Fonti Rinnovabili

idroelettrico

Giovedì 23/05/2013 - ore 19.36

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Fonti Rinnovabili / idroelettrico

TECNOLOGIA

La Tecnologia

Il principio sul quale si basa il funzionamento di un impianto idroelettrico è la trasformazione dell’energia potenziale e cinetica posseduta da una massa d’acqua che scorre da una quota superiore a una quota inferiore. Questa energia viene trasformata prima in energia meccanica di rotazione, mediante l’azionamento di una macchina idraulica (turbina), e successivamente, tramite l’accoppiamento di quest’ultima a un generatore, in energia elettrica. I due fattori che regolano questo processo fisico sono la portata dell’acqua e il salto.

Il salto è il dislivello disponibile tra due sezioni di un corso d’acqua, ed è determinato principalmente da parametri geomorfologici. I fiumi possono, infatti, presentare notevoli variazioni altimetriche (ad esempio in corrispondenza di cascate) e in questo caso il salto è naturalmente già disponibile, in altri casi, invece, è necessario crearlo artificialmente.
La portata, invece, varia in funzione del regime naturale dei deflussi del corso d’acqua.
Per ottenere la stessa potenza in uscita si può avere un salto notevole ed una piccola portata (impianti detti ad alta caduta) oppure si può avere al contrario un basso salto con una grande portata (impianti detti a bassa caduta).
L’energia idroelettrica è definita rinnovabile poiché il lavoro negativo, cioè il sollevamento dell’acqua a quote elevate, è svolto dal sole mediante il processo di evaporazione. Negli impianti dotati di sistemi di pompaggio, l’acqua viene di norma ripompata verso il serbatoio di monte sfruttando energia termoelettrica a basso costo nelle ore notturne. Bisogna pertanto fare attenzione che la produzione di tali impianti per la quota imputabile al processo di pompaggio non può essere considerata “rinnovabile” ai sensi di legge, sebbene questa energia, utilizzata per coprire i picchi di domanda, svolga un ruolo essenziale per la sicurezza del sistema elettrico nazionale.

Turbine

Lo scopo di una turbina idraulica è quello di trasformare l’energia potenziale e cinetica dell’acqua in energia meccanica di rotazione. Esistono diverse tipologie di turbine (turbine ad azione, nelle quali l’acqua colpisce la girante, e turbine a reazione, che operano completamente immerse in acqua e generano delle forze idrodinamiche sulla girante), da utilizzare in presenza di differenti valori di portata e salto. Qualsiasi tipo di turbina idraulica è in grado di garantire ottimi valori di rendimento, compresi tra l’80% e il 90%.
Le principali famiglie di turbine sono: Pelton, Francis, Kaplan e viti idrauliche.

Generatore

I generatori convertono l’energia meccanica in energia elettrica. Un generatore è composto da una parte stazionaria (statore) e da una parte mobile (rotore): la corrente elettrica è generata dalla rotazione del campo magnetico del rotore intorno agli avvolgimenti dello statore. Una volta in moto, la turbina aziona il generatore elettrico (o direttamente o attraverso un moltiplicatore di giri), che quindi trasforma l’energia meccanica dell’albero motore in energia elettrica.

Moltiplicatori di giri e sistemi di controllo

La velocità di rotazione ottimale di una turbina dipende sia dal tipo di turbina, sia dal salto e dalla portata. Per sincronizzare l’azione dei diversi elementi, talvolta è necessario interporre un moltiplicatore di giri tra turbina e generatore. Dal momento che i piccoli impianti idroelettrici sono generalmente incustoditi, è frequente l’uso di sistemi di controllo che, attraverso l’utilizzo di computer, sono in grado di aumentare l’efficienza degli impianti e li rendono sicuri.

Classificazione impianti

Esistono numerosi sistemi di classificazione degli impianti idroelettrici, basati su differenti parametri. I più comuni sono i seguenti:
A) potenza installata o di concessione
C) portata
D) tipo di interazione col corso d’acqua.

A) Potenza installata o di concessione

Sulla base della potenza installata gli impianti idroelettrici possono essere distinti nelle seguenti tipologie (classificazione UNIDO*):

Nonostante tale classificazione sia convenzionalmente adottata a livello europeo, non esiste una standardizzazione per legge di questi limiti, che dunque possono variare da paese a paese.
Secondo la legislazione attualmente vigente in Italia si definiscono “piccole derivazioni” quelle con potenza nominale media di concessione fino a 3.000 kW, mentre al di sopra di questa soglia si parla di “grandi derivazioni” (art.6 del R.D. 11 dicembre 1933, n. 1775).

B) Salto
A seconda dell’altezza dei dislivelli gli impianti possono essere suddivisi, secondo la classificazione contenuta nella Layman’s guidebook in:

C) Portata

A seconda della portata (Q) utilizzata, si possono comunemente distinguere impianti con:

D) Tipo di interazione con il corso d'acqua

A seconda dell’interazione con il corso d’acqua, gli impianti idroelettrici possono essere distinti nelle seguenti tipologie (norme UNIPEDE):
1. impianti ad acqua fluente se utilizzano portate pari o inferiori a quelle istantaneamente disponibili nel corso d’acqua, ma sono considerati ad acqua fluente anche quegli impianti con invasi a tempo di riempimento uguale o minore a 2 ore
2. impianti a deflusso regolato che a loro volta possono essere distinti, a seconda della durata dell’accumulo d’acqua, in:
- impianti a bacino ? (durata di invaso minore a 400 ore e maggiore a 2 ore);
- impianti a serbatoio ? (durata di invaso pari o maggiore a 400 ore ).

Immagine 1: Schema tipo di un impianto ad acqua fluente. Fonte: Ecowatt - IREM

Immagine 2: Schema tipo di un impianto a bacino/serbatoio. Fonte: GSE 2009

Per maggiori informazioni è possibile scaricabile la Layman's guide :"Guida alla realizzazione di un piccolo impianto idroelettrico”, versione tradotta ad aggiornata nel 2008 nell’ambito del progetto europeo SHERPA, cofinanziato dall’Intelligente Energy for Europe della “Layman’s Guidebook on How to Develop a Small Hydro Site” scritta da Celso Penche nel 1998.

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