CAP - 6 IMPIANTO IDROELETTRICO
6.1 - GENERALITA’
Esistono diverse tipologie d’ impianti idroelettrici, le più diffuse sono riportate di seguito ma occorre ricordare che ogni impianto finisce per configurarsi sempre con delle peculiarità specifiche data la quantità delle variabili in gioco nella progettazione. La classificazione di un impianto idroelettrico può essere fatta in funzione della potenza nominale:
• Micro-impianti: P < 100 kW;
• Mini - impianti: 100 < P (kW) < 1000; • Piccoli - impianti: 1 < P (MW) < 10; • Grandi - impianti: P > 10 MW.
Oppure in funzione dell’ approvvigionamento d’acqua: Definita la durata di invaso come “il tempo necessario per fornire al serbatoio un volume d’acqua pari alla sua capacità utile con la portata media annua del o dei corsi d’acqua che in esso si riversano, escludendo gli eventuali apporti da pompaggio”, si distinguono:
• impianti ad acqua fluente; sono quelli che non hanno serbatoio o hanno serbatoio con durata di invaso uguale o minore di due ore.
• a bacino; sono quelli che hanno un serbatoio classificato come “bacino di modulazione” (durata di invaso minore di 400 ore e maggiore di 2 ore).
• a serbatoio o accumulo; sono quelli che hanno un serbatoio classificato come “serbatoio di regolazione” stagionale (durata di invaso maggiore o uguale a 400 ore). Un'altra distinzione in base agli schemi costruttivi tipici (come descritto nel manuale Colombo H.305) prevede:
a) Impianti con serbatoio e opere di derivazione in pressione. b) Impianti direttamente connessi a dighe di ritenuta.
c) Impianti con derivazione a pelo libero, vasca carico e condotta forzata. d) Impianti ad acqua fluente senza canale derivatore.
e) Impianti ad acqua fluente con canale derivatore.
Considerazioni d’impatto ambientale, di rischio idraulico e di tipo economico, come specificheremo in seguito, ci portano in questo caso alla scelta di una tipologia d’impianto ad acqua fluente con derivazione a pelo libero, vasca carico e condotta forzata. Gli impianti ad acqua fluente sono quelli che non hanno serbatoio o hanno
serbatoio con durata d’invaso uguale o minore di due ore. Solitamente la potenza efficiente è commisurata ai valori della portata di morbida normale (3÷6 mesi all’ anno). La producibilità varia da una settimana all’ altra, da un mese all’altro, in relazione ai deflussi disponibili. Il diagramma della disponibilità di potenza non coincide mai con il diagramma di carico del consumo. L’energia producibile può essere ben sfruttata soltanto nel funzionamento in parallelo con altri impianti dotati di regolazione. Negli anni 60’ quando il fabbisogno energetico italiano era quasi interamente affidato alla produzione idroelettrica agli impianti ad acqua fluente si affidava un servizio di base con produzione continua secondo il salto e la portata istantaneamente disponibili: l’utilizzazione della potenza efficiente era molto elevato, dell’ordine di 5000÷6000 ore all’ anno.
L’ utilizzazione viene realizzata, ad esempio quando l’ impianto sottende un meandro del fiume, lungo la derivazione in pressione. Allora sul tronco fluviale viene costruito lo sbarramento, mentre la centrale viene disposta al termine della derivazione in pressione. Il salto motore è dato dal dislivello fra il livello dell’acqua a monte, che è sensibilmente costante, ed il livello a valle che cresce al crescere della portata del fiume. In corrispondenza delle massime piene la riduzione del salto e quindi della potenza è tale da indurre all’arresto delle turbine e all’apertura completa delle paratoie anche per ridurre il rigurgito a monte. Nella figura 6.1.1 è riportato il diagramma delle durate delle portate di un corso d’acqua durante l’anno. Ad ogni valore dell’afflusso viene fatto corrispondere il livello a monte (costante) e il livello a valle (restituzione alta con alta portata, bassa con bassa portata, secondo la curva delle altezze del corso naturale a valle).
La differenza delle due curve di livello corrisponde alla curva delle durate dei salti lordi disponibili, poiché il salto diminuisce con l’aumentare della portata.
La potenza disponibile, proporzionale al prodotto del salto lordo per la portata, aumenta al crescere della portata, anche se il salto diminuisce; ciò è vero però solamente sino al momento in cui l’afflusso supera la capacità di ricezione dell’impianto. Da questo punto la diminuzione di salto non è più controbilanciata dall’aumento dell’afflusso: la potenza comincia a decrescere anche se la portata continua a salire. In alcuni casi la potenza durante le piene può ridursi a valori bassissimi per mancanza del salto disponibile, così da consigliare la fermata della
figura 6.1.1
Il maggior impianto ad acqua fluente italiano è quello di Isola Serafini (Piacenza). Esso è situato sul fiume Po, tra Piacenza e Cremona, ed è stato realizzato negli anni ’60 con uno sbarramento a traversa mobile che sottende una grande ansa (circa 12 km di sviluppo) che il fiume forma in corrispondenza della confluenza dell’Adda in Po. Il salto è variabile da 3,5 a 11 metri e la portata massima utilizzata è pari a 1000 mc/s. Sono installati 4 gruppi generatori per una potenza complessiva di 80 MW.
Le turbine Kaplan hanno giranti del diametro di 7,6 metri e gli alternatori, a poli salienti, hanno potenza apparente unitaria di 23 MVA e velocità di rotazione di 53,6 giri/min (112 poli).
Schema di impianto ad acqua fluente
La schema funzionale di un impianto ad acqua fluente è rappresentato nel diagramma a blocchi di figura 6.1.2; in generale si distinguono due elementi costitutivi principali:
a) Opera di sbarramento (traversa) per intercettare il corso d’acqua nella sezione prescelta per la presa.
b) Centrale di produzione incorporata nella traversa o ad essa affiancata.
Nei casi in cui la centrale è posta a distanza dalla traversa di sbarramento e dal corso d’acqua lo schema presenta un’opera di presa delle acque a lato dello sbarramento, alla quale seguono delle apparecchiature per decantare il trasporto solido (ghiaia e sabbia) delle acque, un sistema di adduzione in pressione, in galleria o in condotta, la centrale di produzione ed un canale di restituzione delle acque. Tale schema è rappresentato in figura 6.1.2 e specificato di seguito.
figura 6.1.2
dettagli impianto Idroelettrico ad acqua fluente: 1 - Opere di presa:
il flusso del corso d’acqua, o di una parte di esso, viene deviato verso le opere di convogliamento.
tramite canali a pelo libero, gallerie o tubazioni pressoché orizzontali, l’acqua viene convogliata fino al punto idoneo per realizzare il salto idraulico da sfruttare.
3 - vasca di carico
se il convogliamento è fatto con canale a pelo libero (comprendono: sfioratori, scarichi di fondo, dissabbiatori, griglie, paratoie di sbarramento). Opere all’imbocco della condotta se il convogliamento è fatto mediante tubazioni in pressione (comprendono: pozzo piezometrico, valvola a farfalla, altre valvole).
4 - Camera di carico per piccoli salti; condotta in pressione per salti e distanze
maggiori.
5 - Turbine idrauliche:
l’energia idraulica viene trasformata in energia meccanica disponibile al suo asse.
6 - Macchina elettrogeneratrice:
l’energia meccanica viene trasformata in energia elettrica disponibile ai propri morsetti d’uscita.
7 - Apparecchiature elettriche:
per l’uscita dell’energia elettrica (comprendono il trasformatore per adattare, se necessario, la tensione del generatore a quella di rete, e altri strumenti di misura, protezione, emergenza, etc.)
8 - Canale di scarico
