Università degli Studi di Perugia
Facoltà di Ingegneria
Corsi di laurea specialistica in
Ingegneria Meccanica
Corso di Impatto ambientale
Modulo Pianificazione Energetica
prof. ing. Francesco Asdrubali
a.a. 2012/13
Energia
Idroelettrica
Energia prodotta
Teorema di BERNOULLI tra sezioni 1 e 2
021
zPHzPPP atmatm
ξ
2
2
2
2
1
gH
gHuu
energia captata dall’impianto idroelettrico ' gHE
Se 0'
21 uu GgHPo [W] se [G] = m3/s HGPo 81,9 KW
Pe (potenza elettrica ai morsetti alternatore)
o
e
P
P rendimento globale impianto
3600
81,9 HE (energia elettrica E prodotta da 1 m3 di acqua che compie il salto H, espressa in KWh)
500
HE (ponendo η = 0,73) con 500 m di caduta, ad ogni m3 di acqua corrisponde 1 KWh
Pe = 9,81 H G η
Rendimenti di un impianto idroelettrico
o
e
P
P rendimento globale
suddividiamo la perdita (1-η) nelle diverse aliquote
H = caduta geodetica
H ‘ = caduta netta a monte turbina
gHH /'' (m.c.a.)
se Po = gHρG Pm = gH’ρG
m
tt
P
P rendimento turbina
mit m
ii
P
P
i
tm
P
P
rendimento idraulico
rendimento meccanico Pi = potenza ceduta dall’acqua alle
palette
Pt = potenza trasferita all’asse della
turbina
emia RENDIMENTO GLOBALE
Valutazione delle risorse idriche
Curve isoiete PIOVOSITA’
(pluviometro)
800÷1000 mm/anno
Afflussi e deflussi
oV
VC Coefficiente di deflusso V = volume defluito in un certo t
Vo = volume affluito nello stesso t
P = precipitazioni d = deflussi
Regime
pluviometrico
Profilo longitudinale del corso d’acqua
Curva idrodinamica
valore
idrodinamico
[m Km2]
Tempo di corrivazione
Impianti ad acqua fluente
Diagramma di durata
curva delle produzioni
curva dei costi totali
curva del costo del KWh
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
Impianti ad acqua fluente:
scelta della portata di progetto
Impianti a bacino
T
o
GdTV
curva
deflussi
curva
afflussi
Gm = V/T modulo
Dimensionamento impianti a bacino
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 a) alta/altissima caduta
b) media caduta
Impianti ad accumulo
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
Classificazione
● PELTON
● FRANCIS
● KAPLAN
a) alta/altissima caduta
H>600-700 m
Gruppi ternari:
● Macchina eletterica
● Turbina (Pelton)
● Pompa
b) media caduta
H fino a 700 m
Francis
gruppi ternari
costo di I° impianto -20÷30%
rendimenti paragonabili
CTa CTt
ponendo CaCt+α h
Impianti ad accumulazione per pompaggio
E1 = energia prelevata dalla rete
E2 = energia restituita alla rete
Wel, Wid = perdite elettriche e idrauliche
idel WWEE 12
75.0111
1
1
2*
E
WW
E
WWE
E
E idelidel
ttb
a hcChc
C *
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
*b
tta
cchCC
* b
t
cc
Ca Ct + h
Limiti di convenienza energetica
*
1
b *
1
TGb
11*
Energia elettrica assorbita per pompaggio
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
Impianti idroelettrici in Italia
Potenza installata
Fonte: GSE
Rapporto Statistico
Fonti Rinnovabili
2011
Potenza installata per tipologia di impianto
Fonte: GSE
Fonte: GSE
Rapporto Statistico
Fonti Rinnovabili
2011
Fonte: GSE