ESPERIENZE DI PROGETTO E REALIZZAZIONE DI GENERATORI ELETTRICI PER APPLICAZIONI IDROELETTRICHE

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1 A. Tessarolo ESPERIENZE DI PROGETTO E REALIZZAZIONE DI GENERATORI ELETTRICI PER APPLICAZIONI IDROELETTRICHE NUOVE TECNOLOGIE PER IMPIANTI IDROELETTRICI AD ACQUA FLUENTE DI PICCOLA POTENZA Sesto, 25 giugno 2013

2 Fonti rinnovabili e idroelettrico in Italia Solare Eolico Biomasse Geotermico Idroelett. Totale GWh

3 Idroelettrico in Europa 2009 TWh 1) Sweadan (65 TWh) 2) France (57 TWh) 3) Italy (49 TWh)

4 IDRO

5 EOLICO

6 P.V.

7 Tipi di idroelettrico Italy, 2009 GWh Run-of-river power stations Total Conventional (dam) power stations

8

9 Impianti a bacino / serbatoio Impianti ad acqua fluente Forte investimento iniziale (lungo tempo di ritorno) Piccolo investimento (breve tempo di ritorno) Problemi di sicurezza e impatto ambientale Sicurezza e scarso impatto ambientale Principali siti già sfruttati Molto adatto per generazione distribuita

10 Valorizzazione del mini e micro -idroelettrico Costruzione di nuovi impianti Revamping di impianti esistenti con nuove tecnologie 1929

11 % del totale degli impianti idro none

12 Adriatico Monfalcone

13 Canale Valentinis Monfalcone Centrale Corso sotterraneo Sbocco Porto

14 Vista da sopra Flusso a monte Centrale Flusso a valle Flusso sotterraneo al mare

15 VISTA A MONTE Centrale Flusso a monte

16 Vista a valle Centrale PREVALENZA Flusso a valle

17 VARIABILITA DEL SALTO A MONTE A VALLE Livello a monte (piogge) PREVALENZA MOLTO VARIABIEL Livello a valle (maree)

18 Layout fisico dell impianto Prima del revamping Generatore a induzione 226 kva 6 poli 380 V 50 Hz 1000 giri/min 2 Turbina Kaplan 210 kw Q = 6.8 m 3 /s H = 3.5 m 200 giri/min Pale orientabili

19 Layout fisico dell impianto Prima del revamping Riduttore Generatori a induzione Sedi per alberi turbine Condotte di ingresso 90

20 Layout fisico Dopo il revamping Generatore SPM 305 kva 32 poli giri/min Hz Turbina Kaplan Q = 6.8 m 3 /s n = rpm Pale orientabili Generatore a induzione Generatore SPM 226 kva 305 kva 6 poli 32 poli Turbina prima del revamping Turbina dopo il revamping Q = 6.8 m 3 /s Q = 7.4 m 3 /s 1000 rpm rpm 50 Hz Hz n = 200 rpm n = rpm

21 Physical layout Before revamping Generatori SPM

22 Layout funzionale Prima del revamping ~1000 rpm Generatore a induzione ~200 rpm 50 Hz Layout funzionale Dopo il revamping Generatore SPM PWM Rectifier PWM Inverter rpm Hz DC link 50 Hz

23 SPM generators Requisiti per accoppiamento diretto: Compattezza assiale Alta densità di coppia (basso peso) Bassi giri (200 rpm) alto numero di poli (32)

24 Ipotesi di topologia a poli salienti L D

25 Topologia SPM N S N S Avvolgimento a cave frazionarie Ottimizzazione di progetto con metodi genetici Magneti permanenti ad alte prestazioni Sistema di raffreddamento ad alta efficacia

26 Sistema di raffreddamento Scambiatore a serpentina integrato nella cassa

27 Risultati di progetto Generatore SPM Generatore ad induzione Peso kg Coppia knm Rapporto coppia/peso Nm/kg Rendimento %

28 Vantaggi del progetto a giri variabili Generatore SPM PWM Rectifier PWM Inverter rpm Hz DC link 50 Hz

29 Curve caratteristiche turbina α3 Q [m 3 /s] η α opt α2 Head = H1 α1 Q opt n opt n [rpm]

30 Curve caratteristiche turbina Q [m 3 /s] η α opt Head = H2 Q opt n opt n [rpm]

31 Controllo di velocità n * Automazione di impianto α n H

32 Prove di sistema presso il costruttore η = 3v out T i ω out > ηig = 93.5% + riduttore!!

33 Conclusioni Importanza dell idroelettrico in Italia come fonte rinnovabile Importanza degli impianti mini- o microidroelettrici ad acqua fluente. Caso di revamping di impianto esistente. Sostituzione di generatore asincrono a giri fissi con generatore sincrono a giri variabili direttamente accoppiato alla turbina e connesso alla rete mediante convertitore di potenza. Vantaggi ottenuti con la nuova teconologia: Installazione e layout di centrale Maggiore rendimento del sistema elettrico di generazione Migliore sfruttamento della turbina mediante controllo di velocità e inseguimento del punto di massimo rendimento idraulico.

34 GRAZIE PER L ATTENZIONE