A.Lodolo - Fondazione Internazionale Trieste

RECUPERO DI ENERGIA DALLE RETI IDRICHE
GLI IMPIANTI, I PROGETTI E LE PROSPETTIVE DI CAFC SpA
CAFC SpA è l’ ente gestore del servizio idrico integrato in 83 comuni della provincia
di Udine ai quali entro l’anno si aggiungerà anche la città di Udine, essendo in corso
la fusione con il settore idrico di AMGA.
L’ area di competenza quindi va da Gemona a Lignano Sabbiadoro, compresa la zona
pedemontana delle Prealpi Giulie e le Valli del Natisone.
Costituto nel 1931, ha iniziato la sua attività di distribuzione di acqua potabile nella
seconda metà degli anni 50 nelle zone del Medio Friuli, estendendosi poi nel Basso
Friuli nella seconda metà degli anni 60 e poi ,dopo gli eventi sismici del 1976, nella
zona delle Prealpi Giulie e delle Valli del Natisone.
Con l’attuazione della legge Galli e l’avvento dell’ AATO, CAFC ha assunto la
gestione dell’intero ciclo idrico, cioè acquedotto, fognatura e depurazione, in tutti i
comuni sopraccitati.
La maggior parte dell’ acqua distribuita (circa il 90%) viene captata dalla falda
mediante pompaggio, sollevata a serbatoi di carico e compenso giornaliero e poi
distribuita a gravità o mediante sollevamenti secondari.
Ovviamente i serbatoi sono posti alle quote minime necessarie a garantire l’
erogazione alle reti di distribuzione, seguendo anche l’ altimetria del terreno.
Da questi sistemi è praticamente impossibile recuperare energia essendo in origine
progettati per richiedere il minimo consumo di energia.
Circa il 10% della portata d’ acqua distribuita viene prelevata da sorgenti poste a
quote elevate rispetto alle zone di utilizzo.
E’ questo il caso dell’ex Acquedotto Tarcento- Buia, a servizio dei comuni di
Tarcento,Buia e Magnano in Riviera, avente origine alle sorgenti del Torre in località
Musi in comune di Lusevera e dell’ex Acquedotto del Cornappo,a servizio dei
comuni di Tricesimo, Cassacco e Treppo Grande,avente origine da un gruppo di
sorgenti situate in località Cornappo in comune di Taipana.
Tali acquedotti, costruiti nei primi decenni del secolo scorso e ideati dallo stesso
progettista, successivamente aggiornati e potenziati, sono realizzati secondo lo
schema seguente:
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-opera di captazione in quota
-adduttrice maestra di fondo valle con pressioni elevate
-serbatoio ripartitore
-adduzione secondaria ai serbatoi di accumulo e compenso dei comuni interessati
-serbatoi di accumulo e compenso
-reti di distribuzione dei comuni
-eventuali serbatoi secondari derivati direttamente dalla adduttrice maestra
Su questi sistemi idrici ed in particolare su quello del Torre è stata posta l’attenzione
da parte dell’ azienda per la produzione di energia elettrica mediante il recupero dei
carichi idraulici in esubero.
Attualmente il consumo annuo aziendale di energia elettrica è di circa 33.000.000 di
kWh di cui quasi 19.000.000 di kWh per il solo servizio di acquedotto, oltre
12.000.000 di kWh per la depurazione e circa 2.000.000 per il servizio di fognatura.
Il costo energetico aziendale ammonta a circa 4.800.000 di euro pari a quasi il 15%
dei costi totali, investimenti compresi.
Dopo alcune richieste di autorizzazione all’ utilizzo combinato delle acque della
sorgente del Torre rimaste prive di effetto (la prima risale al 1988), l’azienda è
riuscita ad ottenere le concessioni, come variante non sostanziale alla concessione
principale, per la realizzazione di due microimpianti che utilizzano il carico idraulico
di esubero sull’ arrivo a due serbatoi di accumulo e compenso.
E’ da ricordare che l’ utilizzo dei carichi idraulici eccedenti nelle reti acquedottistiche
mediante impianti idroelettrici rientra fra gli interventi previsti e consigliati dal
DPCM 04.03.1996 (disposizioni in materia di risorse idriche) per l’ uso ottimale delle
risorse stesse.
Il primo impianto è stato realizzato in località Ciseriis in comune di Tarcento,
inserendo una turbina Francis con generatore asincrono, sulla condotta di derivazione
che alimenta il serbatoio di Lucchin a servizio dell’ abitato di Tarcento (1998).
Il secondo impianto è stato realizzato in località Monte di Buia installando una
turbina Pelton con generatore asincrono, sulla condotta di arrivo all’ omonimo
serbatoio a servizio dell’ abitato di Buia (2004).
In entrambe i casi, i gruppi turbina-generatore sono stati installati sulle alimentazioni
di serbatoi di accumulo e compenso giornaliero, in sostituzione di valvole o
dispositivi di regolazione della portata, ed operano a portata pressoché costante e
quindi a carico pressoché costante, essendo il carico stesso funzione delle perdite di
carico lungo la condotta adduttrice e quindi della portata.
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In realtà il parametro di regolazione dell’ impianto è la pressione a monte della
turbina stessa, che deve essere mantenuta costante ai valori impostati anche nel caso
di intervento dello scarico sincrono (strettamente necessario più per la lunghezza
della condotta adduttrice che per la continuità di rifornimento del serbatoio) nel caso
di fuori-servizio del gruppo turbina-generatore.
La centralina idroelettrica di Lucchin
Come sopra detto, a monte dell’ abitato di Ciseriis in prossimità del borgo di
Lucchin, dalla condotta adduttrice maestra proveniente dall’ opera di presa di Musi,
si derivano sia la condotta per il serbatoio di Sedilis posto alla quota di m 450 sul
mare, sia la condotta per il serbatoio di Lucchin posto alla quota di m 300 sul mare.
Di conseguenza in tal punto la pressione nella condotta adduttrice maestra deve
assumere un valore tale da poter alimentare il serbatoio di Sedilis, e tale valore risulta
notevolmente esuberante per l’ alimentazione del serbatoio di Lucchin.
Nella cabina del nodo Lucchin è stato quindi installato un gruppo turbina Francisgeneratore asincrono, dotato di by-pass sincrono, atto a garantire un regolare afflusso
d’ acqua al serbatoio di Lucchin anche nel caso di arresto della turbina, senza
provocare dannose sovrapressioni sulla condotta adduttrice avente le tubazione di
diametro di mm 200 con giunti piombati.
L’ energia elettrica prodotta alla tensione di 380 V, viene elevata mediante un
trasformatore da 160 kVA, a 20 kV e ceduta alla rete pubblica mediante un cavo
interrato che collega l’ impianto alla vicina cabina ENEL di Borgnis.
La centralina è completamente automatizzata e tutte le procedure di funzionamento
sono regolate da PLC; l’ impianto è anche connesso al sistema di telecontrollo
aziendale.
La piccola turbina Francis, essendo destinata ad operare con acqua potabile, è
completamente realizzata in acciaio inox; dovendo poi alimentare il serbatoio di
Lucchin - posto ad una quota superiore di circa 25 m – mantiene allo scarico una
pressione residua di circa 2,8 bar.
Quest’ ultima caratteristica, inusuale per tale tipo di turbina idraulica, mentre
garantisce l’ acqua fluente da eventuali inquinamenti esterni e limita la velocità di
fuga della stessa ed eventuali fenomeni di cavitazione, impone l’ adozione di
particolari tenute sull’ albero.
Inoltre l’ elevata velocità di rotazione – circa 3010 giri/min – e la conseguente
possibile velocità di fuga allo stacco del carico del generatore – oltre due volte la
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velocità nominale – hanno imposto un particolare dimensionamento meccanico del
gruppo e l’ applicazione di una massa volatica sull’ asse in modo da limitare a circa
4300 giri/min la massima velocità raggiungibile.
Le caratteristiche di funzionamento del gruppo turbina-generatore sono:
- salto nominale netto
m
140
- portata massima
l/sec
80
- potenza asse ruota
kW
115
- tensione generatore
V
400
- velocità nominale
RPM 3010
- potenza generatore
kVA
120
L’ energia annualmente prodotta varia fra 430.000 e 460.000 kWh.
La centralina idroelettrica di Buia
Sul punto terminale della condotta adduttrice maestra proveniente da Musi, al
serbatoio di Monte di Buia – posto alla quota di 280 m sul mare – in seguito al
potenziamento del tratto terminale della condotta stessa ed alla parziale esclusione del
serbatoio ripartitore di Coia di Tarcento, per le portate richieste, si ha un carico
idraulico in esubero di circa 140-150 m.
Vista l’esperienza precedente, è stata scelta una soluzione impiantistica più semplice
ed è stato quindi installato un gruppo turbina Pelton-generatore asincrono ad asse
verticale, dotato di by-pass sincrono, con spina Doble regolata mediante un semplice
attuatore elettrico in corrente continua.
Anche in questo caso, la turbina Pelton , essendo destinata ad operare con acqua
potabile, è realizzata in acciaio inox.
L’ energia elettrica prodotta alla tensione di 400 V, variabile fra 260.000 e 285.000
kWh/anno, viene ceduta alla rete pubblica in bassa tensione.
Anche questo impianto è completamente automatizzato, regolato da PLC e collegato
al sistema di telecontrollo aziendale.
Le caratteristiche di funzionamento del gruppo turbina – generatore sono:
- salto nominale netto
m
140
- portata massima
l/sec
50
- potenza asse ruota
kW
60
- tensione generatore
V
400
- velocità nominale
RPM 1010
- potenza generatore
kVA
60
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Impianti in progetto
Oltre al sistema idrico del Torre di cui sopra si è descritto, l’ azienda ha posto la sua
attenzione per il recupero energetico anche sul sistema idrico del Cornappo ed ha in
fase di progettazione esecutiva un impianto di caratteristiche simili a quello di Monte
di Buia , da realizzarsi sulla derivazione dalla condotta maestra del Cornappo per il
serbatoio di Torlano a servizio del comune di Nimis.
Per tale impianto è prevista la installazione di un gruppo turbina Pelton-generatore
asincrono avente le seguenti caratteristiche di funzionamento:
- salto nominale netto
m
200
- portata massima
l/sec
40
- potenza asse ruota
kW
60
- tensione generatore
V
400
- velocità nominale
RPM 1010
- potenza generatore
kVA
70
La produzione di energia elettrica nell’ impianto in questione è stimata in circa
333.000 kWh/anno, ma le modifiche impiantistiche conseguenti alla costruzione
dell’ impianto stesso per il rifornimento idrico dei comuni di Cassacco, Treppo
Grande, Tricesimo e Nimis portano ad un risparmio energetico annuo di circa
1.130.000 kWh.
Il costo di costruzione dell’ intero impianto, comprese le opere edili e le condotte di
collegamento alla rete di distribuzione di Nimis, ammonta a circa 900.000 euro con
un tempo di recupero dell’ investimento di circa 7 anni.
Un altro microimpianto di prossima realizzazione (l’ appalto è previsto entro l’ anno
in corso) sarà costruito sullo scarico del depuratore di Villanova nord in comune di
S. Daniele del Friuli.
In tale sito ove attualmente esiste un depuratore avente potenzialità di 5000 Ab.eq.ormai inadeguato alla vigente normativa e scarsamente efficiente – a servizio di parte
dell’ abitato di S. Daniele, è prevista la costruzione di un nuovo depuratore avente
potenzialità di 20.000 Ab.eq. idoneo a trattare le acque reflue provenienti dall’ intero
abitato di S. Daniele , dal contiguo comune di Ragogna e dalla zona industriale di S.
Daniele dove sono insediati numerosi prosciuttifici.
Con tale intervento vengono eliminati otto depuratori distribuiti nel
interessato ormai inadeguati e scarsamente efficienti.
territorio
L’ impianto di depurazione è costituito dai trattamenti primari di sghiaiatura,
dissabbiatura e disoleazione, da due linee biologiche a fanghi attivi convenzionali
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precedute da una vasca di omogeneizzazione-equalizzazione, da un trattamento di
disinfezione ad UV.
Considerato che fra il bacino di disinfezione ed il ricettore finale vi è un dislivello di
circa 35 m, è prevista la installazione di una turbina Pelton ad asse verticale, a tre
getti per poter utilizzare con buoni rendimenti le portate in uscita dall’ impianto che
possono variare fra una portata minima notturna assunta pari a 0,5 Qm = 23 l/sec ed
una portata massima in tempo di pioggia assunta pari a 4 Qm = 184 l/sec ( portata
assoggettata al trattamento primario).
Le caratteristiche del gruppo turbina Pelton – generatore asincrono saranno :
- portata
l/sec 23 – 184
- portata media
l/sec
46
- salto netto
m
35 – 34
- potenza turbina
kW
50
- velocità di rotazione
RPM
505
- potenza generatore
kVA
70
- tensione
V
400
L’ energia prodotta è stimata in circa 105.000 kWh/anno, rappresenta circa il 25%
dell’ energia utilizzata dall’ impianto di depurazione e verrà completamente utilizzata
nell’ impianto stesso.
Sviluppi futuri
Gli sviluppi dell’ attività di recupero di energia dalle reti acquedottistiche da parte
dell’ente gestore delle stesse è strettamente conseguente al Piano d’ ambito che la
AATO Centrale Friuli predisporrà a breve e che dovrà essere approvato dall’
Assemblea di tutti i comuni dell’ ambito stesso.
A tale proposito risulta opportuno fare alcune considerazioni sullo stato delle reti
idriche nella provincia di Udine, nella quale si possono sommariamente individuare
tre diverse situazioni.
Nella zona alpina e prealpina nella quale risultano residenti circa il 12% degli abitanti
della provincia, il rifornimento idropotabile è garantito da numerosi ed esigui
acquedotti alimentati da sorgenti.
Sistemi idrici più estesi sono rappresentati dall’ Acquedotto dell’ Alto But e dagli
acquedotti del Seazza e del Chialada nella Valle del Tagliamento.
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Gran parte dell’ acqua che per qualità, grado di protezione delle sorgenti, quantità e
costanza nel tempo potrebbe essere utilizzata anche – ma non esclusivamente - per
uso potabile, è utilizzata ad uso idroelettrico.
Nella zona collinare, comprese le Valli del Natisone, la distribuzione idrica è
garantita da alcuni sistemi acquedottistici ( CAFC, AMGA, Poiana), sia pure di
differenti dimensioni, le cui adduttrici principali sono fra loro interconnesse
Nella zona della bassa pianura friulana. il rifornimento idrico è garantito in modo
quasi completo dalla rete di adduzione di CAFC e da numerosi pozzi privati.
Il sistema idrico della zona collinare e della pianura che per le sue interconnessioni e
le diverse possibilità di alimentazione appare un modello ideale, presenta un
essenziale punto debole rappresentato dalla opera di captazione di Molino del Bosso
in comune di Artegna, che in caso di necessità non può ricevere “soccorso” da nessun
altro impianto e che si trova ubicato in un sito la cui vulnerabilità non è proprio
trascurabile.
Pertanto, senza scendere in ulteriori particolari, se fra gli obiettivi principali che si
vogliono raggiungere con il piano d’ ambito nel servizio di acquedotto, vi è la
garanzia di qualità e quantità dell’ acqua distribuita, e la riduzione del consumo
energetico privilegiando i prelievi da fonti in quota con eventuale recupero di energia
e riducendo i prelievi da falda mediante pompaggio, appare necessario pensare ad un
unico sistema di adduzione principale alimentato da fonti situate nella zona montana,
mantenendo le attuali opere di presa a pompaggio meccanico con funzioni di
integrazione o di riserva.
Dato il consistente utilizzo idroelettrico delle acque nella zona montana, sarà
necessario ricorrere ad una captazione diffusa e non impattante su più siti, fatto
indubbiamente di non facile attuazione alla luce delle normative vigenti e del
particolare concetto di proprietà dell’ acqua fortemente radicato in tali zone.
Rimanendo nell’ area di attuale competenza CAFC, il sistema idrico che può essere
considerato per l’ utilizzo combinato potabile – energia è ancora quello del Torre.
L’ opera di presa alle sorgenti del Torre ha una potenzialità di derivazione di 600-800
l/sec però è ipotizzabile un prelievo di circa 450 l/sec.
La sostituzione della condotta adduttrice dall’ opera di presa a Tarcento, la
costruzione di un impianto idroelettrico avente potenza media di circa 500 kW, il
collegamento dell’ impianto stesso al sistema di adduzione proveniente da Molino del
Bosso determina un bilancio attivo di energia di oltre 6.000.000 di kWh fra
produzione e minor consumo a Molino del Bosso, con realizzazione di una serie di
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interventi aventi tempo di ritorno – con completo autofinanziamento - di circa 15
anni.
Considerata la attuale situazione di gestione del sistema idrico in provincia e la
prossima elaborazione del piano d’ ambito, non si ritiene opportuno individuare
esplicitamente altre fonti di prelievo, evidenziando che con tutta una serie di
interventi di miglioramento e potenziamento sul sistema idrico esistente, può portare
al recupero di potenze variabili da 500 a 2000 kW.
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