Acqua Corrente. Efficientamento gestionale ed energetico delle reti e degli impianti di Acquedotto Lucano. 11 Novembre 2016 Potenza.

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1 Acqua Corrente Efficientamento gestionale ed energetico delle reti e degli impianti di Acquedotto Lucano 11 Novembre 2016 Potenza Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale (DICEA) Università degli Studi di Napoli Federico II

2 Acqua: l oro blu del XXI secolo Children catch rain water in Lesotho Photograph: Chris Steele - Perkins/Magnum Our planet probably has no more and no less water than it has ever had, but many more people use much more of it. Water is scarce, and currently much is wasted and polluted. 2

3 Principali criticità del Servizio Idrico Integrato Limitatezza delle risorse idriche effetti anche del climate change? Utilizzo intensivo delle risorse idriche sotterranee, in particolare nel periodo estivo (rischi di sovrasfruttamento e contaminazione) Stato di obsolescenza diffuso dei sistemi di adduzione e distribuzione idrica (vita media di almeno 40 anni) Elevato valore delle perdite Necessità di ottimizzare i consumi energetici Parziale frammentazione del servizio idrico a livello sia territoriale che gestionale Carente pianificazione dell uso e gestione delle risorse, in termini sia di quantità che di qualità

4 Perdite idriche Commissione Nazionale per la Vigilanza sulle Risorse Idriche (Co.n.vi.r.i.) Relazione annuale al Parlamento sullo stato dei Servizi Idrici Anno 2009

5 Consumi energetici I consumi energetici dei sistemi acquedottistici, fognari e depurativi rappresentano un aliquota in genere molto rilevante dei costi di gestione. In Italia il consumo totale di energia elettrica nel Servizio Idrico Integrato è stimabile in circa 7.5 miliardi di kwh/anno, pari al 2.5% del consumo elettrico nazionale, calcolato in 300 miliardi di kwh/anno per il 2009 (TERNA, sito Web). Tale valore è in linea con quanto noto per paesi con un grado di infrastrutturazione comparabile a quello italiano. Il costo totale relativo al consumo di energia elettrica nel Servizio Idrico Integrato, con riferimento a una tariffa di 0.15 /kwh per utenti industriali, può essere pertanto quantificato in circa miliardi di /anno (M. Campanelli, 2012). La riduzione dei consumi energetici nel ciclo idrico urbano riveste quindi estrema attualità ed è ovviamente legata al concetto di Watergy efficiency, ovvero soddisfacimento della domanda dell utenza con il minor impiego possibile di risorsa idrica e di energia.

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7 Gestione smart dei sistemi acquedottistici

8 Gestione smart dei sistemi acquedottistici Necessità di un approccio gestionale moderno dei sistemi acquedottistici, finalizzato alla gestione del Ciclo Integrato delle Acque come una Smart Water Network, sviluppando procedure e tecnologie innovative che consentano: il monitoraggio e la gestione sostenibile delle risorse idriche l efficientamento energetico del sistema la riduzione delle perdite e la produzione distribuita di energia il monitoraggio e il controllo della qualità dell acqua assicurando: qualità, continuità e sicurezza del servizio contenimento dei costi di gestione riduzione dell impatto ambientale, conseguente a una gestione più efficiente delle risorse e alla riduzione delle perdite idriche e degli oneri energetici

9 PROGETTO PON 01_01596 WATERGRID ( ) Sviluppo e Validazione di Processi e Tecnologie Innovative per la Distrettualizzazione delle Reti di Distribuzione Idrica Urbana PROGETTO PON 04a2_F AQUASYSTEM ( ) Procedure e tecnologie innovative per una gestione pianificata ed integrata delle risorse idriche, l ottimizzazione energetica ed il controllo della qualità nel Ciclo Integrato delle Acque

10 Gestione smart dei sistemi acquedottistici In questa cornice si può inquadrare a pieno titolo il Piano per la razionalizzazione gestionale e funzionale, l efficientamento e la razionalizzazione energetica delle reti e degli impianti di Acquedotto Lucano, deliberato dall Assemblea di A. L. il Nel seguito vengono presentate alcune sintetiche considerazioni sullo sviluppo a breve e medio termine di alcuni degli aspetti principali del Piano: A. Monitoraggio e gestione sostenibile delle risorse idriche B. Efficientamento energetico delle centrali di sollevamento C. Controllo attivo delle pressioni e riduzione delle perdite D. Produzione di energia rinnovabile in ambito urbano

11 Monitoraggio e gestione sostenibile delle risorse idriche Obiettivi del Piano - Monitoraggio quali-quantitativo delle risorse idriche - Monitoraggio meteoclimatico - Individuazione di nuove fonti di approvvigionamento - Analisi mediante modellistica idraulica delle disponibilità idriche a scala di bacino, a supporto della gestione sostenibile delle risorse - Supporto al controllo e alla mitigazione di eventuali criticità (sovrasfruttamento, depauperamento, contaminazione)

12 Monitoraggio e gestione sostenibile delle risorse idriche Architettura del sistema di Acquisizione e Analisi

13 Parametri da rilevare

14 Monitoraggio e gestione sostenibile delle risorse idriche

15 Efficientamento energetico delle centrali di sollevamento Obiettivi del Piano - Riduzione delle pressioni nei sistemi di distribuzione - Riduzione delle perdite idriche - Tecnologie per l'efficienza energetica (adeguamento delle classi di rendimento dei motori asincroni trifasi, con introduzione della classe Premium IE3) - Utilizzo dell inverter (dispositivo per la regolazione della velocità di rotazione e della coppia di un motore elettrico) per l incremento dei rendimenti dei gruppi elevatori - Modellistica per l'ottimizzazione dei consumi energetici

16 Ottimizzazione dei consumi energetici degli impianti di sollevamento Un modello di efficientamento energetico di un impianto elevatorio dovrà assicurare: a) L integrazione delle informazioni raccolte e storicizzate dal sistema SCADA: - le curve caratteristiche dei gruppi di sollevamento - i livelli idrici nei serbatoi - le pressioni in rete - le portate immesse in rete b) La stima della richiesta idrica nelle ore successive alla fase di elaborazione, mediante un modello di previsione dei consumi (pattern giornaliero/ stagionale) c) L ottimizzazione dei periodi di funzionamento, in base ai seguenti vincoli: - domanda idrica prevista - livelli nei serbatoi - pressioni in rete - tariffe orarie dell energia elettrica

17 Ottimizzazione dei consumi energetici degli impianti di sollevamento d) L esportazione dei risultati allo SCADA, per l attuazione (in automatico o mediante consenso dell operatore) delle operazioni e delle manovre definite per via numerica. Un modello di ottimizzazione risulta complesso sia per il numero degli elementi idraulici attivi da ottimizzare, sia per le caratteristiche della funzione obiettivo - finalizzata alla minimizzazione del costo dell energia - e delle equazioni di vincolo, sia per l eventuale complessità della topologia della rete. f min Qp, t N p T C p 1 t 0 t p, t H p, t t

18 Controllo attivo delle pressioni e riduzione delle perdite RECUPERO PERDITE RECUPERO ENERGETICO Controllo Attivo pressioni con PRVs Distrettualizzazione Turbine a reazione Pompe inverse (PATs)

19 Pressure Management mediante PRVs Variabili decisionali: - numero - localizzazione - grado di apertura delle PRVs Il metodo numerico applicato per la localizzazione e la regolazione ottimale delle valvole di regolazione delle pressioni (PRVs) va accoppiato a un modello di simulazione idraulica qualiquantitativa del sistema acquedottistico (ad es. EPANET) e supportato in campo da un efficiente sistema di telecontrollo e telecomando per la gestione delle valvole. FO j n 2 Pi, j Pmin i 1

20 Distrettualizzazione La distrettualizzazione dei sistemi di distribuzione idrica consiste nella partizione del sistema in sottoreti, dette distretti (District Meter Areas, DMAs), disconnesse tra loro e alimentate da un numero limitato di punti di immissione, caratterizzate in genere da: - uniformità altimetrica - numero limitato di accessi - numero ridotto di utenti

21 Distrettualizzazione Vantaggi: Monitoraggio delle portate in ingresso e in uscita Controllo della pressione Svantaggi: Riduzione della resilienza della rete Costi di investimento Riduzione della portata dispersa in rete Migliore localizzazione delle perdite fisiche Riduzione della frequenza di insorgenza di nuove rotture

22 Pressure Management: il caso di Potenza Significativo sviluppo edilizio nel periodo post terremoto 80 Abitato caratterizzato da una forte espansione edilizia, articolato in moderni quartieri sviluppatisi attorno al centro storico, con la restante popolazione distribuita tra varie località (circa 50 contrade ) dislocate in modo omogeneo sul territorio comunale ( Km 2 ) Popolazione: circa abitanti Variazioni altimetriche molto accentuate, da 584 m slm a m slm Centro storico: 820 m slm (il piu alto tra i capoluoghi di regione) Rete idrica gestita da A.L. : Circa utenze attualmente registrate Circa km di estensione Variazioni altimetriche comprese tra i 100 e i 170 metri Rete distributrice principale prevalentemente in ghisa e acciaio (diametri variabili dal DN 150 al DN 500)

23 Pressure Management: il caso di Potenza La rete è servita dallo schema Basento - Agri Camastra, tramite i serbatoi di Masseria Romaniello ( mc) e Serra San Marco (9.000 mc): portata media in adduzione: 485 l/s (dato 2015) dotazione idrica: 600 l/ab g!! La rete di Potenza sembra molto adatta all approccio del Pressure Management, da valutare se mediante PRVs o distrettualizzazione. Potenza - Schema idrico dell alimentazione

24 Produzione distribuita di energia in ambito urbano Integrare gli interventi mirati al controllo attivo delle pressioni e alla riduzione delle perdite nei sistemi di distribuzione idrica con la produzione distribuita di energia idroelettrica in ambito urbano, affiancando alle PRVs una turbina o una pompa inversa (Pumps As Turbines, PATs) per utilizzare le pressioni in eccesso invece di dissiparle. Turbina Pompa inversa - PAT

25 Installazione sperimentale Laboratorio di Idraulica DICEA

26 Sinottico dello SCADA DICEA, Università degli Studi di Napoli Federico II

27 Grazie per la cortese e paziente attenzione