New Risorse e potenzialità di sviluppo del piccolo...

Pavesi G.

University of Padova – Dep. Industrial Engineering

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Risorse e potenzialità di sviluppo del piccolo idroelettrico

LO SMALL‐HYDRO: RUOLO E POTENZIALITA’Milano, 23 Maggio 2018 - 1 -

DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE

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Ruolo e Potenzialità

«New hope. New Energy …. For the first time wecan actually see what our clean energy futurelooks like.»

President Barack Obama

Turbomachinery and Energy System

Group

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Risorse e potenzialità di sviluppo del piccolo idroelettricoATI ‐


- 3 -


«Constructing a new, large hydropower plant is achallenging proposition with multiple dimensions.Additionally, a significant (≈65 GW) untapped, small head,hydro resource exist in the USA. Grand challenger ofemulating the behaviour of a large hydropower plant bycombining and cohesively controlling multiple, small Run ofriver – HPP with energy storage»

US DoE Feb 2017


Group

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Potenzialità

«Constructing a new, largehydropower plant is a challengingproposition with multipledimensions. Additionally, asignificant (≈65 GW) untapped,small head, hydro resource exist inthe USA. Grand challenger ofemulating the behaviour of a largehydropower plant by combining andcohesively controlling multiple,small Run of river – HPP with energystorage»

US DoE Feb 2017

3 173.00 installed

7 073.00 potential

SOUTHER EUROPE ITALY

Small hydropower capacity (in MW)

Source Word Energy Council


Group

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«L’Italia ha bisogno di “energie libere”, rinnovabili eaccessibili da parte dei consumatori. Energie che vannoliberate dai divieti e dagli ostacoli che ancora oggi neimpediscono la produzione ma, soprattutto, la diffusione e ladistribuzione. »

LegambienteLegaCOOP



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• A causa dell'alto potenziale idroelettrico da un latoe del valore importante degli ecosistemi epaesaggio, d'altra parte, l'uso di piccole centraliidroelettriche si traduce in un conflitto di interessitra l'uso delle energie rinnovabili e la protezionedegli ecosistemi acquatici e paesaggi.

• Un ulteriore aspetto è che i tratti fluviali che sitrovano all'interno o in prossimità di uno statogenuinamente naturale sono sempre più rari.



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- 7 -

Sostenibilità

Social

Bearable

EnvironmentEconomic

Equitable

Viable

Sustainable


Group

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Sostenibilità

Social

Bearable

EnvironmentEconomic

Equitable

Viable

Sustainable

• Aumentare la produzione di energiarinnovabile da mini Hydro

• Ridurre al minimo la compromissionedell'ecosistema e del paesaggio acquatico

interessi basata su criteri di sostenibilità procedure pubbliche trasparenti e flessibile

sulla base delle specifiche esigenze regionali/nazionali

Ricerca di soluzioni modulari/flessibili con ridotti costi e semplicità costruttive


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Competenze per autorizzazione e valutazione ambientale


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Regioni con Procedura Autorizzativa Semplificata e Comunicazione e con zone non idonee per gli impianti idroelettrici


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Sfida per una Crescita Sostenibile

1. Recupero dell’energia persa dal rilascio dei DeflussiMinimi Vitali o Deflussi Ecologici.

2. Impianti per il Recupero Salto3. Impianti su acquedotti;4. Interventi su canali artificiali con recupero di magli e

vecchi mulini;5. Interventi sugli scarichi degli impianti di depurazione delle

acque reflue.6. SHPP e Storage


Group

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0

500

1000

1500

2000

2500

3000

2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

Pote

nza

Net

ta In

stal

lata

MW

< 1MW 1 MW - 10 MW


Group

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Nei soli impianti 3 ≤ MW ≤10 1.503 comuni italiani interessati4.500 posti di lavoro

Nei soli impianti ≤3 MW1.275 comuni italiani interessatiin 577 di questi si produce più energia elettrica da mini idro di quella consumata dalle famiglie residenti



Group

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Prospettive della Tecnologia

0.1

1

10

100

1000

0.01 0.1 1 10 100

Head

H [m

]

Flow Rate Q [m3/s]

1 kW 5 kW 50 kW

200 kW

1 MW

5 MW

10 MW

Pelton

Francis

PropellerKaplan

OvershotWaterwheel

UndershotWaterwheel

Archimedes screwl

Crossflows

VLH

PAT


Group

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Group

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0.1

1

10

100

1000

0.01 0.1 1 10 100

Head

H [m

]

Flow Rate Q [m3/s]

1 kW 5 kW 50 kW

200 kW

1 MW

5 MW

10 MW

Pelton

Francis

PropellerKaplan

OvershotWaterwheel

UndershotWaterwheel

Archimedes screwl

Crossflows

VLH

PAT

Tecnologia sostanzialmente consolidate ma in costante evoluzione incrementale..

La tendenza è quella di sfruttare le condizioni ‘limite’.


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Group

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Generazione Flessibile Le turbine devono essere in grado diaumentare e ridurre velocemente la potenza erogata e peressere in grado di operare in un'ampia gamma(specialmente a carico parziale profondo).

Fix SpeedTurbomachinery

and Energy System Group

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Group

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Group

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0.80

0.90

1.00

1.10

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0Time/Time Max

Cp/Cp in P05Mean Cp/Cp in P05t=0

t=0


Group

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Group

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Group

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Group

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Group

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Group

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Group

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Group

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Vantaggi dei Giri Variabili ‐ Turbina Pelton


Group

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Sfruttamento DMV – Forte Busa


- 30 -Turbomachinery


Ref cond Hnet Q Type of turbine Rpm Hydraulic Power

[m] [l/s] [kW]

A [Dec – Mar] 86.1 392.0 Pelton 5G/Pelton4G/Francis 750/600/1000 331

B [Apr –Jul] 91.6 549.0 Pelton 5G/Francis 600/1000 493C [Aug – Sept] 102.0 549.0 Pelton 5G/Francis 600/1000 549

D [Oct – Nov] 103.3 470.0 Pelton 5G/Pelton4G/Francis 750/600/1000 476

E [Max] 110.0 549.0 Pelton 5G 600 592F [Min] 45.0 549.0 Francis 1000 242

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Selection and Design of the Pelton


Group

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Ref cond Hnet Q Hydraulic Power[m] [l/s] [kW]

A [Dec – Mar] 86.1 392.0 331C [Aug – Sept] 102.0 549.0 549

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Ref cond Hnet Q U/C1 η/ηDes

[m] [l/s] [-]A [Dec –

Mar] 19.84 8.67 0.478 0.989

C [Aug –Sept] 33.31 14.46 0.478 1.000

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L’utilizzo di una soluzione a girivariabili ha garantito unincremento medio dell’efficenzadell’impianto di oltre il 13% che sitraduce un incremento dellaproduzione di circa 300 MWh

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• Caso studio è una centrale idroelettrica che sfruttadiversi afflussi settimanali e bacini.

• Gli scenari di simulazione sono stati selezionatiattraverso una serie storica disponibile di afflussisettimanali medi per un periodo di 26 anni idrologici.

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Vantaggi dei Giri Variabili ‐ Turbina Francis




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Scenarios Initialvolume

I 30.00II 60.00III 145.00IV 263.00

8056

1511

0

4636

2

9659

1817

8

4953

1

2255

9

3056

3

6222

1

2834

7

4880

9

9973

2152

1

5373

8

1160

3

2465

7

5702

1

2271

0 3730

1

7010

8

3479

0

5732

4

I.A I.B I.C II.A II.B II.C III.A III.B III.C IV.A IV.B

Fixed speedAdjustable speed

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�𝑷𝑷 = 𝟎𝟎.𝟓𝟓𝟓𝟓

𝑷𝑷𝑴𝑴𝑴𝑴𝑴𝑴�𝑷𝑷

= 𝟐𝟐.𝟎𝟎𝟎𝟎

N variable

�𝑷𝑷 = 𝟎𝟎.𝟒𝟒𝟒𝟒

𝑷𝑷𝑴𝑴𝑴𝑴𝑴𝑴�𝑷𝑷

= 𝟎𝟎.𝟓𝟓𝟓𝟓

N constant

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