Energie Rinnovabili da Fonte non Solare Energia Idraulica

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Energie Rinnovabili da Fonte non SolareEnergia
Idraulica
Corso di Formazione ESTATE

• Daniele Cocco
• Dipartimento di Ingegneria Meccanica
• Università degli Studi di Cagliari
• cocco_at_dimeca.unica.it
• http//dimeca.unica.it/cocco/

Luglio 2010
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La storia dellenergia idraulica
Dallepoca Romana agli inizi del 900.
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La storia dellenergia idraulica
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La storia dellenergia idraulica
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La storia dellenergia idraulica
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La storia dellenergia idraulica
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Pelton (1900)
Francis (1840)
Kaplan (1910)
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Il ciclo dellacqua
Precipitazione
Evaporazione
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Lo schema di impianto
E m 9,81 H0
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Potenziale idraulico
Precipitazioni medie annue di 1000 mm (800 mm
sulla terraferma e 1250 mm sui mari)
La superficie delle terre emerse è di circa 150
milioni di km2
Il volume dacqua corrispondente è pari a circa
0,8x150 1012120 000 miliardi di m3/anno (circa
50000 al netto della evaporazione)
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Potenziale idraulico
Tale volume ritorna al mare con un salto medio di
400-500 m
Lenergia idraulica potenzialmente disponibile
varia pertanto da 50000 a 70000 TWh/anno,
peraltro ridotta del 15-20 per via dei
rendimenti delle turbine
In realtà quella tecnicamente utilizzabile è solo
il 30-40 e quella economicamente utilizzabile il
10-15, ovvero 6000-12000 TWh/anno
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La produzione attuale
Ci sono margini ampi per sfruttare il potenziale
idraulico soprattutto in Asia, Cina e Africa (es.
Cina, Diga delle tre Gole, 26 turbine da 700 MW,
40 miliardi di mc, 17 anni di costruzione, 1
milione di persone evacuate)
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La situazione in Italia
Produzione in Italia di energia idroelettrica.
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La situazione in Italia
Potenza degli impianti idroelettrici italiani.
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Situazione Impianti al 2009
(6,3)
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Bilancio dellenergia elettrica
18,3
4,3
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Bilancio dellenergia elettrica
Il contributo delle Rinnovabili è stato del 22,6
nel 2009 contro il 18,5 del 2008
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Lo schema di impianto
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Classificazione degli impianti

• Gli impianti si suddividono in
• Impianti ad acqua fluente (10-12)
• Impianti a bacino (40-45)
• Impianti di pompaggio (40-45

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Classificazione degli impianti
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Impianti ad acqua fluente
Impianti senza canale derivatore
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Impianti ad acqua fluente
Impianti intubati
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Impianti inseriti in canali irrigui
Camera di carico Centrale Canale di bypass
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Impianti inseriti in canali irrigui
Su canale preesistente solo piccola presa con
ridotto allargamento del canale
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Impianti nel sistema di fornitura dellacqua
potabile
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Impianti a bacino
Centrali a piede di diga
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Impianti a bacino
Turbina a sifone
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Gli impianti di pompaggio
Sono costituiti da due bacini uno a monte e uno a
valle collegati da una condotta La macchina è di
tipo reversibile, ossia può funzionare sia come
pompa sia come turbina Di giorno, lacqua del
bacino di monte fluisce a valle e produce
energia Di notte leccesso di energia della rete
viene utilizzato per pompare il fluido dal bacino
di valle a quello di monte
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Gli impianti di pompaggio
In realtà consumano energia come si evince
facilmente calcolando il rendimento
dellimpianto. I rendimenti complessivi degli
impianti di pompaggio sono dellordine del
65-75.
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Le risorse idrauliche
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Le risorse idrauliche
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Le risorse idrauliche
Precipitazioni in Sardegna nel 2004-2005.
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La curva dei deflussi
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Lidrogramma delle portate
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Il diagramma delle durate
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Il rendimento e la potenza
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Le opere di presa e la diga
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Le perdite alla presa

• kB fattore di ostruzione
• inclinazione griglia
• b spessore barra
• a luce fra le barre
• cG velocità dellacqua
• ? angolo sulla corrente fluida

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Le perdite nel canale aperto

• i pendenza canale
• LCL lunghezza canale

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Le perdite nella condotta

• f fattore dattrito (dallabaco di Moody)
• LCF lunghezza condotta
• DCF diametro condotta
• cCF velocità dellacqua

f
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Le altre perdite
kJ coefficiente di perdita cCF velocità
dellacqua
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Le turbine idrauliche
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La turbina Pelton
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La turbina Pelton
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La turbina Francis
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La turbina Francis
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La turbina Francis
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La turbina Francis
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La turbina Kaplan
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La turbina Kaplan
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La turbina Kaplan
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Il rendimento di turbina
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Dimensionamento della turbina
Coefficiente di portata
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Dimensionamento della turbina
Coefficiente di pressione
Numero di giri specifico
Coefficiente di portata
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Elementi di costo
Condotta forzata 150-250 /m
Investimento totale da 1500 a 3500 /kWe
Costo gestione e manutenzione annua 3-5 del
costo iniziale
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FINE