12-03 Energie rinnovabili-Micro Idroelettrico

Energia da fonti rinnovabili:
Micro Idroelettrico
Gli impianti idroelettrici generano energia elettrica utilizzando l’energia dell’acqua in
movimento che scorre nei fiumi e nei canali. Il processo che ha luogo all’interno di tali
impianti è la conversione dell’energia potenziale posseduta da una massa d’acqua che
fluisce in un corso d’acqua con una certa caduta, chiamato “salto”, in energia elettrica; ciò
avviene nella parte terminale dell’impianto, dove è localizzata la centrale. La potenza
dell’impianto è proporzionale alla portata ed al salto. La tecnologia idroelettrica permette di
generare elettricità in modo istantaneo ed è perciò in grado di coprire sia il carico di base
sia i picchi di domanda di energia. La produzione idroelettrica ha la caratteristica di essere
facile da gestire e può perciò essere adatta a improvvise variazioni dei consumi di energia
e contribuisce a stabilizzare la rete elettrica.
L’Italia è considerata una delle nazioni con il più alto potenziale idroelettrico del continente
europeo, non a caso più del 70% dell’energia rinnovabile prodotta da fonti pulite deriva
proprio da impianti idroelettrici che da decenni operano sul territorio. Con la sua grande
concentrazione di fiumi, rogge e canali, il nostro paese è particolarmente indicato per una
massiccia diffusione di impianti mini-idroelettrici ad acqua fluente.
In base alla taglia di potenza nominale (P) della centrale, gli impianti idroelettrici vengono
classificati:
pico-idroelettrico= P<5 kW
micro-idroelettrico= 5<P<100 kW
mini-idroelettrico= 100<P<1.000 kW
piccolo-idroelettrico= 1.000<P<10.000 kW
grande-idroelettrico= P>10.000 kW
Figura 1: schema di un impianto micro-idroelettrico
In questo articolo tratteremo prettamente gli impianti con dimensione inferiore ai 100 kW
(micro-idroelettrico), essi a differenza dell’idroelettrico tradizionale, che richiede grandi salti
d’acqua (spesso ottenuti artificialmente con le dighe) impiegano acqua fluente
sfruttandone i salti d’acqua naturali, generalmente non superiori ai 5 metri, e prevedono
l’installazione di turbine direttamente nel letto del fiume.
Il micro-idroelettrico può essere applicato virtualmente a qualsiasi situazione in cui ci sia
acqua fluente: dai canali di scarico delle aziende, agli acquedotti urbani, fino ai più piccoli
torrenti.
Il principio che sta alla base della produzione idroelettrica è la trasformazione dell’energia
potenziale dell’acqua in energia meccanica (trasferita all’albero motore della turbina) e
successivamente in energia elettrica attraverso un generatore. L’acqua viene convogliata
da un certo livello ad un livello inferiore, dove la pressione e/o energia cinetica posseduta
dall’acqua possono essere utilizzate per compiere lavoro utile. Le turbine idrauliche, in
particolare, trasformano la pressione e l’energia cinetica in energia meccanica, che può
essere utilizzata per azionare un generatore
La parte principale dell’impianto è la Turbina, essa è costituita da un distributore (fisso)
che indirizza e regola il flusso d’acqua, e dalla girante (mobile), che trasmette all’albero su
cui è montata l’energia sottratta all’acqua.
A seconda del salto idrico, che determina
le caratteristiche della girante da utilizzare,
si hanno diversi tipi di turbine:
- turbine ad azione: Pelton (per salti
elevati), Turgo e Banki-Michell (salti
medi);
Pala della
Girante
- turbine a reazione: Francis (per salti
girante
medi, con pale fisse) e Kaplan (con
portate più elevate e salti più
contenuti)
Flussi dell’acqua
Figura 2: schema di una turbina Kaplan
La turbina Kaplan (figura 2 e 3) è la più indicata per il pico ed micro idroelettrico, essa è
una turbina a flusso radiale o assiale con pale orientabili, solitamente usata per bassi salti,
tra 1,5 e 50m; essa opera completamente immersa in acqua e generano delle forze
idrodinamiche sulla girante, anche mediante variazioni di pressione sulla superficie delle
pale,
acquisendo
così
l’energia
dell’acqua.
L’energia meccanica catturata dalla
turbina viene trasformata in energia
elettrica da parte del Generatore, esso
può essere di 2 tipologie, sincroni ed
asincroni. Esso è costituito da 2
componenti, uno statore, componente
fisso, e da un rotore, parte mobile.
Quest’ultima componente, mediante la
sua rotazione, crea un campo magnetico
intorno agli avvolgimenti dello statore,
producendo energia elettrica che verrà Figura 3: foto
raccolta, portata alla tensione di rete ed
Turbina Kaplan
immessa nella rete stessa.
La potenza installata per il nostro impianto dipende da due fattori, la portata e l’altezza
dei salti d’acqua del nostro corso d’acqua; il suo valore può essere calcolato come segue:
P (kW)= Q (m3/s) x H (m) x ηtot x G
Dove:
Q: portata del corso d’acqua
H: salto netto
ηtot: rendimento totale (0,75-0,85)
G: accelerazione di gravità, 9,81 m/s2
Per valutare la portata d’acqua è utile creare un grafico con la curva di durata delle
portate, in modo da poter osservare il numero di ore in cui si ha una portata utile per il
funzionamento dell’impianto ed osservarne il picco minimo e massimo.
Il salto netto presente sul nostro corso d'acqua viene stabilito sottraendo al valore del salto
lordo (distanza verticale percorsa dall’acqua in caduta, ottenuta come differenza tra la
quota a monte ed a valle dell’impianto), il valore delle perdite di carico che l’acqua subirà
in seguito al passaggio attraverso le griglie, condotte e valvole presenti nell’impianto.
La producibilità annua dell’impianto può essere invece calcolata come segue:
E (kWh)= P (kW) x 4500 (ore)
Per la progettazione dell’impianto sono da prevedere alcuni studi preventivi:
- Topografia e geomorfologia della zona d’insediamento
- Valutazione della disponibilità della risorsa idrica
- Individuazione del sito e progettazione preliminare
- Scelta delle turbine e generatori da impiegare
- Valutazione d’Impatto Ambientale (VIA) e misure di mitigazione ambientale
-
Valutazione economica del progetto (costi per l’uso dell’acqua ed occupazione del
suolo, contratti per la vendita dell’energia e tipologie di finanziamento impiegabili)
- Analisi della legislazione inerente ed iter autorizzativo (avente un costo che incide
in media per il 2% del valore dell’opera).
Il Dm 10 settembre 2010 (Linee guida nazionali) prevede una serie di semplificazioni
autorizzative per la realizzazione di impianti idroelettrici di piccola taglia.
Essa prevede in 100 kW la potenza elettrica al di sopra della quale gli impianti idroelettrici
devono essere autorizzati mediante procedimento unico. Al di sotto di questo valore
invece è possibile optare per la PAS (Procedura abilitativa semplificata).
Le Linee guida nazionali prevedono anche specifici casi in cui è possibile realizzare
l'impianto con semplice Comunicazione di inizio lavori al Comune. Si tratta degli "impianti
idroelettrici realizzati in edifici esistenti, sempre che non alterino i volumi e le superfici, non
comportino modifiche delle destinazioni di uso, non riguardino le parti strutturali
dell'edificio, non comportino aumento del numero delle unità immobiliari, che non
implichino incremento dei parametri urbanistici e che non superi la potenza nominale di
200 kW".
I costi dell’impianto sono prettamente relativi all’investimento iniziale in quanto le spese
di gestione risultano imputabili solamente alla manutenzione dei macchinari.
Per la costruzione l’ammontare dell’investimento varia da progetto a progetto, in media
vanno considerati tra 1.000 e 3.000 €/kW, di cui circa il 50% relative alle opere civili (canali
di presa, opere di sbarramento, ecc.).
In linea generale, per il micro idroelettrico valgono le economie di scala, quindi i costi
specifici diminuiscono all'aumentare della taglia. Questa regola generale ha però
un'eccezione, infatti la realizzazione di un impianto pico idroelettrico, caratterizzato da
elevata semplicità impiantistica e da turbine con potenze non superiori ai 5 kW, consente
spesso di risparmiare sulle opere civili necessarie negli impianti di taglia superiore e di
avere così costi specifici molto convenienti.
I tempi di rientro dall’investimento sono da considerarsi nell’ordine dei 7-10 anni.
Il Dm Sviluppo economico 5 maggio 2011 (Quarto Conto energia), pubblicato nella GU
del 12 maggio 2011 regola l’incentivazione degli impianti che producono energia
rinnovabile. I micro impianti idroelettrici entrati in esercizio in data successiva al 31
dicembre 2007, a seguito di nuova costruzione, rifacimento o potenziamento, hanno diritto
alla possibilità di scegliere il meccanismo incentivante tra la Tariffa Onnicomprensiva e lo
Scambio sul Posto.
La Tariffa Onnicomprensiva può essere scelta per impianti fino a 200kW di potenza,
essa prevede un riconoscimento di 0,22 € per ogni kWh di elettricità netta prodotta ed
immesso in rete per i primi 15 anni d’esercizio.
Il servizio “Scambio sul Posto” secondo la definizione dell’AEEG (Autorità per l'energia
elettrica e il gas), “consiste nel realizzare una particolare forma di autoconsumo in sito,
consentendo che l'energia elettrica prodotta e immessa in rete possa essere prelevata e
consumata in un momento differente da quello nel quale avviene la produzione,
utilizzando quindi il sistema elettrico quale strumento per l'immagazzinamento virtuale
dell'energia elettrica prodotta, ma non contestualmente auto consumata”.
A livello della provincia pavese tale tecnologia sarebbe ottimale per il recupero dell’energia
potenziale dei piccoli salti d’acqua dei corsi d’acqua minori, creando sbarramenti di
dimensioni contenute (salto minimo di due metri) a monte per convogliare l’acqua verso gli
impianti idroelettrici predisposti ad hoc a valle. Ampiamente utilizzabili risultano essere
anche i salti d’acqua della rete fognaria, gli annessi impianti di depurazione e gli scarichi
industriali.
Attualmente l’energia elettrica prodotta da idroelettrico nella nostra provincia deriva
interamente da impianti dislocati presso i canali irrigui. In particolar modo la maggior parte
di tale energia deriva dalla centrale idroelettrica Enel di Vigevano, situata sul Naviglio
Sforzesco.
La produzione di energia idroelettrica in provincia di Pavia
POTENZA
INSTALLATA
Mwe
12,04
ENERGIA ELETTRICA PRODUCIBILE
GWhe/anno
ktep/anno
79,86
17,60
Per maggiori informazione si rimanda a A.P.E.R. (Associazione produttori energia a fonti
rinnovabili) – www.aper.it
Attività di informazione misura 111/B che è stata oggetto di richiesta di finanziamento sulla
misura 111 del Programma di Sviluppo Rurale 2007-2013 della Regione Lombardia;
cofinanziato dell’Unione Europea attraverso il FEASR