SFRUTTAMENTI IDROELETTRICI SU BASSI SALTI. Le risorse idriche residue e progetti di loro utilizzo. Maurizio Fauri

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1 8 maggio 2014 Camera di Commercio di Bolzano SFRUTTAMENTI IDROELETTRICI SU BASSI SALTI Maurizio Fauri Le risorse idriche residue e progetti di loro utilizzo

2 Introduzione Anomalie della temperatura terrestre dal 1880 al 2012 Temperature Difference Celsius

3 Scenario mondiale Scenario mondiale IEA 450 per l abbattimento delle emissioni di CO 2 Gt CO 2 Abbattimento Efficienza Rinnovabili Biocarburanti Nucleare Cattura CO 2 Totale

4 Fonti rinnovabili Irraggiamento solare annuo terrestre Disponibilità annuale delle fonti rinnovabili Solare (su terra) Eolico Biomassa Geotermia Moto ondoso Idroelettrico Disponibilità totale delle fonti fossili Carbone Gas Petrolio Nucleare Consumo annuo di energia primaria Consumo mondiale annuo di energia

5 GWh GW PAN italiano [TWh] Produzione elettrica da fonti rinnovabili in Italia (obiettivo del Piano di Azione Nazionale dell Italia) Produzione attuale totale di en. elettrica = 330 TWh 0 Circa 30% degli attuali consumi Idro Eolico FV Geotermico Biomassa e RSU Eolico FV Geotermico Biomassa e RSU Idro Eolico FV Geotermico Biomassa e RSU

6 Fonti rinnovabili Rapporto FER/CIL per regione (energia elettrica) FER fonte energetica rinnovabile CIL consumo interno lordo

7 Scenario italiano al 2012 Potenza installata MW Produzione media annuale 42 TWh 1250 serbatoi 630 dighe 21 impianti con pompaggio con MW installati (la cui generazione non è conteggiata fra la produzione) Fino alla nazionalizzazione dell ENEL, l energia idroelettrica era oltre il 90% del totale

8 Potenziale di sviluppo idroelettrico in Italia Il totale potenziale idroelettrico massimo teorico è di circa 200 TWh/anno (attualmente sfruttato al 20%) (secondo il metodo di verifica CESI (2006) estrapolabile al territorio italiano) Ampliando il mini e micro idroelettrico nella regione Friuli Venezia Giulia si potrebbe aumentare ila produzione idroelettrica da 1,6 TWh a (2 2,2) TWh, con un aumento del (30 40)% Tale incremento è ipotizzabile anche per il Trentino Alto Adige in via teorica previa verifica economica ed ambientale

9 Potenziale di sviluppo idroelettrico in Italia Si giudica ragionevole un aumento dello sfruttamento del potenziale idroelettrico italiano raggiungendo il (25 28)% del totale ovvero aumentando gli attuali 40 TWh a (50 55) TWh soprattutto attingendo al mini idroelettrico

10 Scenario Trentino - Alto Adige Il Trentino Alto Adige produce oltre il 18% dei 40 TWh medi dell energia idroelettrica italiana (circa un quinto dell energia idroelettrica nazionale), valore inferiore solo a quello della Lombardia Idroelettrico Trentino Gli impianti idroelettrici della provincia di Trento producono l 8,5% del totale nazionale (Bolzano 11,8%, Sondrio 11,4%) Idroelettrico Alto Adige 930 impianti idroelettrici Pot. media totale: 847 MW Prod. media annua: GWh (di cui ~60% esportata)

11 Concessioni di Piccola Derivazione in Trentino Complessivamente: n. 322 impianti con meno kw di potenza nominale media 487 punti di presa (di cui 84 effettuano Deflusso Minimo Vitale) Concessioni > 50 kw n. 105 impianti con 183 opere di presa (di cui 51 effettuano DMV) Concessioni > 220 kw n. 53 impianti con 77 opere di presa (di cui 33 effettuano DMV)

12 Dislocazione delle PDI in Trentino

13 Potenziale idroelettrico in Trentino Recupero da DMV Potenza installabile totale: kw Ore funzionamento: h/anno Produzione attesa: kwh/anno Emissioni evitate di CO 2 : t/anno Recupero da acquedotti Potenza installabile totale: kw (circa 60 Comuni) Ore funzionamento: h/anno Produzione attesa: kwh/anno Emissioni evitate di CO 2 : t/anno Recupero da pescicolture Potenza installabile totale: 500 kw (oltre 50 pescicolture) Ore funzionamento: h/anno Produzione attesa: kwh/anno Emissioni evitate di CO 2 : t/anno

14 Mini idroelettrico su acquedotti Mini gruppo idroelettrico Pelton per acquedotto

15 Mini idroelettrico su acquedotti Si possono adottare due schemi idraulici differenti Con scarico in serbatoio a pelo libero Con scarico diretto nella rete di distribuzione

16 Mini idroelettrico su pescicolture Stima del potenziale idroelettrico ricavabile dallo sfruttamento delle derivazioni idriche utilizzate dalle pescicolture

17 Mini idroelettrico su pescicolture

18 Potenziale di sviluppo in Trentino Il Trentino ha un potenziale sviluppo nel mini-idrico (con potenza inferiore a 1 MW) che può essere stimato nel 20% della potenza attualmente installata Gli investimenti in questa tipologia di impianti hanno tempi di ammortamento ridotti anche rispetto ad altri impianti a fonte rinnovabile Per gli impianti mini-idro sono attualmente disponibili sul mercato applicazioni tecnologiche specifiche. Tra queste di particolare rilevanza sono quelle che permettono di applicare turbine a velocità variabile, nel caso si sfruttino corsi d acqua a portata non costante (impianti ad acqua fluente), abbinate a Inverter per la conversione della frequenza dell energia prodotta

19 Tecnologia Impianti a basso salto geodetico Fanno parte di questa categoria gli impianti che possono utilizzare piccole cadute (meno di 3 m) e l energia cinetica della corrente: Ruote idrauliche Viti idrauliche (coclee) Turbine Banki-Michell Turbine maremotrici Le turbine maremotrici sono turbine che sfruttano l energia cinetica di flussi d acqua tipicamente maree e correnti marine (correnti libere) La velocità dell acqua deriva da fenomeni gravitazionali o gradienti temici Le turbine operano immerse nella corrente e sono concettualmente simili a quelle eoliche

20 Tecnologia Tipi di ruote idrauliche Ruote idrauliche per sopra Ruote idrauliche per sotto V 1 = 2gh V 1 = 2gh

21 Tecnologia Vite idraulica (coclea) Vite perpetua a forza idraulica: produzione di energia elettrica anche per piccoli salti e portate modeste

22 Tecnologia Turbine maremotrici Tali sistemi possono operare in maniera unidirezionali e/o bidirezionale sfruttando l energia cinetica della corrente di canali Non si utilizzano accumuli di acqua a monte per creare il salto geodetico, ma si sfruttano canali naturali o artificiali creati per altri scopi Non richiedono la deviazione delle acque attraverso i canali artificiali, alvei, o condotte Non richiedono grandi opere civili poiché sfruttano strutture esistenti L immersione delle macchine nella corrente crea un rigonfiamento della vena a monte (da qualche centimetro a un metro) per cui va valutato l impatto sulle strutture o impianti a monte.

23 Tecnologia Turbine maremotrici KHECS Demonstration Unit (Courtesy of Verdant Power) Dual-Turbine Offshore Units (Courtesy of Marine Current Turbines Ltd.)

24 Tecnologia Turbine Gorlov (maremotrici) Turbina A Turbina B Turbina C Turbina D

25 Tecnologia Turbine Gorlov (River-Wheel) Potenza elettrica per unità di superficie di rotore in funzione della velocità dell acqua

26 Tecnologia - Turbine ( ) kw Pelton Kaplan Coclea H [m] 1000 x x Francis x Dive x x 5 x VLH kw kw kw 1 Q [m 3 /s] x kw

27 Tecnologia - Turbine (1 100) kw

28 Impianti su canali di bonifica e irrigazione Turboalternatore a magneti permanenti sommerso (Turbina DIVE) Applicazione in piccoli canali di bonifica

29 Impianti su canali di bonifica e irrigazione Impatto della struttura in cemento armato per 3 diverse tipologie di turbina Kaplan verticale a semplice regolazione Gruppo Bulbo Immerso Turbina Very Low Head

30 Impianti su canali di bonifica e irrigazione Punti di forza Portata conosciuta (canale regimato) Trasporto solido ridotto Punti di debolezza Opere civili in acqua Rendimenti dipendenti dalle opere civili Gestione delle piene Impatto ambientale

31 Turbine VLH (Very Low Head) Generatore a magneti permanenti a velocità variabile (inverter): massimizzazione dei rendimenti alle varie condizioni idrauliche Grande diametro di ruota con bassa velocità di rotazione (30-50 rpm) e ridotta velocità dell acqua

32 Turbine VLH (Very Low Head) Regolazione della portata in ingresso per mantenere rendimenti elevati Gli impianti ad acqua fluente che non possiedono una regolazione intrinseca necessitano di una paratoia a monte che provoca ulteriori perdite di carico

33 Tecnologia Innovazione - Sviluppo Funzionamento a velocità variabile Connessione alla rete tramite convertitore di frequenza Vantaggio di inseguire i punti di massima efficienza meccanica

34 Tecnologia Innovazione - Sviluppo Funzionamento a velocità variabile Al variare delle condizioni di funzionamento (salto e portata) il sistema automatico di controllo calcola un opportuno set-point di velocità in modo inseguire i punti di massima efficienza della macchina [MPPT - Maximun Power Point Tracking, mutuato da fotovoltaico ed eolico

35 Tecnologia Innovazione - Sviluppo Nel caso di portate fortemente variabili (la variabilità può arrivare fino ad un rapporto 1:5) si possono sfruttare nuove soluzioni tecnologiche come l impiego di turbine a velocità variabile Caso A Kaplan a doppia regolazione (velocità fissa ed elica fissa) Caso B Kaplan a doppia regolazione con flusso ridotto Caso C Elica fissa con flusso ridotto (velocità variabile)

36 Realizzazioni Scarico dissabbiatore Ala di Trento Fiume Adige

37 Realizzazioni Troticoltura Sorgenti Feido Agrone (Pieve di Bono) Turbina Banki 7 kwel Produzione attesa 60 MWh

38 Realizzazioni Salto di concessione 413 m Portata di concessione 73 l/s Diametro condotta 200 mm Lunghezza condotta 2000 m Potenza massima 230 kw Caratteristiche gruppo pre-intervento Alternatore asincrono Giri 1500 giri/min Raffreddamento alternatore aria Materiale cassa acciaio verniciato Calettamento girante-alternatore giunto elastico Potenza 250 kw Producibilità media 910 MWh Attuatori oleodinamici Rifacimento gruppo turbina e alternatore e bypass acquedotto Salatino Pieve di Bono (TN) Caratteristiche gruppo post-intervento Alternatore Giri Raffreddamento alternatore Materiale cassa Calettamento girante-alternatore Potenza Producibilità media Attuatori asincrono 1500 giri/min acqua acciaio inox a sbalzo sull albero del gen. 250 kw 960 MWh elettrici

39 Realizzazioni Centrale idroelettrica su acquedotto - Comune di Pelugo (TN) Turbina Pelton ad 1 getto da 19 kw Produzione di circa kwh/anno Investimento di ,00 Euro

40 Realizzazioni Centrale idroelettrica Ponte Cornicchio - Trento Potenza 74 kw Produzione di circa kwh/anno

41 Incentivi economici DM 6 luglio 2012 Produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile non fotovoltaica

42 Incentivi economici Applicazione Il decreto stabilisce le nuove modalità di incentivazione della produzione di energia elettrica da impianti alimentati da fonti rinnovabili, diverse da quella solare fotovoltaica, con potenza non inferiore a 1 kw Gli incentivi si applicano agli impianti nuovi, integralmente ricostruiti, riattivati, oggetto di intervento di potenziamento o di rifacimento, che entrano in esercizio dal 1 gennaio 2013 Limite complessivo all incentivazione Il costo indicativo cumulato per tutte le tipologie di incentivo agli impianti a fonte rinnovabile, diversi da quelli fotovoltaici, non può superare 5,8 miliardi di euro annui

43 Incentivi economici Tipologia di incentivi Gli incentivi sono riconosciuti alla produzione di energia elettrica netta immessa in rete dall impianto. L'energia elettrica autoconsumata non ha pertanto accesso agli incentivi Il decreto prevede due distinti meccanismi incentivanti impianti di potenza fino a 1 MW: tariffa incentivante omnicomprensiva determinata dalla somma tra una tariffa incentivante base (Tb) ed eventuali premi (cogenerazione ad alto rendimento e riduzione delle emissioni) impianti di potenza superiore a 1 MW e impianti di potenza fino a 1 MW che non optano per la tariffa omnicomprensiva: incentivo calcolato come differenza tra la tariffa incentivante base (a cui vanno sommati eventuali premi) e il prezzo di vendita zonale orario dell energia. L energia prodotta resta nella disponibilità del produttore

44 Incentivi economici

45 Incentivi economici

46 Incentivi economici Gli impianti che godono degli incentivi e DM 6 luglio 2012 non possono accedere allo Scambio sul Posto e al Ritiro Dedicato Lo Scambio sul Posto consente al soggetto responsabile di un impianto di ottenere una compensazione tra il valore economico associabile all energia elettrica prodotta e immessa in rete e il valore economico associabile all energia elettrica prelevata e consumata in un periodo differente da quello in cui avviene la produzione. Il GSE eroga il contributo in Conto Scambio (CS), che garantisce il rimborso di una parte degli oneri sostenuti dall utente per il prelievo di energia elettrica dalla rete Il Ritiro Dedicato è una modalità semplificata a disposizione dei produttori per la vendita dell energia elettrica immessa in rete, in alternativa ai contratti bilaterali o alla vendita diretta in borsa. Consiste nella cessione dell energia elettrica al GSE, che provvede a remunerarla (corrispondendo al produttore un prezzo per ogni kwh ritirato) e a rivenderla sul mercato

47 Sistema di controllo della frequenza