Diffusione delle fonti energetiche rinnovabili

La Mini – idraulica

PAOLO MORGANTEENEA

paolo.morgante@enea.it

La risorsa idroelettrica ha rappresentato nel passato l’unica fonte di energia disponibile che ha permesso lo sviluppo economico, industriale e sociale del nostro Paese.

Energia idroelettrica

Gli impianti idroelettrici trasformano l’energia potenziale dell’acqua in caduta in energia meccanica per mezzo di turbine (motori primi) solidali a generatori elettrici che trasformano l’energia meccanica di rotazione della turbina in energia elettrica.

Sono gli Stati Uniti a possedere il numero maggiore di centrali idroelettriche al mondo e a detenere il primato della potenza installata (circa 100 GW).

Nei PVS riscontriamo una maggiore possibilità di sfruttamento idroelettrico mentre in Europa il potenziale residuo è limitato (circa il 20% del tot.).

Potenza di un impianto

P(kW) = Q(m³/s) H(m) ηP= potenza elettrica; Q= portata max;

H= salto netto; η= rendimento tot. circa 8 (prodotto:g, rend. turbina, generatore, moltiplicatore di giri, trasformatore)

E (kWh) = P (kW) 4500 (h)L’energia prodotta (E) è la potenza erogata in un

certo periodo di tempo.

Classificazione delle centraliMini-idraulica (Small Hydro Power, SHP) indica centrali

idroelettriche con potenza inferiore a 10 MW.

Classificazione centrali idroelettriche di piccola taglia (*)

– Micro centrali idroelettriche P <100 kW

– Mini centrali idroelettriche P <1.000 kW

– Piccole centrali idroelettriche P <10.000 kW

P (kW)= potenza generata dalla centrale in condizioni normali

(*) secondo UNIDO, Organizzazione delle Nazioni Unite per lo Sviluppo Industriale

Centrali idroelettricheLe strutture di una centrale idroelettriche sono:Opere di ritenuta• la diga, che dà origine all’invaso (traversa, sbarramento);Opere di adduzione• sono le gallerie e le condotte in pressione che convogliano

l’acqua dall’invaso al fabbricato di produzione;Fabbricato di produzione• è l’edificio, (esterno o interrato) dove sono collocati i

gruppi idroelettrici costituiti da turbine e generatori elettrici;

Opere di restituzione• è il canale che restituisce al corso d’acqua la portata

transitata attraverso i gruppi idroelettrici.

Centrali idroelettriche

Schema di una mini - centrale

idroelettrica

LEGENDA

Impianti idroelettrici

• Impianti ad acqua fluente: privi di qualsiasi capacità di regolazione. La portata derivabile durante l’anno è funzione del regime idrologico del corso d’acqua;

• Impianti a deflusso regolato: possono variare il flusso delle acque tramite un serbatoio di regolazione giornaliero, settimanale o mensile.

– Impianti da pompaggio (reversibile): l’energia elettrica eccedente viene utilizzata per riportare nel serbatoio l’acqua che poi verrà utilizzata dalla stessa centrale per coprire momenti di forte domanda elettrica.

Salto basso 2-30m; Salto medio 30-100m; Salto alto oltre 100m

Impianti idroelettriciPiccola portata (Q<10m³/s); Media portata (Q=10÷100m³/s); Grande portata (Q=100÷1000m³/s); Altissima portata (Q>1000m³/s).

Turbine e salti netti

La turbina incide fino al 40% del costo totale di un impianto idroelettrico

Classificazione: turbine Pelton• Turbina ad azione: l’acqua colpisce le pale della

turbina con la max velocità corrispondente al salto netto (H) dell’impianto (es. mulino).

• Adatta per elevati salti (H) e basse portate (Q).

Classificazione: turbine Francis

• Turbina con valori medi di grado di reazione: l’acqua si muove come in una condotta in pressione.

• Adatta per salti medi (H) e medie portate (Q).

Classificazione: turbine ad elica (Kaplan)

• Turbina con alto grado di reazione.• Adatta per bassi salti (H) e alti valori di portata

(Q).

Produzione di energia idroelettricaLa variazione di energia prodotta da un impianto idroelettrico, dipende dai seguenti fattori:

• La variazione delle precipitazioni meteoriche negli anni.

• Il bilancio tra gli impianti dismessi, quelli riattivati e quelli di nuova realizzazione.

• I periodi di fermo dell'impianto (manutenzione, fermo biologico, eventi catastrofici, ecc.).

Produzione di energia da FER

Produzione lorda degli impianti da fonte rinnovabile in Italia dal 2003 al 2007. (Fonte GSE 2008)

GWh 2003 2004 2005 2006 2007 '07/'06 %

Idrica 36.669,9 42.337,8 36.066,7 36.994,4 32.815,2 -11,3

0 _1 MW 1.455,3 1.731,3 1.525,7 1.520,9 1.415,7 -6,9

1_10 MW 5.731,8 7.127,8 6.090,5 6.354,1 5.684,4 -10,5

> 10 MW 29.482,8 33.478,7 28.450,5 29.119,4 25.715,1 -11,7

Eolica 1.458,4 1.846,5 2.343,4 2.970,7 4.034,4 35,8

Solare* 22,6 27,3 31,0 35,0 39,0 11,4

Geotermica 5.340,5 5.437,3 5.324,5 5.527,4 5.569,1 0,8

Produzione idroelettrico UEEurostat, 2008

SHP in UE – 27: scenario 2020(2008, SHERPA Strategic Study for Development of SHP)

Perché la mini-idraulica?

• Fonte Energetica Rinnovabile.• Limitato impatto ambientale. • Recupero impianti abbandonati/dismessi.

perché considerati antieconomici …….• Opportunità di lavoro specializzato.• Opportunità di realizzare impianti per usi

promiscui (irrigazione, allevamento ittico, riserva idrica, ecc.).

• Decentramento produttivo.• Risposta alla domanda di energia di piccole e

medie comunità (compatibilità fra domanda e offerta).

• Costi di manutenzione contenuti.• Lunga vita dell’impianto.• Tecnologia matura (sicurezza).

Perché la mini-idraulica?

• Osservare la legislatura vigente e gli incentivi statali.

• Operare per ottenere il consenso della popolazione.

• Controllo adduzioni a monte e a valle dell’impianto.

• Eseguire l’analisi storica delle oscillazioni delle portate medie dell’asta fluviale.

Investire nella mini-idraulica

• Verificare i principali parametri idraulici (caduta e portata): tempi di ritorno dell’investimento.

• Studio delle caratteristiche idrologiche dell’asta fluviale (DMV):uso eco-sostenibile della risorsa.

• Progettazione, pianificazione e realizzazione (riattivazione) dell’impianto: confrontabilità.

• Tecnologia matura: investimento garantito.• Politiche energetiche e sociali.

Investire nella mini-idraulica

• Centrale idroelettrica di 5 MW in un anno, produce energia pari a 1400 ton. di olio equivalente (Toe) di combustibile fossile.

• Evita l’immissione in atmosfera di circa 16.000 tonnellate di CO2.

• Provvede alle necessità di circa 1300 famiglie.

• Produzione decentrata.

Ambiente e SHP

Impatto paesaggistico: • interramento dell’edificio e della rete elettrica, uso di

materiali locali, armonizzazione dei colori dell’edificio che contiene l’impianto, infrastrutture commisurate alle dimensioni della centralina idroelettrica, sistemazione delle sponde fluviali eventualmente sommerse….

Impatto Acustico: • insonorizzazione della stanza contenente l’impianto

meccanico ed elettrico e installazione di smorzatori di vibrazioni.

Soluzioni per contenere l’impatto sul territorio

Soluzioni per contenere l’impatto sul territorio

Emissioni in atmosfera:• filtraggio e condizionamento del locale impianti.Impatto su Flora e Fauna: • scale per passaggio dei pesci e/o blocco biologico,

limitata sommersione delle sponde, turbine fish frendly.

Modifica del territorio durante i lavori: • utilizzo di materiali locali per eventuali strade o per

opere di presa dell’impianto idroelettrico, la zona interdetta al pubblico deve essere delimitata e vigilata.

Soluzioni per contenere l’impatto sul territorio

Modifica della portata: • rispetto del “Deflusso Minimo Vitale” (stima della portata

sfruttabile in base alle caratteristiche del fiume), analisi storico-statistiche, scenario previsto.

Impatto elettromagnetico: • interramento edificio e rete elettrica.Impatto psico-sociale: • valore percepito dalla popolazione locale verso il “loro”

ambiente di vita, evitare di “calare” decisioni: coinvolgimento e partecipazione dei residenti, comunicazione efficace.

SHP…

• SHP non è un grande impianto ridotto.• Le economie di scala rendono gli SHP

proporzionalmente più costosi.• SHP spesso realizzati per alimentare

industrie o piccoli villaggi montani isolati (decentramento produttivo UE).

• Aumenta l’interesse per FER: aumento costo kWh; salute; inquinamento; Kyoto.

Iter autorizzativo

• Autorizzazione alla derivazione delle acque pubbliche richiesta alla Regione attraverso l’Ufficio del Genio Civile.

• Autorizzazione circa l’impatto sull’ambiente (tipologia zone, >200 lt/sec).

• Sovrintendenza dei beni territoriali se l’impianto è previsto in una zona soggetta a vincoli ambientali.

Iter autorizzativo

• Comunicazione Min. Industria, all’Ufficio tecnico delle imposte di fabbricazione della provincia (UTIF).

• Domanda al Corpo Forestale dello Stato in caso di sterri.

• Autorizzazione e costi di allacciamento alla rete elettrica.

• Concessione edilizia per costruzione edifici.

RIFERIMENTI

www.enel.it/attivita/ambiente/magazine/energy

www.esha.be

www.aper.it

www.esha.be/fileadmin/esha_files/documents/SHERPA/SHERPA_Printable_Report.pdf

paolo.morgante@enea.it