Nuove tecnologie per impianti idroelettrici ad acqua fluente di piccola potenza

1. A. Tessarolo Nuovetecnologie per impiantiidroelettrici ad acquafluentedipiccolapotenza Malnisio di Montereale Valcellina (PN), 16 giugno 2011

2. Fonti rinnovabili e idroelettrico in Italia Solare Idroelett. Totale Geotermico Eolico Biomasse GWh

3. 2009 Idroelettrico in Europa TWh • Sweadan (65 TWh) • France (57 TWh) • Italy (49 TWh)

4. Tipi di idroelettrico Italy, 2009 Run-of-river power stations GWh Total Conventional (dam) power stations

5. Impianti a bacino / serbatoio Impianti ad acqua fluente Piccolo investimento (breve tempo di ritorno) Forte investimento iniziale (lungo tempo di ritorno) Problemi di sicurezza e impatto ambientale Sicurezza e scarso impatto ambientale Principali siti già sfruttati Molto adatto per generazione distribuita

6. Valorizzazione del mini e micro -idroelettrico • Costruzione di nuovi impianti • Revamping di impianti esistenti con nuove tecnologie 1929

7. % del totale degli impianti idro none

8. Monfalcone Adriatico

9. Canale Valentinis Monfalcone Centrale Corso sotterraneo Sbocco Porto

10. Vista da sopra Flusso a monte Centrale Flusso a valle Flusso sotterraneo al mare

11. VISTA A MONTE Centrale Flusso a monte

12. Vista a valle Centrale Livello a monte PREVALENZA Livello a valle Flusso a valle

13. VARIABILITA’ DEL SALTO A MONTE A VALLE PREVALENZA MOLTO VARIABIEL Livello a monte (piogge) Livello a valle (maree)

14. Layout fisico dell’impiantoPrima del revamping 2  Turbina Kaplan 210 kW Q = 6.8 m3/s H = 3.5 m 200 giri/min Pale orientabili Generatore a induzione 226 kVA 6 poli 380 V 50 Hz 1000 giri/min

15. Layout fisico dell’impiantoPrima del revamping Riduttore Generatori a induzione Sedi per alberi turbine Condotte di ingresso 90°

16. Layout fisico Dopo il revamping Generatore SPM 305 kVA 32 poli 170240 giri/min 45.364 Hz Turbina Kaplan Q = 6.8 m3/s n = 170240 rpm Pale orientabili

17. Physical layoutBeforerevamping Generatori SPM Accoppiamento diretto No riduttori

18. Layout funzionale Prima del revamping Generatore a induzione ~1000 rpm 50 Hz ~200 rpm Layout funzionale Dopo il revamping Generatore SPM PWM Rectifier PWM Inverter 4564 Hz DC link 50 Hz 170240 rpm

19. SPM generators Requisiti per accoppiamento diretto: • Compattezza assiale • Alta densità di coppia (basso peso) • Bassi giri (200 rpm)  alto numero di poli (32)

20. Ipotesi di topologia a poli salienti L D

21. Topologia SPM Avvolgimento a cave frazionarie Ottimizzazione di progetto con metodi genetici Magneti permanenti ad alte prestazioni Sistema di raffreddamento ad alta efficacia

22. Sistema di raffreddamento Scambiatore a serpentina integrato nella cassa

23. Risultati di progetto

24. Vantaggi del progetto a giri variabili PWM Rectifier PWM Inverter 4564 Hz DC link 50 Hz Generatore SPM 170240 rpm

25. Curve caratteristiche turbina a3 Head = H1 Q [m3/s] aopt h  a2 a1 Qopt nopt n [rpm]

26. Curve caratteristiche turbina Head = H2 Q [m3/s] aopt h  Qopt nopt n [rpm]

27. Automazione di impianto Controllo di velocità n* a n H

28. Prove di sistema presso il costruttore + riduttore !!

29. Conclusioni • Importanza dell’idroelettrico in Italia come fonte rinnovabile • Importanza degli impianti mini- o micro- idroelettrici ad acqua fluente. • Caso di revamping di impianto esistente. • Sostituzione di generatore asincrono a giri fissi con generatore sincrono a giri variabili direttamente accoppiato alla turbina e connesso alla rete mediante convertitore di potenza. • Vantaggi ottenuti con la nuova teconologia: • Installazione e layout di centrale • Maggiore rendimento del sistema elettrico di generazione • Migliore sfruttamento della turbina mediante controllo di velocità e inseguimento del punto di massimo rendimento idraulico.

30. GRAZIE PER L’ ATTENZIONE