POLITEC

9 Luglio 2010, Montagna in Valtellina (SO)

PROGETTO INTERREG: USO DELL’ACQUA E SALVAGUARDIA AMBIENTALE E DELLA BIODIVERSITÁ NEI BACINI DI ADDA, MERA, POSCHIAVINO E INN

Azione 9: aggiornamento del personale tecnico utile al perseguimento degli obiettivi

Utilizzo idroelettrico delle risorse idriche

Paolo ESPA Università dell’Insubria (VARESE) Dipartimento “Ambiente-Salute-Sicurezza”paolo.espa@uninsubria.it

energia elettrica - Italia

FABBISOGNO anno 2007

consumo nazionale lordo (GWh) 360000

potenza istantanea (GW) 41 media (28-50), estremi (21.5-56.8)

consumo nazionale netto (GWh) 340000 5-6% per autoconsumo centrali e pompaggio

perdite rete (GWh) 20000 5-6% del lordo

consumo utenti finali (GWh) 320000

FONTE anno 2007

centrali termoelettriche (%) 74combustibili fossili importati (meno del 2% biomassa, rifiuti, combustibile nazionale)

rinnovabili (%) 13 idroelettrica, geotermica, eolica e fotovoltaica

importata (%) 13

energia elettrica - Italia

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12mese

E (G

Wh)

prod. tot. +imp. -exp. (lordo)

prod. termica

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12mese

E (G

Wh)

prod. idrico imp - exp

dati mensili del 2007

⇒ stagionalità della produzione idroelettrica

⇒ massimo in corrispondenza dei maggiori deflussi sull’arco alpino (giugno/luglio)

energia elettrica - Italia

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24ora

pote

nza

(MW

)

potenza richiesta(17/1 - mercoledì)

potenza richiesta(18/7 - mercoledì)

potenza oraria, 3° mercoledì del mese (2007)

⇒ forte variazione giornaliera della produzione idroelettrica

⇒ soddisfacimento delle punte della richiesta

0

10000

20000

30000

40000

50000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24ora

pote

nza

(MW

)

potenza lorda prodotta termica(17/1 - mercoledì)

potenza lorda prodotta termica(18/7 - mercoledì)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 2ora

pote

nza

(MW

)

potenza lordaprodotta idrica (17/1 -mercoledì)

potenza lordaprodotta idrica (18/7 -mercoledì)

4

energia idroelettrica - Italia (per regioni)dati del 2007

⇒ regioni dell’arco alpino

⇒ principali impianti reversibili in Lombardia (Roncovalgrande) e Campania (Presenzano)

produzione netta idrica (GWh) energia destinata ai pompaggi (GWh)Piemonte 6100 1400Valle d'Aosta 2700 - Lombardia 9000 2200Trentino Alto Adige 7000 100Veneto 3200 - Friuli Venezia Giulia 1300 - Liguria 100 - Emilia Romagna 1100 600Toscana 500 - Umbria 900 - Marche 200 - Lazio 600 - Abruzzo 1000 200Molise 100 - Campania 1800 1900Puglia - - Basilicata 200 - Calabria 700 - Sicilia 700 800Sardegna 600 400tot. 37800 7600

rinnovabile – Italia⇒ fonte idroelettrica predominante

RINNOVABILE anno 2007idroelettrico (% sul lordo) 10.7 arco alpino

geotermoelettrico (% sul lordo) 1.5 Toscana

eolico (% sul lordo) 1.1 Sardegna, Appennino meridionale

solare fotovoltaico (% sul lordo) 0.01tot. (% sul lordo) 13.3

termovalorizzatori (% sul lordo) 2

combustione di biomasse, rifiuti industriali o urbani. Generalmente termoelettrica (in passato assimilati alle fonti rinnovabili così da ricevere i contributi statali). Quasi nulla nel 1992, oltre geotermoelettrico nel 2004. 61% RSU.

2008 vs 2007 – Italia⇒ aumento consistente della produzione idroelettrica 2008 sul 2007

⇒ variabilità della produzione in funzione delle precipitazioni

variazioni % 2008 su 2007

consumo interno lordo di energia elettrica (al netto dei pompaggi) -0.3

Fonti tradizionali -1.9Solidi -2.4Gas naturale 0.0Petroliferi -16.1Altri combustibili -1.8

Saldo estero -13.5

2007 - GWh 2007 (%) 2008 - GWh 2008 (%) cfr 2008 2007 (%)Fonti rinnovabili 49400 13.9 59700 16.9 20.9

Idrica da apporti naturali 32800 9.3 41600 11.8 26.8Biomasse e Rifiuti 6950 2 7520 2.1 8.2Geotermica 5570 1.6 5520 1.6 -0.9Eolica 4030 1.1 4860 1.4 20.5Fotovoltaica 39 0 193 0.1 395.4

Saldo estero 46300 13.1 40000 11.3 -13.5

schema e principali tipologie impianti⇒ potenza dell’impianto

schema e principali tipologie impianti

⇒ distinzione tra impianto a serbatoio (esempio: diga di Cancano e centrale di Premadio) ed impianto ad acqua fluente (esempio: traversa di Sernio e centrale di Stazzona)

⇒ il serbatoio permette entro certi limiti di svincolare la produzione idroelettrica dalla portata naturale in transito; quando la portata turbinata è minore di quella entrante nel serbatoio, il serbatoio si riempie; viceversa, quando la portata turbinata è maggiore di quella uscente dal serbatoio, il serbatoio si vuota. Questo può avvenire nell’arco della giornata(compenso giornaliero), dell’anno (compenso stagionale), ecc.

⇒ gli impianti a serbatoio sono quindi adeguati per produrre energia nei momenti di maggiore richiesta (picco della richiesta, massimo prezzo dell’energia elettrica)

⇒ gli impianti ad acqua fluente non sono in grado di effettuare questo genere di regolazione: in pratica viene turbinata la portata in transito

energia idroelettrica - generalità

• la forma di energia rinnovabile più utilizzata nel mondo• nel 2005 circa il 19% dell’elettricità mondiale proveniva da fonte

idroelettrica (circa il 16% nel 2003), il che rappresenta oltre il 63% di quella prodotta a scala planetaria da fonti rinnovabili

• gli impianti di pompaggio (reversibili - esempio: centrale Campo Moro su asta Mallero) sono gli unici attualmente in grado di immagazzinare energia elettrica disponibile in rete (in quantità significative e in termini economicamente vantaggiosi)

• piccoli impianti idroelettrici (small hydro) hanno potenza installata inferiore a 10 MW

• mini-hydro ~ 1 MW, micro-hydro ~ 100÷1 kW

energia idroelettrica - generalità

energia idroelettrica - generalità

• maggior vantaggio: assenza di costo del combustibile e dei problemi legati alle variazioni del prezzo dello stesso

• maggiore vita tecnica degli impianti rispetto a quelli a combustibile (impianti in servizio da 50÷100 anni)

• minori costi di personale (impianti ormai largamente automatizzati con sparuto personale in funzionamento ordinario)

• per impianti a serbatoio ⇒ regolazione e produzione di energia elettrica di qualità

• nel caso in cui il serbatoio abbia più funzioni (approvvigionamento, laminazione piene, …) il costo di costruzione dell’impianto idroelettrico può essere relativamente modesto ed il ritorno può rendere vantaggioso l’investimento complessivo, in particolare legato alserbatoio (ad esempio si stima che il costo di costruzione della diga delle Tre Gole sarà coperto dopo 5÷ 8 anni di produzione a regime)

energia idroelettrica - generalità• impatto sugli ecosistemi (sia a monte che a valle degli sbarramenti)• ad esempio, malgrado i dispositivi di risalita, la popolazione di

salmoni sulle coste atlantica e pacifica del nord America è diminuita a causa delle dighe (effetto sia sugli individui adulti che risalgono per deporre le uova che sui giovani che migrano verso il mare)

• per impianti a serbatoio, forte impatto sul regime idrologico, da stagionale (regime delle Q, piene, …) a giornaliero (possibili fluttuazioni significative nell’arco della giornata); aste fluviali possono essere del tutto private del deflusso e rimanere asciutte per gran parte dell’anno

• forte impatto sul bilancio naturale dei sedimenti (non solo per impianti a serbatoio) ⇒ erosione in alveo e dinamica costiera modificata (ma anche perdita di capacità del serbatoio)

• per impianti a serbatoio, possibile riduzione di ossigeno disciolto e variazione della temperatura dell’acqua

• numero di siti economicamente sfruttabili limitato: in molte aree del nord America e dell’Europa i siti appropriati sono già sfruttati (⇒principali problemi legati alla gestione, non a nuove realizzazioni)

• 20% in meno di gas serra

• 20% in più efficienza energetica

• 20% del consumo energetico totale da fonte rinnovabile

Alterazione del regime deideflussi (diga Glen Canyonsul Colorado)⇒ notare i picchi di piena

Alterazione del regime dei deflussi (portate)⇒ esempio: Roasco d’Eita alla diga di Valgrosina; la portata media annuale è 2.2 m3/s,

l’andamento medio mensile in figura⇒ Il torrente a valle della diga è asciutto fino alla confluenza col Roasco di Sacco⇒ Il DMV è rilasciato dalla presa sul Roasco di Sacco ed è pari a circa il 10% della

portata media annua

0

1

2

3

4

5

6

7

gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic

port

ata

- m3 /s

portata media mensile (Roascod'Eita alla diga di Valgrosina)portata media annuale (Roascod'Eita alla diga di Valgrosina)

Alterazione del regime deideflussi ed eliminazione deipicchi di piena ⇒ sviluppodella vegetazione

sopra: fiume Washita(Oklahoma) 1958 1970 (diga Foss ultimata nel ‘61)

sotto: fiume North Canadian(Oklahoma) 1938 1980 (diga Canton ultimata nel ‘48)

Alterazione del regime deideflussi - hydropeak(diga Dos Bocas sull’Arecibo,Porto Rico)

Interrimento del serbatoio(sx opera di presa impianto diKhasm El Girba, sull’Atbara inSudandx serbatoio di Camare inVenezuela, con meno di15 anni di servizio!)

Alterazione del trasportosolido:arretramento del delta delNilo per effetto delle duedighe di Assuan(1902 e 1967)

Alterazione del trasporto solido:

sx: erosione localizzata 2.5 km a valle della diga Pastillas (Porto Rico)

dx: erosione localizzata dovuta ad attività di estrazione ghiaia sul fiume Kaoping (Taiwan)

Alterazione del trasporto solido:Corazzamento di fondo alveo12 km a valle della diga Dos Bocas sull’Arecibo (Porto Rico)⇒ problemi habitat salmonidi

Centrali idroelettriche prov. SO (volume disponibile serbatoi oltre 400 Mm3)

Grandi derivazioni idroelettriche in prov. SO

Sistema idroelettrico alta valle (A2A) – 780 MW installati⇒ concetto di sfruttamento razionale della risorsa (l’acqua viene ripresa

immediatamente a valle dello scarico di una centrale e convogliata alla centrale successiva)

⇒ impianti “in cascata”

Capacità Invaso Bacino Imbrifero Potenza Salto UtileCentrali A2A Valtellina

10^6 m3 Km2 MW mBraulio / 108 19 133.8

Sbocco Nuovo Viola / 75 0.4 14S.Giacomo 64 230 12.5 49Premadio 187 361 226 636.7

Grosio 1.2 712 428 598Grosotto / 124 10 320.05

Boscaccia / 38.7 3.3 208.4Lovero / 919 49 107.3

Stazzona 0.7 990.5 30 88.7Centralina D.M.V. Sernio / / 0.355 4.6 - 9.25

Diga \ Sbarramento Centrale in galleria Centrale

Valgrosina: fluitazione 2006 (sx 2° giorno, dx ultimo giorno)

Valgrosina: fluitazione 2006, 1° giorno (sx valle, dx monte)

Sernio: fluitazione 2009(in alto, guardando valle,In basso, guardando monte)

Sernio: fluitazione 2009(stazione di misura dellaCSS poco a valle dellosbarramento – guardandomonte)

Cancano: fluitazione 2010(sx vista da monte, dx particolare scarico di esaurimento)

Cancano: fluitazione 2010(vista dall’alto dell’opera di presa dell’impianto di Premadio)