IDROELETTRICO DI PICCOLA TAGLIA

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1 IDROELETTRICO DI PICCOLA TAGLIA Che cos è Il principio su cui si basa la produzione delle centrali idroelettriche è la trasformazione dell energia potenziale, posseduta da una massa di acqua per effetto della gravità, in energia meccanica e, successivamente, in energia elettrica. L'energia viene ottenuta tramite la movimentazione di macchine idrauliche (turbine). La potenza dell impianto è proporzionale alla portata d acqua e al salto. L'Italia è stata uno dei Paesi pionieri nell'utilizzo dell'energia idroelettrica: le prime esperienze risalgono al 1889 e 1891, rispettivamente presso Genova (Isoverde) e Roma (Acquoria, a Tivoli) e per un lungo periodo questa è stata la principale fonte di energia, in un paese povero di risorse naturali, determinante sia per il progresso industriale, sia per il miglioramento della qualità della vita. Ancora agli inizi degli anni '60 questa fonte era largamente prevalente per la produzione elettrica: nel 1963, ad esempio, copriva il 65% della domanda nazionale. Negli anni successivi l'importanza dell'energia idroelettrica è progressivamente diminuita: attualmente copre circa il 13% (2005) del consumo nazionale, poiché al vertiginoso aumento della domanda elettrica che si è registrato a partire dagli anni '60 si è fatto fronte soprattutto con centrali termoelettriche. Nel frattempo comunque, in termini assoluti, la potenza disponibile è sensibilmente aumentata, ( nel 2005) grazie soprattutto alla realizzazione di grandi impianti di pompaggio destinati a modulare la potenza richiesta 24. Attualmente un ulteriore aumento della produzione da questa fonte è ipotizzabile, oltre che con interventi di potenziamento (repowering) e di miglioramento dell efficienza delle centrali esistenti, solo attraverso il ricorso a nuovi impianti di mini e micro idraulica (vedere box). Infatti, in molti casi, i corsi d acqua sono stati già ampiamente utilizzati con derivazioni a scopo idroelettrico, industriale ed irriguo e non sembra ipotizzabile l ulteriore sfruttamento con derivazioni di portata rilevante, anche in ragione di problematiche di impatto ambientale (si veda ad esempio il box relativo al Deflusso Minimo Vitale) e della inevitabile conflittualità tra i diversi utilizzi della risorsa idrica. Grandi e piccoli impianti idroelettrici La dimensione degli impianti idroelettrici viene solitamente definita sulla base della potenza installata. La classificazione proposta dall UNIDO (Organizzazione delle Nazioni Unite per lo Sviluppo Industriale) è la seguente: - micro centrali: P < 100 KW; - mini centrali: P < KW; - piccole centrali: P < KW; - grandi centrali: P > KW. Tuttavia, a livello europeo non si è ancora giunti ad un accordo su tale definizione. In Italia, in particolare, l idroelettrico di piccola taglia ha incontrato, nei diversi momenti dettati dalla normativa in vigore al tempo, differenti classificazioni. Con la denominazione idroelettrico minore ci si riferisce normalmente impianti con potenza inferiore ai 3 MW, in ragione della definizione di grandi e piccole derivazioni a scopo idroelettrico 25, introdotta dalla Legge 7/1977. Questa distinzione ha riflessi in termini di regime autorizzativo e di competenze per il rilascio delle Concessioni (in Lombardia, in base alla LR 26/2003, l Ente competente al rilascio della concessione per le piccole derivazioni è la Provincia). In altri ambiti normativi si fa invece riferimento, per la denominazione di piccolo idroelettrico, alla soglia di 10 MW (si veda ad esempio il Programma Energetico 24 Questi impianti consentono di regolare la produzione di energia elettrica, in funzione dell andamento giornaliero della domanda: durante la notte, quando la domanda è inferiore, l impianto compra energia a basso costo e la utilizza per pompare l acqua da valle verso il serbatoio di accumulo di monte; di giorno, durante le ore di punta, avviene il tradizionale processo di produzione idroelettrica. 25 Si tenga presente che, nel caso di altri usi della risorsa idrica (es. industriale, irriguo), la soglia per la classificazione tra grandi e piccole derivazioni è basata su altri criteri (es. portata o superficie irrigata).

2 Regionale della Lombardia) che, come già accennato, costituisce lo standard internazionale per la definizione dei piccoli impianti idroelettrici. (SHP, Small Hydro Power). È necessario inoltre tenere conto della definizione di impianti di microgenerazione, definiti come impianti per la produzione di energia elettrica con capacità di generazione non superiore ad 1 MW elettrico. Tale definizione è stata introdotta dal D.Lgs. 29/12/2003, n. 387, Attuazione della direttiva 2001/77/CE relativa alla promozione dell'energia elettrica prodotta da fonti energetiche rinnovabili nel mercato interno dell'elettricità, ed è valida per qualsiasi tipologia di produzione elettrica da fonte rinnovabile. Al contrario i piccoli impianti idroelettrici, pur essendo di limitata potenza unitaria, possono diventare complessivamente molto numerosi e quindi apportare un importante contributo, anche se non risolutivo, alla copertura della domanda elettrica nazionale. Il Deflusso Minimo Vitale Il Deflusso Minimo Vitale (DMV) è definito dalla normativa (DM 28/07/2004, Linee guida per la predisposizione del bilancio idrico di bacino, comprensive dei criteri per il censimento delle utilizzazioni in atto e per la definizione del minimo deflusso vitale, di cui all'articolo 22, comma 4, del decreto legislativo 11 maggio 1999, n. 152) come la portata istantanea da determinare in ogni tratto omogeneo del corso d'acqua, che deve garantire la salvaguardia delle caratteristiche fisiche del corpo idrico, chimico-fisiche delle acque nonché il mantenimento delle biocenosi tipiche delle condizioni naturali locali. Si tratta quindi della quantità di acqua che deve scorrere in un corso d acqua per garantire le sue tendenze evolutive naturali morfologiche e idrologiche, per mantenere nel tempo la qualità delle acque, tenendo conto della naturale capacità di autodepurazione, e per mantenere nel tempo le comunità biologiche presenti, prendendo in considerazione anche i diversi stadi vitali di ciascuna specie. È da osservare che il DMV potrebbe assumere valori nulli in tronchi di corsi d'acqua a carattere intermittente durante periodi "naturali" di asciutta dovuti ad assenza di precipitazioni o a locali condizioni di elevata permeabilità del letto. È opportuno inoltre individuare valori del DMV differenti per ciascun mese o stagione dell'anno, anche allo scopo di impedire che i prelievi e le restituzioni siano effettuati in modo da lasciare in alveo una portata residua costante che elimini la variabilità del regime naturale dei deflussi in base alla quale si è formato l'equilibrio, sia fisico che biologico, del corso d'acqua. Nella maggior parte dei casi i piccoli impianti idroelettrici sono ad acqua fluente, cioè non comprendono alcun serbatoio di accumulo dell acqua allo scopo di regolare la portata. La produzione idroelettrica, quindi, avviene con modi e tempi totalmente dipendenti dal regime naturale del corso d acqua (a meno di una quota detta deflusso minimo vitale, necessaria per salvaguardare l'ecosistema). Infatti, quando quest ultimo è in magra e la portata scende al di sotto della portata minima per cui la turbina è stata progettata, la produzione di energia cessa. Proprio per la loro incapacità di modificare il regime idrologico delle portate, questi impianti vengono detti non regolabili e includono in particolare quelli inseriti sui canali irrigui o sulle condotte utilizzate per l approvvigionamento idrico. Fra gli impianti ad acqua fluente è possibile distinguere diverse tipologie in funzione delle portate che derivano e dei salti che sfruttano; spesso gli impianti che insistono su salti elevati (decine di metri) utilizzano portate inferiori rispetto a quelli di pianura. Esistono inoltre alcune tipologie particolarmente semplici: si pensi ad esempio ai canali utilizzati agli inizi del secolo scorso molti laboratori artigiani per azionare macchine utensili con piccole pale/mulini accoppiati a pulegge tramite cinghie di trasmissione o ai piccolissimi sistemi idroelettrici integrati, esistenti in commercio a partire da 0,2 kw di potenza, facilmente installabili in moltissime situazioni con salti e portate minime. Di particolare importanza ai fini della tutela della risorsa idrica sono i mini impianti che possono integrare diverse esigenze idriche prioritarie: è il caso, ad esempio, di centraline poste a valle di bacini realizzati a scopi irrigui o potabili.

3 Come funziona Il processo di trasformazione dell energia potenziale in energia meccanica (e successivamente elettrica) ha inizio con la fase di derivazione per mezzo di apposite opere di presa in alveo. Essa è tipicamente localizzata a monte di un salto, che può essere già presente nel fiume o realizzato mediante la costruzione di una piccola diga 26, detta traversa. Dal momento che costituisce un ostacolo alla risalita dei pesci migratori, essa dovrebbe essere sempre equipaggiata con un scala di risalita dei pesci 27. La massa d acqua derivata viene quindi convogliata in una vasca di carico avente il duplice scopo di costituire un polmone di accumulo e di creare una zona di calma che permetta al materiale in sospensione di depositarsi. A valle di questa, la portata viene convogliata, in pressione, per mezzo di apposite condotte alle turbine idrauliche ubicate più a valle, previo l attraversamento di una griglia atta al trattenimento di materiali sospesi (residui solidi, rifiuti, alghe etc.) che potrebbero danneggiare gli organi meccanici. Nel caso di impianti a basso salto, tuttavia, è più frequente osservare dei canali di derivazione a pelo libero, anch essi equipaggiati a valle da griglie atte al trattenimento del materiale solido in sospensione. All interno delle turbine, ha quindi luogo la trasformazione dell energia potenziale e cinetica dell acqua in energia meccanica la quale, mediante l accoppiamento ad un generatore elettrico, viene a sua volta convertita in energia elettrica. Terminato questo processo, l acqua viene restituita a valle della centrale al corso d acqua tramite un apposito canale a pelo libero detto canale di restituzione (figg.1-2). Figura 1 Schema di un impianto a medio-alto salto 26 Per gli impianti in oggetto si tratta di traverse, ossia dighe di modesta altezza (raggiungono una decina di metri al massimo) progettate per innalzare il livello dell acqua quanto basta per imboccare le opere di presa e sopra le quali permettere la tracimazione dell acqua in eccesso. Possono essere fisse (realizzate in muratura od in cemento) oppure mobili (aventi una parte fissa una mobile detta paratoia) 27 Struttura in genere costituita da una serie di piccoli salti realizzati allo scopo di consentire ai pesci migratori di oltrepassare una diga o una traversa.

4 Figura 2 Parte terminale di un impianto a medio-alto salto Opportunità e vincoli Il ruolo della mini-idraulica è valorizzato dal fatto che gli impianti di piccola taglia sono caratterizzati da modalità costruttive e gestionali di scarso impatto sul territorio; inoltre possono essere gestiti, almeno per l'ordinario funzionamento, anche da piccole comunità (alcuni impianti, ad esempio, sono condotti dai gestori di rifugi alpini) ed anche integrati in un uso plurimo ed equilibrato della risorsa acqua, come nel caso degli impianti localizzati su canali irrigui o su acquedotto. Il mini-idroelettrico può rappresentare una importante risorsa in molti territori agricoli e montani, sfruttabile sia recuperando strutture esistenti lungo i fiumi (condotte, depuratori, acquedotti), sia, laddove ci siano portate interessanti, realizzando salti e interventi di limitato impatto ambientale. Un valore aggiunto alla presenza di piccoli impianti è il fatto che essi inducono costantemente l'uomo all'osservazione e alla manutenzione del territorio. Le piccole centraline, con le competenze e gli adempimenti che ne seguono, possono diventare una valida alternativa per la sostituzione, in ambienti montani, dell'opera che l'agricoltura da millenni svolgeva ed ora non più. Anche i piccoli impianti, tuttavia, possono essere caratterizzati da impatto visivo, che comunque può essere minimizzato con opportuni interventi di mitigazione. Riassumendo, quindi, gli impianti idroelettrici di piccola taglia presentano numerosi vantaggi, poiché: costituiscono una forma di produzione di energia pulita che consente di limitare le emissioni inquinanti associate ad altri processi produttivi, quali quelli delle centrali termoelettriche; sono compatibili con l'ambiente, collaudati e sicuri; possono creare posti di lavoro in aree solitamente marginali. Le possibili problematiche associate a questi impianti scaturiscono dal fatto che essi utilizzano una risorsa preziosa; in ragione di ciò è ormai affermata la necessità di garantire, anche nei piccoli corsi d acqua, il deflusso minimo vitale (vedere box), necessario per la sopravvivenza degli ecosistemi e per il mantenimento delle caratteristiche qualitative del corso d acqua.

5 Accanto alla necessità di assicurare l habitat delle diverse specie acquatiche, infatti, va anche tenuto conto che la minore diluizione degli scarichi può compromettere la naturale capacità autodepurativa delle acque, accentuando gli episodi di inquinamento. Un altro aspetto problematico è legato ai possibili conflitti con gli altri utilizzatori della risorsa idrica (agricoltori, pescatori, industria). A riguardo, va comunque evidenziato che le derivazioni a scopo idroelettrico non producono mai una sottrazione definitiva della risorsa ed in particolare nel caso di impianti ad acqua fluente, neppure uno sfasamento temporale dei deflussi, né una variazione del regime naturale delle portate che, peraltro, potrebbe avere un effetto positivo di regolazione, utilizzabile ai fini della prevenzione delle piene. L uso concorrente della risorsa è pertanto limitata al tratto di corso d acqua compreso tra le opere di presa e il punto di restituzione. Nonostante ciò la comunità locale potrebbe non accettare di buon grado l utilizzo da parte di produttori privati di una risorsa percepita come propria: è pertanto importante un attenta gestione dei conflitti nell ambito di meccanismi che valorizzino la partecipazione e il coinvolgimento degli attori locali. I costi Le diverse possibilità di sfruttamento energetico della fonte idrica si ripercuotono ovviamente anche sui costi di realizzazione degli impianti, ma la maggiore incidenza è data dalla realizzazione di opere civili nella fase di costruzione della centrale. In linea di massima si può considerare un intervallo di costo complessivo tra i /kw. I costi di gestione e di manutenzione si possono aggirare attorno al 2-3% dei costi dell'impianto. Più in dettaglio: fase di progettazione: i tempi ed i costi richiesti dalla progettazione esecutiva sono solitamente standard per questo genere di impianti: 12 mesi di progettazione per una spesa che può variare intorno al 4-5% del costo di investimento. Una ulteriore voce di costo è quella relativa all iter autorizzativo che, ad una prima analisi, oscilla tra il 2% ed il 6% del costo d investimento; fase di costruzione: questa fase può durare mesi, prevede costi pari a circa il 90% del costo d investimento per impianti la cui vita attesa è di 30 anni, che ad oggi rappresenta la massima durata di una concessione idroelettrica. 28 Analizzando le diverse componenti dei costi di costruzione (opere civili, opere elettromeccaniche, connessione alla rete, gruppo idroelettrico e accessori) si evidenzia come le opere civili rappresentino sempre oltre il 50% dei costi di costruzione, seguite poi da opere elettromeccaniche, gruppo turbina-generatore e accessori. I costi di connessione alla rete possono essere invece molto variabili in funzione del tipo di tensione di allacciamento, della distanza della centrale dalla linea di distribuzione locale e dal tipo di linea di distribuzione. Per quanto riguarda il costo di produzione dell'elettricità 29 si possono considerare valori compresi tra 0,10 e 0,15 /kwh. In alcune situazioni può risultare conveniente soprattutto l autoconsumo (applicando, per i piccoli impianti, il meccanismo dello scambio sul posto) che consente di compensare parzialmente o totalmente costi dell energia elettrica variabili tra 0,12 a 28 Fatta salva la possibilità di chiedere un rinnovo della concessione. 29 Tale costo deve considerare anche i canoni di prelievo della risorsa idrica: a norma dell art. 1 della L. 36/1994, infatti, tutte le acque sono pubbliche e qualora si intenda procedere alla realizzazione di un impianto idroelettrico, anche di piccola taglia, occorre preventivamente fare richiesta di concessione all'uso delle acque all ente competente e pagare i relativi canoni.

6 0,18 /kwh. Da valutare più attentamente è la convenienza in caso di vendita dell energia. Di recente l Autorità per l Energia Elettrica e il Gas (AEEG) ha emanato la Delibera n. 34/05 che riconosce all energia elettrica prodotta da impianti idroelettrici ad acqua fluente di potenza inferiore a 1 MW delle tariffe particolarmente remunerative. La vendita dell energia comporta però dei costi gestionali fissi legati alla stipula di convenzioni di cessione e pertanto per impianti di potenza inferiore ai 20 kw può risultare non conveniente. Diffusione e prospettive di sviluppo Su tutto il territorio nazionale esistono impianti al di sotto di 1 MW, con una potenza complessiva installata di 419 MW e una produzione lorda di GWh (fonte: Terna, anno 2005). In base ai dati forniti dalla Provincia di Bergamo - Settore Tutela Risorse Naturali e aggiornati alla fine del 2005, risultano presenti sul territorio provinciale circa 80 impianti classificabili come piccoli (< 3 MW), con una potenza installata complessiva di circa 60 MW. Di questi 58 sono classificabili come mini-idro (< 1 MW), con una potenza complessiva installata di circa 22 MW, e 18 sono addirittura inferiori a 100 kw (micro-idro), con una potenza totale di 464 kw. L idroelettrico viene comunemente definito dagli addetti del settore come una tecnologia matura, ma molto spesso si finisce per confondere la maturità tecnica con la saturazione di questo settore. Ciò poteva essere vero fino a qualche anno fa, quando in effetti non esisteva convenienza economica per impianti di bassa potenza. Oggi, grazie al forte interesse verso l utilizzo delle fonti rinnovabili e ai regimi di incentivazione applicati per favorirne la diffusione al posto degli impianti alimentati a combustibili fossili, unitamente alla maturità e comprovata affidabilità tecnica del settore, il mini-idroelettrico (e ancora di più il micro-idroelettrico) può rappresentare una opportunità di sviluppo semplice, veloce da realizzare, ad impatto ambientale contenuto e con un discreto ritorno economico. Si possono infatti installare, a costi ragionevoli e con impatti sostanzialmente irrilevanti, impianti di bassa potenza destinati alla fornitura elettrica per nuclei di case isolate o comunque per reti di ridotte dimensioni a servizio di comunità agricole o montane. In Italia i luoghi adatti allo sviluppo dell'energia idraulica in micro scala sono assai numerosi e vari, come del resto è varia la tipologia dei possibili utenti: enti locali, parchi naturali, utenze isolate, nuclei familiari, aziende agricole e agriturismi, artigiani, imprese industriali, consorzi irrigui, consorzi di bonifica ecc.. Un particolare ringraziamento viene rivolto alla Dott.ssa Birolini (APER) per il prezioso contributo fornito.

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