Energia da fonti rinnovabili: Micro Idroelettrico Gli impianti idroelettrici generano energia elettrica utilizzando l energia dell acqua in movimento che scorre nei fiumi e nei canali. Il processo che ha luogo all interno di tali impianti è la conversione dell energia potenziale posseduta da una massa d acqua che fluisce in un corso d acqua con una certa caduta, chiamato salto, in energia elettrica; ciò avviene nella parte terminale dell impianto, dove è localizzata la centrale. La potenza dell impianto è proporzionale alla portata ed al salto. La tecnologia idroelettrica permette di generare elettricità in modo istantaneo ed è perciò in grado di coprire sia il carico di base sia i picchi di domanda di energia. La produzione idroelettrica ha la caratteristica di essere facile da gestire e può perciò essere adatta a improvvise variazioni dei consumi di energia e contribuisce a stabilizzare la rete elettrica. L Italia è considerata una delle nazioni con il più alto potenziale idroelettrico del continente europeo, non a caso più del 70% dell energia rinnovabile prodotta da fonti pulite deriva proprio da impianti idroelettrici che da decenni operano sul territorio. Con la sua grande concentrazione di fiumi, rogge e canali, il nostro paese è particolarmente indicato per una massiccia diffusione di impianti mini-idroelettrici ad acqua fluente. In base alla taglia di potenza nominale (P) della centrale, gli impianti idroelettrici vengono classificati: pico-idroelettrico= P<5 kw micro-idroelettrico= 5<P<100 kw mini-idroelettrico= 100<P<1.000 kw piccolo-idroelettrico= 1.000<P<10.000 kw grande-idroelettrico= P>10.000 kw
Figura 1: schema di un impianto micro-idroelettrico In questo articolo tratteremo prettamente gli impianti con dimensione inferiore ai 100 kw (micro-idroelettrico), essi a differenza dell idroelettrico tradizionale, che richiede grandi salti d acqua (spesso ottenuti artificialmente con le dighe) impiegano acqua fluente sfruttandone i salti d acqua naturali, generalmente non superiori ai 5 metri, e prevedono l installazione di turbine direttamente nel letto del fiume. Il micro-idroelettrico può essere applicato virtualmente a qualsiasi situazione in cui ci sia acqua fluente: dai canali di scarico delle aziende, agli acquedotti urbani, fino ai più piccoli torrenti. Il principio che sta alla base della produzione idroelettrica è la trasformazione dell energia potenziale dell acqua in energia meccanica (trasferita all albero motore della turbina) e successivamente in energia elettrica attraverso un generatore. L acqua viene convogliata da un certo livello ad un livello inferiore, dove la pressione e/o energia cinetica posseduta dall acqua possono essere utilizzate per compiere lavoro utile. Le turbine idrauliche, in particolare, trasformano la pressione e l energia cinetica in energia meccanica, che può essere utilizzata per azionare un generatore La parte principale dell impianto è la Turbina, essa è costituita da un distributore (fisso) che indirizza e regola il flusso d acqua, e dalla girante (mobile), che trasmette all albero su cui è montata l energia sottratta all acqua. A seconda del salto idrico, che determina le caratteristiche della girante da utilizzare, si hanno diversi tipi di turbine: - turbine ad azione: Pelton (per salti elevati), Turgo e Banki-Michell (salti medi); - turbine a reazione: Francis (per salti medi, con pale fisse) e Kaplan (con portate più elevate e salti più contenuti) Girante Flussi dell acqua Pala della girante Figura 2: schema di una turbina Kaplan
La turbina Kaplan (figura 2 e 3) è la più indicata per il pico ed micro idroelettrico, essa è una turbina a flusso radiale o assiale con pale orientabili, solitamente usata per bassi salti, tra 1,5 e 50m; essa opera completamente immersa in acqua e generano delle forze idrodinamiche sulla girante, anche mediante variazioni di pressione sulla superficie delle pale, acquisendo così l energia dell acqua. L energia meccanica catturata dalla turbina viene trasformata in energia elettrica da parte del Generatore, esso può essere di 2 tipologie, sincroni ed asincroni. Esso è costituito da 2 componenti, uno statore, componente fisso, e da un rotore, parte mobile. Quest ultima componente, mediante la sua rotazione, crea un campo magnetico intorno agli avvolgimenti dello statore, producendo energia elettrica che verrà raccolta, portata alla tensione di rete ed immessa nella rete stessa. Figura 3: foto Turbina Kaplan La potenza installata per il nostro impianto dipende da due fattori, la portata e l altezza dei salti d acqua del nostro corso d acqua; il suo valore può essere calcolato come segue: P (kw)= Q (m 3 /s) x H (m) x ηtot x G Dove: Q: portata del corso d acqua H: salto netto ηtot: rendimento totale (0,75-0,85) G: accelerazione di gravità, 9,81 m/s 2 Per valutare la portata d acqua è utile creare un grafico con la curva di durata delle portate, in modo da poter osservare il numero di ore in cui si ha una portata utile per il funzionamento dell impianto ed osservarne il picco minimo e massimo. Il salto netto presente sul nostro corso d'acqua viene stabilito sottraendo al valore del salto lordo (distanza verticale percorsa dall acqua in caduta, ottenuta come differenza tra la quota a monte ed a valle dell impianto), il valore delle perdite di carico che l acqua subirà in seguito al passaggio attraverso le griglie, condotte e valvole presenti nell impianto. La producibilità annua dell impianto può essere invece calcolata come segue: E (kwh)= P (kw) x 4500 (ore) Per la progettazione dell impianto sono da prevedere alcuni studi preventivi: - Topografia e geomorfologia della zona d insediamento - Valutazione della disponibilità della risorsa idrica - Individuazione del sito e progettazione preliminare - Scelta delle turbine e generatori da impiegare - Valutazione d Impatto Ambientale (VIA) e misure di mitigazione ambientale
- Valutazione economica del progetto (costi per l uso dell acqua ed occupazione del suolo, contratti per la vendita dell energia e tipologie di finanziamento impiegabili) - Analisi della legislazione inerente ed iter autorizzativo (avente un costo che incide in media per il 2% del valore dell opera). Il Dm 10 settembre 2010 (Linee guida nazionali) prevede una serie di semplificazioni autorizzative per la realizzazione di impianti idroelettrici di piccola taglia. Essa prevede in 100 kw la potenza elettrica al di sopra della quale gli impianti idroelettrici devono essere autorizzati mediante procedimento unico. Al di sotto di questo valore invece è possibile optare per la PAS (Procedura abilitativa semplificata). Le Linee guida nazionali prevedono anche specifici casi in cui è possibile realizzare l'impianto con semplice Comunicazione di inizio lavori al Comune. Si tratta degli "impianti idroelettrici realizzati in edifici esistenti, sempre che non alterino i volumi e le superfici, non comportino modifiche delle destinazioni di uso, non riguardino le parti strutturali dell'edificio, non comportino aumento del numero delle unità immobiliari, che non implichino incremento dei parametri urbanistici e che non superi la potenza nominale di 200 kw". I costi dell impianto sono prettamente relativi all investimento iniziale in quanto le spese di gestione risultano imputabili solamente alla manutenzione dei macchinari. Per la costruzione l ammontare dell investimento varia da progetto a progetto, in media vanno considerati tra 1.000 e 3.000 /kw, di cui circa il 50% relative alle opere civili (canali di presa, opere di sbarramento, ecc.). In linea generale, per il micro idroelettrico valgono le economie di scala, quindi i costi specifici diminuiscono all'aumentare della taglia. Questa regola generale ha però un'eccezione, infatti la realizzazione di un impianto pico idroelettrico, caratterizzato da elevata semplicità impiantistica e da turbine con potenze non superiori ai 5 kw, consente spesso di risparmiare sulle opere civili necessarie negli impianti di taglia superiore e di avere così costi specifici molto convenienti. I tempi di rientro dall investimento sono da considerarsi nell ordine dei 7-10 anni. Il Dm Sviluppo economico 5 maggio 2011 (Quarto Conto energia), pubblicato nella GU del 12 maggio 2011 regola l incentivazione degli impianti che producono energia rinnovabile. I micro impianti idroelettrici entrati in esercizio in data successiva al 31 dicembre 2007, a seguito di nuova costruzione, rifacimento o potenziamento, hanno diritto alla possibilità di scegliere il meccanismo incentivante tra la Tariffa Onnicomprensiva e lo Scambio sul Posto. La Tariffa Onnicomprensiva può essere scelta per impianti fino a 200kW di potenza, essa prevede un riconoscimento di 0,22 per ogni kwh di elettricità netta prodotta ed immesso in rete per i primi 15 anni d esercizio. Il servizio Scambio sul Posto secondo la definizione dell AEEG (Autorità per l'energia elettrica e il gas), consiste nel realizzare una particolare forma di autoconsumo in sito, consentendo che l'energia elettrica prodotta e immessa in rete possa essere prelevata e consumata in un momento differente da quello nel quale avviene la produzione, utilizzando quindi il sistema elettrico quale strumento per l'immagazzinamento virtuale dell'energia elettrica prodotta, ma non contestualmente auto consumata.
A livello della provincia pavese tale tecnologia sarebbe ottimale per il recupero dell energia potenziale dei piccoli salti d acqua dei corsi d acqua minori, creando sbarramenti di dimensioni contenute (salto minimo di due metri) a monte per convogliare l acqua verso gli impianti idroelettrici predisposti ad hoc a valle. Ampiamente utilizzabili risultano essere anche i salti d acqua della rete fognaria, gli annessi impianti di depurazione e gli scarichi industriali. Attualmente l energia elettrica prodotta da idroelettrico nella nostra provincia deriva interamente da impianti dislocati presso i canali irrigui. In particolar modo la maggior parte di tale energia deriva dalla centrale idroelettrica Enel di Vigevano, situata sul Naviglio Sforzesco. La produzione di energia idroelettrica in provincia di Pavia POTENZA INSTALLATA Mwe ENERGIA ELETTRICA PRODUCIBILE GWhe/anno ktep/anno 12,04 79,86 17,60 Per maggiori informazione si rimanda a A.P.E.R. (Associazione produttori energia a fonti rinnovabili) www.aper.it Attività di informazione misura 111/B che è stata oggetto di richiesta di finanziamento sulla misura 111 del Programma di Sviluppo Rurale 2007-2013 della Regione Lombardia; cofinanziato dell Unione Europea attraverso il FEASR