimentata da uno o più getti regolati da spine.

La ruota è racchiusa in una cassa opportunamente disegnata. Quando il getto colpisce la pala viene

diviso in due parti uguali che vengono deviate sulle superfici interne dei cucchiai e abbandonano la

pala dai bordi laterali.

Per regolare le portata si utilizza un

distributore munito di una spina che

può scorrere in direzione dell’asse

del distributore fino alla chiusura

completa. Questo organo

importante è comandato da un

servomeccanismo comandato

automaticamente dall’impianto di

regolazione.

Oltre alla spina esiste anche un

tegolo deviatore che ha la funzione

di sicurezza.

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Turbine Pelton

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Turbine Francis

La turbina Francis è caratterizzata da una prima camera forzata a spirale, che ha la funzione di

uniformare la pressione dell’acqua prima del suo ingresso nel distributore.

Dalla camera forzata l’acqua arriva al distributore costituito da una serie di palette direttrici mobili

che hanno il compito di assicurare un corretto orientamento dell’acqua in ingresso alla girante. La luce

di passaggio tra due palette contigue del distributore può essere variata tramite la rotazione delle

palette stesse per modificare la portata della turbina.

Quando l’acqua giunge alla girante,

costituita da una successione di pale

fisse, si verifica la trasformazione

dell’energia potenziale idrica in

energia meccanica.

La ruota è costituita da due corone

concentriche, l’una esterna e l’altra

interna, che trascina l’alternatore.

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Turbine Francis

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Turbine Kaplan

Le turbine Kaplan hanno una girante ad

elica con un certo numero di pale che,

mediante perni mobili, si calettano su di

un mozzo ogivale al cui interno trovano

posto i meccanismi per la variazione

del passo.

Per ciascuna posizione di apertura del

distributore, alle pale della ruota viene

fatta assumere l’inclinazione più idonea

per ottenere il massimo rendimento. A

seguito di tale accorgimento la curva

del rendimento risulta l’inviluppo dei

valori massimi di tante corrispondenti

ruote a elica a pale

fisse.

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Turbine Kaplan

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Principali criteri di scelta delle turbine:

Caratteristica Fattori

Tipo H; Qmax; Qmin; producibilità attesa (efficienza)

Giacitura asse Tipologia centrale; facilità delle manutenzioni

Nr. Unità Portata minima d’impianto

Generatore Velocità di rotazione; costi

Producibilità attesa Investimento totale

Altro Facilità di trasporto; tempo di consegna; problemi di colpo

d’ariete, etc.

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• Overview

• Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è

• Classificazioni

• Il progetto di un impianto idroelettrico

• Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico

• Centrale e annessi

• Autorizzazioni ed incentivi• Casi studio

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

A differenza degli impianti alimentati dalle altre fonti rinnovabili, essendo l’acqua un bene

pubblico, prima dell’autorizzazione alla realizzazione delle opere è necessario acquisire

dalla Regione Siciliana una concessione di derivazione dell’acqua a scopo idroelettrico ai

sensi dell’art. 7 del T.U. di cui al R.D. n. 1775/1933.

Il Decreto di concessione è rilasciato dall’Assessorato Regionale delle Infrastrutture e della

Mobilità, dopo una lunga procedura istruttoria di cui è incaricato l’Ufficio del Genio Civile

competente per territorio.

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

L'art. 7 del T.U. 11-12-1933 n°1775 prevede che le domande per nuove concessioni siano

"corredate dei progetti di massima delle opere da eseguire per la raccolta, regolazione,

estrazione, derivazione, condotta, uso, restituzione e scolo delle acque".

Tuttavia la norma (D.Lgs. 16372006 e D.P.R. 207/2010) prevede che esistano soltanto i

livelli di progettazione preliminare, definivo ed esecutivo.

Esiste comunque una legge che definisce comunque le norme per la compilazione dei

progetti di massima da presentare unitamente alle istanze di concessione di acqua pubblica,

il D.M. 16 dicembre 1923 ("Norme per la compilazione dei progetti di massima e d esecuzione

a corredo delle domande per le derivazioni di acque, di cui all'art. 9, n.1, del regolamento 14

agosto n.1285"), tuttora vigente.

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

L’iter istruttorio prevede forme di pubblicità finalizzate a far emergere:

• concorrenza

• opposizioni/osservazioni

La concessione all’uso delle acque è rilasciata per 30 anni, a fronte del pagamento di un

canone annuo funzione della potenza nominale di concessione.

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Per gli aspetti relativi al rilascio dell’autorizzazione alla costruzione ed all’esercizio si fa

invece riferimento all’articolo 12 del D.Lgs. 29 dicembre 2003, n. 387.

All’interno della conferenza dei servizi di cui all’articolo 12, verranno acquisite tutte le

autorizzazioni, pareri e nulla osta necessari alla costruzione e gestione dell’impianto

idroelettrico, comprese l’autorizzazione paesaggistica, le autorizzazioni e nulla osta idraulici,

alla realizzazione dell’elettrodotto di connessione alla rete elettrica, ecc.

Costituiscono endoprocedimenti del suddetto procedimento unico principale:

1. la valutazione di impatto ambientale, ove necessaria, ex D.Lgs. 152/2006 e s.m.i.

2. il rilascio della concessione di derivazione di acqua pubblica ex T.U. 1775/1933.

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Regione Siciliana - Schema regolamento di attuazione dell'art. 105, c.5, L.R. 12/5/2010, n. 11. Modalità di

attuazione degli interventi da realizzare per il raggiungimento degli obiettivi fissati dal Protocollo di Kyoto.

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

La bozza del Decreto attuativo MSE sulle energie rinnovabili (escluso fotovoltaico) è praticamente

pronta.

1) Sopra i 5 MW gli incentivi sono aggiudicati con procedure competitive di aste al ribasso.

2) Per gli impianti di potenza fino a 1 MW, il GSE provvede, ove richiesto, al ritiro dell’energia elettrica netta

immessa in rete, erogando una tariffa incentivante onnicomprensiva dell’incentivo e del prezzo zonale orario

dell’energia.

3) Per gli impianti di potenza nominale superiore a 1 MW, anche soggetti alle aste al ribasso, il GSE eroga, in

riferimento alla produzione netta immessa in rete, il pertinente incentivo spettante. L’energia prodotta dai

medesimi impianti resta nella disponibilità del produttore.

4) Gli impianti che accedono a tariffa incentivante possono esercitare, per una sola volta nel periodo di vita utile, il

diritto di optare per la seconda tipologia di meccanismo di incentivazione.

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5) L'entità dell'incentivo, sempre di natura omnicomprensiva, è adesso funzione della potenza nominale.

La durata dell'incentivo coincide con la vita utile convenzionale, stabilita dallo stesso DM in funzione della

potenza nominale.

Il GSE provvede per ciascun impianto alla determinazione dell’incentivo sulla base dei dati della produzione di

energia elettrica immessa in rete e dei prezzi zonali comunicati dal GME, applicando la seguente formula:

I= T – Pz

dove:

I è l’incentivo;

T è la tariffa incentivante ricavata per ciascuna fonte e tipologia di impianto dalla tabella 1.1;

Pz è il prezzo zonale orario, della zona in cui è immessa in rete l’energia elettrica prodotta da ciascun impianto.

Nel caso in cui il valore dell’incentivo risulti negativo esso è posto pari a zero.

Per gli impianti che entrano in esercizio dopo il 2013, la tariffa incentivante da applicare a tutta vita utile va

ridotta del 2% per ogni anno successivo al 2013.

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Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

Nel caso degli impianti ad acqua fluente (compresi gli impianti in acquedotto) messi in esercizio nel 2013:

Nel caso degli impianti a bacino o a serbatoio messi in esercizio nel 2013:

Nuova regolamentazione

(bozza DM MSE)

Vecchia regolamentazione

(L. 24/12/2007, n. 244)

Potenza Tariffa incentivanteDurata incentivo

(= vita utile convenzionale)Tariffa incentivante Durata incentivo

kW €/MWh anni €/MWh anni

1<P≤5000 91 25 CV 15

P>5000 81 30 CV 15

Nuova regolamentazione

(bozza DM MSE)

Vecchia regolamentazione

(L. 24/12/2007, n. 244)

Potenza Tariffa incentivanteDurata incentivo

(= vita utile convenzionale)Tariffa incentivante Durata incentivo

kW €/MWh anni €/MWh anni

1<P≤20 257 20 220 15

20<P≤500 219 20 220 15

500<P≤1000 155 20 220 15

1000<P≤5000 104 25 CV 15

P>5000 94 30 CV 15

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6) La soglia di potenza, per gli impianti idroelettrici, coincide con la potenza nominale di concessione di

derivazione d’acqua e non con quella di targa del generatore. Dal momento che la potenza nominale di

concessione è funzione del salto lordo di pressione (incluse, quindi, le perdite di carico) e non del più basso salto

netto (escluse le perdite di carico), c'è il rischio di posizionarsi sempre in una classe di potenza e di relativo

incentivo superiore a quella effettivamente installata!

Ad esempio, nel caso dell'impianto Ancipa 1 di Cozzo della Guardia la potenza di concessione (funzione del

salto lordo tra Troina e Caltanissetta) è superiore a 500 kW e pertanto l'incentivo sarà pari a 104 €/MWh,

nonostante la potenza effettiva (funzione del salto netto, ovvero escluse le elevate perdite di carico tra Troina e

Caltanissetta), cioè quella che realmente produce energia e quindi ritorno economico, sia inferiore a 500 kW.

Tale perdita è, in parte, ammorbidita dalla maggior durata degli incentivi prevista per gli impianti con

500<P≤1000 (25 anni e non 20).

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Autorizzazioni ed incentivi

Ragusa 2015

Ing. Fabio Agosta

Lezioni di

“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”

Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)

7) Gli incentivi complessivamente erogabili sono contingentati e, di conseguenza, possono accedervi ogni anno un

numero di impianti idroelettrici, con P ≤5000 kW, tale che la nuova potenza complessivamente incentivata

nell'anno sia di 45 MW.

Chi vuole ottenere l'incentivo in un certo semestre, provvisto di titolo autorizzativo alla realizzazione dei lavori,

deve iscriversi entro il primo trimestre dello stesso semestre dell'anno precedente ad un apposito registro tenuto

dal GSE. Il GSE forma quindi le graduatorie, in funzione di requisiti principalmente legati alla anzianità

dell'iscrizione al registro e del titolo autorizzativo, ed eroga l'incentivo ai soli impianti che rientrano all'interno

del limite di potenza di 45 MW per anno.

Gli impianti inclusi nella graduatorie dovranno entrare in esercizio entro 18 mesi dalla comunicazione di esito

positivo da parte del GSE, altrimenti vedranno applicata una decurtazione dell'incentivo dell'1% per ogni mese

di ritardo. Dopo ulteriori 12 mesi la richiesta decade e se si ripropone successivamente si applica una riduzione

dell'incentivo del 15%.

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• Overview

• Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è

• Classificazioni

• Il progetto di un impianto idroelettrico

• Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico

• Centrale e annessi

• Autorizzazioni ed incentivi

• Casi studio

Sommario

Ragusa 2015

Ing. Fabio Agosta

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“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”

Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)