Corso di Impatto ambientale Modulo b) Aspetti energetici Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria Corsi di laurea specialistica in Ingegneria Meccanica e per l’Ambiente e il Territorio Corso di Impatto ambientale Modulo b) Aspetti energetici prof. ing. Francesco Asdrubali a.a. 2007/08 Energia Idroelettrica

Teorema di BERNOULLI tra sezioni 1 e 2 energia captata dall’impianto idroelettrico Se [W] se [G] = m3/s KW Pe (potenza elettrica ai morsetti alternatore) rendimento globale impianto Pe = 9,81 H G η (energia elettrica E prodotta da 1 m3 di acqua che compie il salto H, espressa in KWh) (ponendo η = 0,73) con 500 m di caduta, ad ogni m3 di acqua corrisponde 1 KWh

RENDIMENTI DI UN IMPIANTO IDROELETTRICO rendimento globale suddividiamo la perdita (1-η) nelle diverse aliquote H = caduta geodetica H ‘ = caduta netta a monte turbina (m.c.a.) se Po = gHρG Pm = gH’ρG rendimento opere adduz. rendimento turbina rendimento idraulico rendimento meccanico Pi = potenza ceduta dall’acqua alle palette Pt = potenza trasferita all’asse della turbina rendimento elettrico RENDIMENTO GLOBALE tempi di ammortamento del capitale lunghi IMPIANTI IDROELETTRICI contenute spese di esercizio e manutenzione IL COSTO DEL KWh DIPENDE PRINCIPALMENTE DAL COSTO DELL’INVESTIMENTO INIZIALE E DAGLI INTERESSI PASSIVI costo del KWh/valore del KWh

Valutazione delle risorse idriche PIOVOSITA’ (pluviometro) 800÷1000 mm/anno curve isoiete

V = volume defluito in un certo t Vo = volume affluito nello stesso t Coefficiente di deflusso C=1 P = precipitazioni d = deflussi

curva idrodinamica valore idrodinamico [m Km2]

Impianti ad acqua fluente

Impianti ad acqua fluente: scelta della portata di progetto c = costo unitario medio KWh prodotto G = portata media giornaliera P = potenza media giornaliera E = energia totale prodotta in un anno C = costi totali in un anno curva delle produzioni curva dei costi totali curva del costo del KWh

Impianti a bacino

Impianti a bacino curva deflussi Gm = V/T modulo curva afflussi

he = KT1,5 [mm] VISENTINI K = 2,25 ÷ 2,00

Impianti ad accumulazione per pompaggio

IMPIANTI AD ACCUMULAZIONE PER POMPAGGIO scelta della capacità dei serbatoi (minore) durata della accumulazione riserva strategica di energia costi impatto ambientale almeno uno dei bacini naturali pompe sotto battente (cavitazione) classificazione alta/altissima caduta media caduta alta/altissima caduta H>600-700 m macchina elettrica gruppi ternari turbina (PELTON) pompa b) media caduta H fino a 700 m FRANCIS gruppi ternari costo di I° impianto -20÷30% rendimenti paragonabili CLASSIFICAZIONE TURBINE Potenze da qualche diecina di KW a centinaia di MW Salti da qualche m a 2.000 m Portate da qualche m3/s a parecchie centinaia di m3/s PELTON Classificazione FRANCIS KAPLAN

IMPIANTI AD ACCUMULAZIONE PER POMPAGGIO E1 = energia prelevata dalla rete E2 = energia restituita alla rete Wel, Wid = perdite elettriche e idrauliche LIMITI DI CONVENIENZA ECONOMICA CTa, CTt costi totali anni centrali a pompaggio e tecniche di punta Ca, Ct costi capitali h n.ro di ore medio annuo di funzionamento a pieno carico cb costo marginale KWh di base impiegato per pompaggio ct costo marginale del KWh termico di punta η* rendimento di esercizio impianto pompaggio CTa  CTt ponendo CaCt+α h

Ca Ct +  h

LIMITI DI CONVENIENZA ENERGETICA energia elettrica assorbita per il pompaggio quantità di energia assorbita in termini di fonte primaria b = rendimento impianto termico di base TG = rendimento impianto di punta a Turbina a gas b = 0.33 TG = 0.28 *  0.82 la convenienza può essere solo di tipo economico e non energetico

Turbine idrauliche