Università degli Studi di PerugiaFacoltà di Ingegneria

Corsi di laurea specialistica in Ingegneria Meccanica e per l’Ambiente e il Territorio

Corso di Impatto ambientale Modulo b) Aspetti energetici

prof. ing. Francesco Asdrubalia.a. 2007/08

EnergiaIdroelettrica

Teorema di BERNOULLI tra sezioni 1 e 2

ξ22

222

211

uPuPgH

021

zPHzPPP atmatm

ξ2

22

21

gH

gHuu

energia captata dall’impianto idroelettrico 'gHE

Se 0'

21 uu GgHPo [W] se [G] = m3/s

HGPo 81,9 KW Pe (potenza elettrica ai morsetti alternatore)

o

e

P

P rendimento globale impianto

Pe = 9,81 H G η

3600

81,9 HE (energia elettrica E prodotta da 1 m3 di acqua che compie il salto H, espressa in KWh)

500H

E (ponendo η = 0,73) con 500 m di caduta, ad ogni m3 di acqua corrisponde 1 KWh

RENDIMENTI DI UN IMPIANTO IDROELETTRICO

o

e

PP

rendimento globale

suddividiamo la perdita (1-η) nelle diverse aliquoteH = caduta geodeticaH ‘ = caduta netta a monte turbina

gHH /'' (m.c.a.)

se Po = gHρG Pm = gH’ρGgHH

H

P

P

o

ma

'1

'1 rendimento opere adduz.

m

tt P

P rendimento turbina

mit m

ii P

P

i

tm P

P

rendimento idraulico

rendimento meccanico

Pi = potenza ceduta dall’acqua alle palettePt = potenza trasferita all’asse della turbina

t

ee P

P rendimento elettrico

emia RENDIMENTO GLOBALE

tempi di ammortamento del capitale lunghiIMPIANTI IDROELETTRICI

contenute spese di esercizio e manutenzione IL COSTO DEL KWh DIPENDE PRINCIPALMENTE DAL COSTO DELL’INVESTIMENTO INIZIALE E DAGLI INTERESSI PASSIVI

costo del KWh/valore del KWh

PIOVOSITA’

(pluviometro)

800÷1000 mm/anno

curve

isoiete

Valutazione delle risorse idriche

oV

VC Coefficiente

di deflusso

V = volume defluito in un certo t

Vo = volume affluito nello stesso t

P = precipitazioni d = deflussi

C=1

curva idrodinamica

valore idrodinamico[m Km2]

Impianti ad acqua fluente

curva delle produzioni

curva dei costi totali

curva del costo del KWh

c = costo unitario medio KWh prodotto

G = portata media giornaliera

P = potenza media giornaliera

E = energia totale prodotta in un anno

C = costi totali in un anno

Impianti ad acqua fluente:

scelta della portata di progetto

Impianti a bacino

curva

deflussi

curva

afflussi

Gm = V/T modulo

T

o

GdTV

Impianti a bacino

he = KT1,5 [mm] VISENTINI

K = 2,25 ÷ 2,00

Impianti ad accumulazione per

pompaggio

IMPIANTI AD ACCUMULAZIONE PER POMPAGGIO

- scelta della capacità dei serbatoi (minore)

- durata della accumulazione

riserva strategica di energia

costi impatto ambientale almeno uno dei bacini naturali

pompe sotto battente (cavitazione)

classificazione alta/altissima caduta

media caduta

a) alta/altissima caduta

H>600-700 m

macchina elettrica

gruppi ternari turbina (PELTON)

pompa

b) media caduta

H fino a 700 m FRANCIS

gruppi ternari costo di I° impianto -20÷30%

rendimenti paragonabili

CLASSIFICAZIONE TURBINE

Potenze da qualche diecina di KW a centinaia di MW

Salti da qualche m a 2.000 m

Portate da qualche m3/s a parecchie centinaia

di m3/s

PELTON

Classificazione FRANCIS

KAPLAN

CTa CTt

ponendo CaCt+α h

IMPIANTI AD ACCUMULAZIONE PER POMPAGGIO

E1 = energia prelevata dalla reteE2 = energia restituita alla rete

Wel, Wid = perdite elettriche e idrauliche

idel WWEE 12

75.0111

1

1

2*

E

WW

E

WWE

E

E idelidel

LIMITI DI CONVENIENZA ECONOMICA

CTa, CTt costi totali anni centrali a pompaggio e tecniche di puntaCa, Ct costi capitalih n.ro di ore medio annuo di funzionamento a pieno caricocb costo marginale KWh di base impiegato per pompaggioct costo marginale del KWh termico di puntaη* rendimento di esercizio impianto pompaggio

ttb

a hcChc

C *

*b

tta

cchCC

* b

t

cc

Ca Ct + h

energia elettrica assorbita per il pompaggio

quantità di energia assorbita in termini di fonte primaria

b = rendimento impianto termico di base

LIMITI DI CONVENIENZA ENERGETICA

*

1

b *

1

TGb 11

*

TG = rendimento impianto di punta a Turbina a gas

b = 0.33TG = 0.28* 0.82

la convenienza può essere solo di tipo economico e non energetico

Turbine idrauliche