Elettroturbine - Water Solutions

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Produzione di energia elettrica
Elettroturbine
Sfruttare i salti idraulici
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ITT Water & Wastewater Italia
Elettroturbine: un grande futuro
L’energia idroelettrica prodotta
sfruttando le cadute dei corsi
d’acqua del nostro Paese era
uno dei vanti dell’Italia
dell’inizio del ‘900. Moltissime
piccole e piccolissime centrali
idroelettriche di quegli anni
sono successivamente cadute
in disuso o hanno continuato a
funzionare con macchinari
ormai obsoleti. Il loro
progressivo abbandono si è
avuto in seguito alla
nazionalizzazione dell’energia
elettrica negli anni ‘60:
l’interesse si spostò sulle
grandi centrali termoelettriche,
i cui costi di produzione
dell’energia erano minori e le
piccole centrali vennero chiuse
o abbandonate. Con la
deregulation del mercato
elettrico in Italia, oggi
l’argomento delle piccole
centrali idroelettriche è tornato
di grande attualità e promette
di avere un grande futuro.
Salti idraulici da 2 a 20 m
Il generatore a turbina
sommergibile Flygt rappresenta
una soluzione molto
concorrenziale per le mini
centrali idroelettriche. Semplicità
di installazione, basso impatto
ambientale, possibilità di
ristrutturazione di vecchi
impianti nelle varie tipologie di
impiego, sono i principali
vantaggi di questa
collaudatissima soluzione.
Ovunque vi sia un salto idraulico
compreso tra 2 e 20 m, la
possibilità di attivare una
minicentrale idroelettrica in
tempi brevi e con investimenti
contenuti è oggi sempre più
vantaggiosa.
Le elettroturbine derivano dalle
pompe PL che hanno oltre 50 anni
di vita (foto sotto). In basso due
impianti esistenti e due fasi del
montaggio. Notare le piccole
dimensioni dei fabbricati ed il
basso impatto ambientale degli
impianti.
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Il recupero di vecchie centrali
Con l’avvento delle minicentrali sommerse il recupero
di vecchie centrali
idroelettriche è diventato
semplice ed economico. In
particolare le turbine di tipo
Francis installate in camera
aperta possono essere
sostituite molto semplicemente
con le elettroturbine
sommerse: una volta rimossa la
vecchia turbina al suo posto
vengono posati un tubo
contenitore (in cui viene
installata la nuova
elettroturbina) ed un nuovo
diffusore.
Non resta che verificare ed
eventualmente rinnovare il
canale artificiale e le opere di
presa. In questi casi deve
essere installata anche una
paratia per consentire all’unità
sommergibile di operare in
modo indipendente nel canale
che alloggia due o più turbine.
Acque di scarico come fonte
di energia
La versatilità delle mini-centrali
idroelettriche le rende idonee
ad essere installate in tutte
quelle situazioni in cui vi
sia un salto idraulico
sufficiente.
Questo è il caso di alcuni
impianti di trattamento delle
acque reflue, che spesso
presentano un salto di livello
al punto di sbocco delle
acque depurate per la loro
reimmissione nel corpo idrico
recettore. Tale recupero
energetico può contribuire
significativamente alla
economicità di funzionamento
dell’impianto di trattamento
delle acque recuperando parte
dell’energia necessari al
funzionamento del processo di
depurazione.
70
In alto due esempi di riconversione di piccole centrali. Il recupero di
vecchi fabbricati e la facilità di installazione delle elettroturbine (in
basso a destra) rende queste operazioni economiche e realizzabili in
tempi contenuti. In basso a sinistra un vecchio e ingombrante
generatore in disuso.
Principi di installazione
Il modo ottimale di installare
una elettroturbina è quello di
inserirla in un tubo contenitore
verticale munito di flangia, su
cui si appoggia la turbina e al
quale viene collegato il
diffusore di scarico. Il peso
stesso della turbina è
sufficiente a tenerla in
posizione e non servono
ancoraggi specifici. ITT Water &
Wastewater ha sviluppato vari
schemi standard di
installazione che garantiscono
le condizioni di flusso ideali per
una elevata efficienza globale e
che, per la loro semplicità,
possono essere facilmente
utilizzati nella maggior parte
dei casi pratici.
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ITT Water & Wastewater Italia
Condotta
forzata
Canale aperto
a paratoia piana
l’installazione a canale aperto
composta da un breve canale di
carico, un tubo contenitore ed
un diffusore dritto. Il flusso viene
controllato da una paratoia.
L’ampiezza del canale ottimale è
in questo caso doppia del
diametro nominale del tubo
contenitore della turbina. La
disposizione della turbina vicino
la parete posteriore del canale e i
raccordi d’angolo prevengono la
formazione di vortici alla bocca
della turbina e permettono una
distribuzione uniforme del flusso.
Nel caso di salti più bassi (da 3 a
6 metri) è preferibile un diffusore
a gomito.
Installazione a sifone
Canale aperto
con unità in serie
Canale aperto con
paratoia cilindrica
Sifone
In canale sotto briglia
I sei schemi principali per la realizzazione di piccole centrali idroelettriche, si possono adattare a molte tipologie differenti, che garantiscono
la loro applicazione nella quasi totalità dei casi.
Installazione in condotta
forzata
Per salti idraulici superiori a 6 m è
preferibile l’installazione in
condotta forzata, con una
condotta verticale o inclinata, un
giunto a Y, un tubo contenitore
verticale ed un tubo diffusore. Il
flusso viene controllato da una
paratoia all’opera di presa e/o da
una valvola installata nella parte
terminale della condotta. In
questo caso si possono avere 4
varianti con il diffusore diritto o a
gomito, collegato ad un tubo
contenitore stretto o largo,
secondo la portata del flusso.
Installazione a canale aperto
Per salti idraulici da 5 a 10 m,
risulta più conveniente
Quando i salti idraulici sono
modesti (2-5 m) e la portata
elevata (5-10 m3/sec) si adotta lo
schema a sifone. In questo caso
la camera della turbina ha la
funzione di sifone e può essere
incorporata in una diga o in uno
stramazzo. Il vantaggio in questo
caso è dato dal fatto che lo
scavo necessario è più limitato
rispetto ad una soluzione a
canale aperto. Inoltre
l’installazione a sifone non
richiede paratoie di controllo. È il
sistema del vuoto che,
espellendo l’aria dalla camera di
carico, permette l’avvio della
turbina. Introducendo aria e
quindi disinnescando il sifone la
turbina si ferma.
Stazioni in canale sotto briglia
Le elettroturbine sommergibili
permettono di realizzare
impianti completamente
sommersi, in cui la portata in
eccesso sorre sullo stesso
impianto: una soluzione a
bassissimo impatto ambientale
che trova numerose possibilità
pratiche di applicazione.
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Alta redditività e grande facilità di installazione
Le elettroturbine sommerse di
progetto Flygt sono macchine
adatte allo sfruttamento di bassi
salti: Ogni unità si compone di
una turbina assiale ad elica di tipo
semi-Kaplan, di un generatore ad
induzione e, se necessario, di un
moltiplicatore planetario
epicicloidale. Il loro vantaggio
principale è che tutto il gruppo
generatore può essere installato
direttamente nel corso d’acqua,
eliminando così sia la necessità di
un albero lungo per a
trasmissione meccanica, sia le
relative opere che questo
richiederebbe. Le strutture civili
possono quindi essere
semplificate e di dimensioni
ridotte. Inoltre, non essendo
necessario l’allineamento in loco
degli assi e nemmeno gli
inghisaggi di parti della macchina,
le operazioni di installazione
possono essere realizzate da
manodopera
locale e
normali
attrezzature da cantiere.
L’installazione si adatta facilmente
alle specifiche condizioni locali,
offrendo vantaggi estetici e di
basso impatto ambientale. Le
elettroturbine Flygt vengono
prodotte in versioni standard:
variando il modello della turbina,
di generatore, di moltiplicatore
e/o l’angolazione delle pale del
distributore e delle pale dell’elica
si ottiene una gamma molto
ampia di macchine e si possono
ottimizzarle in funzione della
caratteristica e durata del flusso.
Nei modelli di maggiore potenza
è possibile prevede un sistema di
regolazione oleodinamico
dell’angolazione delle pale
dell’elica che consente la taratura
automatica dell’inclinazione delle
pale al variare del flusso ad una
pressione costante (turbine semiKaplan). I settori di impiego sono
piccole centrali idroelettriche,
autoproduttori di energia
elettrica, enti pubblici, aziende
elettriche municipali, consorzi di
irrigazione e bonifica, impianti di
trattamento delle acque di
scarico, impianti industriali.
Le applicazioni possono essere in
fiumi o corsi d’acqua, canali di
irrigazione, scarichi di reflui già
trattati, sistemi di raffreddamento
dell’acqua in cicli industriali,
recupero di flussi minimi in
impianti idroelettrici, distribuzione
di acque in chiuse e dighe
costruite su fiumi e canali.
20
5
Salti
m3/s
15
10
H
m
4
Curva di
durata
delle portate
3
2
5
1
TURBINA 2
TURBINA 1
0
0
50
100
150
200
250
300
365 giorni
La scelta delle macchine deve basarsi sulla analisi delle portate e dei salti del sito
individuato. In base ai dati storici si scelgono le macchine più idonee per la
migliore redditività della produzione idroelettrica. Nell’esempio riportato qui sopra
la turbina 1 lavora 365 gg all’anno con una portata disponibile di circa 2,0 m3/sec
mentre la turbina 2 lavorerà circa 160 gg all’anno con una portata di 2,5 m3/sec.
0
Caratteristiche tecniche generali
Installazione
Elica
Salto massimo
Generatore
Classe di isolamento
Corpo
Alloggio statore
Tenuta meccanica interna
Tenuta meccanica esterna
Moltiplicatore planetario*
72
In tubo contenitore
4 o 5 pale
22 m
asincrono ad induzione a gabbia di
scoiattolo 70 - 600 kW
F (155 °C)
ghisa
ghisa
Carburo di tungsteno anticorrosione/
Carburo di tungsteno anticorrosione
Carburo di tungsteno anticorrosione/
Carburo di tungsteno anticorrosione
Rapporti personalizzabili, con serbatoio
olio, filtro e pompa di pressurizzazione
della lubrificazione
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ITT Water & Wastewater Italia
Caratteristiche tecniche Elettroturbine
Hm
20
15
à
nit
4u
à
nit
3u
à
nit
2u
50 Hz
0
765
0
EL
EL
762
0
760
EL
5
758
0
757
EL
kW
EL
755
00
EL
28
6
10
5
00
21
kW
4
00
14
kW
3
100 kW
200 kW
W
0k
40 kW
70
2,5
2
1
0,5
2
5
EL 7556 EL 7570 EL 7585 EL 7600
Modello
Ø min.
Ø elica Num.
tubo
(m) pale
cont (m)
4
50°; 57°; 63°;
0,8
0,55
70°
5
4
50°; 57°; 63°;
1,2
0,7
70°; 77°
5
4*
50°; 57°; 63°;
1,2
0,85
70°
5**
4*
50°; 57°; 63°;
1,4
1
70°
5**
4
50°; 57°; 63°;
1,6
1,2
70°
5
4
57°; 63°; 70°;
2
1,5
77°
5
Potenza Angolo del
(kW) distributore
EL 7556 40-170
EL 7570 70-365
EL 7585 110-600
EL 7600 110-600
EL 7620 110-600
EL 7650 200-600
10
EL 7620
Angolo
pale
4°~30°
8°~28°
4°~30°
8°~28°
4°~32°
8°~28°
4°~32°
8°~28°
4°~32°
8°~28°
4°~32°
8°~28°
20
50
Q m3/s
EL 7550
Regol.
pale
elica
Altezza
max. Ø (mm)
(mm)
Peso
max
(kg)
manuale
2625
765
1650
manuale
3140
1140
4150
manuale
4325
1140
8100
manuale
4380
1340
8700
manuale
4570
1540
9700
manuale
o autom.
4745
1940
12300
* Con moltiplicatore - ** Senza moltiplicatore
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