Diapositiva 1 - AEIT-TAA

8 maggio 2014
Camera di Commercio
di Bolzano
SFRUTTAMENTI
IDROELETTRICI
SU BASSI SALTI
Maurizio Fauri
Le risorse idriche residue
e progetti di loro utilizzo
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Introduzione
Anomalie della temperatura terrestre dal 1880 al 2012
Temperature Difference
-2
-1
0
+1
Celsius
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+2
prof. ing. Maurizio Fauri
Scenario mondiale
Scenario mondiale IEA 450 per l’abbattimento delle
emissioni di CO2
Gt CO2
Abbattimento
Efficienza
Rinnovabili
Biocarburanti
Nucleare
Cattura CO2
Totale
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Fonti rinnovabili
Irraggiamento solare annuo terrestre
Disponibilità
annuale delle
fonti rinnovabili
Disponibilità
totale delle
fonti fossili
Solare (su terra)
Eolico
Biomassa
Geotermia
Moto ondoso
Idroelettrico
Carbone
Gas
Petrolio
Nucleare
Consumo annuo
di energia primaria
Consumo mondiale annuo di energia
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G
PAN italiano
40.000
Produzione elettrica da fonti rinnovabili in Italia
20.000
(obiettivo del Piano di Azione Nazionale dell’Italia)
Produzione
attuale totale
0
Circa 30% degli attuali
di en. elettrica
=
330
TWh
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 consumi
2006 2007 2008 2009 2010 2020
120.000
[TWh]
100.000
100
1998 1999 2000 2001 2002Idro
2003 2004Eolico
2005 2006 2007
2010 2020
FV2008 2009
Geotermico
Geotermico
Biomassa e RSU
60
60.000
40.000
40
Idro
Eolico
FV
Geotermico
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2010
2009
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
2000
2020
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2020
1990
00
2008
20.000
20
1998
GWh
80 FV
80.000
Eolico
Biomassa e RSU
Biomassa e RSU
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Fonti rinnovabili
Rapporto
FER/CIL
per regione
(energia elettrica)
FER
fonte energetica
rinnovabile
CIL
consumo interno
lordo
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Scenario italiano al 2012
Potenza installata 17.775 MW
Produzione media annuale 42 TWh
1250 serbatoi
630 dighe
21 impianti con pompaggio con 5.200 MW installati (la cui
generazione non è conteggiata fra la produzione)
Fino alla nazionalizzazione dell’ENEL, l’energia idroelettrica
era oltre il 90% del totale
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Potenziale di sviluppo idroelettrico in Italia
Il totale potenziale idroelettrico massimo teorico
è di circa 200 TWh/anno (attualmente sfruttato al 20%)
(secondo il metodo di verifica CESI (2006) estrapolabile al territorio italiano)
Ampliando il mini e micro idroelettrico nella regione
Friuli Venezia Giulia si potrebbe aumentare ila produzione
idroelettrica da 1,6 TWh a (2÷2,2) TWh, con un aumento del
(30÷40)%
Tale incremento è ipotizzabile anche per il Trentino Alto Adige in
via teorica previa verifica economica ed ambientale
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Potenziale di sviluppo idroelettrico in Italia
Si giudica ragionevole un aumento dello sfruttamento
del potenziale idroelettrico italiano raggiungendo il
(25÷28)% del totale ovvero aumentando gli attuali
40 TWh a (50÷55) TWh soprattutto attingendo al
mini idroelettrico
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Scenario Trentino - Alto Adige
Il Trentino Alto Adige produce oltre il 18% dei 40 TWh
medi dell’energia idroelettrica italiana (circa un quinto
dell’energia idroelettrica nazionale), valore inferiore
solo a quello della Lombardia
Idroelettrico Alto Adige
Idroelettrico Trentino
Gli impianti idroelettrici della
provincia di Trento producono
l’8,5% del totale nazionale
(Bolzano 11,8%, Sondrio 11,4%)
930 impianti idroelettrici
Pot. media totale: 847 MW
Prod. media annua: 5.618 GWh
(di cui ~60% esportata)
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Concessioni di Piccola Derivazione in Trentino
• Complessivamente:
– n. 322 impianti con meno 3.000 kW di potenza nominale media
– 487 punti di presa (di cui 84 effettuano Deflusso Minimo Vitale)
• Concessioni > 50 kW
– n. 105 impianti con 183 opere di presa (di cui 51 effettuano DMV)
• Concessioni > 220 kW
– n. 53 impianti con 77 opere di presa (di cui 33 effettuano DMV)
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Dislocazione delle PDI in Trentino
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Potenziale idroelettrico in Trentino
 Recupero da DMV




Potenza installabile totale: 4.000 kW
Ore funzionamento: 5.500 h/anno
Produzione attesa: 22.000.000 kWh/anno
Emissioni evitate di CO2: 9.500 t/anno
 Recupero da acquedotti




Potenza installabile totale: 1.500 kW (circa 60 Comuni)
Ore funzionamento: 6.500 h/anno
Produzione attesa: 9.750.000 kWh/anno
Emissioni evitate di CO2: 4.250 t/anno
 Recupero da pescicolture




Potenza installabile totale: 500 kW (oltre 50 pescicolture)
Ore funzionamento: 8.400 h/anno
Produzione attesa: 4.200.000 kWh/anno
Emissioni evitate di CO2: 1.800 t/anno
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Mini idroelettrico su acquedotti
Mini gruppo
idroelettrico Pelton
per acquedotto
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Mini idroelettrico su acquedotti
Si possono adottare due schemi idraulici differenti
Con scarico diretto nella
rete di distribuzione
Con scarico in serbatoio a
pelo libero
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Mini idroelettrico su pescicolture
Stima del potenziale idroelettrico ricavabile dallo sfruttamento
delle derivazioni idriche utilizzate dalle pescicolture
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Mini idroelettrico su pescicolture
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Potenziale di sviluppo in Trentino
 Il Trentino ha un potenziale sviluppo nel mini-idrico (con
potenza inferiore a 1 MW) che può essere stimato nel 20%
della potenza attualmente installata
 Gli investimenti in questa tipologia di impianti hanno tempi di
ammortamento ridotti anche rispetto ad altri impianti a fonte
rinnovabile
 Per gli impianti mini-idro sono attualmente disponibili sul
mercato applicazioni tecnologiche specifiche. Tra queste di
particolare rilevanza sono quelle che permettono di applicare
turbine a velocità variabile, nel caso si sfruttino corsi d’acqua a
portata non costante (impianti ad acqua fluente), abbinate a
Inverter per la conversione della frequenza dell’energia prodotta
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Tecnologia – Impianti a basso salto geodetico
Fanno parte di questa categoria gli impianti che possono utilizzare
piccole cadute (meno di 3 m) e l’energia cinetica della corrente:
• Ruote idrauliche
• Viti idrauliche (coclee)
• Turbine Banki-Michell
• Turbine maremotrici
Le turbine maremotrici sono turbine che sfruttano l’energia cinetica di
flussi d’acqua tipicamente maree e correnti marine (correnti libere)
La velocità dell’acqua deriva da fenomeni gravitazionali o gradienti
temici
Le turbine operano immerse nella corrente e sono concettualmente
simili a quelle eoliche
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Tecnologia – Tipi di ruote idrauliche
Ruote idrauliche per sopra
𝑉1 =
Ruote idrauliche per sotto
2𝑔ℎ
𝑉1 =
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2𝑔ℎ
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Tecnologia – Vite idraulica (coclea)
Vite perpetua a forza
idraulica: produzione di
energia elettrica anche per
piccoli salti e portate
modeste
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Tecnologia – Turbine maremotrici
• Tali sistemi possono operare in maniera unidirezionali e/o bidirezionale sfruttando l’energia cinetica della corrente di canali
• Non si utilizzano accumuli di acqua a monte per creare il salto
geodetico, ma si sfruttano canali naturali o artificiali creati per
altri scopi
• Non richiedono la deviazione delle acque attraverso i canali
artificiali, alvei, o condotte
• Non richiedono grandi opere civili poiché sfruttano strutture
esistenti
• L’immersione delle macchine nella corrente crea un rigonfiamento
della vena a monte (da qualche centimetro a un metro) per cui va
valutato l’impatto sulle strutture o impianti a monte.
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Tecnologia – Turbine maremotrici
KHECS Demonstration Unit
(Courtesy of Verdant Power)
Dual-Turbine Offshore Units
(Courtesy of Marine Current Turbines Ltd.)
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Tecnologia – Turbine Gorlov (maremotrici)
Turbina A
Turbina B
Turbina C
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Turbina D
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Tecnologia – Turbine Gorlov (River-Wheel)
Potenza elettrica
per unità di
superficie di
rotore in
funzione della
velocità
dell’acqua
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Tecnologia - Turbine (25÷5000) kW
H [m]
1000
Pelton
x
500
300
x
Francis
x
Kaplan
50
20
Dive
x
x
Coclea
5.000 kW
5
x
2.500 kW
VLH
1.300 kW
1
Q [m3/s]
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1
x
2
3 4
25
6 8 10
50
100
20 30
250
50
100
500 kW
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Tecnologia - Turbine (1÷100) kW
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Impianti su canali di bonifica e irrigazione
Turboalternatore a magneti permanenti sommerso (Turbina DIVE)
Applicazione in piccoli canali di bonifica
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Impianti su canali di bonifica e irrigazione
Impatto della struttura in cemento armato
per 3 diverse tipologie di turbina
Kaplan verticale a
semplice regolazione
Gruppo Bulbo Immerso
Turbina Very Low Head
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Impianti su canali di bonifica e irrigazione
Punti di forza
• Portata “conosciuta”
(canale regimato)
• Trasporto solido ridotto
Punti di debolezza
• Opere civili in acqua
• Rendimenti dipendenti dalle opere
civili
• Gestione delle piene
• Impatto ambientale
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Turbine VLH (Very Low Head)
• Generatore a magneti permanenti a velocità
variabile (inverter): massimizzazione dei
rendimenti alle varie condizioni idrauliche
• Grande diametro di ruota con bassa velocità
di rotazione (30-50 rpm) e ridotta velocità
dell’acqua
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Turbine VLH (Very Low Head)
• Regolazione della portata in ingresso per mantenere rendimenti elevati
• Gli impianti ad acqua fluente che non possiedono una regolazione
intrinseca necessitano di una paratoia a monte che provoca ulteriori
perdite di carico
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Tecnologia – Innovazione - Sviluppo
Funzionamento a velocità variabile
Connessione alla rete tramite convertitore di frequenza
Vantaggio di inseguire i punti di massima efficienza meccanica
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Tecnologia – Innovazione - Sviluppo
Funzionamento a velocità variabile
Al variare delle condizioni di funzionamento
(salto e portata) il sistema automatico di
controllo calcola un opportuno set-point di
velocità in modo inseguire i punti di
massima efficienza della macchina [MPPT Maximun Power Point Tracking, mutuato da
fotovoltaico ed eolico
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Tecnologia – Innovazione - Sviluppo
Nel caso di portate fortemente variabili (la variabilità può arrivare fino ad un
rapporto 1:5) si possono sfruttare nuove soluzioni tecnologiche come l’impiego
di turbine a velocità variabile
Caso A – Kaplan a doppia regolazione (velocità fissa ed elica fissa)
Caso B – Kaplan a doppia regolazione con flusso ridotto
Caso C – Elica fissa con flusso ridotto (velocità variabile)
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Realizzazioni
Scarico dissabbiatore Ala di Trento – Fiume Adige
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Realizzazioni
Troticoltura Sorgenti Feido
Agrone (Pieve di Bono)
Turbina Banki 7 kWel
Produzione attesa 60 MWh
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Realizzazioni
Salto di concessione
Portata di concessione
Diametro condotta
Lunghezza condotta
Potenza massima
413 m
73 l/s
200 mm
2000 m
230 kW
Rifacimento gruppo turbina e alternatore e bypass
acquedotto “Salatino” – Pieve di Bono (TN)
Caratteristiche gruppo pre-intervento
Caratteristiche gruppo post-intervento
Alternatore
Giri
Raffreddamento alternatore
Materiale cassa
Calettamento girante-alternatore
Potenza
Producibilità media
Attuatori
Alternatore
Giri
Raffreddamento alternatore
Materiale cassa
Calettamento girante-alternatore
Potenza
Producibilità media
Attuatori
asincrono
1500 giri/min
aria
acciaio verniciato
giunto elastico
250 kW
910 MWh
oleodinamici
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asincrono
1500 giri/min
acqua
acciaio inox
a sbalzo sull’albero del gen.
250 kW
960 MWh
elettrici
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Realizzazioni
Centrale idroelettrica su acquedotto - Comune di Pelugo (TN)
Turbina Pelton ad 1 getto da 19 kW
Produzione di circa 140.000 kWh/anno
Investimento di 110.000,00 Euro
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Realizzazioni
Centrale idroelettrica Ponte Cornicchio - Trento
Potenza 74 kW
Produzione di circa 490.000 kWh/anno
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Incentivi economici
DM 6 luglio 2012
Produzione di energia elettrica
da fonte rinnovabile non fotovoltaica
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Incentivi economici
Applicazione
 Il decreto stabilisce le nuove modalità di incentivazione della produzione di
energia elettrica da impianti alimentati da fonti rinnovabili, diverse da
quella solare fotovoltaica, con potenza non inferiore a 1 kW
 Gli incentivi si applicano agli impianti nuovi, integralmente ricostruiti,
riattivati, oggetto di intervento di potenziamento o di rifacimento, che
entrano in esercizio dal 1 gennaio 2013
Limite complessivo all’incentivazione
 Il costo indicativo cumulato per tutte le tipologie di incentivo agli impianti
a fonte rinnovabile, diversi da quelli fotovoltaici, non può superare
5,8 miliardi di euro annui
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Incentivi economici
Tipologia di incentivi
 Gli incentivi sono riconosciuti alla produzione di energia elettrica netta
immessa in rete dall’impianto. L'energia elettrica autoconsumata non ha
pertanto accesso agli incentivi
 Il decreto prevede due distinti meccanismi incentivanti
• impianti di potenza fino a 1 MW: tariffa incentivante omnicomprensiva
determinata dalla somma tra una tariffa incentivante base (Tb) ed
eventuali premi (cogenerazione ad alto rendimento e riduzione delle
emissioni)
• impianti di potenza superiore a 1 MW e impianti di potenza fino a 1 MW che
non optano per la tariffa omnicomprensiva: incentivo calcolato come
differenza tra la tariffa incentivante base (a cui vanno sommati eventuali
premi) e il prezzo di vendita zonale orario dell’energia. L’energia prodotta
resta nella disponibilità del produttore
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Incentivi economici
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Incentivi economici
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Incentivi economici
 Gli impianti che godono degli incentivi e DM 6 luglio 2012 non possono
accedere allo Scambio sul Posto e al Ritiro Dedicato
• Lo Scambio sul Posto consente al soggetto responsabile di un impianto di
ottenere una compensazione tra il valore economico associabile
all’energia elettrica prodotta e immessa in rete e il valore economico
associabile all’energia elettrica prelevata e consumata in un periodo
differente da quello in cui avviene la produzione. Il GSE eroga il
contributo in Conto Scambio (CS), che garantisce il rimborso di una parte
degli oneri sostenuti dall’utente per il prelievo di energia elettrica dalla
rete
• Il Ritiro Dedicato è una modalità semplificata a disposizione dei
produttori per la vendita dell’energia elettrica immessa in rete, in
alternativa ai contratti bilaterali o alla vendita diretta in borsa. Consiste
nella cessione dell’energia elettrica al GSE, che provvede a remunerarla
(corrispondendo al produttore un prezzo per ogni kWh ritirato) e a
rivenderla sul mercato
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Sistema di controllo della frequenza
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