Guida Alle Centrali Idro

7/23/2019 Guida Alle Centrali Idro

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Guida pratica per la realizzazione di piccole centrali idrauliche

Guida praticaper la realizzazione di

Piccole centrali idrauliche

Programma d'impulso PACER - Energie rinnovabiliUfficio federale dei problemi congiunturali




Concezione redazione e realizzazione dellaversione originale francese

• J. M. Chapallaz & P. Eichenberger, Studio d'in-gegneria J. M. Chapallaz, 1450 Sainte-Croix

Membri del gruppo di lavoro

• G. Horner, Aziende elettriche friborghesi,ElettroBroc, BrocPrescrizioni tecniche e tariffe

• J. Gottesmann, consulente giuridico per lequestioni ambientali, EinsiedelnLegislazione e aspetti giuridici

• R. Mosimann, Dipartimento dei lavori pubblicidel canton Berna, Ufficio ponti e strade, BerthoudEcologia e sistemazione dei corsi d'acqua

• H. W. Weiss e H. Kaspar, Basler e Hofmann SA,

ZurigoAspetti tecnici, amministrativi e economici.

La direzione del progetto «PACER - Piccole centra-li idrauliche» così come gli autori ringraziano tut-te le persone, specialisti, gestori e proprietari dicentrali idroelettriche, rappresentanti dei servizipubblici e privati per i loro preziosi consigli, infor-mazioni e per la documentazione che hanno cor-tesemente messo a disposizione.

Citeremo in particolare:

• G. Charmillot, Charmillot SA, Moulin de et àVicques, JU

• P. Chatelain, direttore dei servizi industrialidi Boudry, NE• R. Galé, capo centrale e municipale,

Le Sépey, VD• Ch. Kunz, municipale e P. Guggisberg,

segretario comunale, Brienzwiler, BE• N. Lauterburg, direttore e R. Locher,

Lauterburg & Cie SA, Langnau, BE

• E. Nussbaumer, ADEV, Liestal, BL• L. Rebaud, giornalista e deputato al Consiglio

nazionale, Confignon, VD• J. Rüegsegger, capo vendite, Sulzer SA,

Winterthur, ZH• H. Siegwart, Energie Plus!, Langnau, BE• R. Sigg, Ufficio federale economia delle acque,

Berna• E. Staub, J.M. Cuanillon, Ufficio federale

dell'ambiente, delle foreste e del paesaggio,sezione pesca, Berna

• R. Vuffray, aggiunto tecnico, Laboratorio can-

tonale, Epalinges, VD• H. Wintsch, amministrazione federaledei cereali, Berna

Illustratore

Walter Fischbacher, Ecublens

Foto• J. M. Chapallaz, P. Eichenberger• R. Mosimann (p. 30 e 31)• Sulzer SA (p. 42)

Associazioni sostenitrici

ACS Associazione dei comuni svizzeriASER Associazione per lo sviluppo delle

energie rinnovabiliADUR Associazione romanda dei

proprietari di centraliETG Società per le tecniche dell'ener-

gia dell'ASEASPEE Associazione svizzera dei profes-

sionisti della depurazione delleacque

INFOENERGIAROMANDIA Centro di consulenza e informa-

zioneOFEL Ufficio per l'elettricità della

Svizzera romandaPROMES Associazione romanda dei

professionisti dell'energia solareSIA Società svizzera degli ingegneri e

degli architettiSMSR Società dei mugnai della Svizzera

romandaSSIG Società svizzera per l'industria del

gas e delle acqueUCS Unione delle centrali svizzereATS Associazione tecnici svizzeriUVS Associazione delle città svizzere

Originale in lingua franceseISBN 3-905232-20-0

ISBN 3-905232-38-3

Copyright © 1992 Ufficio federale dei problemi congiunturali,3003 Berna, settembre 1992.Riproduzione d'estratti autorizzata con l'indicazione dellafonte.Diffusione: Dipartimento del territorio del cantone Ticino, Se-

zione protezione aria e acqua, v.le S. Franscini, 6501 Bellinzona

Form. 724.244i 6.94 500 U18189




Di una durata complessiva di 6 anni (1990 - 1995),il programma d'azione «Costruzione e energia» ècomposto dei tre programmi d'impulso seguenti:

PI EDIL - manutenzione e rinnovamento dellecostruzioni

RAVEL - utilizzazione razionale dell'elettricitàPACER - energie rinnovabili

Questi tre programmi d'impulso sono realizzati instretta collaborazione con l'economia privata, le

scuole e la Confederazione. Devono favorire unacrescita economica qualitativa e quindi condurread un'utilizzazione più razionale delle materie pri-me e dell'energia, implicando di conseguenza lostudio di soluzioni più ragionate.

Fino ad oggi, se si fa astrazione della produzioneidroelettrica, il contributo delle energie rinnovabilial nostro bilancio energetico è trascurabile. Il pro-gramma PACER è stato creato proprio per porre ri-medio a questa situazione. Esso intende dunque:– favorire le applicazioni il cui rapporto costo/

prestazioni è il più interessante;

– portare le conoscenze necessarie agli ingegne-ri, agli architetti e agli istallatori;– proporre un nuovo approccio economico che

consideri anche i costi esterni;– informare le autorità, così come gli impren-

ditori.

Corsi, manifestazioni, pubblicazioni, video,ecc.

Il programma PACER è consacrato prioritariamen-te alla formazione continua e all'informazione. Iltrasferimento di conoscenze si basa sui bisogni de-

rivanti dalla pratica. Si appoggia essenzialmentesu pubblicazioni, corsi e altre manifestazioni. Gliingegneri, gli architetti e gli istallatori, così come irappresentanti di alcuni settori specializzati, ne co-stituiscono il pubblico mirato. La diffusione su piùlarga scala di informazioni generali è pure un ele-mento importante del programma. Essa si indiriz-za soprattutto agli imprenditori, gli architetti, gli in-gegneri e le autorità.

Il bollettino «Impulso», pubblicato tre volte all'an-no, può essere ottenuto gratuitamente e forniscetutti i dettagli su queste attività. Ogni partecipan-

te ad un corso o ad un'altra manifestazione orga-nizzata nell'ambito del programma, riceve una pub-blicazione specialmente elaborata per tale scopo.

Tutte queste pubblicazioni possono anche essereottenute indirizzandosi direttamente alla Sezioneprotezione aria e acqua del Dipartimento del terri-torio, V.le S. Franscini, 6501 Bellinzona.

Competenze

Per la gestione di questo ambizioso programma diformazione si fa capo a specialisti dei diversi set-

tori interessati, essi rappresentano l'economia pri-vata, le scuole e le associazioni professionali. Il la-voro di questi specialisti è coordinato con quellodi una commissione formata da rappresentantidelle associazioni, delle scuole e dei settori pro-fessionali interessati.

In genere sono pure le associazioni professionaliche si incaricano dell'organizzazione dei corsi edelle altre attività. Per la preparazione di queste at-tività è stata creata una direzione di programmacomposta dal Dr. Jean-Bernard GAY, dal Dr. Char-les FILLEUX, da Jean GRAF, dal Dr. Arthur WEL-LINGER, oltre che dalla signora Irene WUILLEMINe da Eric MOSIMANN dell'Ufficio federale dei pro-blemi congiunturali. La preparazione delle diffe-renti attività è fatta attraverso gruppi di lavoro, chesono responsabili per il contenuto e per il rispettodei termini e dei budgets.

Documentazione

L'opuscolo informativo «Guida pratica alla realiz-zazione di piccole centrali idrauliche» è una guidadestinata a tutti coloro che desiderano informarsisu questo tipo di impianto o realizzare un proget-to: beneficiari di una concessione per lo sfrutta-mento di corsi d'acqua, amministrazioni federali,cantonali e comunali, ingegneri, impresari e indu-striali, organizzazioni per la protezione della natu-ra e del paesaggio, organismi di finanziamento.

L'opuscolo contiene le seguenti informazioni:– campo d'applicazione delle piccole centrali;– tecniche disponibili;– aspetti ecologici;– legislazione vigente;– possibilità di finanziamento e sovvenzioni;– tariffe dell'energia;

– formule semplici che permettono di fare una va-lutazione della redditività;– indicazioni per la realizzazione di un impianto.

Premessa




Questo documento è stato oggetto di una proce-dura di consultazione che ha permesso agli auto-ri di apportare le necessarie modifiche, pur aven-do completa libertà di decidere sulle correzioni dainserire nel loro testo. Per questo se ne assumonol'intera responsabilità. Chiunque abbia dei sugge-rimenti che possono migliorare la qualità dellapubblicazione può indirizzarsi direttamente al di-rettore del corso, oppure all'Ufficio federale deiproblemi congiunturali.

Infine desideriamo ringraziare tutte le persone chehanno contribuito alla realizzazione di questo ma-nuale.

Dott. Beat Hotz-HartVicedirettore dell'Ufficio federaledei problemi congiunturaliSezione tecnologia




Indice

1. Piccole centrali idrauliche in Svizzera 91.1 Cos'è una piccola centrale idraulica? 91.2 L'importanza delle piccole centrali idrauliche in Svizzera 101.3 Quadro giuridico 10

2. Tecnologia delle piccole centrali 152.1 Classificazione delle piccole centrali e i loro componenti 152.2 Nozioni tecniche sull'utilizzazione della forza idraulica 172.3 Gli elementi di una piccola centrale, costruzione e funzione 18

2.4 Piccole centrali: tecnologia seria oppure «bricolage»? 25

3. Piccole centrali idrauliche e ambiente 293.1 Quantitativi di restituzione 293.2 Esigenze della pesca 323.3 Integrazione degli impianti nel paesaggio 34

4. Esempi di piccole centrali in esercizio 374.1 Microcentrale a bassa pressione di Moulin de Vicques (JU) 374.2 Centrale con condotta forzata sull'Ilfis a Bärau, Langnau (BE) 384.3 Microcentrale integrata nella condotta di acqua potabile nel comune di Brienzwiler 39

4.4 Turbinaggio delle acque usate nel comune di Leysin 404.5 Turbine di recupero nell'industria 41

5. Redditività delle piccole centrali idrauliche 455.1 Situazione attuale 455.2 Nuove costruzioni o ammodernamenti 455.3 Costo di produzione dell'energia elettrica ottenuta da una piccola centrale 465.4 Prezzo di vendita e acquisto dell'elettricità 475.5 Valutazione della redditività 48

6. Promozione e finanziamento delle piccole centrali 53

6.1 Misure di promozione della Confederazione e dei cantoni 536.2 Finanziamento 55

7. Metodo per la pianificazione e la realizzazione di microcentrali 617.1 Sviluppo del progetto 617.2 Procedura amministrativa per l'ottenimento o il rinnovamento di una concessione 637.3 Esigenze tecniche e servizi competenti 647.4 Differenze cantonali e regionali 68

8. Indirizzi utili 718.1 Autorità 71

8.2 Organizzazioni e Associazioni 728.3 Dati e prescrizioni tecniche 728.4 Finanziamento e promozione 73




9. Glossario 75

Allegato APrincipali Leggi e Ordinanze federali 79

Allegato B 81Valutazione di un potenziale di forza idraulicaB1. Stima della potenza 81B2. Deflusso disponibile 82B3. Scelta del deflusso nominale della piccola centrale 83B4. Dimensionamento di una istallazione e valutazione della produzione annua 84

Allegato C 87Stima della redditività di una piccola centraleC1. Basi 87C2. Investimenti e oneri finanziari 88C3. Costi d'esercizio 90C4. Redditi e benefici 91C5. Esempio 91

Allegato D 93Svolgimento di un progetto di piccola centrale

AppendicePubblicazioni e video del Programma d'impulso PACER - Energie rinnovabili 95



Piccole centrali idrauliche in Svizzera

7

1. Piccole centrali idraulichein Svizzera

1.1 Cos'è una piccola centrale idraulica? 9

1.2 L'importanza delle piccole centrali idrauliche in Svizzera 10

1.3 Quadro giuridico 10



1.1 Cos'è una piccolacentrale idraulica?

Una piccola centrale idraulica (microcentrale) è unimpianto di produzione d'energia basato sull'uti-lizzazione della forza idraulica e la cui potenza è in-feriore a 300 kW.

L'origine dell'energia idraulica può essere:

– un fiume o un ruscello;

– una sorgente;– una rete di approvvigionamento in acqua pota-

bile;

– una rete di evacuazione di acque usate o di dre-naggio;

– processi industriali nei quali la pressione di unliquido viene ridotta attraverso un elemento diregolazione, una valvola o altro.

La produzione di energia di una centrale idraulica– indipendentemente dalla sua dimensione –è funzione del flusso d'acqua e dell'altezza di

caduta (differenza di pressione) disponibili.

I deflussi delle microcentrali possono essere dialcuni litri o addirittura di diversi metri cubi alsecondo.

In principio, avendo a disposizione una portata suf-ficiente, una caduta di due metri è da considerarepotenzialmente sfruttabile per la produzione dienergia. Delle quantità interessanti di energia pos-sono essere prodotte sfruttando cadute di 500 me-tri (50 bar) e oltre, anche se il flusso risulta ridotto

(5 l/sec).


9

1. Piccole centrali idraulichein Svizzera

Figura 1.1Principio di utilizzazione dell'energia idraulica.

Portata d'acqua (l/s)

( o c a d u t a )

A l t e z z a d i c a d u t a




10

In Svizzera le centrali idrauliche producono princi-palmente energia elettrica. Nel 1990 l'energiaidroelettrica, unica fonte indigena significativa dienergia, ha coperto il 57% della produzione glo-bale di elettricità del Paese. Le quasi 700 micro-centrali esistenti hanno un impatto limitato sul pia-no nazionale: la loro produzione annua di energiaelettrica rappresenta lo 0,6% di tutta la produzio-ne idrica.

L'importanza delle microcentrali deve essere indi-viduata soprattutto a livello regionale:– per molti comuni, fabbriche o mulini, esse co-

stituiscono una vantaggiosa fonte di energia dicomplemento;

– possono essere integrate in progetti combinatie migliorare così la copertura dei costi di pro-duzione d'energia. Per esempio: nell'ambito delrinnovamento di un'adduzione in acqua pota-bile, nel caso della costruzione di opere di pre-venzione contro le inondazioni o destinate a fa-cilitare la migrazione dei pesci;

– la loro costruzione, rinnovamento e manuten-zione rappresentano un potenziale di lavoro perle imprese locali;

– possono aumentare la sicurezza di approvvi-gionamento per lo svolgimento di certe attività(come per es. i mulini), che possono così esse-re svolte anche in caso di interruzione della re-te di distribuzione di energia elettrica;

– costituiscono un'alternativa vantaggiosa allelunghe linee elettriche che alimentano abita-zioni, fattorie, alberghi o capanne isolate;

– utilizzano il potenziale rappresentato dalla for-za idrica senza nuocere all'ambiente;

– grazie alle loro piccole dimensioni e alla lorosemplicità assumono anche una funzione di-dattica, poichè permettono a molti visitatori diprendere coscienza dei problemi pratici legatialla produzione di energia.

1.3 Quadro giuridico

La costruzione di una piccola centrale, compresoil conseguente intervento sul deflusso delle acque,è sottoposta a diverse disposizioni legali sia a li-vello federale che cantonale. In generale occorrefare una domanda di concessione per l'utilizzazio-ne delle acque, che sono proprietà dello Stato.

La Confederazione esercita la sorveglianza sull'u-tilizzazione della forza idrica delle acque pubblichee private.

1.2 L'importanzadelle piccole centraliidrauliche in Svizzera




11

Il diritto d'acqua è di competenza cantonale, a vol-te del comune (p.es. nei Grigioni) o del distretto(p.es. nel cantone di Svitto).

l rilascio di una concessione è regolamentato dal-

la Legge federale sull'utilizzazione della forza idri-ca del 22 dicembre 1918 (LFI). Esso consiste nel di-ritto d'utilizzo, attribuito dall'autorità a una perso-na morale che può disporne per una durata limi-tata e su un tratto limitato di un determinato cor-so d'acqua.

Parallelamente altre leggi e ordinanze federali de-vono essere rispettate: il diritto alla pesca, il ri-spetto dei deflussi minimi, la protezione delle ac-que contro l'inquinamento, la protezione della na-tura e dei luoghi.

Le più importanti leggi e ordinanze federali sonopresentate nell'allegato A.

Oltre la tassa di utilizzazione, che è calcolata sul-l'altezza di caduta e sul flusso utilizzato, la con-cessione fissa i diritti e le obbligazioni del conces-sionario: egli è fra l'altro autorizzato a erigere lenecessarie costruzioni e istallazioni sul territoriopubblico.

I suoi obblighi sono diversi e comprendono in par-ticolare l'adattamento delle strade, dei sentieri edegli argini che vengono toccati dall'opera, la co-struzione delle istallazioni che permettono la mi-

grazione dei pesci (scala), la salvaguardia delle ri-ve, l'evacuazione dei depositi di ghiaia e altro ma-teriale accumulato dalla corrente.



Tecnologia delle piccole centrali

13

2. Tecnologia delle piccole centrali

2.1 Classificazione delle piccole centrali e i loro componenti 15

2.2 Nozioni tecniche sull'utilizzazione della forza idraulica 17

2.3 Gli elementi di una piccola centrale, costruzione e funzione 182.3.1 Opere idrauliche 192.3.2 Condotte forzate 212.3.3 Turbine 22

2.3.4 Generatori, comandi e regolazione 232.3.5 Volume di una piccola centrale 25

2.4 Piccole centrali: tecnologia seria oppure «bricolage»? 25




15

2. Tecnologia delle piccole centrali

2.1 Classificazionedelle piccole centralie i loro componenti

La classificazione viene effettuata in funzione delmodo con cui l'acqua è captata e condotta alla tur-bina, della posizione di quest'ultima e dell'altezzadi caduta o dislivello sfruttati.

Si distinguono due classi principali di piccole cen-trali:

a) Impianti a bassa pressione lungo un corsod'acqua o su un canale di derivazione.L'opera più importante del complesso è lo sbar-ramento, o presa d'acqua, solitamente co-struito in cemento armato. La sua funzione èquella di deviare il flusso d'acqua necessariodirettamente verso la turbina o verso un ca-nale di derivazione, lasciando però passare lepiene. La centrale può essere integrata allosbarramento, oppure posta all'estremità di uncanale.

Generalmente non si prevede una condotta for-zata nei casi in cui la sua lunghezza risulte-rebbe molto ridotta.Le cadute si situano fra 2 e 20 metri e la pres-sione nella turbina è piccola (0.2 a 2 bar).

b) Impianti a media e alta pressione lungo corsid'acqua, sorgenti di montagna, condotte di ac-qua potabile e nei circuiti idraulici industriali.Ai componenti menzionati per la prima cate-goria si aggiunge una condotta forzata fra lapresa d'acqua, o l'estremità del canale di de-rivazione, e la centrale. La condotta è l'opera

più importante di questo tipo di centrale.

La figura 2.1 mostra le parti più importanti di unacentrale ad alta pressione su un canale di deriva-zione.




16

Figura 2.1 - Vista globale di una centrale a alta pressione su un canale di derivazione.

Nel principio le piccole centrali sono simili agli im-pianti di dimensioni molto più importanti. La dif-ferenza consiste prima di tutto nella semplicità di

concezione e di esercizio.

In effetti le piccole centrali non devono solamenteessere vantaggiose nella costruzione, ma devonoanche poter funzionare automaticamente senzapersonale permanente e con un minimo di sorve-glianza e di manutenzione.

Di regola queste centrali non hanno un bacinod'accumulazione vero e proprio, sarebbe un ele-mento troppo costoso per impianti di piccole di-mensioni. Nel caso in cui ci fosse un accumulo par-ziale attraverso, per esempio, un piccolo bacino

naturale o un serbatoio, questo serve tuttalpiù al-la produzione di energia di punta durante alcuneore della giornata.




17

2.2 Nozioni tecnichesull'utilizzazione dellaforza idraulica

L'energia dell'acqua che scende a valle viene nor-malmente dissipata durante il suo percorso. Que-sta energia può però anche essere trasformata inelettricità per mezzo di turbine e generatori.

Quando si parla di energia idraulica occorre con-siderare tre parametri importanti: la caduta, il flus-so e la potenza.

La caduta è la differenza di altitudine fra il livelloalla presa d'acqua e il livello a valle, dove l'acquaè restituita al torrente.

Abitualmente è espressa in metri e indicata con lalettera H. Si ricordi che 1 bar di pressione corri-sponde ad una caduta di 10 metri.

La potenza idraulica teorica, espressa in KW, èutilizzata per fissare il montante della tassa di con-cessione cui sarà soggetto l'impianto; si calcolasulla base del flusso d'acqua turbinato e della ca-duta sfruttata.

Una parte dell'energia è persa nell'impianto a cau-sa degli attriti dell'acqua con i vari elementi come

griglie, valvole, pareti di canali e condotte forzate.Queste perdite vengono chiamate perdite di ca-rico.

Per le piccole centrali le perdite di carico rappre-sentano dal 10 al 15% della caduta. La figura 2.2evidenzia questa proporzione.

Deducendo le perdite dalla caduta si ottiene lacaduta netta, effettivamente disponibile allaturbina e che può essere assimilata alla differen-za di pressione fra l'entrata e l'uscita di quest'ulti-ma (differenza fra le pressioni p1 e p2 in bar, lette

sui rispettivi manometri).

La caduta netta e il flusso permettono di calcola-re la potenza idraulica che sarà trasformata dallaturbina.

Per ottenere la potenza effettivamente disponibile al-l'utilizzatore si deve considerare il rendimentodell'istallazione, che tiene conto delle perdite a li-vello di turbina e di generatore.

Il rendimento globale dell'impianto si ottiene divi-dendo la quantità di energia prodotta dal genera-

tore con quella disponibile all'entrata della turbi-na. I piccoli gruppi turbo-generatori hanno in ge-nere un rendimento globale pari al 70%.




20

In caso di piena lo sbarramento viene sgonfiato esi appiattisce sul letto del fiume in modo che nonha più alcun effetto di ritenuta. Questa tecnica evi-ta il ricorso a componenti meccaniche costose sianelle costruzione che nella manutenzione (Figura

2.4).

La presa tirolese, o inversa, ha dato prova di affi-dabilità in diverse applicazioni su fiumi e torrentia forte pendenza e flussi molto variabili. L'acquacaptata cade attraverso una griglia a sbarre o unalamiera perforata posta direttamente sul letto delfiume. La ghiaia e gli altri detriti trasportati dallacorrente non possono passare fra le maglie di que-sta griglia. Solo l'acqua e i sedimenti più fini pos-sono passare nel canale della presa.

ll dissabbiatore

L'acqua captata dalla presa e deviata nel canale diderivazione trasporta del materiale in sospensio-ne (fango) e dei sedimenti (ghiaia e sabbia) che de-vono essere eliminati attraverso una tecnica dettadesablaggio.

Senza questa operazione il materiale si deposite-rebbe nel canale provocando così dei costi di ma-nutenzione elevati, data la frequenza degli inter-venti di pulizia.

Il desablaggio ha anche lo scopo di evitare una usu-ra prematura della turbina, delle valvole e in ge-nerale di tutti gli elementi meccanici a diretto con-tatto con l'acqua.

Il desablaggio avviene in un bacino più largo ri-spetto al canale di derivazione, la velocità dell'ac-qua deve essere sufficientemente bassa per per-mettere alle particelle solide di depositare sul fon-do.

I sedimenti saranno evacuati periodicamente nelfiume attraverso lo svuotamento e il risciacquo del

bacino. In certi casi la pulizia del bacino viene ef-fettuata automaticamente durante i periodi di pie-na, grazie ad un ingegnoso sistema di spurgo.

Griglie e sgrigliatori

In una piccola centrale lo sgrigliatore ha la fun-zione di impedire che i detriti galleggianti (in par-ticolare le foglie e i rami) possano raggiungere laturbina ed ostruire la condotta. Il sistema conven-zionale con griglia a sbarre è sovente abbinato aduna macchina per la pulizia automatica (raschia-

tore) che evacqua i detriti in un contenitore (vedifigura 4.3). La selezione del materiale accumulatonel contenitore e la sua eliminazione può rappre-

Figura 2.5 - Esempio di una presa d'acqua tirolese a griglia orizzontale che preleva l'acqua per una piccola centrale a Baulmes (VD).

Figura 2.6 - Dissabbiatore combinato con sfioratore e valvola di svuotamento, a monte del canale di derivazione di una piccola centrale a Aigle (VD).




22

Figura 2.9 a) - Sezione di una turbina Pelton.

Figura 2.9 b) - Turbina Pelton (8 kW) accoppiata ad una pompa per l'approvvigionamento in acqua potabile nel comune di Brienzwiler.

Figura 2.10 - Turbina Francis di 276 kW della piccola centrale di Mühlebach (VS).

Derivate da quelle che originariamente erano del-le ruote per trasformare l'energia dell'acqua inenergia meccanica, le moderne turbine sono sta-te sviluppate su concetti che risalgono al 19esimo

secolo, ma tutt'oggi validi.

In una piccola centrale il tipo di turbina adatto verràscelto in funzione della caduta e del flusso di ac-qua disponibile.

La turbina di tipo Pelton è quella maggiormen-te utilizzata per cadute da 30 fino a ca. 500 m.

Essa è equipaggiata di una ruota a pale che ven-gono colpite da uno o più getti d'acqua ad eleva-ta velocità. L'energia cinetica dell'acqua viene co-sì trasmessa alla turbina.

Il flusso di acqua e di conseguenza la potenza del-la turbina, è regolato da un dispositivo che varial'apertura dell'iniettore che genera il getto.

Il tipo di turbina più diffuso nei vecchi impianti abassa caduta è senza dubbio la turbina Francis.A seconda della potenza essa è istallata quando lacaduta risulta compresa fra 3 m (impianti a ca-mera di acqua aperta) e più di 100 m (turbine coninvolucro a spirale di aspetto simile a quello di unapompa centrifuga).

Contrariamente alla Pelton, la girante di questa tur-bina – detta turbina a reazione – è completa-mente immersa nell'acqua. Questa girante è ca-ratterizzata da una palettatura profilata che formadei canali, attraverso i quali l'acqua è deviata e ac-cellerata.

La regolazione del flusso avviene per mezzo di pa-le mobili poste in prossimità della girante. Ven-gono chiamate pale direttrici.

Vista la sua complessità e quindi l'elevato costo,la turbina Francis è utilizzata raramente nei nuoviimpianti di piccole dimensioni.

La turbina Kaplan è un altro tipo di turbina a rea-zione la cui girante è completamente immessa nel-l'acqua.

Essa à paragonabile alle eliche utilizzate per la pro-pulsione nel settore navale.

Il flusso è regolato di solito attraverso il cambia-mento dell'angolazione delle pale della girante, inalcuni casi si possono pure trovare delle pale di-rettrici, come per la turbina Francis, che hanno loscopo di migliorarne ulteriormente il rendimento.

Questo tipo di turbina trova applicazione nelle pic-cole centrali con cadute modeste (da 2 a 20 m) e




24

Figura 2.13 - Deflettore a contrappeso di una turbina Pelton per l'arresto in caso di guasto.

combinazione dei due sistemi è pure possibile mamolto onerosa.

Funzionamento in parallelo

Le microcentrali di potenza inferiore a 300 kW, chefunzionano unicamente in parallelo con la rete, so-no equipaggiate di generatori asincroni. La ten-sione e la frequenza di lavoro sono determinatedalla rete di distribuzione e sono costanti.

Funzionamento in modo isolato

In questo caso il gruppo turbo-generatore deveavere la capacità di mantenere autonomamenteuna tensione e una frequenza costanti. La poten-

za del generatore deve essere identica a quella ri-chiesta dagli utilizzatori, se ciò non è il caso, fre-quenza e tensione subiscono delle variazioni chepossono provocare danni sia agli apparecchi degliutilizzatori (motori, lampade, elettronica) sia agliimpianti di produzione.

Le microcentrali funzionanti in regime isolatosono nella grande maggioranza equipaggiati digeneratori sincroni, macchine che possono ali-mentare ogni tipo di apparecchio.

La tensione è mantenuta costante per mezzo di unregolatore elettronico integrato al generatore.

La frequenza è definita dalla velocità di rotazionedella turbina, la cui regolazione nei moderni im-pianti è assicurata pressochè esclusivamente dasistemi elettronici o elettromeccanici.

Automatismi, sicurezza e protezione delleistallazioni

Così come per i grandi impianti, l'elettronica è uti-lizzata anche per la regolazione e la sorveglianzadelle piccole centrali. In pratica è dunque possibi-le automatizzare tutte le fasi di funzionamento(p.es. avviamento e sincronizzazione con la rete,ecc.), infatti la maggior parte delle piccole centra-li, siano esse collegate alla rete o a regime isola-to, funzionano senza personale di sorveglianza.

Gli investimenti per gli apparecchi di misura e disicurezza non possono evidentemente essere pa-ragonati a quelli relativi a impianti di dimensionipiù importanti. Ciò non impedisce però la realiz-zazione dei sistemi necessari alla sicurezza dellepersone, delle macchine, degli utilizzatori e dellarete di distribuzione, compresa la trasmissione te-

lefonica dei segnali di guasto e di allarme.Un arresto prolungato di una microcentrale non ha




25

, in linea di principio, nessuna influenza sulla sta-bilità della rete, considerata la piccola potenza ingioco. Non è dunque nacessario intervenire rapi-damente in caso di guasto o di arresto d'urgenza.

I costruttori hanno sviluppato dei metodi sempli-ci per proteggere macchine e condotte in caso diguasto alla rete elettrica; sistemi a molla o a con-trappesi assicurano l'arresto automatico della tur-bina senza la necessità di un'alimentazione elet-trica di emergenza.

2.3.5 Volume di una piccola centrale

La realizzazione di turbine compatte, di regolatorie di sistemi di comando elettronici hanno per-messo di ridurre in maniera sensibile il volume del-le piccole centrali. L'insieme turbina, generatore,armadio di distribuzione occupa sovente una su-perficie inferiore a 50 mq. Le dimensioni di una tur-bina diminuiscono – a parità di potenza – con l'au-mentare dell'altezza di caduta.

Nel caso di piccole centrali integrate alla rete di di-stribuzione dell'acqua potabile, le turbine e gli ar-madi elettrici possono spesso essere istallati negliedifici di servizio esistenti (serbatoi ecc. ) senza chesiano necessarie particolari modifiche.

2.4 Piccole centrali:tecnologia seriaoppure «bricolage»?

Le microcentrali hanno purtroppo ancora la repu-tazione di essere una tecnologia ormai superata,la loro immagine resta soprattutto legata a quelladei vecchi mulini.In molti ritengono che sia sufficiente conosceresommariamente le macchine idrauliche per esse-re in grado di padroneggiare questa tecnica.

Può dunque apparire sorprendente che gli studi

per la progettazione di piccole centrali siano piùonerosi, proporzionalmente all'energia prodotta,di quelli relativi ad istallazioni più importanti. Co-me lo rivela la loro definizione, le microcentrali for-niscono quantitativi limitati di energia, ma il lorofunzionamento è in pratica analogo a quello dellegrandi centrali. Devono dunque essere concepitee dimensionate con la medesima cura.

Gli esempi di imprenditori e progettisti che nonhanno sufficientemente tenuto conto di questoaspetto non sono rari.

In molti casi la quantità di acqua è stata soprav-valutata non essendo stata fatta alcuna misura si-stematica dei deflussi su un periodo prolungato di

Figura 2.14 - Gruppo turbina-generatore con armadio

elettrico istallato in un locale già esistente presso il servizio di distribuzione di acqua potabile nel comune di Ormont-Dessous (VD).



Piccole centrali idrauliche e ambiente

29

3. Piccole centrali idraulichee ambiente

Tutte le attività umane hanno direttamente o indi-rettamente un impatto sull'ambiente. È il caso del-le piccole centrali il cui influsso è peraltro limitatoe sicuramente meno importante rispetto ai grandiimpianti.

La produzione di energia idrica è vieppiù confron-tata ad interessi divergenti (esigenze per la pesca,per l'irrigazione a scopo agricolo, per la protezio-ne della natura e per il tempo libero) che però non

sono forzatamente inconciliabili. La valorizzazionea scopo energetico di una caduta d'acqua può es-sere combinata con altre forme di utilizzazione.

Non è possibile generalizzare l'incidenza delle pic-cole centrali sull'ambiente: occorre infatti innanzi-tutto esaminare i differenti interessi toccati da ogniimpianto. Spesso la concessione per l'utilizzazio-ne di un corso d'acqua è vincolata a determinatecondizioni che tengono conto il meglio possibiledi tutti gli interessi in gioco.

La legge sulla protezione dell'ambiente (LPA) nonprevede l'obbligo di sottoporre la costruzione diuna microcentrale ad uno studio di impatto am-bientale. Direttiva in tal senso sono infatti previsteunicamente per impianti la cui potenza supera i3000 kW. Ciò non significa evidentemente che glieffetti delle piccole centrali sull'ambiente non deb-bano essere seriamente esaminati. La proceduradi autorizzazione è però più semplice nella misu-ra in cui le eventuali conseguenze sulla natura so-no descritte in modo esaustivo nell'ambito dellarelazione tecnica.

3.1 Quantitativi di restituzione

Nell'ambito della protezione delle acqua, la pro-blematica dei deflussi minimi assume un significa-to particolare. Per deflusso minimo si intende il flus-so residuo di acqua che rimane nel letto del fiumedopo uno sbarramento o una presa. Il tratto di fiu-me compreso fra lo sbarramento e il luogo in cuil'acqua turbinata gli viene restituita è chiamatotrat-to a deflusso minimo. Se tale flusso legale non èrispettato (non soddisfa i limiti sanciti dalla leggesulla protezione delle acque), un flusso di dota-zione deve essere immesso nel letto del fiume.

Il deflusso minimo deve essere rispettato per ga-rantire anche altre utilizzazioni del corso d'acqua,secondo i seguenti criteri:




30

– le acque correnti rappresentano lo spaziovitale di animali e piante che vi crescono esi riproducono. Un deflusso insufficiente puòmettere in pericolo la sopravvivenza di questiesseri viventi;

– le falde sotterranee sono sovente alimen-

tate dalle acque di superficie che ne in-fluenzano l'equilibrio. Un sensibile abbassa-mento del livello della falda può compromette-re l'approvvigionamento in acqua potabile, co-sì come avere conseguenze negative sull'am-biente circostante (foreste e culture);

– i fiumi sono parte integrante del paesag-gio e rappresentano luoghi di riposo e sva-go. Il letto di un corso d'acqua il cui deflusso èinsufficiente perde una parte importante di que-sta funzione;

– i torrenti purificano l'acqua. Le impuritàvengono infatti decomposte da batteri e altri mi-

cro-organismi che vi vivono. Questo meccani-smo di autodepurazione è estremamente im-portante per la qualità dell'acqua. Un deflussoinsufficiente ha quale conseguenza un rallen-tamento di questo processo, un'eccessiva for-mazione di alghe, odori sgradevoli e un aspet-to repellente dell'acqua (colore, schiuma).

Secondo la legge sulla protezione delle acque delfebbraio 1991, approvata in votazione popolare nelmaggio 1992, la Confederazione fissa dei deflussiminimi che devono essere rispettati nel caso dinuove centrali o importanti lavori di ristrutturazio-

ne a centrali esistenti.A seconda dei casi i cantoni possono prescriveredeflussi superiori a quelli stabiliti dalla legge, per

Figura 3.1 - Definizione del deflusso di restituzione (deflusso minimo) e di dotazione.

1 Flusso totale del fiume 2 Eccedenza di acqua 3 Flusso (deflusso) di dotazione

4 Flusso di restituzione (deflusso minimo) 5 Perdite e infiltrazioni 6 Acqua di spurgo 7 Flusso turbinato

Figura 3.2 a) - Sistemazione naturale di un tratto di fiume, dal basso verso l'alto: – consolidamento della base della riva attraverso la

posa di sassi; – fascine e substrato per piante e arbusti;

– innesti e salici;– piantagione di essenze locali.Stato durante il primo anno di vegetazione.




31

tener conto in modo più appropriato dei diversi in-teressi in gioco.

Contemporaneamente occorre pure considerarealtre esigenze come quelle della pesca che

possono avere le seguenti conseguenze pratiche:– le nuove costruzioni o gli ammodernamenti del-

le piccole centrali saranno realizzate senza ca-nale di derivazione per evitare tratti a deflussoresiduo (p.es. microcentrali integrate allo sbar-ramento).

– i tratti a deflusso residuo dovranno essere tra-sformati in modo che la profondità dell'acquasia mantenuta a valori sufficienti (15 a 20 cm)anche nei periodi a deflusso minimo, che sia as-sicurata una differenza sufficiente nella formae nella struttura del letto del torrente, così co-me una velocità dell'acqua variabile, con zone

tranquille e altre in cui scorre in modo più im-petuoso;

– gli sbarramenti e gli sfioratori delle piccole cen-trali dovranno essere costruiti in modo da per-mettere il passaggio dei pesci (scala per pe-sci).

Dal punto di vista ecologico si raccomanda di evi-tare la sistemazione delle rive in materiale duro(p.es. cemento o sassi), di conservare la vegeta-zione naturale, di completarla eventualmente connuove piantagioni.

Occorrerà pure assicurarsi che la sistemazione del-le rive possa sopportare i periodi di piena senzaerosione e inondazioni.

Per soddisfare queste esigenze è possibile ricor-rere a tecniche cosiddette «naturali», combinandola piantagione di vegetali con materiali come sas-so o legno.

Se le sistemazioni tradizionali in materiale duro di-struggono la forza della corrente, le tecniche na-turali agiscono in modo meno appariscente fre-nando l'acqua per mezzo dei cespugli e delle pian-te le cui radici ne assicurano la stabilità al suolo.

Il ricorso ai materiali classici si limita ai luoghi neiquali è impossibile stabilizzare la riva con metodinaturali, quando p.es. la velocità dell'acqua è trop-po elevata oppure è necessario dissiparne pun-tualmente l'eccessiva energia (p.es. ai piedi di unosbarramento o di una cascata).

Al momento della sistemazione del torrente, nellevicinanze della centrale, occorre pure fare in mo-do che l'eterogeneità del profilo del torrente sia ga-rantita, e evitare la monotonia di rive rettilinee oscarpate uniformi. La creazione di tratti di fiumecon marcate caratteristiche selvagge favorisce lo

sviluppo di un gran numero di organismi viventiche costituiscono la base dell'autodepurazione deicorsi d'acqua.

Figura 3.2 b) - Stesso tipo di sistemazione dopo quat- tro anni dalla realizzazione.

Figura 3.3 - Correzione del corso di un ru-

scello nel Mittelland bernese attraverso tecniche naturali; durante la costruzione (foto in alto) e un anno dopo.




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Figura 3.4 - Rampa di rallentamento costituita di blocchi in sasso nel Rötenbach presso Eggiswil.

Figura 3.5 - Scala per pesci a bacini successivi a Bärau nei pressi di Langnau (BE).

Figura 3.6 - Entrata di un ruscello di aggiramento a valle di uno sbarramento a Kleindietwil (BE).

Nell'ambito di una sistemazione rispettosa del-l'ambiente, la realizzazione di un canale nel qualeconfluisce l'acqua nei periodi di magra è soventenecessaria per mantenere una profondità minimadi almeno 20 cm. Ciò permette la migrazione dei

pesci.

Blocchi, frangi onda, rampe, cascate artificiali ser-vono essenzialmente per creare zone contraddi-stinte da differenti profondità e velocità dell'acqua,che permettono agli organismi viventi di moltipli-carsi.

Le figure 3.2 e 3.3 rappresentano il risultato del-la correzione di un ruscello attraverso tecniche na-turali.

Conosciute anche sotto la denominazione di tecni-

che genio-biologiche, esse erano già applicate nel19.mo secolo. Non sufficientemente consideratenegli anni in cui vennero realizzati i grandi lavori dicorrezione dei corsi d'acqua, sono state progressi-vamente reintrodotte a partire dagli anni ottanta.

3.2 Esigenze della pesca

Praticamente tutte le varietà di pesci effettuanodelle migrazioni per la riproduzione e per cercarenutrimento.

Gli sbarramenti delle centrali costituiscono senzadubbio uno degli ostacoli al fenomeno migratoriodei pesci; è però possibile costruire dei passaggiartificiali chiamati appunto scale per pesci.

Queste possono essere dei piccoli ruscelli di ag-giramento, una successione di piccoli bacini,delle chiuse o delle rampe di rallentamento.

I tipi di passaggio più diffusi in Svizzera sono lerampe di rallentamento e i bacini successivi.

La rampa a rallentamento è una superficie in-clinata posta generalmente ai bordi, ma che puòanche avere la larghezza dello sbarramento. In es-sa sono posti dei blocchi che rallentano il flussodell'acqua. Gli spazi fra questi blocchi formano del-le sacche e dei solchi che conferiscono alla rampaun aspetto simile a quello naturale. I pesci posso-no rimontare la rampa passando fra i blocchi.

I passaggi a bacini successivi sono realizzati ilpiù delle volte in cemento, ciò che permette unacostruzione più compatta. Consistono in un cana-le rettangolare con delle pareti di separazione cheformano dei piccoli bacini. I pesci possono supe-rare il dislivello dello sbarramento saltando da un

bacino all'altro. I ruscelli di aggiramento rap-presentano senza dubbio i passaggi che più si as-somigliano ad un corso d'acqua naturale.




33

Vi sono purtroppo casi di scale per pesci che nonfunzionano, sia per la costruzione realizzata in mo-do non adeguato, sia perchè non è stata prestatasufficientemente attenzione alle specifiche abitu-dini della fauna pescicola.

Il problema principale consiste nell'attirare i pesciall'entrata del passaggio e fare in modo che vi en-trino. Spesso capita che l'entrata sia posta in mo-do tale che i pesci non riescono neppure a trovar-la.

In effetti questi si orientano nell'acqua in funzionedella corrente. Evitano i vortici che non gli per-mettono di individuare alcuna direzione e ricerca-no la corrente là dove è più intensa.

L'entrata del passaggio deve trovarsi in prossimità

della riva, all'uscita della turbina o presso il puntodi impatto dell'acqua che raffiora dallo sbarra-mento e cade a valle.

La figura seguente mostra la realizzazione corret-ta di un passaggio per pesci.

Figura 3.7 - Realizzazione di un passaggio per pesci.

Edificio dellacentrale

Canale di derivazione

Presad'acqua

Sbarramentosfioratore

Barrieraper pesci

Canaledi scarico

Sfioratore diacque basse

Scala per pesci




34

3.3 Integrazionedegli impiantinel paesaggio

Le centrali idrauliche suscitano sovente discussio-ni sul loro impatto estetico. Da questo punto di vi-sta occorre dire che le piccole centrali pongonomeno problemi rispetto agli impianti di dimensio-ni più importanti, le cui prese d'acqua, gli sbarra-menti, le saracinesce e i sistemi di filtraggio piùdifficilmente possono essere nascosti nel paesag-gio. In certi casi questi elementi non sono neces-sari, o se ci sono, hanno dimensioni molto ridot-te.

Le condotte forzate vengono generalmente inter-rate e i canali di derivazione non si differenziano

che di poco da corsi d'acqua naturali.

La costruzione di una piccola centrale richiedequindi volumi modesti; nella maggior parte dei ca-si il gruppo turbina - generatore può essere inte-grato in edifici esistenti. Vi sono pure esempi dipiccole centrali completamente interrate (vedi fig.3.8). L'integrazione nel paesaggio delle piccolecentrali non pone dunque problemi particolari.

Il rumore e le vibrazioni di alcuni tipi di turbina, inparticolare la Pelton a flusso passante, nel caso dicentrali a media e alta pressione, possono rag-giungere intensità suscettibili di causare disturbinelle vicinanze, anche quando la potenza è ridot-ta. Se queste turbine sono istallate in prossimità oin un edificio abitato è opportuno prevedere unaprotezione fonica delle macchine e un supporto an-tivibrazione sotto le fondazioni del gruppo turbo-generatore.

Figura 3.8 - Piccola centrale (250 kW) di Pont de la Ti- ne (VD) totalmente interrata.



4.1 Microcentrale a bassa pressione di Moulin de Vicques (JU) 37

4.2 Centrale con condotta forzata sull'Ilfis a Bärau, Langnau (BE) 38

4.3 Microcentrale integrata nella condotta di acqua potabilenel comune di Brienzwiler (BE) 39

4.4 Turbinaggio delle acque usate nel comune di Leysin 40

4.5 Turbine di recupero nell'industria 41

Esempi di piccole centrali in esercizio

35

4. Esempi di piccole centraliin esercizio




38

Il canale di derivazione di Bärau alimenta uno sta-bilimento tessile già dal 19.mo secolo. All'inizio del1992, dopo alcuni anni nei quali l'attività fu inter-rotta, si decise la rimessa in esercizio dell'impian-to. Venne istallato un nuovo gruppo di macchine esia la presa d'acqua che la condotta forzata ven-nero rinnovate.

A parte qualche particolarità tecnica originale(sbarramento in gomma, castello d'acqua in ma-teria sintetica e turbina a flusso trasversale) ciò cherende interessante l'impianto è il fatto che la suarealizzazione è stata possibile grazie alla creazio-

ne di una società per azioni: la Kleinkraftwerk Bä-rau AG, da parte della ditta Lauterburg AG, pro-prietaria del sedime e l'associazione «Energie

– utilizzazione dell'energia : prioritariamente dalmulino e dall'abitazione, vendita dell'energiaeccedente attraverso immissione nella retepubblica di distribuzione;

– produzione annuale: 200'000 kWh;– costo dell'ammodernamento: Fr. 260'000.–

(anno 1986).

Figura 4.2 a) - Montaggio dell'insieme dif- fusore - aspiratore della turbina Kaplan.

Figura 4.3 - Sgrigliatore automatico.

Figura 4.2 b) - Veduta generale dell'impianto dopo l'ammodernamento.

4.2 Centrale con condotta forzata sull'Ilfis a Bärau,Langnau (BE)




39

Plus» che ha quale scopo la promozione delleenergie rinnovabili.Quest'ultima ha nel caso specifico l'obiettivo diprodurre energia elettrica in modo rispettoso del-l'ambiente e di distribuirla in seguito ai suoi mem-

bri attraverso la rete pubblica. Questi consumato-ri sono disposti, per un determinato tipo di ener-gia, a pagare tariffe più elevate rispetto a quellepraticate usualmente dalle Aziende elettriche. Ciòquale contributo per la costruzione e l'esercizio diimpianti di produzione quali quello di Bärau. Il di-savanzo di esercizio della piccola centrale, dovutoal semplice fatto che il prezzo pagato dalle azien-de elettriche per l'energia immessa nella rete è in-feriore al costo di produzione, risulta così coperto.

Tenuto conto dell'aiuto cantonale, consistente inun prestito a tasso di interesse ridotto per i primi

sei anni di esercizio, il costo di produzione è di 11cts/kWh. In seguito esso sarà di ca. 12.5 cts/kWh.

Dati generali:– corso d'acqua utilizzato: Ilfis, affluente dell'Em-

me;– anno di costruzione: rinnovamento nel 1991;– altezza netta della caduta: 10,9 m;– portata: 1300 l/s;– tipo di turbina: a flusso trasversale;– potenza del generatore: 116 kW;– funzionamento a regime in parallelo sulla rete

locale di distribuzione;– utilizzazione dell'energia: immessa nella rete di

distribuzione a tariffa in vigore e riacquistata daimembri dell'associazione «Energie-Plus»;

– produzione annua di energia: 730'000 kWh;(1992).

Figura 4.4 - Castello d'acqua in materiale sintetico (poz- zo di compensazione).

Figura 4.5 - Turbina a flusso trasversale.

4.3 Microcentrale integrata nella condotta

di acqua potabile del comunedi Brienzwiler (BE)

Sin dagli albori dell'elettrificazione nella regione,il comune di Brienzwiler ha sviluppato la propriarete di distribuzione.

All'inizio degli anni 80 si è valutata la possibilità diprodurre energia elettrica turbinando l'acqua del-la sorgente che alimenta il comune in acqua pota-bile. Al momento in cui si presentò la necessità disostituire la condotta di adduzione esistente si de-

cise di costruire una piccola centrale. Essa copreattualmente il 40% del fabbisogno di energia elet-trica del comune. Malgrado un costo di produzio-




40

ne di 12 cts/kWh, dopo deduzione dei vari contri-buti e del prestito LIM senza interesse, la micro-centrale è redditizia visto che l'elettricità, che altri-menti dovrebbe essere acquistata all'azienda lo-cale di distribuzione, costa 16 cts/kWh.

Dati generali:

– acqua utilizzata: sorgente di Farnigraben a 1010m di altitudine;

– anno di costruzione: 1989;– altezza netta di caduta: 250 m;– portata: 70 l/s;– tipo di turbina: Pelton a un getto e ad asse oriz-

zontale;– potenza elettrica del generatore: 130 kW;– regime di esercizio: in parallelo;– utilizzazione dell'energia: da utenti comunali;

– produzione annua: 750'000 kWh;– investimenti per la realizzazione: 1.2 Mio

(prezzo 1989).

Figura 4.6 - Turbina Pelton e generatore asincrono nel locale di servizio dell'acquedotto comunale.

Figura 4.7 - Condotta forzata in acciaio istallata in superficie su un terreno piuttosto sconnesso.

4.4 Turbinaggio delle acque usate nel comune di Leysin (VD)

La stazione turistica di Leysin gestisce un proprioimpianto di depurazione delle acque (STEP) po-sto a valle del villaggio ad un'altitudine di 1200metri. Originariamente le acque depurate veniva-no incanalate verso un torrente lungo un fiancodella valle della Grande Eau, per un dislivello dica. 600 m. Questo potenziale importante, mai uti-lizzato, venne scoperto da un certo signor RogerGalé che realizzò una microcentrale nel 1989. Aquanto sembra questo è il solo impianto in Sviz-zera che produce energia elettrica utilizzando l'ac-qua trattata in una stazione di depurazione.

Dati generali:– acque utilizzate: acque trattate nell'impianto di

depurazione comunale di Leysin;– anno di costruzione: 1989;– altezza netta della caduta: 510 m;– portata: 52 l/s;– tipo di turbina: Pelton ad asse verticale;– potenza elettrica del generatore: 210 kW;– regime di esercizio: in parallelo;– utilizzazione dell'energia: vendita all'azienda di

distribuzione locale;

– produzione annua: 1'500'000 kWh;– investimento: Fr. 600'000.– (prezzo 1989 senzacontare i lavori effettuati dal proprietario).




41

In un processo industriale occorre spesso espan-dere un liquido da un livello di pressione alto aduno inferiore. Questa operazione avviene normal-mente attraverso una valvola di espansione cheassume così il ruolo di dissipatore di energia. So-stituendo, là dove è possibile, questa valvola conuna turbina, è possibile recuperare parte dell'e-nergia dissipata durante l'espansione.

Malgrado le potenziali applicazioni siano numero-se, questo sistema è pressochè sconosciuto nel no-stro paese.

I seguenti esempi mostrano quali potrebbero es-sere i processi industriali in cui è possibile un re-cupero di energia attraverso l'inserimento di unaturbina.

Industria chimica e petrochimica

– Lavaggio di gas (processo umido).– Fabbricazione di ammoniaca a partire dall'azo-

to. Generalmente il processo necessita di unapressione superiore a 200 bar. L'ammoniaca hauna grande importanza nella produzione di con-cimi, di acido nitrico, di resine sintetiche, ecc.

– Raffinazione del petrolio.

4.5 Turbine di recupero nell'industria

Figura 4.8 a) - Centrale con trasformatore. Figura 4.8 b) - Turbina con generatore.




42

Osmosi inversa

La separazione dei sali dissolti in un liquido puòvenire realizzata attraverso il processo di osmosiinversa. Un'applicazione tipica è la desalinazione

dell'acqua di mare.

Il liquido che deve essere trattato viene compres-so a ca. 60 bar attraveso una membrana che ritie-ne i sali. I residui concentrati, in forma liquida, pos-sono essere espansi attraverso una turbina fino al-la pressione ambiente. L'energia così recuperatapuò alimentare direttamente la pompa di circola-zione e ridurre di circa un terzo il consumo di ener-gia.

Circuiti di lubrificazione

La differenza di pressione fra due circuiti di lubri-ficazione ad alta e bassa pressione può anche es-sere utilizzata per far funzionare una turbina.

Circuiti idraulici di raffreddamento

Nei casi in cui l'acqua di raffreddamento non si tro-va allo stesso livello dell'impianto che deve esse-re raffreddato, è possibile recuperare parzialmen-te l'energia necessaria per il funzionamento dellapompa di circolazione. Questa tecnica è utilizzatafra l'altro nei sistemi di refrigerazione delle piat-taforme di foraggio e nelle miniere a grandeprofondità (1500 a 3000 metri).

Figura 4.10 - Recupero di energia nell'industria chimica: pompa inversa in un'istallazione di sintesi sperimenta- le ad alta pressione.

Figura 4.9 - Schema del processo di osmosi inversa con

recupero di energia.

Membrana Soluzionefiltrata(p.es.acquapura)

P = pompaE = motore elettricoT = turbina

Soluzione concentrata

Soluzione salina(p.es. acqua di mare)



Redditività delle piccole centrali idrauliche

43

5. Redditivitàdelle piccole centrali idrauliche

5.1 Situazione attuale 45

5.2 Nuove costruzioni o ammodernamenti 45

5.3 Costo di produzione dell'energia elettrica ottenuta da una piccola centrale 46

5.4 Prezzo di vendita e acquisto dell'elettricità 47

5.5 Valutazione della redditività 48




45

5. Redditivitàdelle piccole centrali idrauliche

5.1 Situazione attuale

Il crescente interesse da parte della popolazione edegli ambienti politici per le fonti rinnovabili dienergia, in particolare a seguito dei dibattiti pro-posti dai massmedia sul problema energetico, nonha purtroppo avuto un riscontro sullo sviluppo del-le microcentrali idroelettriche in Svizzera.

La scarsa attività nella costruzione e nel rinnova-

mento di piccoli impianti non è dovuta unicamen-te all'importante investimento necessario, ma an-che alla politica tariffaria praticata dalle aziende di-stributrici di elettricità. In effetti il prezzo pagato perl'acquisto dell'energia prodotta e immessa nellarete, sovente non permette di coprire gli oneri fi-nanziari (interessi e ammortamenti) legate all'in-vestimento e ai costi di esercizio.

L'esempio di Paesi vicini o di certe regioni Svizze-re mostra che migliori condizioni di ripresa dell'e-lettricità prodotta favoriscono indubbiamente larealizzazione di piccole centrali.

5.2 Nuove costruzionio ammodernamenti

Per nuove costruzioni bisogna intendere la sosti-tuzione completa di un impianto esistente, spessolegata ad un aumento della potenza, o la valoriz-zazione di un potanziale idraulico ancora inutiliz-zato.

L'ammodernamento concerne invece la sostitu-zione di una parte dell'istallazione, generatore equadro di comando, turbina, valvole, così come il

rifacimento delle opere idriche necessarie (sbar-ramento, condotta forzata, locale macchine).

La decisione per una nuova costruzione o un am-modernamento è determinata da considerazionieconomiche. Una nuova costruzione permette unamaggiore produzione di energia; ma con investi-menti più elevati.

Un'ammodernamento per contro, non permetteun sensibile aumento della produzione, che di-venta però più interessante grazie ad un migliorerapporto produzione/investimento.

È utile a questo punto ricordare che comunque l'ar-resto di una centrale non significa l'esonero dalle




46

tasse di concessione e la rinuncia alla manuten-zione delle opere idrauliche, legata anch'essa evi-dentemente ad oneri finanziari. Ciò che può rap-presentare facilmente alcune decine di migliaia difranchi, anche per una piccola centrale.

Se una concessione viene definitivamente abban-donata, lo stato originale delle acque deve essereristabilito; il che può anche comportare un investi-mento paragonabile a quello di un ammoderna-mento.

Queste considerazioni sono determinanti al mo-mento in cui bisogna decidere se conviene o me-no la ricostruzione, l'ammodernamento o l'ab-bandono di un impianto.

5.3 Costo di produzionedell'energia elettricaottenuta da una piccolacentrale

Il costo di costruzione e di esercizio di una picco-la centrale, espresso in centesimi per chilowatto-ra (prezzo di produzione), può servire quale riferi-mento per stimare la redditività del progetto.

I seguenti valori indicativi possono essere utiliz-zati per una prima valutazione. Sono dati espres-

si in funzione dell'importanza dei lavori eseguiti(ammodernamento, nuova costruzione).

Tabella 5.1 - Valori indicativi del costo di produzione dell'energia elettrica prodotta dopo ammodernamento o nuova costruzione di una piccola centrale idraulica (base: prezzo 1992).

Lavori effettuati

Sostituzione della parte elettrica (generatore e quadro di comando)+ eventualmente revisione della turbina. Le opere idrauliche sonoin uno stato soddisfacente.

Sostituzione del gruppo turbo - generatore in una centrale esistente.Le opere idrauliche sono in uno stato soddisfacente.

Istallazione di una turbina in una rete di approvvigionamentoin acqua potabile o di evacuazione di acque usate, compresoil generatore,il quadro di comando e eventuali partecipazioniai costi della condotta forzata.

Nuovo gruppo turbo - generatore e parziale rinnovamentodelle opere idrauliche.

Nuova costruzione su un corso d'acqua o un canale di derivazione.

1.

Costo di produzione

4 - 8 cts/kWh

8 - 12 cts/kWh

8 - 12 cts/kWh

12 - 16 cts/kWh

12 - 16 cts/kWho piùz

2.a)

2.b)

3.

4.




47

5.4 Prezzo di venditae acquisto dell'elettricità

Con il decreto federale per un'utilizzazione parsi-

moniosa e razionale dell'energia (decreto sull'e-nergia), la legislazione federale definisce i princi-pi da applicare per il calcolo del prezzo dell'elettri-cità immessa nella rete di distribuzione da unità diproduzione decentralizzate, per cui anche dalle pic-cole centrali idrauliche.

Secondo l'articolo 7 del decreto, il prezzo pagatoper questa energia, prodotta da fonti rinnovabili,dovrebbe corrispondere al prezzo di produzionedella stessa energia da parte di una nuova centra-le costruita nello stesso anno in Svizzera.

Per le microcentrali che sono raccordate alla rete

a bassa tensione (400 V) in modo parallelo ai con-sumatori, questo significa che il prezzo di acquistodell'energia potrebbe essere praticamente identi-co al prezzo di vendita, se si tiene conto degli one-ri di trasporto della corrente sulle linee media e al-ta tensione dalle grandi centrali.

Figura 5.2 - Evoluzione del prezzo dell'elettricità fra un luogo di produzione e il consumatore, con indicazione del punto di raccordo di una piccola centrale che alimenta la rete a bassa tensione.

14 ct/kWh

78%

10 ct/kWh

56%

100%

1) Il prezzo dell'elettricità all'utente può essere più bas-so, in quanto la rete riceve anche elettricità da vec-chie centrali, ciò che riduce il prezzo medio.

Nuova centrale idroelettricadi grande potenza

Trasformatore

Trasformatore

B A S S A

T E N

S I O N E

A L T

A T E N

S I O N E

T r a s p o r t o

D i s t r i b

u z i o n e

PREZZO DELL'ELETTRICITÀ

Piccola centraleidroelettrica

Utente18 ct/kWh1)

MEDIA TENSIONE




48

L'Ordinanza di applicazione del 1° marzo 1992 re-datta sulla base del decreto federale sull'energiadel 1° maggio 1991, non impone un valore mini-mo di retribuzione per questa energia, ma preve-de delle raccomandazioni per le tariffe e il loro cal-

colo. L'autonomia tariffaria delle aziende elettricheè comunque garantita.

In Svizzera il prezzo medio per l'acquisto dell'e-nergia immessa nella rete dagli autoproduttori va-ria a seconda delle regioni e delle Aziende di di-stribuzione da 5.5 a 12.5 cts/kWh.

La tabella 5.3 mostra un confronto fra i prezzi me-di di vendita ai consumatori e di acquisto agli au-toproduttori, in differenti cantoni.

Le tariffe di acquisto applicate dalle aziende elet-

triche per le piccole centrali nel 1992 non corri-spondevano generalmente alle raccomandazionidel decreto federale sull'energia.

Le aziende giustificano questa differenza ricor-dando che le piccole centrali non hanno una pro-duzione costante, in particolare essa fluttua a se-conda delle stagioni.

L'azienda deve dunque completare l'approvvigio-namento di una determinata regione attraverso ipropri impianti oppure ricorrendo ad acquistiesterni. Ciò significa dunque la messa a disposi-zione dei consumatori della potenza e delle linee

di trasporto necessari per far fronte ai propri im-pegni di fornitore.

Le economie realizzate dalle aziende elettriche lo-cali attraverso la vendita dell'elettricità prodottadalle microcentrali, non possono quindi esseresemplicemente paragonate con il costo di produ-zione di una grossa centrale.

5.5 Valutazione

della redditività

Il confronto fra il costo di produzione dell'elettri-cità e le tariffe di acquisto e di vendita, in una da-ta regione, permette di valutare rapidamente lepossibilità del successo finanziario di un progettodi microcentrale.

Quando la produzione della piccola centrale co-pre solo in parte i bisogni in energia del proprie-tario ed è assorbita integralmente da quest'ultimo,senza rivendita di eccedenze, il prezzo di acquistodella corrente fornita dalla rete servirà quale base

di calcolo per una valutazione della redditività delprogetto (p.es.: microcentrale di una industria conun grande fabbisogno di elettricità).

Cantone Prezzo di vendita(cts/kWh)

20.2

19.1

14.714.614.5

17.5

12.0

14.9*

Basilea-Campagna

Berna, Jura

VaudFriborgoGinevra

Neuchâtel

Vallese

Ticino

12.5

9 (5.5)

87.68.4

7.1

6.4

da concordarecon le aziende

Prezzo di acquisto(cts/kWh)

Tabella 5.3 - Elettricità - Prezzo medio di vendita ai consumatori e di acquisto agli autoproduttori.

* Valore medio fra alta tariffa estate e inverno




49

Per contro se tutta l'energia prodotta dalla centra-le è immessa nella rete di distribuzione, bisognaconsiderare la tariffa di acquisto in vigore pressol'azienda (p.es. turbina in una condotta di addu-zione discosta da una località).

Un confronto dei costi di produzione riportati nel-la tabella 5.1 con le tariffe di acquisto della tabel-la 5.3 mostra che, in questi casi, conviene effet-tuare degli ammodernamenti senza rifacimentodelle opere idrauliche oppure istallare delle turbi-ne nelle reti di approvvigionamento o scarico del-l'acqua.

Vi sono alcune eccezioni che meritano di esseresegnalate:– il cantone di Basilea-Campagna ha fissato nella

nuova legge sull'energia il prezzo che le azien-

de devono versare per l'acquisto di elettricitàagli autoproduttori (potenza da 10 a 500 kW). Aseconda dei casi questo prezzo è superiore aquello di vendita al consumatore;

– certe aziende elettriche che non dispongono diimportanti unità proprie di produzione acqui-stano praticamente tutta l'energia ad un grandedistributore, ciò ad un prezzo relativamente ele-vato. Queste aziende hanno un evidente inte-resse a favorire una produzione locale e acqui-stano l'elettricità degli autoproduttori ad unprezzo interessante. A titolo di esempio le azien-de municipalizzate di Winterthur acquistano lacorrente elettrica delle piccole centrali ad unprezzo equivalente al 75% del prezzo di vendita;

– alcune aziende elettriche pagano un prezzo equi-valente a quello di vendita, per l'energia pro-dotta da impianti di piccola potenza (da 3 a 10kW). Il conteggio viene effettuato semplice-mente con un contatore che gira nei due sensi.

Riassumendo appare chiaro che l'avvenire dellepiccole centrali è strettamente dipendente dall'e-voluzione dei prezzi praticati dalle aziende distri-butrici, per l'acquisto dell'energia immessa nellarete. Fintanto che queste aziende non offrirannoun contributo che copra almeno i costi di produ-

zione, non bisogna attendersi un incremento si-gnificativo del numero di piccole centrali.

Per maggiori dettagli concernenti la valutazionedella redditività di una microcentrale si rimanda illettore agli annessi B e C.



Promozione e finanziamento delle piccole centrali

51

6. Promozione e finanziamentodelle piccole centrali

6.1 Misure di promozione della Confederazione e dei cantoni 536.1.1 A livello federale 536.1.2 A livello cantonale 55

6.2 Finanziamento 556.2.1 Aiuti al finanziamento 556.2.2 Partecipazioni 56




53

6. Promozione e finanziamentodelle piccole centrali

Quando la realizzazione di una piccola centrale èal limite della redditività economica, è possibileche il proprietario, di fronte al rischio legato al-l'importante investimento, rinunci al progetto.

In alcuni casi, la Confederazione e/o i cantoni pos-sono sostenere finanziariamente il progetto. Vi so-no pure associazioni e organizzazioni che contri-buiscono concretamente, senza scopo di lucro, al-lo sviluppo delle energie rinnovabili. Non bisognain ogni caso sopravvalutare le possibilità di aiuti esovvenzioni.

6.1 Misure di promozionedella Confederazionee dei cantoni

6.1.1 A livello federale

Nell'ambito dell'Ordinanza di applicazione del de-creto federale sull'energia la Confederazione ha

previsto diverse misure di sostegno anche per lepiccole centrali idrauliche.

Articolo 22 dell'Ordinanza: «Impianti pilota e di di-mostrazione»

La Confederazione può sostenere gli impianti pilota e di dimostrazione* nell'ambito energetico,per quanto:

a) favoriscano l'impiego parsimonioso e razionale dell'energia o lo sfruttamento di energie rinnovabili;

b) le possibilità di applicazione e le probabilità di successo del progetto siano sufficientemente grandi;

c) il progetto corrisponda alla politica energetica della Confederazione; e

d) i risultati ottenuti siano accessibili al pubblico e resi noti alle cerchie interessate.

* per impianto pilota e di dimostrazione si inten-de un'istallazione utile per la sperimentazione tec-nica e commerciale.

Articolo 23 dell'Ordinanza: «Promozione dell'uti-lizzazione del calore perduto e delle energie rin-novabili»

1. La Confederazione può fornire un sostegno tecnico o economico a misure importanti volte a fa-




54

vorire l'utilizzazione di calore residuo e di energie rinnovabili, per quanto queste misure:

a) siano eseguite nell'ambito di un programma promozionale della Confederazione (p.es. PA- CER, Energia 2000); o

b) rivestano un'importanza perlomeno locale dal punto di vista dell'economia di energia; o

c) siano importanti per l' introduzione di una tecnologia.

2. Il sostegno è accordato soltanto se una misura:

a) corrisponde alla politica energetica della Con- federazione;

b) riduce l'inquinamento dell'aria dovuto all'utilizzazione di energia o l'immissione nell'atmosfe- ra di anidride carbonica, o favorisce l'impiego razionale dell'energia;

c) non pregiudica sensibilmente le funzioni dei corsi d'acqua eventualmente utilizzati; e

d) non è redditizia senza sostegno.

Nei due casi l'aiuto finanziario della Confedera-zione non supera in principio il 50% dei costi nonammortizzabili, intesi come costi supplementari ri-spetto a quelli relativi alla realizzazione di impian-ti tradizionali.

Nel caso delle piccole centrali l'aiuto federale di-retto rappresenta dunque meno della metà del di-savanzo annuo (differenze fra spese e ricavi cu-

mulati nel periodo di durata dell'ammortamento).

Considerando comunque che questo aiuto non èsufficiente affinchè l'impianto diventi redditizio, dasolo non può provocare una decisione positiva infavore della sua realizzazione. Occorrerà dunquecercare altre sovvenzioni.

Decreto federale sull'energia, art 7, condizioni diraccordo

1. Gli enti pubblici di erogazione di energia hanno l'obbligo di accettare in una forma appropriata per la rete l'energia offerta regolarmente dai produttori in proprio.

2. Il pagamento viene effettuato in funzione del prezzo applicabile alla fornitura di energia equivalente da parte delle reti regionali di trasporto.

3. Trattandosi di fornitura di energia elettrica, ottenuta con energie rinnovabili, bisogna accettare anche l'energia non prodotta regolarmente. In tal caso, il pagamento è effettuato in funzione del prezzo di acquisto di energia equivalente in provenien- za da nuovi impianti nazionali di produzione.

4. Le imprese forniscono l'energia al prezzo che ri- chiedono dai consumatori che non sono produttori in proprio.




55

5. I Cantoni designano l'autorità incaricata di fissare le condizioni di raccordo per produttori in proprio, in caso di litigio.

6.1.2 A livello cantonale

Gli aiuti destinati alla realizzazione di microcentralivaria in maniera considerevole fra i diversi canto-ni. Circa la metà di essi non offre alcuna possibi-lità di sovvenzione.

Il cantone di Berna viene spesso citato quale esem-pio in questo ambito, è però opportuno sottoli-neare che anche altri cantoni – che meriterebberodi essere menzionati – prevedono la possibilità disostenere finanziariamente la costruzione di pic-cole centrali.

Nel 1987 il cantone di Berna ha emanato un de-creto sui contributi previsti a favore dell'approvvi-gionamento energetico. Si tratta di aiuti a proget-ti non ammortizzabili, relativi ad impianti di po-tenza inferiore a 300 kW; vengono attribuiti se-condo criteri simili a quelli del decreto federale sul-l'energia.

Il sostegno consiste in sussidi, crediti senza inte-ressi e contributi alla riduzione degli oneri di eser-cizio per una durata limitata. Si calcola che sul glo-bale degli investimenti destinati agli impianti diproduzione dal 20 al 40% di essi beneficiano di que-

ste forme di sovvenzione.

Berna ha pure abolito la tassa di concessione perle centrali idrauliche la cui potenza non supera i 300kW. L'incidenza di questa tassa sul costo di produ-zione dell'energia equivale a circa 1.5 cts/kWh, ciòche rappresenta una parte non trascurabile nel bi-lancio economico della microcentrale.

6.2 Finanziamento

Le piccole centrali sono sovente al limite della red-ditività. Il loro finanziamento unicamente attra-verso crediti bancari spesso non è sufficiente perpermetterne la realizzazione.

Parallelamente a quelle previste dalla Confedera-zione e dai cantoni esistono però altre possibilitàdi sostegno (vedi indirizzi al capitolo 8).

6.2.1 Aiuti al finanziamento

a) Alcune banche (come per esempio la banca can-tonale di Zurigo) prevedono dei tassi di interes-

se ridotti per il finanziamento dei progetti chepresentano un particolare interesse dal punto divista ecologico.




56

b) Le banche cosiddette «alternative» concedonoprestiti a tassi di interesse ridotto per progettiecologici o che presentano un interesse gene-rale (Banca alternativa svizzera, BAS, a Olten,banca associativa libera, BCL, a Dornach).

c) I mulini che producono farina utilizzata per lafabbricazione del pane possono ricevere un aiu-to dall'Amministrazione federale dei cereali, perprogetti di ammodernamento o sotituzione diturbine. L'aiuto viene attribuito unicamente sevi è un interesse dal punto di vista dell'econo-mia di guerra (sicurezza di approvvigionamen-to in periodi di crisi). Una condizione vincolan-te è che il mulino possa lavorare anche in modoisolato dalla rete di distribuzione dell'energiaelettrica.

d) Comuni e proprietari privati situati nelle Regio-ni di montagna possono beneficiare degli aiutiLIM (Legge per gli investimenti nelle regioni dimontagna), che consistono in prestiti senza in-teressi o a interessi ridotti fino ad una sommapari al 25% dell'investimento. Per la richiesta cisi dovrà rivolgere agli uffici regionali competentio alla Sezione per il promovimento economico(Ufficio regioni di montagna). Solo i progetti chepresentano una garanzia di redditività a lungotermine possono ricevere questo tipo di aiuto.

e) I vecchi impianti presentano talvolta anche uninteresse storico. La salvaguardia di queste te-

stimonianze dell'epoca preindustriale, sull'uti-lizzazione della forza idraulica, può essere fi-nanziata dagli uffici cantonali per i monumentistorici. Una moderna turbina viene spesso istal-lata in parallelo alla vecchia che funzionerà uni-camente a titolo dimostrativo.

6.2.2 Partecipazioni

a) Diverse associazioni e cooperative si sono fis-sate per obiettivo la promozione concreta del-l'utilizzazione delle energie rinnovabili. La loroattività consiste dunque, fra l'altro, nella co-struzione e l'esercizio di impianti come le pic-cole centrali idrauliche. Queste associazioni co-struiscono e ammodernano le centrali con mez-zi finanziari propri (prestiti o contributi dei loromembri) oppure acquistano delle partecipazio-ni a impianti privati (costituzione di società perla costruzione e l'esercizio).L'attività disinteressata delle associazioni per-mette la messa in servizio di centrali assoluta-mente rispettose dell'ambiente. Iniziative similimeritano di essere segnalate perchè, nell'ambi-to della politica energetica attuale, il fatto di as-sociare una parte della popolazione alla crea-

zione di queste centrali modifica positivamentela relazione esistente fra il distributore di ener-gia e il consumatore.




57

È utile citare alcune delle associazioni che ope-rano secondo questi obiettivi: Energie Plus! aLangnau (BE), l'Associazione per lo sviluppodelle energie rinnovabili, ADER, a Lully (VD), laComunità di lavoro per l'approvvigionamneto

energetico decentralizzato, ADEV, a Liestal, Ber-na e Biberstein.

b) Certe aziende distributrici di elettricità hannouna partecipazione nelle piccole centrali, peresempio a livello comunale. L'azienda elettricapuò assicurare la manutenzione delle istallazio-ni tecniche attraverso il suo personale specia-lizzato, ciò che rappresenta una garanzia per ilpartner che difficilmente può disporre di perso-nale così qualificato.Un esempio di questo tipo è rappresentato dalcomune di Grandvillard (proprietario al 70%),

che con le «Entreprises Electriques friburgeoi-ses» ha costruito e gestisce una piccola centra-le nella condotta di adduzione dell'acqua pota-bile.



Metodo per la pianificazione e la realizzazione di microcentrali

59

7. Metodo per la pianificazionee la realizzazione di microcentrali

7.1 Sviluppo del progetto 61

7.2 Procedura amministrativa per l'ottenimento o il rinnovamento 63di una concessione

7.3 Esigenze tecniche e servizi competenti 647.3.1 Produzione di elettricità 647.3.2 Turbine inserite nella rete di distribuzione dell'acqua potabile 65

7.3.3 Turbine inserite nella rete di evacuazione delle acque usate 67

7.4 Differenze cantonali e regionali 68



61


7. Metodo per la pianificazionee la realizzazione di microcentrali

7.1 Sviluppo del progetto

Le microcentrali, salvo rare eccezioni, non posso-no essere studiate e realizzate senza ricorrere a in-gegneri specializzati.

Nel caso di piccole istallazioni autonome, la cui po-tenza non supera qualche chilowatt e che servonounicamente per alimentare impianti di illumina-zione, di comando per valvole, per la ricarica di

batterie o per la disinfezione, situati per lo più incondotte di adduzione esistenti oppure posti lun-go torrenti, per l'alimentazione di capanne o ca-scine, la progettazione da parte di uno studio di in-gegneria risulta sovente troppo onerosa in rap-porto all'investimento. In questi casi il cliente cer-ca una collaborazione diretta con il fornitore dellemacchine.

In tutti gli altri casi si raccomanda di rivolgersi adun ingegnere che possiede una solida esperienzanella realizzazione di piccole centrali.

Lo studio di un progetto si effettua in diverse tap-

pe (vedi schema 7.2, pagina seguente). Per il pro-prietario la tappa iniziale, dall'idea fino al manda-to ad uno studio di ingegneria, è essenziale: in ef-fetti deve intraprendere lui stesso i passi necessa-ri per informarsi e raccogliere un certo numero didati utili al progetto.

Attraverso una metodica di lavoro chiara è possi-bile evitare perdite di tempo e di denaro.

Figura 7.1 - Microturbina di 250 W installata da un privato nei pressi di Losanna e che viene utilizzata per la ricarica di batterie.



L'esecuzione abituale di un progetto può essererappresentata nel modo seguente (vedi tabella7.3).

In generale bisogna contare da uno a tre anni per

la pianificazione e la costruzione di una micro-centrale fino alla messa in servizio. Per una listapiù dettagliata sullo svolgimento del progetto ve-dere l'allegato D.


62

TAPPE

1. Raccolta dei dati(topografia, misura delleportate, consumo e valoriz-zazione dell'energia).

Dimensionamento correttodell'impianto.

Scelta della variantemigliore.Decisione sul proseguio delprogetto.

Domandadi concessione.

Pubblicazione

e autorizzazioni.

Concorso, delibere edesecuzione dei lavori.

2. Prestudio

di varianti dal profilo tecnicoed economico compresieffetti sull'ambiente emisure compensatorie.

3. Avanprogetto o pro-getto di concessioneStudio del progetto e prepa-razione del dossier diconcessione.

4. Progetto definitivoProgetto generale di costru-zione. Stabilire i costie il preventivo generale.Dossier per l'ottenimento

della licenza di costruzione.

5. Progetto esecutivoProgetto dettagliato.Documenti per offerte.Piani esecutivi.

6. Messa in servizioProva e controllo delle pre-stazioni.Istruzione del personale.Documenti per la manuten-zione e l'esercizio.

OBIETTIVO

Tabella 7.3 - Svolgimento di un progetto di microcen-

trale.

Figura 7.2 - Prima fase di un progetto, dall'idea allo studio.

Idea

Abbandono dell'idea

Ricorso ad uno

specialista inmicrocentrali

Esame preliminare

sopralluogo e discussione,preavviso dello specialista

Incontro con le autoritàinteressate

(servizio concessioni idriche,ufficio caccia e pesca, ufficioprotezione della natura e delpaesaggio, sezione protezionearia e acqua, municipi).

– Presentazione del pre-pro-getto

– Condizioni quadro impostedalla legislazione, preavvisidei servizi competenti, op-posizioni.

Abbandono dell'idea

– Ottenimento del mandato perlo studio e la progettazione

– Inizio del lavoro secondotabella 7.3

Il progettoè fattibile?

Il progetto ègiuridicamente e

legalmente

possibile?

no

sì

no

sì

Consegnare al proprietarioun impianto funzionantesecondo il quaderno deicompiti.




63

7.2 Procedura amministrativaper l'ottenimentoo il rinnovamento

di una concessioneL'ottenimento di una concessione per l'utilizzazio-ne di un corso d'acqua comporta una proceduraamministrativa che, a seconda del caso, può ri-sultare relativamente lunga. Oltre all'autorità re-sponsabile (generalmente il Cantone, a volte il Co-mune o il distretto) questa procedura può purecoinvolgere altri servizi cantonali e federali.

La domanda (da parte di persone fisiche, morali odi società) deve essere indirizzata all'autorità com-petente attraverso un apposito formulario, ac-compagnato dai piani, dalla relazione tecnica e se

del caso, da altri documenti. I piani non devono es-sere una rappresentazione dettagliata della co-struzione, ma piuttosto una descrizione di massi-ma con le quote più significative e i vari profili.

Di regola l'incarto comprende pure uno studio sul-l'impatto ambientale previsto, così come le misu-re di protezione proposte dal progettista o richie-ste dall'autorità.

Nella maggior parte dei cantoni il Dipartimento deilavori pubblici (Servizio delle acque) è responsa-bile (dipartimento pilota) per la procedura di rila-scio della concessione. Nel caso del cantone Tici-no il Dipartimento dell'economia e delle finanze -Sezione per il promovimento economico è l'auto-rità competente. La domanda passa inoltre attra-verso differenti servizi cantonali per le relative au-torizzazioni di competenza, come quelle inerenti lapesca, il disboscamento, gli interventi sugli arginie i lavori fuori dalle zone edificabili.

La domanda di concessione deve essere pubbli-cata. Vi possono essere opposizioni di carattereprivato o pubblico che spesso vengono superatein corso di procedura, attraverso modifiche delprogetto negoziate fra le parti interessate. Nei ca-

si in cui non è possibile trovare un accordo, l'au-torità competente per il rilascio della concessionepuò decidere. Questa decisione è soggetta a ri-corso se degli interessi pubblici vengono lesi. Iconflitti di interesse privato sono di competenzadei tribunali ordinari.

La concessione per l'utilizzazione della forza idri-ca contiene:– l'ammontare della forza idrica attribuita (cadu-

ta, portata, potenza teorica);– iI valore di deflusso residuo (dotazione);– gli obblighi verso i pescatori (p.es. scale per pe-

sci), la protezione della natura e del paesaggio;– gli obblighi concernenti la manutenzione e l'e-sercizio dell'opera;




64

– le disposizioni sul volume d'acqua ritenuto amonte;

– l'ammontare della tassa di concessione (dirittid'acqua);

– gli obblighi verso terzi (p.es. forniture obbliga-torie di acqua o di energia);– la durata della concessione;– i tempi limite per la realizzazione del progetto;– le condizioni di riscatto della concessione.

Nel caso di trasformazione di impianti esistenti, èrichiesto un rinnovo della concessione se le con-dizioni di utilizzo dell'acqua vengono modificate(p.es. aumento della potenza idraulica attraversouna caduta o una portata maggiore).

Prima del rilascio della concessione l'Ufficio fede-rale per l'economia delle acque deve esaminare ilprogetto, conformemente all'articolo 5, capoverso3, della Legge federale sull'utilizzazione delle for-ze idriche (supervisione della Confederazione).Questo ufficio valuta se l'impianto utilizza in mo-do razionale il potenziale idraulico. Non si espri-me invece sui termini relativi al rilascio della con-cessione.

Anche altri uffici vengono consultati, come quelloper la protezione dell'ambiente, delle foreste e delpaesaggio o quello per la pianificazione del terri-torio.

Alla fine della procedura, ma prima dell'inizio deilavori, è richiesta la pubblicazione dei piani di det-taglio. Se i piani definitivi corrispondono a quelliutilizzati per la domanda di concessione e/o se lapotenza della microcentrale è inferiore a 100 CV(74 kW), la pubblicazione non è necessaria.

7.3 Esigenze tecniche eservizi competenti

7.3.1 Produzione di elettricità

L'allacciamento di una piccola centrale alla rete didistribuzione dell'energia elettrica o a gruppi iso-lati di utilizzatori è condizionato al rispetto di pre-cise normative, elaborate e controllate dall'Ispet-torato federale per gli impianti a corrente for-te (IFICF).

Le prescrizioni tecniche concernono essenzial-mente l'esercizio in parallelo con la rete di distri-buzione, così come la protezione degli impianti edelle persone.

Si tratta in particolare di assicurare che una picco-la centrale possa essere immediatamente decon-nessa dalla rete in caso di interruzione volontaria




65

o no della stessa, in modo da evitare così un ri-torno di tensione accidentale che possa mettere inpericolo la vita di coloro che lavorano alle lineeelettriche.

Il funzionamento di una microcentrale, sia in regi-me isolato che parallelo, è sottoposto ad autoriz-zazione dell'Ispettorato federale. La richiesta deveessere presentata con un apposito formulario, sulquale vengono specificati i dati tecnici dell'im-pianto, accompagnati dagli schemi elettrici e da unrapporto nel quale si specifica, fra l'altro, il tipo diprotezione prevista per la messa fuori servizio au-tomatica del generatore in caso di necessità.

Solo gli impianti la cui potenza è inferiore a 3 kWnon sono sottoposti a questa esigenza. Come tut-te le istallazioni elettriche interne, devono però es-

sere eseguite e controllate da uno specialista (istal-latore elettricista autorizzato).

Una richiesta dovrà pure essere indirizzata al di-stributore locale di elettricità. Questi deve in effet-ti confermare all'IFICF che accorda l'autorizzazio-ne per il funzionamento della piccola centrale inparallelo alla propria rete. Esso dovrà ugualmen-te specificare il sistema di conteggio previsto, letariffe applicate, così come eventuali esigenze tec-niche particolari concernenti le protezioni, la qua-lità della corrente (armoniche, transitori) e l'eser-cizio.

Il proprietario di una piccola centrale è responsa-bile per tutti i danni corporali e materiali che po-tranno essere causati da un cattivo funzionamen-to del suo impianto. Pertanto è tenuto a stipulareun'assicurazione di responsabilità civile; se la cen-trale funziona in parallelo con la rete elettrica, il va-lore di sinistro assicurato è indicato dall'aziendadistributrice.

Conformemente al Decreto federale sull'energia,le aziende elettriche hanno l'obbligo di ritirare l'e-nergia elettrica immessa in rete dagli autoprodut-tori, se le esigenze tecniche sono rispettate.Tale obbligo vale su tutto il territorio nazionale, an-che se certi cantoni non hanno ancora modificatola legislazione e i regolamenti in tal senso. Perquanto concerne le tariffe di acquisto dell'energiaelettrica consultare il capitolo 5.3.

7.3.2 Turbine inserite nella rete didistribuzione dell'acqua potabile

Per le piccole centrali istallate nelle condotte di ac-qua potabile non esistono ancora prescrizioni par-ticolari.

Per contro, la pianificazione, la costruzione e la ma-nutenzione dei serbatoi, delle condotte di addu-zione e di distribuzione di acqua, sono sottoposte




66

alle direttive della Società svizzera dell'industriadel gas e delle acque (SSIGE). I componenti delleistallazioni (tubi, saracinesche, valvole) devono es-sere stati controllati dalla SSIGE, di cui portano lasigla seguente:

Questo significa che, all'eccezione della turbinaper la quale non vi sono direttive, gli elementi del-la microcentrale devono rispettare dette prescri-zioni.

Anche nei casi degli impianti inseriti nelle condot-te di acqua potabile occorre richiedere un'autoriz-zazione all'autorità competente in materia di con-cessioni (cantone, più raramente distretto o co-mune). Questa deve a sua volta informare l'Ufficiofederale per l'economia idrica.

Non si tratta di una concessione nel senso indica-to in precedenza e nemmeno di pagare una tassa:in effetti la turbina sotituisce nella maggior partedei casi un riduttore di pressione o una valvola disfogo che dissipano l'energia dell'acqua; la rete didistribuzione dell'acqua, così come il suo funzio-namento restano immutati. La fornitura di acquaresta l'obiettivo prioritario e l'energia è un pro-dotto ausiliario, visto che la turbina non ha l'unica

funzione di produrre elettricità, come in una cen-trale idraulica convenzionale.

Le autorizzazioni devono essere richieste a due im-portanti istanze:– il servizio cantonale responsabile del con-

trollo delle derrate alimentari (Laboratoriocantonale d'igiene), dunque della qualità del-l'acqua potabile distribuita;

– l'Ufficio cantonale di assicurazione controgli incendi e gli elementi naturali (ECA)competente per assicurare la funzione antin-cendio delle reti di distribuzione di acqua.

Durante l'elaborazione di un progetto di micro-centrale inserita in un a condotta di acqua potabi-le è molto importante tener conto di due principideterminanti:a) La funzione prioritaria dell'acquedotto è

l'approvvigionamento in acqua potabile el'utilizzazione in caso di incendio, non laproduzione di energia.

In caso di guasto alla microcentrale, l'approvvi-gionamento di acqua non deve essere interrot-to. Ciò viene realizzato attraverso una condottaparallela alla turbina (by-pass).

b) La qualità dell'acqua non deve essere al-terata ne minacciata di inquinamento o ri-scaldamento.




68

I seguenti due casi possono essere figurati:

a) La caduta utilizzabile è situata fra l'uscita dellaSTEP e il torrente nel quale è immessa l'acquadepurata. La piccola centrale utilizza dunque ac-qua trattata e priva di materiale solido. Essa èposta in prossimità del punto nel quale la con-dotta si immette nel torrente. Per questa appli-cazione l'utilizzazione di una turbina tradiziona-le non pone particolari problemi.

b) La caduta utilizzabile è situata fra l'uscita dellarete di evacuazione dell'agglomerato e la STEP,posta nel fondovalle.Una turbina convenzionale non può funzionaresenza un trattamento preventivo dell'acqua, va-le a dire prima che quest'acqua entra nella con-dotta forzata. Durante la pianificazione dellaSTEP, questa dovrà essere divisa in due parti di-

stinte: pretrattamento, consistente in desablag-gio e grigliatura all'uscita dalla zona abitata, trat-tamento dei fanghi e dell'acqua dopo la piccolacentrale.Questo concetto è possibile unicamente se l'in-serimento della turbina viene considerato già infase di studio dell'impianto di depurazione. Aparte il pretrattamento a monte, il collettore,usualmente una canalizzazione a flusso libero,dovrà essere realizzato quale condotta sotto-pressione.

7.4 Differenze cantonalie regionali

Le legislazioni e i regolamenti cantonali presenta-no fra loro numerose differenze. Inoltre, come vi-sto, anche le tariffe applicate dalle diverse Azien-de distributrici per la vendita e l'acquisto di ener-gia sono estremamente diverse.

Trattare il problema nel dettaglio significherebbeaumentare a dismisura il volume di questa pub-blicazione. Nell'ambito del programma PACER siè dunque pensato di creare delle schede cantona-

li nelle quali sono raccolte le informazioni e gli in-dirizzi utili a coloro che sono interessati alla piani-ficazione e alla costruzione di una piccola centra-le.

Vedi appendice - Pubblicazioni del programmad'impulso PACER - Energie rinnovabili, pagina 95.

Schema 7.5 b) - Concetto di evacuazione con turbinaggio delle acque usate. Piccola centrale posta a monte della STEP e che turbina acqua pretrattata.

Villaggio

PCI

STEP

Pretrattamento(sgrigliatura +desabblaggio)

C o r s o

d ' a c q

u a



Indirizzi utili

69

8. Indirizzi utili

8.1 Autorità 718.1.1 Uffici federali 718.1.2 Servizi cantonali 71

8.2 Organizzazioni e associazioni 72

8.3 Dati e prescrizioni tecniche 728.3.1 Dati idrologici 72

8.3.2 Elettricità 728.3.3 Istallazioni e condotte 72

8.4 Finanziamento e promozione 738.4.1 Sostegno finanziario ai mulini 738.4.2 Associazioni di sostegno e promozione 738.4.3 Banche 73



Indirizzi utili

71

8. Indirizzi utili

8.1 Autorità

8.1.1 Uffici federali

UFEEUfficio federale per l'economia delle acque

Effingerstrasse 77, Casella postale3001 Berna

UFAFPUfficio federale dell'ambiente, delle foreste edel paesaggioHallwylstrasse 43003 Berna

UFEUfficio federale dell'energiaBelpstrasse 533003 Berna

UFPCUfficio federale dei problemi congiunturaliBelpstrasse 533003 Berna

8.1.2 Servizi cantonali

La lista dei servizi cantonali competenti per le que-stioni relative alle piccole centrali figura nelle sche-de informative cantonali, citate al capitolo 7.4.

Vedi appendice - Pubblicazioni del programmad'impulso PACER - Energie rinnovabili, pagina 95.

* Sorveglianza sull'utilizzazione delle forze

idriche* Statistiche

* Questioni concernenti la protezione delle acque,i deflussi minimi, la pesca, le foreste e il pae-saggio

* Responsabile del programma DIANE (program-ma d'azione per l'applicazione di nuove tecni-che energetiche). Progetto 10: piccole centraliidrauliche

* Sovvenzione delle istallazioni

* Responsabile del programma d'impulsoenergie rinnovabili (PACER)



Indirizzi utili

72

8.2 Organizzazioni e Associa

ADURAssociation des usiniers romandsc/o Roger Galé

Pont de la Tine1863 Le Sépey

INFOENERGIAc/o Dipartimento del Territorio6500 Bellinzona

UCSUnione delle centrali svizzere di elettricitàCasella postale 61408023 Zurigo

8.3 Dati e prescrizionitecniche

8.3.1 Dati idrologici

SIGNServizio idrologico e geologico nazionaleHallwylstrasse 43003 Berna

8.3.2 Elettricità

IFICFIspettorato federale per gli impanti a corrente forteChemin de Mornex 31003 Losanna

8.3.3 Istallazioni e condotte

ASCPAssociazione svizzera per il controllo degli

impianti sottopressioneCasella postale 358030 Zurigo

ASPEEAssociazione svizzera dei professionisti per ladepurazione delle acqueCasella postale 607 - 8027 Zurigo

SSIGSocietà svizzera dell'industria del gas e delle acque

Casella postale 658 - 8027 Zurigo

* Sezione romanda dell'ISKB, l'Associazione sviz-zera dei proprietari di piccole centrali idrauliche

* Centro di informazione sulle questioni energe-tiche, in particolare per quanto concerne le ener-gie rinnovabili

* Associazione che raggruppa le aziende elettri-che svizzere

* Lista delle aziende elettriche

* Condizioni tariffarie generali

* Dispone dei dati idrologici relativi a tutto il ter-ritorio nazionale e li pubblica nell'«Annuarioidrologico svizzero»

* Prescrizioni, approvazione e controllo delle istal-lazioni elettriche delle piccole centrali idro-elettriche

* Direttive per il calcolo e la costruzione di im-

pianti industriali sottopressione* Organo di controllo di queste istallazioni

* Direttive concernenti la costruzione e l'eserciziodelle reti e degli impianti di depurazione delleacque usate

* Direttive concernenti la costruzione e l'esercizio

delle reti di adduzione e di distribuzione del-l'acqua potabile

8.2 Organizzazioni e Associazioni



Indirizzi utili

73

8.4 Finanziamento e promo

8.4.1 Sostegno finanziario ai mulini

AFB

Amministrazione federale dei cerealiHallwylstrasse 153003 Berna

8.4.2 Associazioni di sostegno epromozione

ADERAssociazione per lo sviluppo delle energierinnovabili1132 Lully

ADEVComunità di lavoro per l'approvvigionamentoenergetico decentralizzatoCasella postale4410 Liestal (uffici anche a Berna e Biberstein)

Energie Plus!Associazione per la promozione delle energierinnovabiliCasella postale 7423550 Langnau (BE)

8.4.3 Banche

BAS/ABSBanca alternativa svizzeraLeberngasse 174600 Olten

BCLBanca associativa libera

Oberer Zielweg 604143 Dornach

* Sussidi e prestiti senza interessi ai mulini chefabbricano farina panificabile

* Promozione / finanziamento / sviluppo delleenergie rinnovabili

* Partecipazione / finanziamento delle piccolecentrali

* Partecipazione / finanziamento delle piccolecentrali

* Prestiti a tasso ridotto per progetti che presen-

tano un interesse ecologico

8.4 Finanziamento e promozione



Glossario

75

9. Glossario

Centrale idraulica a filo d'acqua: centrale che turbina un flusso istantaneo disponibile, senza accu-mulazione.

Centrale idraulica ad alta pressione(o a grande caduta): centrale idraulica la cui altezza di caduta è superiore a 100 m.

Centrale idraulica a media pressione(o media caduta): centrale la cui altezza di caduta è compresa fra 20 e 100 m.

Centrale idraulica a bassa pressione(o bassa caduta): centrale la cui altezza di caduta è inferiore a 20 m.

Curva dei deflussi classati: ripartizione annuale dei deflussi secondo la loro frequenza.

Deflusso disponibile: deflusso disponobile naturalmente in un corso di acqua, o artifi-cialmente in una rete di distribuzione di acqua o in un altro tipo disistema di trasporto e distribuzione di un liquido.

Deflusso nominale (Qa in l/s): deflusso massimo utilizzabile per la piccola centrale idraulica.

Deflusso residuo: deflusso rimanente a valle di una presa d'acqua.

Deflusso di dotazione: deflusso prelevato sul quantitativo di acqua derivato e rimesso neltorrente a valle della presa per garantire il deflusso residuo minimoprescritto.

Eccedenza di acqua (o troppo pieno): acqua in eccesso, ossia la differenza fra il deflusso disponibile equello utilizzato.

Altezza di caduta (in metri): dislivello fra l'inizio (presa d'acqua) e la fine del tratto di utilizza-zione dell'acqua (uscita del canale di fuga della centrale).

Altezza di caduta netta: altezza di caduta meno le perdite di carico.

Microcentrale idroelettrica: centrale idraulica la cui potenza ai poli del generatore è inferiore a300 kW.

Perdite di carico: perdite di altezza di caduta o perdite di pressione dovute alla velo-cità di scorrimento e all'attrito dell'acqua contro le pareti dei tubi enei diversi elementi quali valvole, saracinesche, griglie, ecc.

Prezzo di produzione dell'elettricità

in centesimi per kWh: spese necessarie per produrre, trasportare e distribuire un kWh dienergia elettrica.

Produzione di energia in kWh: energia prodotta da una centrale (quale confronto, un apparecchioTV a colori consuma circa 0,2 kWh in un'ora).

Potenza in kW: lavoro prodotto per unità di tempo (quale confronto, un'automobi-le utilitaria ha una potenza di ca. 40 kW). L'unità CV (cavallo) utiliz-zata fino a qualche anno fa corrisponde a 0,735 kW.

Potenza istallata in kW: potenza misurata all'albero della turbina.

Regime di scorrimento: ripartizione caratteristica dei deflussi durante un anno in un postoben definito del corso d'acqua.

Rendimento: rapporto fra la potenza resa da una macchina o da un impianto e lapotenza introdotta. Per una piccola centrale, potenza elettrica divi-sa per la potenza idraulica.



Allegati

77

Allegati

Allegato A 79Principali Leggi e Ordinanze federali

Allegato B 81Valutazione di un potenziale di forza idraulicaB1. Stima della potenza 81B2. Deflusso disponibile 82B3. Scelta del deflusso nominale della piccola centrale 83B4. Dimensionamento di una istallazione e valutazione della produzione annua 84

Allegato C 87Stima della redditività di una piccola centraleC1. Basi 87C2. Investimenti e oneri finanziari 88C3. Costi d'esercizio 90C4. Redditi e benefici 91C5. Esempio 91

Allegato D 93Svolgimento di un progetto di piccola centrale



Allegato A

79

Allegato APrincipali Leggi e Ordinanze federali

1. I principi che reggono l'utilizzazione delle forzeidriche sono iscritti nell'articolo 24 bis dellaCostituzione federale (CF del 7.12.1975).Visono definite le regole di base concernenti l'u-tilizzazione delle acque per la produzione dienergia (capoverso 1 lett.b), le disposizioni ge-nerali per il mantenimento dei deflussi minimi(capoverso 2 lett.a), l'attribuzione del dirittod'acqua così come i dati concernenti le tasse (ca-poverso 3).

2. La Legge federale sull'utilizzazione delleforze idriche del 22.12.1916 (RS 721.80) èstata creata per applicare gli articoli costituzio-nali. È applicabile alle microcentrali di potenzainferiore a 300 kW e parzialmente alle istallazionidi potenza inferiore a 73.5 kW (100 HP), (vedil'Ordinanza del 26.12.1917, RS 721.801, che limi-ta l'applicazione della Legge federale sull'utiliz-zazione delle forze idriche per quanto concernele piccole centrali).

3. Accanto agli interessi direttamente toccati dal-

le piccole centrali idrauliche, la legislazione im-pone di tener conto della protezione delle ac-que, in particolare della pesca , della natura, delpaesaggio, dell'ambiente, così come la pianifi-cazione del territorio.

3.1 La legge federale sulla pesca, del14.12.1973 (LFP, RS 923.0) definisce leautorizzazzioni relative agli interventi tec-nici (art.24), le misure che devono essereprese nel caso di nuove istallazioni, in par-ticolare i deflussi minimi (art. 25, in partemodificata, vedi punto 3.4) e quella con-cernenti gli impianti esistenti (art. 26).

3.2 Nella Legge federale sulla protezionedella natura e del paesaggio del1.7.1966 (LFPNP, RS 451) e nell'Ordi-nanza del 16.1.1991 (RS 451.1), sonodefiniti i punti più importanti per la prote-zione della natura e del patrimonio nel-l'ambito delle competenze federali, deglianimali, delle piante, dei biotopi e della ve-getazione delle rive.

3.3 La Legge federale sulla protezionedell'ambiente del 7.10.1983 (LFPE,

RS814.01)si pronuncia in termini generalisull'utilizzazione delle acque da parte dellemicrocentrali (art. da 1 a 10).



Allegato A

80

3.4 La Legge federale sulla protezione delleacque del 24.01.1991 (LFPA, RS 814.20),approvata in votazione federale il 17 maggio1992, regge, per quanto concerne in modoparticolare le piccole centrali, i deflussi mini-

mi, la protezione delle falde sotterranee, i de-triti flottanti così come lo spurgo dei bacini.

3.5 L'Ordinanza generale sulla protezionedelle acque del 19.7.1972 (RS 814.201)precisa le questioni sulla concessione, l'au-torizzazione e le tasse (art. 8) nel quadro del-l'utilizazione delle acque da parte delle cen-trali idrauliche.

3.6 L'Ordinanza sull'eliminazione delle acqueusate dell' 8.12.1975 (RS 814.225.21) fis-sa gli obiettivi in materia di qualità delle ac-

que correnti e di quelle di ritenuta.3.7 La Legge federale sulla pianificazione

del territorio del 22.06.1979 (LFPT,RS700) e l'Ordinanza sulla pianificazio-ne del territorio del 2.10.1989 (RS 700.1)regolano la costruzione fuori zona così comel'attribuzione delle concessioni e delle auto-rizzazioni relative ai progetti d'utilizzazionedell'acqua.

3.8 Il Decreto federale sull'impiego parsi-monioso e razionale dell'energia del14.12.1990 (decreto sull'energia, DE, RS

730.0) obbliga le aziende di distribuzione aritirare ad un prezzo promozionale l'energiaprodotta dagli autoproduttori.



Allegato B

81

Allegato BValutazione di un potenziale di forza idraulica

Come già ricordato la forza idrica può essere for-nita da un corso d'acqua, ma anche da una rete diadduzione, di distribuzione, di evacuazione di ac-qua oppure da un processo industriale.

Le indicazioni seguenti dovrebbero facilitare la va-lutazione della potenza e dell'energia forniti da unapiccola centrale.

B1. Stima della potenza

La potenza media di una piccola centrale può es-sere grossolanamente calcolata attraverso la for-mula:

7 x Qm x HnPel = (1)

1000

in cui:

Pel Potenza elettrica media ai poli del generato-re in kW (*)

Il coefficiente 7 tiene conto delle perdite e del ren-dimento della turbina, del generatore e di un'even-tuale sistema di trasmissione (cinghia, riduttore aingranaggi). Questo significa che solamente il 70%della potenza idraulica disponibile è trasformatoin energia elettrica.

Qm Portata media annua in litri/secondo (la de-terminazione di questa grandezza è definitain modo più preciso nel capitolo B2).

Hn Caduta netta in metri.La caduta netta, o differenza di pressione uti-

lizzabile, si calcola partendo dalla cadutaglobale disponibile, dalla quale sono dedot-te le perdite di carico (vedi anche capitolo2.2).

Di regola il canale di derivazione, la condotta for-zata e il canale di fuga a valle della centrale, do-vrebbero essere dimensionati in modo che la som-ma delle perdite di carico non sia superiore al 15%della caduta globale.

(*) Unità e definizioni vedi glossario.



Allegato B

82

B2. Deflusso disponibile

La caduta globale può essere determinata diretta-mente sul posto, per piccole altezze, con l'aiuto distrumenti relativamente semplici (livello, teodoli-te), oppure attraverso una carta 1:25000 nel casodi dislivelli importanti.

La determinazione della portata media risulta in-vece più complessa. In effetti, nella maggior partedei casi, non esistono dei rilevamenti concernen-ti appunto le portate medie.

L'utilizzo del tempo necessario per l'acquisizionedi questi dati è sempre giustificato. In effetti que-ste informazioni permettono di evitare spiacevolisorprese quando la centrale è messa in servizio,come per esempio costatare che l'impianto risul-

ta troppo grande e di conseguenza molto costosoin rapporto alla quantità di acqua disponibile.

Sui corsi d'acqua di una certa importanza la Con-federazione, i cantoni o singoli privati registrano,attraverso stazioni di misura, i dati più significa-tivi.

I progetti di piccole centrali dovrebbero essere rea-lizzati unicamente se per il luogo definito sono di-sponibili misure di portata effettuate almenosull'arco di un anno intero.

I risultati saranno confrontati con i dati forniti dal-le stazioni ufficiali poste nella regione. Se le por-tate misurate non corrispondono ad un regime ca-ratteristico medio del corso d'acqua, dovranno es-sere corretti in funzione degli anni idrologicamen-te favorevoli o meno, tenedo conto delle precipi-tazioni.

Le dimensioni di una microcentrale sono determi-nate partendo dalla curva detta delle portate clas-sate. Questa è ottenuta introducendo le portateistantanee (curva cronologica) in un secondo dia-gramma (vedi figura B1) in funzione della lorograndezza e della loro frequenza.

La curva delle portate classate indica il numero digiorni annui in cui una determinata portata non èraggiunta oppure superata.



Allegato B

83

B3. Scelta del deflusso nomi-nale della piccola centrale

In vista del rendimento massimo è giustificato uti-

lizzare la maggior quantità di acqua possibile.La portata nominale, o portata massima utiliz-zabile dalla turbina, non corrisponde che rara-mente alla quantità di acqua effettivamente di-sponibile:

– una portata minima deve essere mantenuta inpermanenza nel torrente fra la presa d'acqua el'uscita del canale di fuga della centrale (deflus-so minimo), (vedi anche capitolo 3 protezionedella fauna e della flora). La restituzione del-l'acqua con questo fine è chiamata obbligo didotazione;

– dalla portata disponibile bisogna ancora dedur-re la parte non utilizzabile delle piene, l'acquautilizzata per eliminare i depositi di materiale ei sedimenti nella presa d'acqua e nel canale(spurgo), così come le perdite attraverso fessu-re o elementi non ermetici.

Queste differenti portate sono indicate nelle illu-strazioni 3.1 e B2.

La portata nominale verrà scelta dopo aver sot-tratto le diverse perdite menzionate dalla curvadelle portate misurate. Servirà quale base per il di-

mensionamento delle componenti della piccolacentrale, eccezion fatta per la presa d'acqua chedeve essere concepita in funzione delle piene.

Figura B.1 a) - Curva cronologica delle portate misurate. Figura B.1 b) - Curva delle portate classate calcolate a partire dalla curva cronologica.

Portate istantanee Portate classate

Tempo (mesi)

G F M A M G L A S O N D

Frequenza

giorni

P o r t a t a Q ( m

3 / s )



Allegato B

84

Potremmo supporre che una portata nominale ilpiù grande possibile abbia quale conseguenza unamigliore produzione di energia e un rendimento

ottimale dell'impianto.Ciò non è però in realtà il caso, in quanto una tur-bina non funziona con la medesima efficacia nelcaso si abbia una portata ridotta o una portata ele-vata. Il rendimento della turbina e del generatore(capitolo 2.2) si riduce in modo sensibile, a secon-da del tipo, per portate inferiori al 20 - 40% del va-lore nominale. La potenza prodotta diventa alloracosì piccola che l'impianto non ha più ragione direstare in servizio.

La figura B.3 evidenzia il calo del rendimento di ungruppo turbogeneratore in funzione della diminu-

zione della portata.

B4. Dimensionamento di unaistallazione e valutazionedella produzione annua

Il dimensionamento della turbina, sulla base del-la portata nominale data, dipende dal modo d'e-sercizio previsto: produzione di elettricità in paral-lelo sulla rete o in regime isolato.

L'esercizio in parallelo viene scelto quando il pro-duttore è costantemente allacciato alla rete; ha co-sì la possibilità di immettervi l'energia eccedente

Figura B.2 - Definizione della portata nominale sulle curve di portata istantanea e di portata classata.

Figura B.3 - Evoluzione del rendimento di una piccola centrale in funzione della portata.

La superficie tratteggiata sotto le curve corri-sponde all'energia idraulica disponibile.

Portate istantanee

eccedenza di acqua

Portate classate

G F M A M G L A S O N D

giorniPerdite, spurghi, restituzione

P o r t a t a Q ( m 3 / s )

R e n d i m e n t o

( % )

(mesi)

Por-tata

QminPortata minima

QmaxPortata massima

Intervallo di funzionamentodella microcentrale



Allegato B

85

e completare i suoi bisogni quando questi supe-rano la produzione momentanea della piccola cen-trale.

Il funzionamento in regime isolato è scelto so-prattutto nel caso di utilizzatori troppo discosti dal-

la rete di distribuzione per esservi allacciati (alpi,piccoli gruppi di abitazioni montane) Una combi-nazione delle due forme di regime è valida unica-mente se la centrale deve svolgere anche una fun-zione di gruppo di soccorso, nei casi per esempioin cui la rete è fuori servizio.

Nel caso di impianti funzionanti in regime iso-lato è molto importante esaminare anche gliaspetti legati al consumo di energia (gestione del-l'energia), oltre quelli della produzione.

In effetti il fabbisogno degli utilizzatori deve poteressere coperto anche quando, nei periodi in cui laportata è ridotta, la microcentrale eroga la poten-za minima; a meno che sia previsto un gruppo elet-trogeno di supporto.

In generale la portata nominale di una piccola cen-trale in regime isolato è quella raggiunta o supe-rata durante almeno 250 giorni annui. Si tratta diun valore indicativo che può variare a seconda delluogo e del periodo di utilizzo (tutto l'anno oppu-re, per es. in montagna, stagione estiva).

Per quanto concerne gli impianti funzionanti inregime parallelo l'obiettivo è quello di produrre

la maggiore quantità di energia possibile. La por-tata nominale è rappresentata dal valore supera-to durante un periodo che va da 60 a 120 giorni al

Figura B.4 a) - Portata nominale di una piccola centrale sulla curva delle portate classate funzionante in regime isolato.

Figura B.4 b) - Portata nominale di una piccola centrale sulla curva delle portate classate funzionante in parallelo sulla rete.

giorni

Portatamedia

Impiantofermo

P o r t a t a

P o r t a t a

giorni

Portatanominale



Allegato B

86

l'anno. Il valore esatto viene scelto tenendo contodella variazione del rendimento della turbina infunzione della portata e dell'andamento della cur-va delle portate classate.

La portata annua media Qm alla turbina, definitanel capitolo B1, può essere calcolata partendo dal-la curva delle portate classate (trasformazione del-la superficie tratteggiata sotto la curva in un ret-tangolo di uguale superficie e altezza Qm). Intro-ducendo i valori della portata media e della cadu-ta nella formula (1) del capitolo B1, si determina lapotenza elettrica media Pel dell'impianto. La pro-duzione annua di energia viene calcolata moltipli-cando la potenza elettrica per il numero di ore diesercizio.

Considerando che durante un certo numero di ore

l'istallazione è fuori servizio per i normali lavori dimanutenzione e talvolta a causa delle piene, è ra-gionevole considerare come riferimento un eser-cizio di 8500 ore all' anno,

E = 8500 x Pel (2)

E : produzione media di energia in kWh all'anno.

Pel : potenza elettrica media in kW, secondo la for-mula (1).



Allegato C

87

Allegato CStima della redditività di una piccola centrale

C1. Basi

La redditività di un impianto è ottenuta confron-tando i costi annui con i ricavi.

Fattore determinante risultano essere i dati idro-logici (acqua disponibile, vedi allegato B) che in-fluenzano la quantità di energia che può essereprodotta.

Per quanto concerne invece i costi, bisognerà con-siderare gli investimenti per la costruzione e glioneri di esercizio.

I ricavi dipendono anche dal modo in cui si riescea valorizzare l'energia prodotta.

La maggior copertura possibile del fabbisognoproprio, rimpiazzando così gli acquisti dall'azien-da distributrice, risulta senza dubbio molto van-taggiosa rispetto all'immissione in rete. Salvo ra-re eccezioni infatti il prezzo pagato per l'energia ce-duta alla rete è inferiore al prezzo di vendita delleaziende.

La redditività di una piccola centrale può esserevalutata con l'aiuto dello schema di calcolo dellatabella C.1. Nelle condizioni attuali i progetti sonosovente al limite della redditività ed è utile farli ana-lizzare da un ingegnere specializzato neutro, chepossa determinare se la realizzazione di un nuovoimpianto o l'ammodernamento di uno esistentesiano sostenibili dal punto di vista economico.

Tabella C.1 - Schema di calcolo per valutare la redditività di una microcentrale.

Costi

Investimenti Oneri annui- Genio civile Interessi e ammortamento del capitale investito

- Turbina e generatore +

- Comandi e regolazioni Spese di esercizio e di manutenzione;- Costi annessi imposte; tasse e assicurazioni

Totale spese annue

Benefici

Produzione di energia Reddito annuoin kWh all'anno Consumo proprio (= energia propria invece

di acquisti) x prezzo di acquisto+

Immissione nella rete x prezzo di ripresa

Totale reddito annuo

Confrontare: reddito con costi



Allegato C

88

C2. Investimenti e onerifinanziari

I costi d'investimento possono essere ripartiti se-

condo la tabella seguente (tabella C.2). A dipen-denza del tipo di istallazione certi investimenti nonsono infatti necessari (p.esempio le turbine chefunzionano in una rete di distribuzione di acquapotabile non implicano investimenti per uno sbar-ramento o un canale di derivazione I valori per-centuali indicati nella tabella C.2 sono approssi-mativi e possono variare di caso in caso.

Sulla base di questi dati si dovrà valutare una du-rata media di ammortamento per poter stimare glioneri finanziari dovuti alla realizzazione dell'im-pianto.

Per una piccola centrale completa che comportaopere di genio civile si può ragionevolmente con-

siderare un periodo di ammortamento da 20 a 25anni.

È difficile dare valori precisi sui costi specifici,ossia gli investimenti per unità di potenza istalla-ta (Fr/kW), data la diversità fra i tipi di impianto edi applicazione (centrali a filo d'acqua, in reti di di-stribuzione dell'acqua potabile, ecc.). I valori ap-prossimativi indicati nella tabella C.3 possono co-munque essere utilizzati per una prima valutazio-ne sommaria.

In molti casi dall'investimento totale per la picco-la centrale bisogna dedurre gli oneri che sareb-

bero in ogni caso necessari, ad esempio per il ri-facimento di una rete di acqua potabile o per mi-sure di protezione contro le piene su un torrente.

Categoria di costi Percentuale Duratadell'investimento dell'ammortamento

totale

Opere del genio civile(sbarramento, presa d'acqua,dissabbiatore, canali, edifici, ecc.) 25 - 55 % 25 - 30Costruzioni metalliche (saracinesche, griglie,sgrigliatore, ecc.)Condotta forzata

Componenti elettromeccanici(turbina, generatore, regolazione, comandi, ecc.) 20 - 50 % 15 - 20

Costi annessi(studi, direzione lavori, messa in servizio, 10 - 20 % 15 - 20procedure di autorizzazione, ecc.)

Diversi e imprevisti 10 % 15 - 20

Tabella C.2 - Ripartizione dei costi e durata d'ammortamento delle componenti di una piccola centrale.



Allegato C

89

Eventuali sovvenzioni dovranno pure essere sot-tratte (vedi capitolo 6) e il saldo degli oneri di in-vestimento sarà convertito in annualità conside-rando un fattore che tenga conto degli inte-ressi e dell'ammortamento dei capitali neces-sari per la costruzione: fondi propri o prestiti.

Nel caso in cui si potrà beneficiare di tassi d'inte-resse ridotti su parte del capitale, un tasso mediodovrà essere calcolato in funzione dei diversi tas-si parziali.

È giudizioso dedurre il tasso di inflazione relativoall'interesse del capitale investito; gli oneri deri-vanti dall'investimento e dall'esercizio potrannocosì essere considerati a valore fisso per tutta ladurata dell'ammortamento.

La tabella C.4 indica i fattori delle annualità per dif-ferenti tassi di interesse e durata di ammorta-mento.

Tabella C.3 - Investimenti specifici per le piccole centrali idrauliche (valori indicativi 1992).

Tabella C.4 - Fattori delle annualità.

Tipo di impianto Potenza: 100 a 200 kW 20 a 50 kW

RinnovamentoUnicamente parte elettrica Fr. 500.–/kW Fr. 1000.– /kW

(generatore, regolazione)Elettromeccanica(turbina, generatore, comandi) Fr. 2000.–/kW Fr. 4000.– /kW

AmmodernamentoTurbina, parte elettrica e opereidrauliche Fr. 4000.–/kW Fr. 8000.– /kW

Nuova costruzione più di Fr. 8000.–/kW più di Fr. 12000.–/kW

Durata Tasso di interessedi ammortamento corretto (tasso attuale 3% 4% 5% 6% 7%

in anni meno inflazione)2%

10 0.111 0.117 0.123 0.130 0.136 0.142

15 0.078 0.084 0.090 0.096 0.103 0.110

20 0.061 0.067 0.074 0.080 0.087 0.094

25 0.051 0.057 0.064 0.071 0.078 0.086

30 0.045 0.051 0.058 0.065 0.073 0.081



Allegato C

90

C3. Costi d'esercizio

I valori approssimativi relativi agli oneri d'eserci-zio e di manutenzione sono espressi quale % de-gli oneri d'investimento.

Ricordiamo che questi costi non comprendono laparte dovuta al personale di esercizio della picco-la centrale. Nella maggior parte dei casi gli impiantisono completamente automatizzati e non neces-sitano che di brevi controlli di routine (p.es. sugliimpianti a filo d'acqua: presa d'acqua e sgrigliato-re) nonché la lettura dei contatori e degli altri stru-menti di misura. Queste spese sono sovente com-prese nella fattura di manutenzione generale di unedificio dell'azienda o del servizio comunale inte-ressato.

I costi totali annui relativi alla piccola centrale com-prenderanno dunque gli interessi e gli ammorta-menti (paragrafo C.2) più gli oneri d'esercizio e dimanutenzione, che ammontano a circa 8 a 12% del-l'investimento.

Tabella C.5 - Valori approssimativi degli oneri annui per l'esercizio e la manutenzione delle piccole centrali.

Tipo di costo Tasso degli oneri Referenza per il calcolo degliannui oneri

1. Turbina e Investimento per le compo-parte elettrica 3 a 6 % nenti specificate

2. Sbarramento, presa d'acqua Investimento per le operee condotta forzata 1,2 a 1,6 % specificate

3. Edificio della centrale e Investimento per le opereistallazioni annesse 0,4 a 0,6 % specificate

4. Tasse, imposte, assicurazioniamministrazione 0,8 a 1,5 % Investimento totale



Allegato C

91

C4. Redditi e benefici

Il modo con il quale si utilizza l'energia prodottadetermina la redditività della piccola centrale.

Fintanto che la produzione propria evita di ricor-rere ad acquisti dall'azienda distributrice, il reddi-to dell'istallazione corrisponderà alle minori spe-se che ne derivano (energia x prezzo di vendita +eventuali tasse di potenza + eventuale correntereattiva).

Il prezzo dell'energia immessa nella rete, negozia-to con l'azienda elettrica interessata, determineràil reddito derivante dalla vendita di energia. Le flut-tuazioni stagionali e giornaliere di tariffa non do-vranno essere dimenticate nel calcolo, in quantopossono influenzare in maniera non trascurabile

la redditività di una piccola centrale.

C5. Esempio

Piccola turbina nella rete di approvvigionamentoin acqua potabile di un comune delle prealpi.

Dati base:

- Caduta netta Hn = 120 m (fra la camera nella qua-le confluiscono le captazioni e il serbatoio)

- Portata annua media Qm = 20 litri/secondo

La turbina, il generatore e l'armadio di comandopossono essere istallati nel locale tecnico del ser-batoio.

La condotta d'adduzione verrà sostituita nell'am-bito di un risanamento.

Potenza elettrica media,secondo la formula (1):

7 x Qm x Hn 7 x 20 x 120

Pel = = = 16,8 kW1000 1000

Produzione annua di energia,secondo la formula (2):

E = 8500 x Pel = 8500 x 16,8 = 142800 kWh



Allegato C

92

Investimenti

Turbina, istallazioni elettriche e raccordo alla reteFr. 4'000.–/kW x 16.8 kW: Fr. 70'000.-

Lavori necessari nel serbatoio per la turbina ed il generatore,modifiche alla camera di captazione (camera di carico): Fr. 15'000.-

Costi supplementari per la condotta (DN125 invece di DN80 senza turbina)lunghezza 250 metri: Fr. 5'000.-

Oneri annessi (partecipazione per progettazione e direzione lavori,domanda d'autorizzazione e tasse): Fr. 13'000.-

Diversi e imprevisti: Fr. 10'000.-

Investimento totale: Fr. 113'000.-

Spese annue

Durata media d'ammortamento 20 anni, interesse 8.5%,inflazione 4.5%, fattore di annualità della tabella C.4.(4% per 20 anni): 0.074 x 113'000.– Fr. 8'362.-

Esercizio e manutenzione (solo turbina e parte elettrica, manutenzionedel serbatoio e della condotta nell'ambito dell'approvvigionamentoin acqua): 5% di 70'000.– Fr. 3'500.-

Tasse e assicurazioni, amministrazione (nessuna tassa di concessionepoichè trattasi di acqua potabile) Fr. 1'000.-

Totale spese annue: Fr. 12'862.-

Prezzo di produzione dell'energia

Oneri annui Fr.12'862.- per 142800 kWh Fr. 0.09/kWh

Redditività

Prezzo medio di acquisto dell'elettricità: 12 centesimi al kWh

(tutta la produzione alimenta la rete comunale)Ricavi annui: 142800 kWh x 0.12 Fr/kWh: Fr. 17'136.

Beneficio annuo (ricavi meno spese): Fr. 4'274.-

(Prezzo: base di calcolo anno 1992)



Allegato D

Allegato DSvolgimento di un progetto di piccola centrale

Tappe del progetto

Raccogliere i dati(sovente il promotorestesso)

Pre-studio

Avanprogetto oprogetto di concessione

Progetto definitivo

Progetto esecutivo

Messa in servizio

min.1 mese se misuredella portata sonodisponibili, altrimentimin. 1 anno

ca. 2 mesi

min. 6 mesi

min. 6 mesi

6-12 mesi

max 1 mese

Dati topografici(piani).Determinazione portate.Organizzazione della gestione.

Primo concetto.Studio varianti.Fattibilità tecnica e economica.Informazione dei proprietari e delleorganizzazioni interessate.Contatti con le autorità, servizicompetenti e azienda elettrica.Contatti con istituti bancari e associa-zioni per il finanziamento.Preventivi.

Scelta della variante e studio.Domanda di concessionee ev. rimozione delle opposizioni.Negoziazioni per la concessione(diritti e obblighi particolari).Ev. modifica del progetto.

Rilascio della concessione.

Studio del progetto di costruzione.Domanda di autorizzazione peresercizio in parallelo con la rete.Domanda della licenza di costruzione.Licenza di costruzione.

Progetto esecutivo.Capitolati d'offerta.Attribuzione appalti.Costruzione.

Messa in servizio e provaP ll di i i

Geometra.Banca dati idrologici.

Autorità responsabile perla concessione.Servizi competenti.Associazioni:– protezione del

paesaggio,– pescatori– altri (*)

Autorità competente per ilrilascio della concessionee servizi ufficiali specializ-zati.Ufficio federale perl'economia delle acque.

Autorità comunali ecantonali.Azienda elettrica.Ispettorato federale per gliimpianti a corrente forte.

Durata Lavori da eseguire Autorità / organizzazionipersone competenti

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