Energia Idroelettrica

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Adelina Dini
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1 PascaleCave e Costruzioni S.r.l. Idroelettrico

2 Energia Idroelettrica L energia idroelettrica è l energia elettrica ottenibile da una massa d acqua sfruttando l energia potenziale che essa cede con un salto o un percorso in discesa. Impianti idraulici sono attuabili ovunque esista un flusso d acqua costante e sufficiente, nel rispetto di quello che è indicato come il minimo deflusso vitale, necessario per salvaguardare l ecosistema. Un impianto idroelettrico non richiede sempre alte cascate e grandi masse d'acqua. Accanto alle più note centrali "con salto", possono esserci infatti impianti "ad acqua fluente", che sfruttano la portata dell'acqua, invece che la potenza originata dalla caduta.

Impianti idraulici sono attuabili ovunque esista un flusso d acqua costante e sufficiente, nel rispetto di quello che è indicato come il minimo deflusso vitale,

3 L'energia idraulica è una delle più antiche forme di energia sfruttate dall'uomo. Se tradizionalmente serviva per azionare le pale dei mulini, fornendo così energia meccanica, oggi la forza dell'acqua viene utilizzata soprattutto per la produzione di energia elettrica. Nel nostro paese, la prima metà del secolo scorso ha visto la realizzazione di numerosi impianti idroelettrici, soprattutto di grande taglia, che ancora oggi contribuiscono per il 15% alla produzione elettrica complessiva (dati 2010, fonte GSE). Parallelamente ai grandi impianti a bacino e a serbatoio, in Italia sono stati realizzati anche innumerevoli impianti di piccola taglia, ad acqua fluente localizzati lungo il corso di torrenti, canali e fiumi. Negli anni, molti di questi piccoli impianti sono stati dismessi e abbandonati.

Nel nostro paese, la prima metà del secolo scorso ha visto la realizzazione di numerosi impianti idroelettrici, soprattutto di grande taglia, che ancora oggi contribuiscono per il 15% alla produzione

4 Classificazione La classificazione per taglie proposta, rispecchia quella comunemente accettata e codificata a livello internazionale: Micro idroelettrico (fino a 100 kw) Mini idroelettrico (da 100 kw a 1 MW) Piccolo idroelettrico (da 1 MW a 10 MW) Idroelettrico di grande taglia (oltre i 10 MW) Iter progettuale L installazione di una centralina idroelettrica è successiva ad una fase di progettazione, i cui studi riguardano: le caratteristiche geomorfologiche del sito, la valutazione della risorsa idrica e del suo potenziale, la scelta di turbine e generatori appropriati, gli studi riguardanti l aspetto economico e l impatto ambientale.

installazione di una centralina idroelettrica è successiva ad una fase di progettazione, i cui studi riguardano: le caratteristiche geomorfologiche del sito, la

5 Il meccanismo di funzionamento inizia con uno sbarramento lungo il corso di un fiume, che crea un piccolo bacino (l'opera di presa). Lo sbarramento è sempre interrotto dalla cosiddetta "scala dei pesci": uno scivolo, o una vera e propria scala, per consentire il passaggio dei pesci lungo il corso d'acqua e non alterare in alcun modo l'ecosistema fluviale. Mentre l'acqua in eccesso tracima nel corso inferiore, quella del bacino fluisce attraverso una griglia lungo l'argine, che blocca eventuale materiale trasportato. La griglia è collegata a una conduttura, che convoglia l'acqua verso la vasca di carico: un locale dove viene raccolta e mantenuta a livelli uniformi di pressione e flusso. Tramite una griglia con un rastrello per un ulteriore filtraggio (lo sgrigliatore), l'acqua entra nelle condotte che la trasportano poi nella vasca di carico delle singole turbine, facendole girare.

modo l'ecosistema fluviale. Mentre l'acqua in eccesso tracima nel corso inferiore, quella del bacino fluisce attraverso una griglia lungo l'argine, che blocca eventuale materiale trasportato.

6 Girando, le turbine mettono in rotazione un generatore, collegato al loro asse, dove si genera l'elettricità (poi immessa direttamente sulle linee di trasmissione). Dopo essere passata attraverso le Dopo essere passata attraverso le turbine e averle messe in movimento, l'acqua torna al fiume, stavolta a valle dell'opera di presa, senza nessun impatto sull'ambiente e senza aver generato alcuna emissione

Dopo essere passata attraverso le Dopo essere passata attraverso le turbine e averle messe in

7 Mini Micro Idroelettrico Si tratta di impianti di diversa tipologia rispetto a quelli di potenza maggiore. Infatti, mentre questi ultimi richiedono grandi opere di sbarramento (dighe) ed estesi laghi artificiali per l accumulo dell acqua, i mini impianti funzionano in pratica come i vecchi mulini (ovviamente in versione high-tech). Presentano anzi numerosi vantaggi ambientali. Innanzi tutto forniscono energia senza immettere nell ecosfera sostanze inquinanti, polveri, calore e gas ad effetto serra, contribuendo così a ridurre sia l inquinamento locale, sia il riscaldamento globale. Inoltre non comporta di norma limitazioni o modifiche all'utilizzo prevalente del corso d'acqua (irrigazione, usi potabili, pesca, ecc.). Dal punto di vista energetico, gli impianti mini idro, pur essendo di limitata potenza unitaria, possono diventare complessivamente molto numerosi, e quindi apportare un contributo non trascurabile alla produzione elettrica nazionale.

(ovviamente in versione high-tech). Presentano anzi numerosi vantaggi ambientali.

8 Il piccolo idroelettrico ha delle peculiarità rispetto alle centrali idroelettriche di grande taglia, oltre ai vantaggi dell'uso di un'energia rinnovabile, tra cui: Investimenti contenuti: la realizzazione di un tale impianto generalmente avviene su acqua fluente che non richiede la costruzione di opere particolarmente costose (come le grosse dighe); Consente un miglioramento delle condizioni idrogeologiche del territorio; Contribuisce alla riduzione dell'effetto serra, e quindi beneficia dei certificati verdi per la produzione di energia da fonti rinnovabili

richiede la costruzione di opere particolarmente costose (come le grosse dighe); Consente un miglioramento delle condizioni idrogeologiche

9 E' il recupero degli impianti in disuso e dall'interesse crescente per le applicazioni idrauliche di piccola e piccolissima taglia, che si apre una nuova epoca per l'idroelettrico. Le moderne turbine idrauliche presenti oggi in commercio, disponibili in una vastissima gamma di taglie e modelli, consentono di produrre energia elettrica utilizzando basse portate e dislivelli anche solo di pochi metri. Le turbine maggiormente utilizzate sono senza dubbio le Pelton e le Banki ideali per portate d'acqua limitate. Le diverse tipologie impiantistiche dipendono dalle caratteristiche della risorsa idrica e dalle modalità con cui questa viene "catturata" e indirizzata alla turbina.

Le moderne turbine idrauliche presenti oggi in commercio, disponibili in una vastissima gamma di taglie e modelli, consentono di produrre energia elettrica utilizzando

10 Mini Idroelettrico Coclea Idraulica La coclea idraulica è conosciuta fin dall'antichità come ruota o chiocciole di Archimede. In passato questo elemento veniva utilizzato sostanzialmente come mezzo di pompaggio, soprattutto negli impianti di trattamento acque. Ultimamente si è invece assistito ad un crescente impiego come sistema di generazione elettrica, su impianti caratterizzati da piccoli salti come quello in esame.

In passato questo elemento veniva utilizzato sostanzialmente come mezzo di pompaggio, soprattutto negli

11 Le viti idrauliche lavorano per gravità, cioè l acqua viene fatta scendere all interno delle camere dal livello più alto al livello più basso, di solito con un movimento relativamente lento. La forza di gravità che in questo modo agisce sull acqua esercita un momento torcente sull albero di trasmissione. L'energia potenziale e cinetica dell'acqua viene trasformata quindi in energia meccanica che a sua volta vien impiegata per produrre energia elettrica collegando l'asse della coclea, tramite opportuni riduttori, ad un generatore.

La forza di gravità che in questo modo agisce sull acqua esercita un momento torcente sull albero di trasmissione.

12 In base al volume d'acqua, il numero di giri varia da 20 giri/min per viti idrauliche di grandi dimensioni a 80 giri/min per viti di piccole dimensioni. L'angolo d'incidenza viene spesso determinato dalle esigenze costruttive e varia da 22 a 35. Entrambe le estremità della vite sono dotate di supporti; quello superiore è costituito da un cuscinetto a rulli cilindrici a lubrificazione grassa continua, resistente alle forze radiali e assiali, mentre quello inferiore è realizzato da un cuscinetto flottante a lubrificazione grassa continua che non necessità manutenzione. Il gruppo motore è costituito da giunti elastici, supporti, moltiplicatore e generatore.

Entrambe le estremità della vite sono dotate di supporti; quello superiore è costituito da un cuscinetto a rulli cilindrici a lubrificazione grassa continua,

13 Poiché la vite idraulica deve coprire tutto lo spazio compreso tra lo specchio d'acqua superiore e quello inferiore, questo principio è utilizzabile solo per dislivelli limitati. Questa tipologia d impianto, a differenza di altri, non presenta alcuna possibilità di accumulo e di regolamentazione dei flussi. Caratteristica della vite idraulica è la sua semplicità, soprattutto per la sua regolazione automatica senza ulteriori regolatori di portata. Le caratteristiche che contraddistinguono la vite idraulica sono tuttavia: l impatto ambientale minimo, l ecologicità e la lunga durata. A causa del minore battente d acqua in efflusso, le viti idrauliche non hanno bisogno, se confrontate con gli impianti dotati di turbine Kaplan o a elica, di alcun lavoro di costruzione in sottosuolo nella zona dello scarico a valle. Di conseguenza, l installazione di una vite idraulica in un corso fluviale può avere luogo per lo più senza modificazione del letto fluviale naturale.

Caratteristica della vite idraulica è la sua semplicità, soprattutto per la sua regolazione automatica senza ulteriori regolatori di portata.

14 Si deve notare l estensione del campo dei buoni rendimenti, che varia da circa un terzo della portata fino al riempimento completo. Continuano a raggiungere buone prestazioni anche in caso di scarsa alimentazione.

15 Potenza elettrica generata in funzione della portata

16 Requisiti per l'installazione Picoidroelettrico Il pico idroelettrico è caratterizzato da impianti destinati esclusivamente all'autoconsumo di utenze isolate, di taglia inferiore ai 5 kw: si tratta del cosiddetto "pico idroelettrico". In primo luogo bisogna verificare la disponibilità di: un salto d'acqua sufficiente (dislivelli anche di pochi metri) una portata d'acqua qualsiasi (anche solo 0,5 litri al secondo), purchè abbastanza costante e non eccessivamente condizionata da stagionalità (secche estive) Il salto e la portata sono i criteri fondamentali per il dimensionamento dell'impianto, cioè per la scelta della potenza della turbina, che deve tenere conto anche dell'utilizzo che si intende fare dell'elettricità prodotta (autoconsumo o vendita alla rete). Picoturbina idroelettrica

In primo luogo bisogna verificare la disponibilità di: un salto d'acqua sufficiente (dislivelli anche di pochi metri) una portata d'acqua qualsiasi (anche solo 0,5 litri al secondo), purchè

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