realizzazione di una centrale idroelettrica sulla condotta potabile

Energie rinnovabili
REALIZZAZIONE DI UNA CENTRALE
IDROELETTRICA SULLA CONDOTTA POTABILE
CHE COLLEGA LA DIGA AL POTABILIZZATORE DI
CASTRECCIONI
RELAZIONE TECNICA
REV.
DATA
MOTIVO
N. DOCUMENTO
COMMESSA
0
21.01.2015
Emissione per Autorizzazione unica
5065RT0001
5065
REV.
DATA
ESEGUITO
CONTROLLATO
APPROVATO
0
21.01.2015
BOCHICCHIO
BOCHICCHIO
GIULIANI
Data 21.01.2015 Rev. 0
Commessa : 5065
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Energie rinnovabili
INTRODUZIONE
Le problematiche energetiche hanno ormai assunto un ruolo di primo piano, non soltanto
tra gli addetti ai lavori, ma nella stessa vita quotidiana di tutti.
Il costo dei combustibili primari è destinato ad aumentare progressivamente, ma
inesorabilmente, perché le riserve non sono illimitate, perché i consumi dei Paesi
industrializzati continuano a crescere, perché nuovi Paesi si affacciano ai processi di
industrializzazione e di crescita economica.
L’impatto ambientale della produzione di energia da fonti convenzionali, a causa delle
emissioni inquinanti e climalteranti, ha raggiunto livelli preoccupanti non soltanto a livello
locale, ma ormai anche a livello globale.
Il processo ormai avviato, della liberalizzazione del mercato dell’energia offre molte
possibilità di scelte non soltanto alle grandi Aziende, ma anche alle medie e piccole
strutture produttive.
Tutte le attività connesse all’efficienza ed al risparmio dei consumi energetici, ma
soprattutto tutte le attività connesse alla diffusione e allo sviluppo delle fonti energetiche
rinnovabili, in quanto risorse locali, sono attività nuove che possono creare sviluppo locale
e nuova e qualificata occupazione.
E’ in questo contesto che si colloca la presente iniziativa relativa alla realizzazione di un
impianto per la produzione di energia idroelettrica, da installare sulla condotta idrica che
collega la diga di Castreccioni all’omonimo potabilizzatore. L’iniziativa interessa il territorio
del Comune di Cingoli, in provincia di Macerata.
L’iniziativa prevede che venga realizzato un impianto idroelettrico costituito da una turbina
idraulica, dagli impianti e dalle apparecchiature ausiliarie e dalle opere civili connesse.
La turbina sostituirà la valvola dissipatrice di pressione, attualmente presente sulla linea
acquedottistica (DN 800) in questione, e sfrutterà la differenza di pressione corrispondente
per produrre energia elettrica da immettere in rete.
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Energie rinnovabili
Al fine di meglio comprendere le potenzialità dell’impianto di cui al presente progetto, si
riporta nell’allegato denominato “Profilo condotta” lo schema relativo al profilo
dell’acquedotto per evidenziare la pressione in eccesso utilizzabile a fini idroelettrici
mediante la realizzazione della nuova centrale denominata Castreccioni 2.
Sulla condotta, in prossimità dell’arrivo al potabilizzatore, è inserita una valvola dissipatrice
per ridurre la pressione in eccesso rispetto al fabbisogno acquedottistico.
Obiettivo del presente progetto, è quello di recuperare la pressione in eccesso attraverso
l’installazione di un gruppo turbina-generatore che trasformi l’energia idraulica in eccesso,
che altrimenti verrebbe “sprecata” per il tramite della valvola dissipatrice, in energie
meccanica ed infine in energia elettrica da immettere nella Rete di Trasmissione
Nazionale.
PORTATE E PRESSIONI DISPONIBILI
Prendendo atto che per ragioni imprescindibili dell’esercizio acquedottistico esiste, sul tratto
di condotta che collega la diga al potabilizzatore, un carico idraulico in eccesso che può
essere utilizzato per produrre di energia elettrica, si è voluto esaminare la quantità di
energia da dissipare per il corretto esercizio.
Secondo i dati desunti dal disciplinare di concessione all’AATO 3 Macerata Centro Marche
è stato concessa una quantità d’acqua pari a 300 l/s ad uso idropotabile.
Secondo i dati recuperati dal gestore della diga (periodo 2011-2013) la portata addotta a
scopo idropotabile oscilla tra i 304 l/s di giugno ai 154 l/s di settembre per un valore medio
di 220,5 l/s.
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mese/anno
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
portate medie mensili [l/s]
2011
2012
2013
195.7
216.3
139.7
202.9
227.7
202.3
208.3
227.0
192.8
224.1
214.9
214.4
241.3
223.5
217.6
286.5
299.7
266.5
299.7
298.5
314.1
166.3
234.5
307.4
79.5
196.3
189.0
200.0
216.2
222.0
191.3
196.4
218.0
202.4
186.3
217.9
Media annuale
media
183.9
211.0
209.4
217.8
227.5
284.2
304.1
236.1
154.9
212.8
201.9
202.2
220.5
I livelli d’invaso invece oscillano mediamente tra i 334 m slm si settembre ed i 342 m slm di
marzo.
mese/anno
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
altezza d'invaso [m slm]
2011
2012
2013
340.11
336.91
338.52
341.02
336.54
340.05
344.03
338.20
341.55
345.00
338.69
342.47
345.01
338.40
342.39
344.64
338.38
342.30
340.71
337.24
341.90
330.56
336.04
340.99
326.61
335.72
339.68
337.76
335.70
339.92
337.22
336.16
341.17
336.79
337.58
342.57
altezza media
media
338.51
339.20
341.26
342.05
341.93
341.77
339.95
335.86
334.00
337.79
338.18
338.98
339.12
La condotta che collega la diga al potabilizzatore, di diametro DN 800, è lunga
complessivamente 2145 m. La condotta parte dalla diga, percorre un tratto discendente di
circa 1700 m dove attraversa in subalveo il fiume Musone e risale al potabilizzatore nei
restanti 445 m posto a quota 310.33 m s.l.m.
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Il salto lordo disponibile dipende essenzialmente dal livello della diga e quindi oscillerà dai
23.7 m ai 31.7 m con un Salto atteso lordo Hlordo = 339.12 –310.33 = 28.79 m
Per valutare il salto netto è necessario calcolare le perdite di carico lungo la condotta.
Ipotizzando una scabrezza ks della condotta pari a 85 m
0.33 -1
s la perdita complessiva può
essere calcolata con le relazione:
Q2
D5
10.3
β r = 2 1/ 3
ks ⋅ D
dh = β r ⋅ L
Dove L rappresenta la lunghezza della condotta e D il diametro.
La potenza lorda è stata calcolata con la relazione:
P [kW] = Q [l/s] * Hlordo/102
La potenza netta invece è stata calcolata con la relazione:
P [kW] = 0.75 * Q [l/s] * Hnetta/102 dove 0.75 è il rendimento atteso d’impianto
Al fine di determinare la potenza di concessione si è fatto riferimento ai valori attesi di salto
(= 28.29 m) e portata (=220,5 l/s) da si deduce che
1) portata media annua pari a 220,5 lit/sec;
POTENZA DI CONCESSIONE:
220,5 lit/sec x 28,29 mt = 61,15 kW
102
Prendendo a riferimento le portate medie mensili ed i livelli medi mensili si è calcolata una
produzione attesa d’impianto pari a 402.833 kWh/anno considerando anche 260 ore/anno
di fermo impianto per manutenzioni
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mese
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Alt. Invaso [m slm] liv. di scarico [m slm] Hlordo [m]
338.51
310.33
28.18
339.20
310.33
28.87
341.26
310.33
30.93
342.05
310.33
31.72
341.93
310.33
31.60
310.33
341.77
31.44
29.62
339.95
310.33
25.53
335.86
310.33
310.33
23.67
334.00
337.79
310.33
27.46
338.18
310.33
27.85
338.98
310.33
28.65
mese
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Q [l/s]
183.93
210.97
209.38
217.81
227.48
284.25
304.13
236.08
154.92
212.76
201.91
202.20
Salto netto
27.84
28.42
30.49
31.24
31.08
30.63
28.69
24.97
23.43
27.01
27.44
28.24
ks
85
85
85
85
85
85
85
85
85
85
85
85
D [m]
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
BetaR
0.001536
0.001536
0.001536
0.001536
0.001536
0.001536
0.001536
0.001536
0.001536
0.001536
0.001536
0.001536
Plorda [kW] Pnetta [kW]
50.82
37.65
59.71
44.09
63.49
46.94
67.74
50.04
70.48
51.99
87.63
64.02
88.31
64.16
59.10
43.35
35.95
26.69
57.28
42.25
55.14
40.74
56.79
41.98
Etot
Etot (8500 h)
Q [l/s]
183.93
210.97
209.38
217.81
227.48
284.25
304.13
236.08
154.92
212.76
201.91
202.20
L [m]
2145
2145
2145
2145
2145
2145
2145
2145
2145
2145
2145
2145
DH [m]
0.340
0.447
0.441
0.477
0.520
0.812
0.930
0.560
0.241
0.455
0.410
0.411
Energia [kWh]
28°015
40°208
34°924
36°029
38°680
46°096
47°732
32°252
19°216
31°432
29°335
31°237
415°155.01
402°833.05
DESCRIZIONE DELL’INTERVENTO SULLA CONDOTTA
L’intervento consiste nell’intercettare la condotta esistente a valle del secondo pozzetto
posto a valle della diga. Così facendo si viene a realizzare un bypass che recapiterà l’acqua
all’interno di una turbina Francis dimensionata per dissipare tutto il salto necessario a
recapitare le portate all’interno del potabilizzatore e contemporaneamente a produrre
energia. L’acqua, una volta dissipata l’energia in eccesso, verrà recapita nuovamente in
condotta dove proseguirà il suo percorso verso il potabilizzatore. Al fine di garantire il
servizio senza alcun tipo di interruzione, anche nei casi di fermo centrale, tra il punto di
presa e restituzione verrà inserita una valvola riduttrice di pressione a sicurezza intrinseca
che si aprirà, in automatico, ogni qualvolta la macchina debba, per qualsiasi motivo,
Data 21.01.2015 Rev. 0
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fermarsi sostituendo idrualicamente le funzioni della turbina. Così operando sarà assicurata
la continuità del servizio senza che il gestore dell’acquedotto possa subire disservizi.
IL GRUPPO IDROELETTRICO
Ai fini del dimensionamento della turbina sono state assunte come portata massima il
valore di 350 lit/sec e come portata di progetto il valore di 250 lit/sec.
Per quanto riguarda il “salto utile”, o meglio la differenza di pressione tra monte e valle, si è
ritenuto di poter assumere come valore di progetto il valore di 27 mt prevedendo un valore
massimo pari a 30 mt e un valore minimo pari a 22 mt.
La turbina è una turbina a reazione di tipo Francis ad asse orizzontale.
Di seguito si riportano le principali caratteristiche della macchina idraulica:
Turbina
Portata max
Portata di progetto
Francis
Qmax = 350 lt/sec
Qmed = 250 lt/sec
Potata min
Qmin = 100 lt/sec
Prevalenza max
Hmax = 30 m.H2O
Prevalenza di progetto
Hmed = 27 m.H2O
Potenza max
P = 92 kW
Generatore elettrico
Asincrono
Potenza max generatore
P = 99 kW
Tensione
Allacciamento
V = 400 volt
rete pubblica in BT
Il gruppo idroelettrico inoltre verrà realizzato in modo tale da non poter inquinare la risorsa
idrica sfruttata per la produzione di energia elettrica. In particolare le turbine sono costruite
senza organi lubrificati a contatto con l’acqua e con materiali assolutamente non inquinanti:
acciaio inossidabile per il distributore, la girante e per le bussole di protezione dell’albero;
acciaio per la cassa della turbina.
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ELENCO
DELLE
PRINCIPALI
COMPONENTI
IDRAULICHE,
ELETTRICHE
E
MECCANICHE
 LINEA DI BY-PASS (TURBINA – GENERATORE)
Il by-pass idraulico prevede l’installazione di due valvole di sicurezza, una a valle ed una a
monte della turbina: mediante tali valvole è possibile escludere il by-pass dalla linea
acquedottistica permettendo le operazioni di manutenzione in assoluta sicurezza. Sempre
sul by-pass, immediatamente a monte della turbina è inoltre prevista l’installazione di una
valvola a farfalla di protezione della turbina.
 LINEA ACQUEDOTTO
A valle della derivazione, la linea acquedottistica prevede una valvola di dissipazione a
comando automatizzato e sicurezza intrinseca, la cui manovra consente di convogliare la
portata sulla linea di by-pass; in prossimità di questa valvola sono posizionate due
saracinesche di sicurezza per consentire l’effettuazione di qualsiasi tipo di intervento di
manutenzione.
 TURBINA
La turbina è costituita da una chiocciola a spirale in camera di acciaio elettrosaldato,
completa di palette predistributrici fisse, flangiata al corpo centrale della turbina e al
generatore elettrico.
La girante è calettata sull’albero del generatore ed è completamente realizzata in acciaio di
alto tenore.
Il distributore, è costituito da pale in acciaio inox e la regolazione della portata è realizzata
mediante manovellismi in acciaio comandati da servomotore oleodinamico a doppio
effetto.
Il gruppo idroelettrico non ha organi lubrificati a contatto con l’acqua.
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 GENERATORE ELETTRICO
Il generatore è in esecuzione speciale ed è del tipo asincrono trifase, potenza 99 kW, 400
V, frequenza 50 Hz, con carcassa, albero e cuscinetti rinforzati per sopportare la turbina.
 VALVOLA PROTEZIONE MACCHINA
La valvola a protezione della turbina è del tipo a farfalla, DN 400, dotata di comando
oleodinamico in apertura e contrappeso in chiusura (sistema a sicurezza intrinseca).
 CENTRALINA OLEODINAMICA
Adibita al comando del distributore della turbina e all’apertura della valvola di macchina è
completa di:
•
elettrovalvola per il comando del distributore;
•
filtro sull’aspirazione olio;
•
elettropompa 220 V;
•
accumulatore di adeguate capacità;
•
elettrovalvola di chiusura di emergenza distributore;
•
elettrovalvola di comando e chiusura valvola di macchina;
•
tubazioni, valvole di sicurezza, accessori ecc.;
•
strumenti e dispositivi di protezione e controllo;
•
manometro per segnalazione pressione idraulica;
•
interruttore per minimo livello olio nel cassone;
•
pressostati per consenso e segnalazione della pressione idraulica e della
pressione dell’olio di regolazione.
 QUADRO BT DI POTENZA
Costituito da interruttore generale magnetotermico differenziale, contattore di interfaccia
per parallelo gruppo, interruttori magnetotermici modulari per servizi AC e DC, banco di
batterie al Pb.
Tensione nominale 600 V / Tensione di esercizio 400 V
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 QUADRO DI RIFASAMENTO
Costituito da interruttore generale, cassetti con condensatori antiscoppio, regolatore
automatico a microprocessore.
 QUADRO COMANDO E CONTROLLO
Costituito da controllore programmabile modulare con interfaccia modem predisposta per
sistema di telegestione, PC industriale di interfaccia completo di SW.
UBICAZIONE DELL’IMPIANTO ED OPERE CIVILI
Il gruppo idroelettrico e le relative apparecchiature idrauliche ed elettriche verranno
installate all’interno di un manufatto tecnico appositamente realizzato nei pressi dei due
pozzetti posti a valle della diga ed indicati nelle planimetria.
Le coordinate geografiche del manufatto tecnico saranno: 43°23’03” Nord 13°09’46” Est.
Il terreno interessato dall’intervento è interamente ubicato all’interno della particella 18 del
Foglio 70 del catasto terreni del Comune di Cingoli. La particella è di proprietà del
Damanio dello Stato ed utilizzato come accesso alle aree di pertinenza della Diga di
Castreccioni e della centrale di Castreccioni 1 di proprietà della Hydrowatt.
L’intervento prevede la realizzazione della centrale in corrispondenza di un slargo della
strada brecciata che porta ai piedi della diga ed alla centrale Castreccioni 1 che valorizza
energeticamente le portate di DMV della Diga. L’edificio ha una pianta di dimensioni 10.25
m x 9.5 m con piano di installazione della turbina posto circa 3 metri al di sotto dell’attuale
piano stradale. Questo appofondimento è necessario per intercettare le condotte interrate
sul margine sinistro della strada. All’interno del locale saranno collocati i quadri di controllo
della centrale. Al piano terra verrà lasciato l’ingresso alla centrale e le botole per
l’installazione del gruppo turbina generatore e bypass composto da due valvole ed un
valvola riduttrice di pressione.
Le strutture saranno costruite completamente in conglomerato cementizio. Le pareti e le
coperture fuori terra saranno lasciate grezze come gli altri manufatti della diga. La soletta
di copertura che circonda le botole di accesso al piano interrato sarà ricoperta da un strato
di terreno di tipo brecciato coerente con il mando stradale attualmente esistente.
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Commessa : 5065
Fg. 11 di 12
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Particolare cura verrà posta durante i lavori per ridurre al minimo indispensabile i pur
limitati movimenti di terra (max 120 mc). Parte della terrà di scavo verrà utilizzata per
rimodellare il terreno circostante. La rimanente parte verrà portata in discarica. Dal punto
di vista paesaggistico la trasformazione indotta dal manufatto appare di natura ed entità
appena apprezzabile.
Il collegamento tra la centrale e la linea elettrica verrà realizzato con cavo aereo secondo
quanto indicato da Enel. Da sopralluogo si evince che le linea di bassa tensione è nelle
vicinanze della centrale pertanto la lughezza del collegamento sarà di modesta entità.
Il piano acustico del Comune di Cingoli colloca la centrale nella Classe III. I limiti di
rumorosità consentita sono 60dB diurni e 50dB diurni. A tal proposito la Hydrowatt si
impegna ad adottare tutti gli accorgimenti necessari al non superamento di dette soglie.
La consultazione del PAI non segnala alcuna criticità all’interno dell’area oggetto
dell’intervento.
Data 21.01.2015 Rev. 0
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