Gli impianti Idroelettrici

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1 Tenologie delle Energie Rinnovabili Gli impianti Idroelettrii aniele Coo ipartimento di Ingegneria Meania, Chimia e dei Materiali Università degli Studi di Cagliari daniele.oo@unia.it A.A

2 Lo shema di impianto Sezione di presa (o baino di monte) Pozzo piezometrio 1 Vasa di ario 0 Canale a pelo libero Condotta forzata Centrale A S Sezione di sario (o baino di valle)

3 Portata d'aqua (m3/s) L idrogramma delle portate 1 Portata eflusso minimo vitale Portata media Figura 3.11 Idrogramma delle portate di un orso d aqua.

4 Portata d'aqua (m3/s) Il diagramma delle durate 1 10 Portata Portata media eflusso minimo vitale Figura 3.13 iagramma delle durate.

5 Le opere di presa e la diga

6 Le opere di presa La traversa

7 Le perdite alla presa Fiume TRAVERSA GRIGLIA Condotta Figura 3.18 Opere di presa. 1,333 b, K B sin sin a G G g k B = fattore di ostruzione = inlinazione griglia b = spessore barra a = lue fra le barre G = veloità dell aqua = angolo sulla orrente fluida

8 Il anale aperto

9 Le perdite nel anale aperto Tipo di anale N di Manning Canali in terra Pulito 0,0 Ghiaia 0,05 Inerbito 0,030 Ciottoli, sassi 0,035 Canali artifiiali rivestiti Ottone 0,011 Aiaio saldato 0,01 Aiaio verniiato 0,014 Aiaio hiodato 0,015 Ghisa 0,013 Calestruzzo lisiato auratamente 0,01 Calestruzzo non lisiato 0,014 Legno piallato 0,01 Mattonelle 0,014 Laterizio 0,015 Asfalto 0,016 Metallo orrugato 0,0 Muratura in breia 0,05 Tabella 3. Valori tipii del oeffiiente di Manning., CL i L CL i = pendenza anale L CL = lunghezza anale

10 La ondotta forzata

11 Le perdite nella ondotta f LCF, f CF CF CF g f = fattore d attrito (dall abao di Moody) L CF = lunghezza ondotta CF = diametro ondotta CF = veloità dell aqua R e CF CF

12 Le altre perdite, K J J CF g k J = oeffiiente di perdita CF = veloità dell aqua Elemento KJ Imboo a spigolo vivo 0,50 Imboo raordato 0,0-0,30 Sboo in aria o sommerso 1,00 Curva a 90 on R/=1 0,5-0,40 Curva a 90 on R/= 0,15-0,5 Curva a 90 on R/=3 0,10-0,0 Valvola a sarainesa 0,15-0,0 Valvola a farfalla 0,60-0,70 Tabella 3.5 Coeffiiente di perdita di elementi di ondotte idraulihe.

13 Ruote idraulihe La ruota per di sotto: impulso della orrente

14 Ruote idraulihe La ruota per di sopra: Peso dell aqua Fiumi ome sistema di trasporto e distribuzione energia

15 Ruote idraulihe Seonda metà 18 seolo: esigenze nasente industria Bernoulli ed Eulero pongono le basi dell idraulia Le mahine idraulihe moderne sono quelle sviluppate fra il 1800 e il 1900: Franis, Kaplan e Pelton

16 Le turbine idraulihe

17 La turbina Pelton

18 La turbina Pelton Aqua dalla ondotta A Spina oble Getto U C 0 N U g g g p g z g p g z U U U A A A t, t,u N t,,a t g p g z g p g z U U U N Veloità d usita dall ugello

19 La turbina Franis Il grado di reazione R R g N g N g N 1 R

20 La turbina Franis

21 La turbina Franis

22 La turbina Kaplan

23 La turbina Kaplan

24 La turbina Kaplan

25 Rendimento (%) Il rendimento di turbina Pelton Franis Kaplan Elia Portata (Q/Q nominale )

26 Il rendimento di turbina

27 Il diffusore allo sario

28 Bilanio energetio del diffusore A S Generatore iffusore Turbina Aqua dalla ondotta Baino di sario Figura 3.7 Shema di installazione del diffusore in una turbina Franis.,S t,s S S S g p g z g p g z, t, g p g z g p g z g ; p p ; 0, atm,s atm t,s S S S g g p z g p g z,s S S atm S g z z g p g p g g S,S S

29 Bilanio energetio del diffusore Aqua dalla ondotta A Generatore Turbina S S g S g,s p S g p atm g S zs z,s g iffusore Baino di sario p S g p atm g s S g Figura 3.7 Shema di installazione del diffusore in una turbina Franis. p atm p g vap N s Rishio avitazione parametro del Thoma

30 La avitazione nelle turbine p atm p g vap N s CR CR f ( S ) s p atm p g vap r N N 1 r p atm p g vap s

31 imensionamento della turbina Condizioni di massimo rendimento M Famiglia di turbine XYZ n Q 3 M Coeffiiente di portata

32 imensionamento della turbina n g Coeffiiente in ondizioni di massimo Coeffiiente di pressione Famiglia di turbine XYZ M n S n Q 1 3 g 4 Numero di giri speifio n Q 3 M Coeffiiente di portata

33 imensionamento della turbina S Turbina Veloità speifia Pelton 0,03-0,35 Franis 0,5-,50 Kaplan 1,70-6,0 Elia 4,5-10,0 Q 1 3 g 4 Veloità speifia S g Q iametro speifio

34 Shemi di impianti

35 Shemi di impianti

36 Shemi di impianti

37 Shemi di impianti

38 Shemi di impianti

39 Shemi di impianti

40 Shemi di impianti

41 Shemi di impianti

42 Shemi di impianti

43 Shemi di impianti

44 Costo speifio ( /kw) Elementi di osto a) Turbina = % b) Condotte e opere ivili = 0 50 % ) Linee elettrihe = 5 0 % d) Progettazione e spese varie = % 1400 Condotta forzata: /m 100 Investimento totale: da 1500 a 3500 /kwe Pelton Franis Kaplan Costo gestione e manutenzione annua: 3-5% del osto iniziale Potenza turbina (kw)

45 Inentivi

46 Impatto ambientale solo loale Nessuna emissione di sostanze inquinanti Nessuna emissione termia 1. Impatto austio (turbina e moltipliatore di giri <80 dba dentro la entrale) Isolare la entrale o installare mahinari più silenziosi. Impatto visivo (modifia del paesaggio) masherare on alberi, pittura o interrando 3. Impatto sull eosistema (ambiamento dell habitat della flora e della fauna fiume e ambiente irostante) garantire il MV reare perorsi preferenziali per i pesi