Il canale di restituzione è già esistente, passa al di sotto del pavimento della stanza destinata ad ospitare il gruppo turbina-generatore, corre parallelamente al Tufere per circa 15 metri e poi vi si getta (fotografie 4.5.1 e 4.5.2).
Figura 4.4.1.5 – Posizionamento altimetrico della turbina
Fotografia 4.5.1 – Collegamento della centrale con il canale di scarico, oggi chiuso da una parete di mattoni
Il livello idrico nel Tufere potrebbe raggiungere valori tali da rigurgitare il canale di restituzione e impedire lo scarico: è necessario verificare che ciò accada per portate aventi un tempo di ritorno maggiore di 200 anni.
A tal fine, si costruisce il profilo di rigurgito nel canale di restituzione quando vi scorre la portata massima di progetto e quando nel Tufere si verifica la portata massima duecentennale.
Il canale di restituzione è largo 0.7 m, la quota di fondo iniziale è pari a 188.25 m slm, la quota alla quale avviene la confluenza con il Tufere è pari a 185 m slm circa. Siccome il canale di restituzione è lungo 15 m, la sua pendenza è pari a:
216
L’altezza critica nel canale di restituzione, per Q = Qmax di progetto, vale:
m
L’altezza di moto uniforme è legata alla Qmax di progetto dalla:
m
La portata duecentennale stimata per il Tufere è pari a 11,6 m3/seca. Tale portata defluisce nel Tufere con un’altezza che può essere calcolata con la nota formula di Gauckler-Strickler:
3 /
R2
A i K
Q= ⋅ ⋅ ⋅
Sulla base dei sopralluoghi effettuati e della cartografia, si pone:
K = 33 m1/3/sec i = 0.016 B = 3.9 m Per Q = 11.6 m3/sec si ottiene h = 0.96 m.
Nella sezione terminale del canale di restituzione, dovendosi avere h = 0.96 m > kc, la corrente sarà lenta. Il profilo di rigurgito che si verifica in alvei a forte pendenza in caso di corrente lenta è un profilo di tipo S1. (vedi figura 4.5.1). Tale profilo si costruisce per passi partendo dalla sezione terminale (h = 0.96 m) e risalendo verso monte.
La sezione del risalto si individua andando a cercare la sezione per la quale la spinta totale da valle eguaglia la spinta totale da monte. In caso di sezione rettangolare ciò accade quando si verifica l’eguaglianza, da valle e da monte, della funzione invariante del risalto:
k h h h
f( )=0.5 2 + c3
Sapendo che a monte h vale hu, si ricava facilmente l’altezza coniugata del risalto h1: h1 = 0.219 m
La lunghezza L del risalto è data da:
L = 6.5 · (h1 – hu) = 1 m
La verifica alla portata duecentennale è rispettata se risulta, nella sezione iniziale, h < (188.93 m slm – 0.3 m – 188.25 m slm = 0.38 m), essendo 188.93 m slm la quota del
Figura 4.5.1 – Profilo di rigurgito di tipo S1
piano di calpestìo della centrale, 0.3 m lo spessore del solaio, 188.25 m slm la quota del fondo del canale di scarico alla sezione iniziale (vedi figura 4.4.1.5).
Si passa quindi alla costruzione del profilo S1. Il profilo di rigurgito compreso tra due generiche sezioni i-esime, distanti Δs, si calcola con la seguente espressione (valida in caso di moto permanente gradualmente variato, quindi nel tratto compreso tra la sezione del risalto e la sezione terminale, con riferimento alla figura 4.5.1):
s
dove i vari termini hanno il significato visto più volte ed E rappresenta l’energia specifica della corrente rispetto ad un piano orizzontale di riferimento:
g
Le espressioni viste permettono di ricavare, mediante iterazioni successive, l’altezza liquida delle successive sezioni, a partire dalla sezione di valle, ad altezza nota. In particolare, si trova che l’altezza h1 si verifica a 3.35 m dalla sezione terminale.
Il profilo, in scala alterata, è riportato in figura 4.5.2.
La verifica è superata: anche in caso di portata duecentennale nel Tufere, il canale di restituzione è in grado di scaricare Qmax di progetto senza che la centrale venga allagata.
Figura 4.5.2 – Profilo di rigurgito del canale di restituzione in scala alterata
4.6 Considerazioni economiche
È indispensabile verificare la convenienza dell’investimento nell’impianto progettato.
Un’analisi economica di dettaglio dovrà tenere conto di moltissimi fattori. I più importanti sono: la producibilità dell’impianto, i costi di costruzione, i costi di esercizio e manutenzione, la possibilità di usufruire di eventuali finanziamenti e/o sgravi fiscali, la possibilità di dilazionare le spese nel tempo, il tasso di capitalizzazione, l’effetto dell’inflazione, i tempi di realizzazione delle opere, il tempo di ritorno dell’investimento.
In questa trattazione, ci si limiterà a valutare in modo sommario costo iniziale dell’impianto, spese di progettazione, spese periodiche di manutenzione e a confrontare tali costi con il ricavo annuo presunto, stimando quindi, seppur grossolanamente, il tempo di ritorno dell’investimento.
Si considerano:
• Condotta forzata, il cui prezzo di mercato è stato stimato al 4.3.5 in circa 1050 ;
• Gruppo generatore-turbina da 8.16 kW, il cui prezzo di mercato è stato stimato al 4.4.1 in 6000 ;
• Scavi, riporti, ristrutturazione delle opere esistenti, di difficile valutazione. Si può assumere, orientativamente, una spesa di 5000 ;
• Produzione di atti e documenti, spese burocratiche, spese di progettazione, può assumersi pari a 7000 ;
• Valvole, paratoie, organi di comando, può prevedersi una spesa di 1000 ;
• Spese annue di manutenzione, non dovrebbero superare i 700 , data la modestia delle portate in gioco.
Si stima pertanto:
Costo iniziale ≈ 20000
Costo annuo di manutenzione ≈ 700 Si passa ora al calcolo della remuneratività dell’impianto:
Potenza installata: 8.16 kW – Rendimento turbina = 0.82 – Rendimento gruppo = 0.72 Giorni Qder (m3/sec) Hnetto (m) Pdisp (kW) Perogata (kW) E (kWh) Eintegrale (kWh)
365 0.019 8.98 1.67 1.21 145
360 0.019 8.98 1.67 1.21 1218 145 320 0.021 8.98 1.85 1.33 1459 1362 280 0.027 8.96 2.37 1.71 2119 2822 240 0.043 8.91 3.76 2.71 3381 4941 200 0.070 8.78 6.03 4.34 4250 8322 160 0.073 8.76 6.27 4.51 4475 12572 120 0.078 8.73 6.68 4.81 4918 17047 80 0.089 8.65 7.55 5.44 5408 21966 40 0.096 8.60 8.10 5.83 5623 27374
L’energia producibile annua risulta pertanto pari a circa 33 MWh. Ricordando che il prezzo dell’energia prodotta dai micro impianti è pari a 220 /MWh (per i primi 15 anni di esercizio dell’impianto), risulta che l’impianto in esame consente un ricavo annuo pari a:
220 /MWh ⋅ 33 MWh/anno = 7260 /anno Al netto delle spese di manutenzione:
Remuneratività impianto = (7260 – 700) /anno = 6560 /anno
Si ha pertanto che il costo iniziale dell’impianto, di 20000 , viene recuperato in un tempo indicativamente pari a tre anni, come mostrato nel grafico che segue:
Remuneratività assoluta dell'impianto
-40000 -20000 0 20000 40000 60000 80000 100000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
tempo (anni)
guadagni (Euro)
Remuneratività relativa dell'impianto
-2 -1 0 1 2 3 4 5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
tempo (anni)
guadagno/spesa iniziale
Dopo i primi 15 anni di esercizio, l’impianto, a fronte di una spesa iniziale di circa 20000 Euro, fornisce un guadagno (al netto del costo iniziale e delle spese annuali di manutenzione) di circa 78000 Euro, poco meno del quadruplo della spesa iniziale.