ragusa 2015 modulo 3: idroelettrico (mini-idro)...una centrale idroelettrica è un sistema di...
TRANSCRIPT
LEZIONI EFFICIENZA ENERGETICA
E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
• 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
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Fonte UE
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.
Overview
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
È un’energia
da fonte rinnovabile!
perché è il sole che compie
il lavoro negativo
Overview
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Perché è importante?
Overview
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Risorsa
Rinnovabile
Sicura
Tecnologia
Sostenibile
Efficiente
Pulita
Overview
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
• 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
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Piccoli impianti
idroelettrici
sono facilmente
integrabili negli
ecosistemi locali.
Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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
Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
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
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è
Fig. – Evoluzione della generazione idroelettrica (TWh). Fonte BP
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è
Fig. – Capacità installata e generazione idroel. nel 2009. Fonte: IJHD.
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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.
Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è
Fig. – Potenziale tecnico idroelettrico. Fonte: IJHD
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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).
Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è
Fonte: IJHD
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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
Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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.
Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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
Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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
Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Distribuzione regionale e provinciale della potenza idroelettrica a fine 2010
Fig. –
Font
e G
SE
Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Distribuzione regionale e provinciale della produzione idraulica nel 2010
Fig. –
Font
e G
SE
Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
Il piccolo idroelettrico: cos’è, com’è, quant’è
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
• 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
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Classificazioni
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
Classificazioni
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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
Classificazioni
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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
Classificazioni
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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
Classificazioni
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
Classificazioni
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
Classificazioni
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
Classificazioni
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
Classificazioni
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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)
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
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
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.
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
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.
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
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.
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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)
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.
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
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.
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
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.
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
• 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
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Il progetto di un impianto idroelettrico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
• 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
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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.
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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 .
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“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]
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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)
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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/
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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).
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
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:
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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.
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]
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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.
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Fig. - Diagramma di Moody
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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.
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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
RT
ITO
RE
CE
LL
A
BO
TT
INO
DI
RIU
NIO
NE
MA
RG
I
PA
RT
ITO
RE
PE
R V
AL
LE
DO
LM
O
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
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
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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
Valutazione della risorsa idrica, del salto e del potenziale energetico
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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]
• 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
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Centrale e annessi
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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)
Centrale e annessi
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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
Centrale e annessi
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Scelta della turbina
Centrale e annessi
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Scelta della turbina
Centrale e annessi
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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
Centrale e annessi
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Rendimento tipico della turbina
Centrale e annessi
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Rendimenti
Turbine
Moltiplicatori
Generatori
Centrale e annessi
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
Centrale e annessi
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Turbine Pelton
Centrale e annessi
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
Centrale e annessi
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Turbine Francis
Centrale e annessi
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
Centrale e annessi
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Turbine Kaplan
Centrale e annessi
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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.
• 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
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Autorizzazioni ed incentivi
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
Autorizzazioni ed incentivi
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
Autorizzazioni ed incentivi
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
Autorizzazioni ed incentivi
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
Autorizzazioni ed incentivi
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
Autorizzazioni ed incentivi
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
Autorizzazioni ed incentivi
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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.
Autorizzazioni ed incentivi
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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.
Autorizzazioni ed incentivi
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
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
Autorizzazioni ed incentivi
Ragusa 2015
Ing. Fabio Agosta
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)
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).
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%.
• 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
Lezioni di
“EFFICIENZA ENERGETICA E RISORSE ENERGETICHE ALTERNATIVE”
Modulo 3: Idroelettrico (mini-idro)