Energia Idroelettrica

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1 Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria Corsi di laurea specialistica in Ingegneria Meccanica Corso di Impatto ambientale Modulo Pianificazione Energetica prof. ing. Francesco Asdrubali a.a. 2012/13 Energia Idroelettrica

2 Energia prodotta P P P z H P z 1 2 atm atm 2 2 u1 u2 gh 2 gh ξ E gh ' 0 Teorema di BERNOULLI tra sezioni 1 e 2 energia captata dall impianto idroelettrico Se ' 0 u1 u 2 P o ghg [W] se [G] = m3/s P o 9, 81HG KW P e (potenza elettrica ai morsetti alternatore) P e = 9,81 H G η Pe P o rendimento globale impianto E 9,81H (energia elettrica E prodotta da 1 m di acqua che compie il salto H, espressa in KWh) E H 500 (ponendo η = 0,73) con 500 m di caduta, ad ogni m 3 di acqua corrisponde 1 KWh

3 Rendimenti di un impianto idroelettrico P P e o rendimento globale suddividiamo la perdita (1-η) nelle diverse aliquote H = caduta geodetica H = caduta netta a monte turbina ' ' H H / g (m.c.a.) se P o = ghρg Pm = gh ρg Pt t P m rendimento turbina P i = potenza ceduta dall acqua alle palette P t = potenza trasferita all asse della turbina a i m e t i m Pi i P m m Pt P i rendimento idraulico rendimento meccanico RENDIMENTO GLOBALE

4 Valutazione delle risorse idriche Curve isoiete PIOVOSITA (pluviometro) mm/anno

5 Afflussi e deflussi Regime pluviometrico V C Coefficiente di deflusso V = volume defluito in un certo t V o V o = volume affluito nello stesso t P = precipitazioni d = deflussi

6 Profilo longitudinale del corso d acqua

7 Curva idrodinamica valore idrodinamico [m Km 2 ]

8 Tempo di corrivazione

9 Impianti ad acqua fluente

10 Diagramma di durata

11 Impianti ad acqua fluente: scelta della portata di progetto curva delle produzioni c = costo unitario medio KWh prodotto G = portata media giornaliera P = potenza media giornaliera E = energia totale prodotta in un anno C = costi totali in un anno curva dei costi totali curva del costo del KWh

12 Impianti a bacino

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15 Dimensionamento impianti a bacino curva deflussi V T GdT o curva afflussi G m = V/T modulo

16 h e = KT 1,5 [mm] VISENTINI K = 2,25 2,00

17 Impianti ad accumulazione per pompaggio

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19 Impianti ad accumulazione per pompaggio Scelta della capacità dei serbatoi (minore) Durata della accumulazione Riserva strategica di energia costi impatto ambientale almeno uno dei bacini naturali pompe sotto battente (cavitazione) classificazione a) alta/altissima caduta b) media caduta

20 Impianti ad accumulo a) alta/altissima caduta H> m Gruppi ternari: Macchina eletterica Turbina (Pelton) Pompa b) media caduta H fino a 700 m Francis gruppi ternari costo di I impianto % rendimenti paragonabili CLASSIFICAZIONE TURBINE Potenze KW da qualche diecina di a centinaia di MW Salti da qualche m a m Portate centinaia Classificazione PELTON FRANCIS KAPLAN da qualche m 3 /s a parecchie di m 3 /s

21 Impianti ad accumulazione per pompaggio E 2 E 1 W el W id E 1 = energia prelevata dalla rete E 2 = energia restituita alla rete W el, W id = perdite elettriche e idrauliche * E E 2 1 E 1 W E el 1 W id W 1 el W E 1 id 0.75 Limiti di convenienza economica C Ta, C Tt costi totali anni centrali a pompaggio e tecniche di punta C a, C t costi capitali h n.ro di ore medio annuo di funzionamento a pieno carico c b costo marginale KWh di base impiegato per pompaggio c t costo marginale del KWh termico di punta η* rendimento di esercizio impianto pompaggio ponendo C C a a C Ta C Tt hc b * C t hc cb Ct hct * cb ct * t CaCt+α h

22 Ca Ct + h

23 Limiti di convenienza energetica 1 * Energia elettrica assorbita per pompaggio 1 * b Energia assorbita in termini di fonte primaria b = rendimento impianto termico di base 1 1 b TG * TG = rendimento impianto di punta a Turbina a gas b = 0.33 TG = 0.28 * 0.82 la convenienza può essere solo di tipo economico e non energetico

24 Turbine idrauliche

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28 Impianti idroelettrici in Italia

29 Potenza installata Fonte: GSE Rapporto Statistico Fonti Rinnovabili 2011

30 Potenza installata per tipologia di impianto Fonte: GSE

31 Fonte: GSE Rapporto Statistico Fonti Rinnovabili 2011

32 Fonte: GSE