SFRUTTAMENTI IDROELETTRICI SU BASSI SALTI - Aeit · Produzione elettrica da fonti rinnovabili in Italia ... 630 dighe 21 impianti con ... Dislocazione delle PDI in Trentino

SFRUTTAMENTI

IDROELETTRICI

SU BASSI SALTI

Maurizio Fauri

Le risorse idriche residue

e progetti di loro utilizzo

8 maggio 2014Camera di Commercio

di Bolzano

www.poloenergia.com

prof. ing. Maurizio Fauriwww.poloenergia.com

Temperature Difference

Celsius0 +1 +2-2 -1

Introduzione

Anomalie della temperatura terrestre dal 1880 al 2012


Scenario mondiale IEA 450 per l’abbattimento delle

emissioni di CO2

Gt CO2

Scenario mondiale

Efficienza

Rinnovabili

Biocarburanti

Nucleare

Cattura CO2

Abbattimento

Totale


Solare (su terra)

Eolico

Biomassa

Geotermia

Moto ondoso

Idroelettrico

Fonti rinnovabili

Consumo mondiale annuo di energia

Irraggiamento solare annuo terrestre

Carbone

Gas

Petrolio

Nucleare

Consumo annuo

di energia primaria

Disponibilità

annuale delle

fonti rinnovabiliDisponibilità

totale delle

fonti fossili


0

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2020

GW

h

Idro Eolico FV Geotermico Biomassa e RSU

Produzione elettrica da fonti rinnovabili in Italia

(obiettivo del Piano di Azione Nazionale dell’Italia)

100

80

60

40

0

20

1998

1990

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010 2020

[TWh] Circa 30% degli attuali

consumi

Produzione attuale totale

di en. elettrica = 330 TWh0

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2020

GW

h


0

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2020

GW

h


PAN italiano


Rapporto

FER/CIL

per regione

(energia elettrica)

FER

fonte energetica

rinnovabile

CIL

consumo interno

lordo

Fonti rinnovabili


Scenario italiano al 2012

Potenza installata 17.775 MW

Produzione media annuale 42 TWh

1250 serbatoi

630 dighe

21 impianti con pompaggio con 5.200 MW installati (la cui

generazione non è conteggiata fra la produzione)

Fino alla nazionalizzazione dell’ENEL, l’energia idroelettrica

era oltre il 90% del totale


Potenziale di sviluppo idroelettrico in Italia

Il totale potenziale idroelettrico massimo teorico

è di circa 200 TWh/anno (attualmente sfruttato al 20%)

(secondo il metodo di verifica CESI (2006) estrapolabile al territorio italiano)

Ampliando il mini e micro idroelettrico nella regione

Friuli Venezia Giulia si potrebbe aumentare ila produzione

idroelettrica da 1,6 TWh a (2÷2,2) TWh, con un aumento del

(30÷40)%

Tale incremento è ipotizzabile anche per il Trentino Alto Adige in

via teorica previa verifica economica ed ambientale


Potenziale di sviluppo idroelettrico in Italia

Si giudica ragionevole un aumento dello sfruttamento

del potenziale idroelettrico italiano raggiungendo il

(25÷28)% del totale ovvero aumentando gli attuali

40 TWh a (50÷55) TWh soprattutto attingendo al

mini idroelettrico


Scenario Trentino - Alto Adige

Idroelettrico Trentino

930 impianti idroelettrici

Pot. media totale: 847 MW

Prod. media annua: 5.618 GWh

(di cui ~60% esportata)

Gli impianti idroelettrici della

provincia di Trento producono

l’8,5% del totale nazionale

(Bolzano 11,8%, Sondrio 11,4%)

Idroelettrico Alto Adige

Il Trentino Alto Adige produce oltre il 18% dei 40 TWh

medi dell’energia idroelettrica italiana (circa un quinto

dell’energia idroelettrica nazionale), valore inferiore

solo a quello della Lombardia


• Complessivamente:

– n. 322 impianti con meno 3.000 kW di potenza nominale media

– 487 punti di presa (di cui 84 effettuano Deflusso Minimo Vitale)

• Concessioni > 50 kW

– n. 105 impianti con 183 opere di presa (di cui 51 effettuano DMV)

• Concessioni > 220 kW

– n. 53 impianti con 77 opere di presa (di cui 33 effettuano DMV)

Concessioni di Piccola Derivazione in Trentino


Dislocazione delle PDI in Trentino


Potenziale idroelettrico in Trentino

Recupero da DMV Potenza installabile totale: 4.000 kW

Ore funzionamento: 5.500 h/anno

Produzione attesa: 22.000.000 kWh/anno

Emissioni evitate di CO2: 9.500 t/anno

Recupero da acquedotti Potenza installabile totale: 1.500 kW (circa 60 Comuni)




Recupero da pescicolture Potenza installabile totale: 500 kW (oltre 50 pescicolture)





Mini gruppo

idroelettrico Pelton

per acquedotto

Mini idroelettrico su acquedotti


Si possono adottare due schemi idraulici differenti

Con scarico in serbatoio a

pelo libero

Con scarico diretto nella

rete di distribuzione

Mini idroelettrico su acquedotti


Stima del potenziale idroelettrico ricavabile dallo sfruttamento

delle derivazioni idriche utilizzate dalle pescicolture

Mini idroelettrico su pescicolture


Mini idroelettrico su pescicolture


Il Trentino ha un potenziale sviluppo nel mini-idrico (con

potenza inferiore a 1 MW) che può essere stimato nel 20%

della potenza attualmente installata

Gli investimenti in questa tipologia di impianti hanno tempi di

ammortamento ridotti anche rispetto ad altri impianti a fonte

rinnovabile

Per gli impianti mini-idro sono attualmente disponibili sul

mercato applicazioni tecnologiche specifiche. Tra queste di

particolare rilevanza sono quelle che permettono di applicare

turbine a velocità variabile, nel caso si sfruttino corsi d’acqua a

portata non costante (impianti ad acqua fluente), abbinate a

Inverter per la conversione della frequenza dell’energia prodotta

Potenziale di sviluppo in Trentino


Fanno parte di questa categoria gli impianti che possono utilizzare

piccole cadute (meno di 3 m) e l’energia cinetica della corrente:

• Ruote idrauliche

• Viti idrauliche (coclee)

• Turbine Banki-Michell

• Turbine maremotrici

Le turbine maremotrici sono turbine che sfruttano l’energia cinetica di

flussi d’acqua tipicamente maree e correnti marine (correnti libere)

La velocità dell’acqua deriva da fenomeni gravitazionali o gradienti

temici

Le turbine operano immerse nella corrente e sono concettualmente

simili a quelle eoliche

Tecnologia – Impianti a basso salto geodetico


𝑉1 = 2𝑔ℎ

Ruote idrauliche per sopra

𝑉1 = 2𝑔ℎ

Ruote idrauliche per sotto

Tecnologia – Tipi di ruote idrauliche


Vite perpetua a forza

idraulica: produzione di

energia elettrica anche per

piccoli salti e portate

modeste

Tecnologia – Vite idraulica (coclea)


• Tali sistemi possono operare in maniera unidirezionali e/o bi-

direzionale sfruttando l’energia cinetica della corrente di canali

• Non si utilizzano accumuli di acqua a monte per creare il salto

geodetico, ma si sfruttano canali naturali o artificiali creati per

altri scopi

• Non richiedono la deviazione delle acque attraverso i canali

artificiali, alvei, o condotte

• Non richiedono grandi opere civili poiché sfruttano strutture

esistenti

• L’immersione delle macchine nella corrente crea un rigonfiamento

della vena a monte (da qualche centimetro a un metro) per cui va

valutato l’impatto sulle strutture o impianti a monte.

Tecnologia – Turbine maremotrici


Dual-Turbine Offshore Units

(Courtesy of Marine Current Turbines Ltd.)

KHECS Demonstration Unit

(Courtesy of Verdant Power)

Tecnologia – Turbine maremotrici


Turbina A Turbina B Turbina C Turbina D

Tecnologia – Turbine Gorlov (maremotrici)


Tecnologia – Turbine Gorlov (River-Wheel)

Potenza elettrica

per unità di

superficie di

rotore in

funzione della

velocità

dell’acqua


Tecnologia - Turbine (25÷5000) kW

Pelton

Kaplan

Francis

Dive

Coclea

VLH

5.000 kW

2.500 kW

1.300 kW

500 kW2501005025

H [m]

1000

300

500

x

x

x50

20

x

x5

x

1

x1 2 3 4 6 8 10 20 30 50 100Q [m3/s]


Tecnologia - Turbine (1÷100) kW


Turboalternatore a magneti permanenti sommerso (Turbina DIVE)

Applicazione in piccoli canali di bonifica

Impianti su canali di bonifica e irrigazione


Gruppo Bulbo Immerso

Impatto della struttura in cemento armato

per 3 diverse tipologie di turbina

Kaplan verticale a

semplice regolazione

Turbina Very Low Head



Punti di debolezza• Opere civili in acqua

• Rendimenti dipendenti dalle opere

civili

• Gestione delle piene

• Impatto ambientale

Punti di forza• Portata “conosciuta”

(canale regimato)

• Trasporto solido ridotto



• Generatore a magneti permanenti a velocità

variabile (inverter): massimizzazione dei

rendimenti alle varie condizioni idrauliche

• Grande diametro di ruota con bassa velocità

di rotazione (30-50 rpm) e ridotta velocità

dell’acqua

Turbine VLH (Very Low Head)


• Regolazione della portata in ingresso per mantenere rendimenti elevati

• Gli impianti ad acqua fluente che non possiedono una regolazione

intrinseca necessitano di una paratoia a monte che provoca ulteriori

perdite di carico

Turbine VLH (Very Low Head)


Funzionamento a velocità variabile

Connessione alla rete tramite convertitore di frequenza

Vantaggio di inseguire i punti di massima efficienza meccanica

Tecnologia – Innovazione - Sviluppo


Al variare delle condizioni di funzionamento

(salto e portata) il sistema automatico di

controllo calcola un opportuno set-point di

velocità in modo inseguire i punti di

massima efficienza della macchina [MPPT -

Maximun Power Point Tracking, mutuato da

fotovoltaico ed eolico


Funzionamento a velocità variabile


Nel caso di portate fortemente variabili (la variabilità può arrivare fino ad un

rapporto 1:5) si possono sfruttare nuove soluzioni tecnologiche come l’impiego

di turbine a velocità variabile

Caso A – Kaplan a doppia regolazione (velocità fissa ed elica fissa)

Caso B – Kaplan a doppia regolazione con flusso ridotto

Caso C – Elica fissa con flusso ridotto (velocità variabile)



Scarico dissabbiatore Ala di Trento – Fiume Adige

Realizzazioni


Troticoltura Sorgenti FeidoAgrone (Pieve di Bono)

Turbina Banki 7 kWel

Produzione attesa 60 MWh

Realizzazioni


Salto di concessione 413 m

Portata di concessione 73 l/s

Diametro condotta 200 mm

Lunghezza condotta 2000 m

Potenza massima 230 kW

Caratteristiche gruppo pre-interventoAlternatore asincrono

Giri 1500 giri/min

Raffreddamento alternatore aria

Materiale cassa acciaio verniciato

Calettamento girante-alternatore giunto elastico

Potenza 250 kW

Producibilità media 910 MWh

Attuatori oleodinamici

Caratteristiche gruppo post-interventoAlternatore asincrono

Giri 1500 giri/min

Raffreddamento alternatore acqua

Materiale cassa acciaio inox

Calettamento girante-alternatore a sbalzo sull’albero del gen.

Potenza 250 kW

Producibilità media 960 MWh

Attuatori elettrici

Rifacimento gruppo turbina e alternatore e bypass

acquedotto “Salatino” – Pieve di Bono (TN)

Realizzazioni


Centrale idroelettrica su acquedotto - Comune di Pelugo (TN)

Realizzazioni

Turbina Pelton ad 1 getto da 19 kW

Produzione di circa 140.000 kWh/anno

Investimento di 110.000,00 Euro


Centrale idroelettrica Ponte Cornicchio - Trento

Realizzazioni

Potenza 74 kW

Produzione di circa 490.000 kWh/anno


DM 6 luglio 2012

Produzione di energia elettrica

da fonte rinnovabile non fotovoltaica

Incentivi economici


Applicazione

Il decreto stabilisce le nuove modalità di incentivazione della produzione di

energia elettrica da impianti alimentati da fonti rinnovabili, diverse da

quella solare fotovoltaica, con potenza non inferiore a 1 kW

Gli incentivi si applicano agli impianti nuovi, integralmente ricostruiti,

riattivati, oggetto di intervento di potenziamento o di rifacimento, che

entrano in esercizio dal 1 gennaio 2013

Limite complessivo all’incentivazione

Il costo indicativo cumulato per tutte le tipologie di incentivo agli impianti

a fonte rinnovabile, diversi da quelli fotovoltaici, non può superare

5,8 miliardi di euro annui

Incentivi economici


Tipologia di incentivi

Gli incentivi sono riconosciuti alla produzione di energia elettrica netta

immessa in rete dall’impianto. L'energia elettrica autoconsumata non ha

pertanto accesso agli incentivi

Il decreto prevede due distinti meccanismi incentivanti

• impianti di potenza fino a 1 MW: tariffa incentivante omnicomprensiva

determinata dalla somma tra una tariffa incentivante base (Tb) ed

eventuali premi (cogenerazione ad alto rendimento e riduzione delle

emissioni)

• impianti di potenza superiore a 1 MW e impianti di potenza fino a 1 MW che

non optano per la tariffa omnicomprensiva: incentivo calcolato come

differenza tra la tariffa incentivante base (a cui vanno sommati eventuali

premi) e il prezzo di vendita zonale orario dell’energia. L’energia prodotta

resta nella disponibilità del produttore

Incentivi economici


Incentivi economici


Incentivi economici


Gli impianti che godono degli incentivi e DM 6 luglio 2012 non possono

accedere allo Scambio sul Posto e al Ritiro Dedicato

• Lo Scambio sul Posto consente al soggetto responsabile di un impianto di

ottenere una compensazione tra il valore economico associabile

all’energia elettrica prodotta e immessa in rete e il valore economico

associabile all’energia elettrica prelevata e consumata in un periodo

differente da quello in cui avviene la produzione. Il GSE eroga il

contributo in Conto Scambio (CS), che garantisce il rimborso di una parte

degli oneri sostenuti dall’utente per il prelievo di energia elettrica dalla

rete

• Il Ritiro Dedicato è una modalità semplificata a disposizione dei

produttori per la vendita dell’energia elettrica immessa in rete, in

alternativa ai contratti bilaterali o alla vendita diretta in borsa. Consiste

nella cessione dell’energia elettrica al GSE, che provvede a remunerarla

(corrispondendo al produttore un prezzo per ogni kWh ritirato) e a

rivenderla sul mercato

Incentivi economici


Sistema di controllo della frequenza

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