Energia idroelettrica

Energia idroelettrica
L'energia idroelettrica è una fonte di energia alternativa e rinnovabile, che sfrutta la trasformazione dell'energia potenziale gravitazionale, posseduta da una certa massa d'acqua
ad una certa quota altimetrica
posseduta da una certa massa d
acqua ad una certa quota altimetrica, in energia cinetica al superamento di un certo dislivello; tale energia g
cinetica viene infine trasformata in energia elettrica
in una centrale idroelettrica grazie ad un alternatore accoppiato ad una turbina. La classificazione degli impianti avviene, convenzionalmente, in base alla potenza installata.
1.
2.
3.
4.
Grandi impianti P>10000 kW
Piccoli impianti 1000< P< 10000 kW
Mini impianti 100< P< 1000 kWù
Micro‐impianti P< 100 kW
Ed in funzione del salto
Alto >100m
Medio 30÷100 m
Basso 2÷30 m
Un’ulteriore distinzione tra le centraline idroelettriche è stilata in base alla diversa tipologia:
idroelettriche è stilata in base alla diversa tipologia:
A.
A
B.
C
C.
D.
ad acqua fluente
ad
acqua fluente
a bacino (a deflusso regolato)
ad accumulo a mezzo pompaggio
ad accumulo a mezzo pompaggio
in condotta idrica
Le centrali del tipo ad acqua fluente sono posizionate sui corsi d’acqua
d
acqua. Non possiedono alcuna capacità di regolare gli afflussi, Non possiedono alcuna capacità di regolare gli afflussi
pertanto la produzione di elettricità è totalmente dipendente dalla portata del fiume: ciò normalmente determina una variazione della produzione su base stagionale. Funzionando ininterrottamente sono in grado di coprire il fabbisogno elettrico di base.
Le centrali di tipo A BACINO sfruttano l’acqua raccolta nei bacini naturali o artificiali. Sono in grado di regolare gli afflussi e, data la g
g
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,
loro facilità di arresto‐avvio nel giro di pochi minuti, possono essere utilizzate come accumulatori di energia per coprire il carico durante il periodo di maggiore richiesta di potenza. Generalmente, gli l
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h
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impianti a bacino possiedono una potenza maggiore rispetto alle altre tipologie ma di contro un maggior impatto ambientale
altre tipologie, ma di contro un maggior impatto ambientale.
Gli impianti di tipo ad accumulo a mezzo pompaggio possiedono un serbatoio di accumulo superiore, detto bacino di svaso, ed uno inferiore o bacino di invaso. Nelle ore di basso d
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consumo, in cui le tariffe energetiche sono più economiche (ore notturne) l’acqua
notturne), l
acqua viene sollevata dal serbatoio inferiore a viene sollevata dal serbatoio inferiore a
quello superiore tramite una pompa, per poi essere riutilizzata in una turbina per la produzione d’energia elettrica nelle ore di maggior richiesta. La validità di questo tipo di centrali risiede proprio nella differenza del valore commerciale dell’elettricità d
t
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)
ll
adoperata nel pompaggio (basse tariffe notturne) e quella prodotta dall’impianto (alte tariffe diurne) quando aumenta la domanda. In questo modo l
uso dell
energia elettrica per il domanda In questo modo l’uso
dell’energia
elettrica per il
pompaggio è restituita quasi totalmente con un valore maggiore.
I sistemi di tipo in condotta idrica costituiscono una categoria recente. Consistono nell’inserimento di una turbina all’ingresso di impianti per il
il trattamento delle acque, per il recupero dell’energia diversamente d ll
il
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dissipata.
Ogni centralina presenta:
Ogni centralina presenta:
1. Opere di presa e/o di accumulo
2. Opere di adduzione: canali e condotte forzate
3. Turbina: dispositivo di conversione dell’energia potenziale (di pressione) e cinetica in energia meccanica
4 G
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4. Generatore: dispositivo di trasformazione dell’energia meccanica in elettrica
5 Trasformatore: innalza la tensione in uscita dal generatore al livello
5. Trasformatore: innalza la tensione in uscita dal generatore al livello della linea elettrica
6. Sistemi di controllo
7. Opere di scarico
TURBINA IDRAULICHE
TURBINA IDRAULICHE
Le turbine sono costituite da una parte fissa, il distributore, e una parte mobile, la girante.
Il distributore indirizza il flusso e indirizza il flusso e
puo' avere funzioni di regolazione.
La girante mossa dal flusso trasmette l'energia meccanica all'albero.
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Turbine a reazione
In questo tipo di turbine il flusso in uscita dal distributore ha una In
questo tipo di turbine il flusso in uscita dal distributore ha una
componente cinetica e di pressione. La girante lavora completamente immersa e l'involucro deve sopportare la pressione del flusso. Il flusso pp
p
minimo utilizzabile, rispetto al flusso nominale, e' intorno al 15% per le Kaplan, 50% per le Francis e 75% per quelle a bulbo.
Francis: 25< H <350
Efficienza 80÷90%
A bulbo (Kaplan): 2< H <40
Efficienza 80÷95;
Turbine a reazione
La turbina Francis è classificabile come “miniturbina” (ma non “microturbina”), dal momento che è adatta per potenze h è d
di almeno 100 kW.
EE’ in grado di sfruttare salti d
in grado di sfruttare salti d’acqua
acqua che che
vanno indicativamente da 25 a 350 metri.
Le turbine Kaplan sono del tipo a reazione in grado di sfruttare salti medio‐bassi (2‐
40m) ma con portate elevate, adattandosi 40m) ma con
portate elevate adattandosi
molto bene agli impianti ad acqua fluente.
Di norma vengono utilizzate in impianti di
Di norma vengono utilizzate in impianti di potenza superiore ai 100 kW.
Turbine ad azione In questa tipologia di turbine
In
questa tipologia di turbine il distributore trasforma l’energia del il distributore trasforma l’energia del
flusso in energia cinetica. La pressione relativa è nulla e la girante non è immersa in acqua. L’involucro
è immersa in acqua. L
involucro che contiene la turbina non deve che contiene la turbina non deve
sopportare particolari pressioni. Il flusso minimo utilizzabile, rispetto al flusso nominale, è intorno al 10% per le Pelton e 20% per le Turgo.
Microturbina Pelton
Si tratta di una turbina ad azione, Si
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utilizzata comunemente negli impianti consalti notevoli (dai 20 ai impianti consalti
(dai 20 ai
200 metri), ma con portate d’acqua anche limitate(da 0,5 a 100 litri a secondo).
Essendo in grado di adattarsi anche a portate limitate, la Pelton
è la turbina in assoluto più utilizzata
è la turbina in assoluto
più utilizzata nei micro e nei mini impianti nei micro e nei mini impianti
idroelettrici. L’ottimo rendimento elettrico (attorno al 90%) si mantiene costante fino al 25% della portata nominale.
mantiene costante fino al 25% della portata nominale.
Turbina a flussoincrociato o Banki
Conosciuta anche come
Conosciuta
anche come Cross
Cross‐Flow
Flow o a
o a flussi flussi
incrociati, la microturbina Banki è adatta per salti d’acqua che vanno dai 5 ai 100 metri e per portate da 20 a 1000 litri al secondo.
Si tratta di una particolare turbina a due stadi, che consente cioè Si
tratta di una particolare turbina a due stadi che consente cioè
una doppia azione dell’acqua sulle pale. L'acqua viene prima indirizzata dal distributore verso la periferia esterna della ruota, p
,
imprimendo la rotazione. L'acqua transita poi attraverso la q
p
parte centrale della ruota, che è cava, e fornisce un'ulteriore spinta prima di finire nel canale di scarico.
Turbina Turgo
La turbina Turgo è una turbina idraulica ad azione. Sviluppata d ll' i d b i
dall'azienda britannica Gilkes
i Gilk nel 1919, è stata derivata l 1919 è
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dalla turbina Pelton, rispetto alla quale ha un rotore più economico da realizzare un numero di giri caratteristico
economico da realizzare, un
numero di giri caratteristico più più
elevato e può gestire una portata d'acqua maggiore a parità di diametro. Queste ultime due caratteristiche permettono di d
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ridurre le dimensioni dell'alternatore e i costi di installazione.
installazione
Può raggiungere rendimenti p
intorno all'87%. Utilizzata per salti 50 < H < 250
Valutazione di massima della potenza dell'impianto
Una prima valutazione della potenza meccanica disponibile all
Una
prima valutazione della potenza meccanica disponibile all'albero
albero della turbina, puo' essere fatta conoscendo la portata Q e il salto H.
Pmec=QHρgη
Pmec [kW]
Q portata [m3/s]
H salto [m]
γ peso specifico dell'acqua ~9,81 N/m3: γ = ρg,
ρ densita
densita' [kg/m3]
g=9,81 m/s2
η=70‐80% (scende fino al 50% nel caso di impianti da pochi
η
(
p
p
kW))
PRODUCIBILITA’
La costruzione di un impianto per sfruttare l’energia potenziale dell’acqua richiede innanzitutto un salto (dislivello tra ingresso della condotta e scarico della turbina) e quindi una potenza d ll’i i t t
dell’impianto stesso.
Alla potenza va abbinato un andamento nell’anno della portata (la variazione di portata influenza i livelli di presa e di portata (la variazione di portata influenza i livelli di presa e di
scarico in modo differente, quindi nel caso di piccoli salti, il salto stesso può cambiare in modo non trascurabile).Tali andamenti in alcuni casi possono essere reperiti, altrimenti vanno misurati su un periodo di almeno 1 anno, oppure stimati.
stimati
Se la portata è costante durante l’anno si può ipotizzare un funzionamento pari a 8000ore/annue
funzionamento pari a 8000ore/annue
COCLEA
La vite di Archimede, detta anche
vite di Archimede, detta anche còclea, è un dispositivo elementare còclea, è un dispositivo elementare
usato per sollevare un liquido, o un materiale sabbioso, ghiaioso, o frantumato.
La macchina è costituita da una grossa vite posta all'interno di un tubo. La parte inferiore del tubo è immersa nell'acqua (o in ciò che de e solle are) dopodiché ponendo in rota ione la ite ogni passo
deve sollevare), dopodiché, ponendo in rotazione la vite, ogni passo raccoglie un certo quantitativo di liquido, che viene sollevato lungo la spirale fino ad uscire dalla parte superiore, dove viene scaricata in
spirale fino ad uscire dalla parte superiore, dove viene scaricata in
un bacino di accumulo.
L’utilizzo al contrario consente
La produzione di energia meccanica,
rotazione, trasformata successivamente in energia elettrica
successivamente in energia elettrica.
Curve di rendimento
Idroelettrico in Italia
Idroelettrico in Italia
INCENTIVI
Incentivazione della produzione di energia elettrica da Incentivazione
della produzione di energia elettrica da
impianti a fonti rinnovabili diversi dai fotovoltaici
D M 6 luglio 2012
D.M. 6 luglio 2012