Impianti idro-elettrici: caratteristiche generali e peculiarità funzionali

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Mariangela Corona
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1 Energia idroelettrica al futuro - Malnisio, Impianti idro-elettrici: caratteristiche generali e peculiarità funzionali Piero Pinamonti UNIVERSITA DEGLI STUDI DI UDINE DIPARTIMENTO Piero Pinamonti DI - INGEGNERIA DIES Malnisio, ELETTRICA, GESTIONALE E MECCANICA

funzionali Piero Pinamonti UNIVERSITA DEGLI STUDI DI UDINE

2 2

3 Potenza efficiente degli impianti elettrici di generazione in Italia al 31 dicembre 2008 Situazione al 31/12/2008: Idro 21.6 % Termo comb % Geotermo 0.7 % Eol+PV 4.0% Fonte: TERNA

4 Andamento del carico giornaliero IDRO-POMPAGGIO IDRO-SERBATOIO IDRO-MODULATA TERMICO CONV. ESTERO IDRO-FLUENTE GEOTERMICO ore MW x (Fonte: TERNA)

ESTERO IDRO-FLUENTE GEOTERMICO 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

5 Prospettive globali a breve-medio termine impianti di produzione: a) Impianti ad alto rendimento: - cicli combinati gas-vapore (a gas naturale) - impianti a carbone pulito (con sequestro CO 2, IGCC, PFBC) - centrali nucleari (??) b) Aumento rinnovabili: - mini idro, eolico, biomasse, geotermico, fotovoltaico (ob. 20%) c) Riduzione emissioni e gas serra d) Contributo della Generazione distribuita : - Mini e micro cogenerazione

centrali nucleari (??) b) Aumento rinnovabili: - mini idro, eolico, biomasse, geotermico, fotovoltaico (ob.

6 La generazione distribuita di energia

7 Vantaggi della Generazione Distribuita:! Vicinanza impianto di generazione - utenza! Possibilità di co-generazione elettricità e calore! Adatta utilizzo delle fonti rinnovabili (bassa densità energetica)! Adatta per piccoli impianti (Mini e Micro)! Riduzione globale delle emissioni

8 Caratteristiche centrali idro-elettriche: Vantaggi: - energia rinnovabile - semplicità di esercizio - rapidità di variazioni di carico - utili per la regolazione - massima automazione - assenza inquinamento aria e acqua - possibilità di accumulo di energia tramite il pompaggio Svantaggi: - potenzialità ridotta (dipendenza da salto e portata naturali) - modifica del paesaggio naturale: impatto ambientale

inquinamento aria e acqua - possibilità di accumulo di energia tramite il pompaggio Svantaggi: -

9 Le prime turbine ad azione per ottenere lavoro meccanico

10 Le prime centrali idroelettriche in Italia: - Centrale di Isoverde - Genova (1887) - Centrale di Tivoli - Roma (1892) - Centrale Bertini a Paderno d Adda (1898)

11 Centrale di Malnisio - Antonio Pitter (1905)

12 Diga vecchia sul Cellina

13 Impianti idro-elettrici in Italia (Dati 2008) Produttori Autoproduttori Italia N impianti Pot.Efficiente lorda (MW) Di cui di pompaggio (MW) Produzione (GWh) In Friuli Venezia Giulia N impianti Pot.Efficiente lorda (MW) Produzione (GWh) (Fonte: TERNA)

Efficiente lorda (MW) Di cui di pompaggio (MW) Produzione (GWh) 21.449 101 21.640 7.

14 Potenza efficiente lorda media annua impianti idro-elettrici in Italia al 31 dicembre degli anni 1963 e 2008 (Fonte: TERNA)

15 Tipologie di impianti idroelettrici Le centrali idroelettriche possono essere classificate, in base alla potenza nominale dell impianto: Micro centrali idroelettriche P < 100 kw Mini centrali idroelettriche P < 1000 kw Piccole centrali idroelettriche P < 10 MW Grandi centrali idroelettriche P > 10 MW In relazione alla derivazione idraulica che alimenta l impianto: Impianti ad acqua fluente Impianti a bacino (a regolazione parziale) Impianti a serbatoio (a regolazione totale)

centrali idroelettriche P < 10 MW Grandi centrali idroelettriche P > 10 MW In relazione alla derivazione idraulica che

16 Potenza efficiente producibilità annua Impianti idro-elettrici in Italia Al 31/12/2007!"#!$%&!' al 31/12/2007 #(&)%*$' )++!,!)%&)' #-(./,!0!1!&2' 1(-.$'").!$' $%%/$'!!!! "#$%&! '())&! )#)&"(!! '*! +,! +,! -,.!!"#!$%&!'$'3)-0$&(!(' /01! /213/42! //56146! /557/48!!"#!$%&!'$'0$,!%(' /96! 38/740! ! /328042!!"#!$%&!'$.'$,4/$'+1/)%&)' /518! ! 33/6/! ! ' 2/70! 2/39046! 2///942! ! Fonte dati TERNA

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17 Schema di impianto idro-elettrico a sebatoio/bacino

18 Impianto ad acqua fluente

19 Schema di centrale idroelettrica

20 Bacino di Barcis invaso m!

21 Diga di Ravedis sul Fiume Cellina Uso plurimo delle acque: -- Irrigazione -- Idro-elettrico -- Laminazione delle piene

22 Alluvione Pordenone novembre 2002

23 Laminazione delle piene

24 Tipi di turbine: Pelton Alta caduta Bassa portata Turbina tangenziale Turbina ad azione

25 Tipi di turbine: Francis Media caduta media portata Turbina radiale Turbina a reazione

26 Turbina tipo Kaplan Bassa caduta alta portata Turbina assiale Turbina a reazione

27 Turbina Turgo Media caduta Bassa portata Turbina tangenziale Turbina ad azione

28 Turbina Banki-Mitchell bassa caduta Bassa portata Turbina radiale Turbina ad azione

29 Campi funzionamento turbine idrauliche

30 Esempi di micro-turbine Pico Kaplan Micro Kaplan Micro Kaplan Salto H (m) 4m Salto H (m) 5m 11m Portata Q (l/s) 140 l/s Portata Q (l/s) 100 l/s 170 l/s Potenza (kw) 3 kw Potenza (kw) 5 kw 10 kw (Turbine proposte dalla ditta Varspeed Hydro Ltd)

31 Vantaggi dell utilizzo di mini impianti: sfruttamento di un energia che andrebbe dissipata ridotto impatto ambientale possibilità di vendere l energia elettrica prodotta utilizzando una fonte rinnovabile si può acquisire i Certificati Verdi recupero dell investimento in un numero limitato di anni!"

32 Esempio:!#

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36 Impianti idroelettrici di accumulazione mediante pompaggio costituiti da: due bacini a livelli diversi, collegati da una tubazione una turbina M/G una pompa un motore/generatore elettrico Allo stato della tecnica sono sostanzialmente i soli impianti in grado di accumulare rilevanti quantità di energia, la cui utilizzazione può essere effettuata in tempi anche notevolmente diversi dal periodo in cui il sistema energetico mette a disposizione energia primaria che non possa essere utilizzata.

37 Vantaggi Impianti idroelettrici di pompaggio Appiattimento del diagramma di carico Operazione economicamente conveniente che porta sia alla riduzione delle potenza installata degli impianti di base, sia al consumo di energia elettrica a basso valore commerciale per l accumulo di energia che sarà utilizzata nei periodi di maggiore richiesta della rete e quindi con un valore commerciale nettamente superiore (rapporto circa 3/1).

38 Produzione lorda di energia idro-elettrica da apporti di pompaggio in Italia (Fonte: TERNA)

39 La centrale di Fadalto La centrale idroelettrica Ottaviano Ghetti, di Fadalto, fa parte del complesso di centrali che sfruttano il bacino idrografico del Piave. Questo impianto sfrutta il serbatoio di monte del lago di S. Croce e di valle del Lago Morto. L impianto attuale, entrato in servizio nel 1971, è dotato di una centrale in caverna in cui sono installati due gruppi ternari ad asse verticale (pompa radiale, turbina Francis, alternatore-motore) in grado di sviluppare una potenza massima di 120 MW ciascuno (con portata massima 125 m 3 /s, salto motore 100 m). Piero Pinamonti - Gemona, 27 marzo

40 La centrale di Edolo La centrale idroelettrica di pompaggio di Edolo, in Val Camonica, è entrata in servizio nel Ha una potenza installata di MW ed è uno degli impianti idro-elettrici più grandi in Europa. E costituito da 2 serbatoi in quota (lago d Avio e lago Benedetto) e 1 a valle (a Edolo). L acqua, prelevata dai serbatoi a monte è convogliata in 2 condotte forzate alla centrale con un salto di m. La centrale è dotata di 8 gruppi reversibili ad asse verticale. Ogni pompa-turbina ha una potenza di 125 MW, ed è costituita da 5 giranti radiali in serie con distributore fisso e da un generatore-motore sincrono. Piero Pinamonti - Gemona, 27 marzo

41 Grazie per la Vostra attenzione Piero Pinamonti

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