Università degli Studi di Perugia

Facoltà di Ingegneria

Corsi di laurea specialistica in

Ingegneria Meccanica

Corso di Impatto ambientale

Modulo Pianificazione Energetica

prof. ing. Francesco Asdrubali

a.a. 2012/13

Energia

Idroelettrica

Energia prodotta

Teorema di BERNOULLI tra sezioni 1 e 2

021

zPHzPPP atmatm

ξ

2

2

2

2

1

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

3600

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

500

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

Pe = 9,81 H G η

Rendimenti di un impianto idroelettrico

o

e

P

P rendimento globale

suddividiamo la perdita (1-η) nelle diverse aliquote

H = caduta geodetica

H ‘ = caduta netta a monte turbina

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

se Po = gHρG Pm = gH’ρG

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

palette

Pt = potenza trasferita all’asse della

turbina

emia RENDIMENTO GLOBALE

Valutazione delle risorse idriche

Curve isoiete PIOVOSITA’

(pluviometro)

800÷1000 mm/anno

Afflussi e deflussi

oV

VC Coefficiente di deflusso V = volume defluito in un certo t

Vo = volume affluito nello stesso t

P = precipitazioni d = deflussi

Regime

pluviometrico

Profilo longitudinale del corso d’acqua

Curva idrodinamica

valore

idrodinamico

[m Km2]

Tempo di corrivazione

Impianti ad acqua fluente

Diagramma di durata

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

T

o

GdTV

curva

deflussi

curva

afflussi

Gm = V/T modulo

Dimensionamento 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 a) alta/altissima caduta

b) media caduta

Impianti ad accumulo

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

Classificazione

● PELTON

● FRANCIS

● KAPLAN

a) alta/altissima caduta

H>600-700 m

Gruppi ternari:

● Macchina eletterica

● Turbina (Pelton)

● Pompa

b) media caduta

H fino a 700 m

Francis

gruppi ternari

costo di I° impianto -20÷30%

rendimenti paragonabili

CTa CTt

ponendo CaCt+α h

Impianti ad accumulazione per pompaggio

E1 = energia prelevata dalla rete

E2 = 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

ttb

a hcChc

C *

Limiti di convenienza economica

CTa, CTt costi totali anni centrali a pompaggio e tecniche di punta

Ca, Ct costi capitali

h n.ro di ore medio annuo di funzionamento a pieno carico

cb costo marginale KWh di base impiegato per pompaggio

ct costo marginale del KWh termico di punta

η* rendimento di esercizio impianto pompaggio

*b

tta

cchCC

* b

t

cc

Ca Ct + h

Limiti di convenienza energetica

*

1

b *

1

TGb

11*

Energia elettrica assorbita per pompaggio

Energia assorbita in termini di fonte primaria

b = rendimento impianto termico di base

TG = rendimento impianto di punta a Turbina a gas

b = 0.33

TG = 0.28

* 0.82

la convenienza può essere solo di tipo economico e non energetico

Turbine idrauliche

Impianti idroelettrici in Italia

Potenza installata

Fonte: GSE

Rapporto Statistico

Fonti Rinnovabili

2011

Potenza installata per tipologia di impianto

Fonte: GSE

Fonte: GSE

Rapporto Statistico

Fonti Rinnovabili

2011

Fonte: GSE