L’evoluzione del mini e del micro idroelettrico: gli impianti a...

16^ CONFERENZA 6^ CONFERENZA ORGANIZZATIVAORGANIZZATIVA

ASSOCIAZIONE NAZIONALE ASSOCIAZIONE NAZIONALE BONIFICHE E IRRIGAZIONIBONIFICHE E IRRIGAZIONI

EnergiaEnergia

LL’’evoluzione del mini e del micro idroelettrico: evoluzione del mini e del micro idroelettrico: gli impianti a cocleagli impianti a coclea

Grosseto, 14, 15 e 16 marzo 2011Grosseto, 14, 15 e 16 marzo 2011

Fulvio BolliniFulvio Bollini *------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------* dr. ing. Fulvio Bollini* dr. ing. Fulvio Bollini

Dirigente del Settore TecnicoDirigente del Settore Tecnico--gestionale dellgestionale dell’’ Associazione Irrigazione Est Sesia di Novara Associazione Irrigazione Est Sesia di Novara Dirigente Incaricato della Coutenza Canali Cavour di Dirigente Incaricato della Coutenza Canali Cavour di VercelliVercelli--NovaraNovara

ASSOCIAZIONE IRRIGAZIONEASSOCIAZIONE IRRIGAZIONE

EST SESIAEST SESIA

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La vite idraulica fa proprio il principio della vit e di trasporto archimedea usata nell’antichità per sollevare l’acqua: l’energia viene trasferita ad un albero/rotore per convogliare l’acqua verso l’alto. Grazie all’applicazione del principio inverso, l’energia potenziale disponibile èutilizzata per la produzione di energia elettrica: l’acqua viene fatta scendere all’interno delle camere dal livello più alto al livello più basso. La forza di gravitàche in questo modo agisce sull’acqua esercita un momento torcente sull’albero di trasmissione: un generatore collegato alla vite permette di generare energia elettrica.

Poiché la vite idraulica deve “coprire” tutto lo spazio compreso tra lo specchio d’acqua superiore e quello inferiore, è utilizzabile solo per dislivelli limitati, pur potendosi realizzare impianti a più “piani” posti in serie (esistono installazioni fino a 24 m di salto idraulico).

Le caratteristiche peculiari della vite idraulica sono tuttavia l’impatto ambientale minimo, la semplicità (soprattutto per la sua regolazione automatica alle variazioni di portata e per l’assenza di sgrigliatore) e la lunga durata.

Coclea (o vite idraulica) per Coclea (o vite idraulica) per produzione di energiaproduzione di energia

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Caratteristiche di progetto di una cocleaCaratteristiche di progetto di una cocleaIn un impianto a coclea, il salto idraulico è quello che determina il diametro esterno massimo della vite idraulica.Il volume d’acqua da elaborare, cioè la “portata”, noto il diametro esterno della vite idraulica, ne determina il numero di giri e l’angolo d’incidenza, mentre l’angolo d’incidenza e il salto idraulico determinano la lunghezza della coclea.

L’angolo d’incidenza, che spesso è condizionato da esigenze costruttive, varia da 22° a 35° sull’orizzontale.

Il numero di giri della vite idraulica è limitato verso l’alto dalla diminuzione di portata che si verifica per cavitazione e verso il basso dall’”ingolfamento”che si verifica per riempimento del passo dell’elica. In base al volume d’acqua, il numero di giri varia da 20 giri/min per viti idrauliche di grandi dimensioni a 80 giri/min per viti idrauliche di piccole dimensioni.

Campo di impiegoCampo di impiegoPortata d’acqua fino a 6000 l/sDislivello idraulico fino a 12 m

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La coclea idraulica è una fabbricazione di tipo metalmeccanico a saldatura.Su un albero cavo irrigidito flessionalmente si saldano eliche cilindriche a flusso ottimizzato. Esse costituiscono lo spazio di lavoro, delimitato dal tubo cilindrico e dalla superficiedell’acqua.Entrambe le estremità sono dotate di supporti, con il supporto che si trova sopra l’acqua generalmentecostituito da un cuscinetto a rulli cilindrici a lubrificazione grassa continua, resistente alle forze radiali e assiali. Il supporto inferiore è costituito da un cuscinetto flottante a lubrificazione grassacontinua, che non necessita di manutenzione.Il gruppo motore è costituito da giunti elastici, supporti, moltiplicatore (o trasmissione a cinghia) e generatore.

Caratteristiche costruttive di una cocleaCaratteristiche costruttive di una coclea

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Esistono tre modelli di viti idrauliche, caratterizzati da diverse modalità realizzative del trogolo:

-- viti di tipo compattoviti di tipo compatto: queste viti prefabbricate comprendono un trogolo in acciaio auto-portante (con sezione a U o circolare) con cuscinetti e motorizzazione integrati nella costruzione. Il vantaggio consiste nella semplicità e rapidità di montaggio e nella riduzione dei costi per le opere civili;

-- viti con trogolo dviti con trogolo d’’ acciaio a sigillareacciaio a sigillare: il trogolo d’acciaio permette di aumentare la durata di vita del trogolo e così mantenere un gioco minimo tra la vite e il trogolo medesimo (circa 3 mm). Il gioco è ottimizzato perché generalmente preassemblato in officina e regolabile in loco;

-- viti con trogolo in calcestruzzoviti con trogolo in calcestruzzo: la finitura finale del trogolo èrealizzata mediante rotazione della vite.

Modelli di viti idraulicheModelli di viti idrauliche

6Viti di tipo compattoViti di tipo compatto

Allestimento di una vite idraulica compatta

Posa in opera di una vite idraulica compatta

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La variante più frequente è comunque la vite idraulica con trogolo d’acciaio. La vite idraulica viene collegata in un corpo unico con il cilindro d’acciaio, viene poi montata sull’impianto e infine formata con calcestruzzo di riempimento sul lato della costruzione.

Costruzione al grezzo con presagomatura Pronta per il riempimento

Viti con trogolo metallico a sigillareViti con trogolo metallico a sigillare

8Vantaggi tecnici: minori opere civiliVantaggi tecnici: minori opere civiliA causa delle proprie caratteristiche di funzionamento, le viti idrauliche non hanno bisogno, se confrontate con gli impianti a turbina, di alcun lavoro di costruzione in sottosuolo nella zona dello scarico a valle. Di conseguenza, l’installazione di una vite idraulica in un corso fluviale può avere luogo per lo più senza modificazione del letto fluviale naturale. Inoltre il generatore èposizionato al di sopra del livello idrico di monte, mentre di solito, quando abbinato ad una turbina, si trova al di sotto del livello dell’acqua e quindi necessita di un alloggiamento stagno.

9Vantaggi tecnici: assenza di sgrigliatoreVantaggi tecnici: assenza di sgrigliatore

Con l’impiego di viti idrauliche si può rinunciare all’uso di griglie fini, usate a protezione delle turbine per l’arresto dei flottanti e il rigetto dei pesci, e, di conseguenza alla necessità di avere uno sgrigliatore: basta una semplice griglia grossolana (15-25 cm di luce tra le barre). Si evitano così sia le perdite di carico(diminuzione del salto idraulico) introdotte dalla griglia, sia, soprattutto, diminuisce in maniera drastica la quantità di materiale fermato dalla griglia (un corpo flottante che entra nell’impianto viene trasportato dall’acqua a valle, nel suo movimento lungo la vite), che non deve essere sgrigliato meccanicamente, stoccato e smaltito, con una significativa riduzione dei costi connessi.

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Le viti idrauliche raggiungono rendimenti idraulici superiori all’85%. Si deve notare l’estensione del campo dei buoni rendimenti, che varia da circa un terzo della portata di progetto sino a quella massima. Le viti idrauliche, quindi, in virtù dell’estensione del campo di stabilità del rendimento, continuano a raggiungere buone prestazioni anche in caso di scarsa alimentazione.

Vantaggi tecnici: curva di rendimento Vantaggi tecnici: curva di rendimento ““ piattapiatta””

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VantaggiVantaggi- Robustezza, resistenza all’usura, mancanza di disturbi.

- Nessun bisogno di sgrigliatura: bastano griglie grossolane (passo 15-25 cm) che richiedono poca manutenzione.

- Non necessitano di grosse spese per opere civili in elevazione o in scavo.

- Possibilità di utilizzare salti idraulici di altezza di poco superiore a 1 m.

- Rendimento elevato, che si pone sullo stesso livello di quello delle turbine a bassa pressione.

- Curva di rendimento “piatta”, con notevole estensione del campo di stabilitàdel rendimento, così da mantenere buone prestazioni anche con alimentazione ridotta.

- Nessuna necessità di regolazione in conseguenza di variazioni di portata.

- Possibilità di mantenere costante il livello di monte facendo variare la velocitàdi rotazione della vite.

- Elevata tollerabilità da parte della fauna ittica (sino a 60 cm di lunghezza).

- L’installazione comporta un intervento minimo sul paesaggio ed è quindi ecosostenibile.

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RedditivitRedditivit àà

Volume dell’investimento

+

Profitto annuo

+

Costi di manutenzione

= Alta redditività

= Breve tempo di ammortamento

BASSO ALTO

Regola empirica

Se (kWh annui : costo d’investimento in Euro) > 1 Ottimo investimento

Se 0,8 < (kWh annui : costo d’investimento in Euro) < 1 Buon investimento

13Impianto da 30 kW elettriciCosti- Coclea e gruppo generatore € 60.000 - Opere elettromeccaniche € 13.000- Consegna e montaggio € 15.000- Quadri elettrici, cablaggi e linea € 50.000- Opere civili € 60.000- Spese Tecniche € 17.000

Totale € 210.000

Ricavi annuiTariffa onnicomprensiva€/kWh 0,22 x kWh 200.000 = € 44.000 cioè si ripaga in meno di 5 anniPrezzo di ritiro€/kWh 0,8 x kWh 200.000 = € 16.000 cioè si ripaga in meno di 13 anni

14Impianto da 60 kW elettriciCosti- Coclea e gruppo generatore € 120.000 - Opere elettromeccaniche € 35.000- Consegna e montaggio € 15.000- Quadri elettrici, cablaggi e linea € 75.000- Opere civili € 100.000- Spese Tecniche € 30.000

Totale € 375.000

Ricavi annuiTariffa onnicomprensiva€/kWh 0,22 x kWh 400.000 = € 88.000 cioè si ripaga in poco più di 4 anniPrezzo di ritiro€/kWh 0,8 x kWh 400.000 = € 32.000 cioè si ripaga in poco meno di 12 anni

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FREIBURG

DATA TECNICI:portata d´acqua: 4000 L/ssalto: 3,0 mrendimento generatore: 87,00 kWCollaudo: 2008

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HACHIMETTE


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KRECHTING


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Occimiano (AL)


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ST. MARTIN


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KÖNIGSHOFEN


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ST. GEORGEN

DATA TECNICI:portata d´acqua: 600 L/ssalto: 2,4mrendimento generatore: 9,25 kWCollaudo: 2005

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Quesito: se la realizzazione di un micro Quesito: se la realizzazione di un micro

impianto idroelettrico, di potenza inferiore a 30 impianto idroelettrico, di potenza inferiore a 30

kW, in Italia tende a non essere considerata kW, in Italia tende a non essere considerata

redditizia, perchredditizia, perchéé allall ’’ estero, con tariffe e prezzi estero, con tariffe e prezzi

di ritiro delldi ritiro dell ’’ energia che sono pari a circa il energia che sono pari a circa il

40% di quelli italiani, invece lo 40% di quelli italiani, invece lo èè??

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