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 http://people.unia.it/danieleoo A.A. 013-014
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)
Portata d'aqua (m3/s) L idrogramma delle portate 1 Portata eflusso minimo vitale Portata media 10 8 6 4 0 1 43 64 85 106 17 148 169 190 11 3 53 74 95 316 337 358 Figura 3.11 Idrogramma delle portate di un orso d aqua.
Portata d'aqua (m3/s) Il diagramma delle durate 1 10 Portata Portata media eflusso minimo vitale 8 6 4 0 7 8 49 70 91 11 133 154 175 196 17 38 59 80 301 3 343 364 Figura 3.13 iagramma delle durate.
Le opere di presa e la diga
Le opere di presa La traversa
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
Il anale aperto
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
La ondotta forzata
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
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.
Ruote idraulihe La ruota per di sotto: impulso della orrente
Ruote idraulihe La ruota per di sopra: Peso dell aqua Fiumi ome sistema di trasporto e distribuzione energia
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
Le turbine idraulihe
La turbina Pelton
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
La turbina Franis Il grado di reazione R R g N g N g N 1 R
La turbina Franis
La turbina Franis
La turbina Kaplan
La turbina Kaplan
La turbina Kaplan
Rendimento (%) Il rendimento di turbina 100 80 60 40 0 0 Pelton Franis Kaplan Elia 0 0. 0.4 0.6 0.8 1 Portata (Q/Q nominale )
Il rendimento di turbina
Il diffusore allo sario
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
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
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
imensionamento della turbina Condizioni di massimo rendimento M Famiglia di turbine XYZ n Q 3 M Coeffiiente di portata
imensionamento della turbina n g Coeffiiente in ondizioni di massimo Coeffiiente di pressione Famiglia di turbine XYZ M n S 1 3 4 n Q 1 3 g 4 Numero di giri speifio n Q 3 M Coeffiiente di portata
imensionamento della turbina S 1 3 4 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 1 4 1 g Q 1 1 4 iametro speifio
Shemi di impianti
Shemi di impianti
Shemi di impianti
Shemi di impianti
Shemi di impianti
Shemi di impianti
Shemi di impianti
Shemi di impianti
Shemi di impianti
Shemi di impianti
Costo speifio ( /kw) Elementi di osto a) Turbina = 40 50 % b) Condotte e opere ivili = 0 50 % ) Linee elettrihe = 5 0 % d) Progettazione e spese varie = 10 30 % 1400 Condotta forzata: 00-400 /m 100 Investimento totale: da 1500 a 3500 /kwe 1000 800 Pelton Franis Kaplan Costo gestione e manutenzione annua: 3-5% del osto iniziale 600 400 0 500 1000 1500 Potenza turbina (kw)
Inentivi
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