il micro idroelettrico
produrre energia dall'acqua

 

Che cos'è
E' in piccolo, quello che si fa con un impianto idroelettrico ma senza costruire una diga: l'acqua che scende fa girare una turbina che genera energia elettrica.
La turbina idraulica è quel dispositivo meccanico che trasforma l'energia potenziale e/o cinetica dell'acqua in energia meccanica, tale energia fa girare un alternatore che la trasforma in energia elettrica.

A cosa serve
A produrre energia elettrica con potenza installata massima di 100 kW.
Se si ha la disponibilità di un corso d'acqua, tali impianti servono a produrre energia sia per utenze isolate (le aree montane difficilmente raggiungibili o non servite della rete nazionale, piccole comunità locali, fattorie o alberghi isolati) che utenze collegate alla rete.
Un altro settore di applicazione è quello del recupero energetico nelle applicazioni idrauliche. Ogni volta che ci si trova di fronte a sistemi di tipo dissipativo, quali punti di controllo o regolazione della portata con presenza di salti (vasche di sconnessione sfioratori e paratoie), è possibile installare una turbina per il recupero energetico della corrente.

Come funziona
Il flusso d'acqua che scende mette in rotazione la turbina producendo energia meccanica; questa energia fa girare un generatore che la trasforma in energia elettrica.
Un impianto micro-idro sfrutta l'energia potenziale posseduta dalla corrente di un corso d'acqua. Per gli impianti di dimensioni molto ridotte (2-3kW), la turbina, che è il componente principale di un impianto, può alloggiare direttamente nel corso d'acqua, mentre per gli impianti di dimensioni più grosse si utilizzano apposite opere civili come canali di adduzione, vasche di carico, condotta forzata ecc., che prelevano parte dell'acqua dalla corrente del corso e dopo che ha attraversato la turbina viene restituita al corso d'acqua in un punto più a valle.

Funzionamento di un impianto micro-idro ad acqua fluente.

Prerequisiti
Per la realizzazione di un impianto micro-idro si deve disporre di un corso d'acqua con una portata mediamente costante, bisogna conoscere la portata e il salto idraulico di cui si dispone per dimensionare l'impianto.

Quanto costa
Il costo varia con la potenza installata e quindi con le relative opere civili da realizzare (opere di presa, canali, vasca di carico e condotta forzata).
Per impianti al disotto dei 3 kW si hanno costi per kW installato molto contenuti, mentre per impianti con taglie maggiori i costi aumentano per kW installato, questo è dovuto al costo aggiuntivo delle opere civili da realizzare.

Benefici
Benefici economici
I tempo di ritorno dell'investimento è tra i
5 e 10 anni circa, in base alla taglia dell'impianto.
Per potenze al di sotto dei 10kW il tempo di ritorno è inferiore ai
6 anni. Per un impianto con una potenza elettrica installata compresa tra i 10 e 100kW il tempo di ritorno è di 10 anni.

Benefici ambientali
La produzione di energia elettrica attraverso impianti idroelettrici esclude l'utilizzo di qualsiasi combustibile, quindi azzera le
emissioni in atmosfera di gas a effetto serra e di altri inquinanti.
Inoltre il micro-idro rispetta l'ambiente perchè non richiede invasi e le opere in muratura degli impianti non sono molto invasive.

Dimensionamento
Una volta scelto il sito, si misurano la portata d'acqua e il salto idraulico. Con questi valori, si può scegliere la turbina più adatta e si calcola la potenza elettrica.
Ad esempio: per una portata di 25 l/s e salto 30 m, utilizzando una turbina Pelton, si ottiene una potenza elettrica 3,8 kW che è poco più della potenza necessaria ad una famiglia.

Componenti
Per utenze non isolate

  • Turbina idraulica
  • Generatore
  • Quadro elettrico

La turbina idraulica è il cuore di un impianto mini-idroelettrico essenzialmente costituita da un organo fisso, il distributore e da uno mobile, la girante. Il primo indirizza la portata in arrivo alla girante e regola la portata. La girante infine trasforma l'energia potenziale in energia meccanica resa sull'albero motore.
Il generatore produce energia elettrica trasformando l'energia che gli fornisce l'albero motore della turbina, è capace di lavorare a diverse velocità e avere un rendimento di trasformazione dei energia meccanica in elettrica elevato, solitamente tra l' 80-85% per queste taglie.
Il quadro elettrico è il dispositivo di controllo, ha il compito di regolare i flussi di energia verso i punti di utilizzo trasformando e mantenendo stabile la tensione.

Per utenze isolate

  • Dissipatori

I dissipatori hanno il compito di dissipare l'energia prodotta dall'impianto ma non utilizzata dall'utenza, per evitare che il sistema vada in corto, solitamente si utilizzano delle resistenze a raffreddamento ad acqua o ad aria.

Durata dell'impianto
Varia a seconda delle tipologie
Il tempo di vita è correlato alla taglia dell'impianto più è grande la taglia maggiore è la vita media dell'impianto.

Materiali alternativi
I tipi di turbine maggiormente utilizzate per questi impianti sono le turbine Pelton o Banki (flusso incrociato), che meglio si adattano a sfruttare il potenziale connesso a portate generalmente limitate, ma sono utilizzate anche se di rado turbine Turgo consigliate nell'utilizzo di acque torbide e le turbine Francis molto complesse, utilizzate per impianti di dimensione più grosse.

Per gli impianti micro-idro si utilizzano solitamente turbine ad azione, in cui, l'acqua durante il percorso attraverso la girante si trova sempre a pressione atmosferica. Esistono anche turbine a reazione utilizzate per impianti micro idro, lavorano completamente immerse in acqua, quindi a pressione maggiore di quella atmosferica; di questo tipo sono ad esempio le turbine Francis, il cui utilizzo principale è negli impianti di media grandezza (100kW).

Turbina Pelton adatta ad impianti con alto salto da 20m fino a180/200m con portate da 0,5 l/s a 100 l/s, può essere ad asse orizzontale o verticale.

Sezione di una turbina Pelton con due ugelli di immissione

Turbina Banki o a flussi incrociati adatta per installazioni a basso e medio salto, da 7m fino a un massimo di 100 m e portate da 20 l/s a 1000 l/s circa, si può regolare la portata in ingresso da 0 a 100%, ha un rendimento più basso della microturbina Pelton anche se di poco.

Sezione di una turbina Banki a flusso incrociato.

Turbina Turgo simile alla Pelton, è adatta a salti da 30 a 300 m. I costruttori la consigliano per situazioni con notevoli variazioni di afflussi d'acqua e in presenza di acque torbide.

Esistono kit preconfezionati che al loro interno hanno la turbina, il generatore, l'inverter e gli accumulatori; sono facili da installare e pronti all'uso, con costi e taglie molto contenuti.

Manutenzione
L'impianto funziona in modo autonomo ma richiede manutenzione e regolazioni periodiche.

Domande frequenti
Sostituisce il collegamento alla rete?
Non sostituisce il collegamento alla rete ma lo integra riducendo la richiesta alla rete. Sostituisce il collegamento alla rete per le utenze isolate se si dispone di una potenza installata necessaria al proprio fabbisogno energetico.
E se produco più di quello che consumo?
L'energia prodotta in eccesso viene dissipata automaticamente dai sistemi di dissipazione.

Link utili
European Small Hydropower Association - ESHA.
Programma di piccole centrali idroelettriche in Svizzera.

www.batsittard.nl
www.elettrocenter.com
www.gugler.com
www.irem.it
www.lumieimpianti.com

www.microhydropower.com
www.rigamontighisa.it
www.roncuzzi.com/IT/energia
www.spaansbabcock.com

 

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