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PROSPETTIVEFUTUREDELL’IDROELETTRICOINITALIAFedericoMarca– [email protected]– [email protected]
Relatore:Prof.Ing.CarloDeMicheleCorrelatore:Ing.FrancescoAvanzi
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LAPRODUZIONEIDROELETTRICAINITALIA
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• Idroelettrico:13% dellaproduzionenazionaledienergia• PotenzainstallatainItalia(2015):22.4GW(11° nelMondo)• Energiaprodotta(2015):58.5TWh (18%dellarichiestanazionale)
ProduzionedienergiainItalianel2014.Fonte:GSE
ENERGIAECLIMA
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ILCAMBIAMENTOCLIMATICOINITALIA
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• Aumentodi+1.4°CdellaTmedia(+0.03°C/y)• Riduzionedell’areaglacialedel-30%
Variazionidellatemperaturamediaannuaglobale.Fonte:ISPRA
Negliultimi50anni:
OBIETTIVOESCHEMAOPERATIVO
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Valutarelaproduzioneidroelettricafuturaascalanazionale
inrispostaascenaridipossibilecambiamentoclimatico.
METODO:
1. Modelloidrologicoapplicabileinbacininonstrumentati
• Determinazionedeiparametri
• Validazione
2.Modellodiimpiantoperinfluenzasuidroelettrico
LOSTATODELL’ARTE
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METODI- IBACINIOGGETTODISTUDIO/2
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REGIONE NUMERODIBACINI
QUOTADICHIUSURAMEDIA(m)
AREAMEDIA(km2)
GRADODIRICOPERTURA
GLACIALEMEDIA
Piemonte 13 1767 33 7.4%
Valle d’Aosta 5 2058 48 10.7%
Lombardia 12 1741 32 8.6%
Trentino 11 1513 135 7.5%
Veneto 1 906 324 0.2%
Oggetto di studio: campione di 42 bacini glacializzati
considerati rappresentativi della risposta media nazionale
in condizioni analoghe
METODI- ILMODELLOIDROLOGICO/1
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Moncalieri
INPUT MODELLOA/D OUTPUT
• DEM
• Precipitazione
• Temperatura
• Semi-distribuito
• Fascediquota
• 6parametri
• Ungauged basins
Portatamediagiornaliera
METODI- ILMODELLOIDROLOGICO/2
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Schemadelmodelloidrologicoapplicatoinbacininonstrumentati
Moncalieri
METODI- LADINAMICAGLACIALE
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Il volume del singolo apparato glaciale è stimato con una leggeallometrica:
𝑉 = 𝑐 $ 𝐴&
La dinamica del ghiacciaio è simulata con un bilancio di massasemplificato. Al generico anno k la variazione volumetrica delghiacciaio è data da:
𝛥𝑉( = 𝛥𝑉)*+,,( − 𝛥𝑉/01,(
c,γ costantiempiriche(Farinotti etal.2009)
Accumulonevosoalterminedell’annoidrologico
Perditavolumetricadovutaallafusionedelghiacciaio
METODI- IPARAMETRI
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CalibratosuseriediSWElocale
TemperatureLapse Rate β =DDFICE/DDFSNOWDegree Day Factor neve
CurveNumber AltricompartiCompartoliquido
𝑘*131 = 300 $ 𝑘6/7
𝑘/01 = 1.3 $ 𝑛6/7 $ 𝑘6/7
𝑘;<)1 = 14𝑔𝑖𝑜𝑟𝑛𝑖
𝑛6/7 = 3.29𝑅;𝑅<
F.GH𝑅6F.FG
𝑘6/7 = 0.70𝑅<𝑅;𝑅6
F.JH 𝐿L3.6 $ 𝑉
y = 1.37xR² = 0.38
2
4
6
8
10
2 7
DD
F IC
E (m
m/d
/°C
)
DDF SNOW (mm/d/°C)
𝑇(ℎ) = 𝑇(ℎF) − 𝑇𝐿𝑅 $ (ℎ − ℎF)
REGIONE TLR r2 NSE
LOMBARDIA 0.53 0.89 0.87
PIEMONTE 0.53 0.91 0.90
TRENTINO 0.50 0.91 0.90
VALD'AOSTA 0.43 0.93 0.80
VENETO 0.34 0.79 0.74
𝑑𝑆𝑊𝐸𝑑𝑡 = 𝑃 − 𝐷𝐷𝐹)*+, $ (𝑇 − 𝑇F)
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METODI- ILMODELLODIPRODUZIONE
IPOTESI:1. Regolazioneannuale2. Condizioneinizialediserbatoiopieno(1Ottobre)3. Consideral’energiaproducibiledall’afflussonaturale
Laproduttivitàèespressainterminidivolumeannuoderivato
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METODI- LAVALIDAZIONEDELMODELLO/1
L’accuratezza del modello èstata testata in bacini in cui èdisponibile una serie delleportate osservate.
BACINO REGIONE DIGA ANNIADISPOSIZONE
1 Valled'Aosta ✔ 102 Valled'Aosta ✔ 103 Valled'Aosta ✔ 104 Valled'Aosta ✔ 105 Valled'Aosta ✘ 56 Piemonte ✘ 4
BacinoRMSE
giornaliero(m3/s)
RMSEmensile(m3/s)
NSEgiornaliero
NSEmensile
SottostimaPluviometro
Scartovolumecumulato
Scartovolumeturbinato
1 3.75 2.27 0.39 0.73 -29% 17% 8%2 0.75 0.44 -0.83 0.21 -27% 31% 16%3 0.37 0.28 0.65 0.77 -30% 9% 10%4 4.04 2.11 0.50 0.84 -28% -20% -20%5 3.52 1.86 -1.42 0.33 -17% -25% -6 2.92 0.96 -0.11 0.88 -17% -3% -
MEDIE 2.56 1.32 -0.14 0.63 -25% 2% 3%
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METODI- LAVALIDAZIONEDELMODELLO/2
• Buonaapprossimazioneascalamensile
• Ildatogrezzodelpluviometrosottostimailvolumeaffluente
• Accuratezzamigliora seiparametridelmodellofosserocalibratisulleseriediportataosservate
BacinoRMSE
giornaliero(m3/s)
RMSEmensile(m3/s)
NSEgiornaliero
NSEmensile
SottostimaPluviometro
Scartovolumecumulato
Scartovolumeturbinato
1 3.75 2.27 0.39 0.73 -29% 17% 8%2 0.75 0.44 -0.83 0.21 -27% 31% 16%3 0.37 0.28 0.65 0.77 -30% 9% 10%4 4.04 2.11 0.50 0.84 -28% -20% -20%5 3.52 1.86 -1.42 0.33 -17% -25% -6 2.92 0.96 -0.11 0.88 -17% -3% -
MEDIE 2.56 1.32 -0.14 0.63 -25% 2% 3%
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METODI- SCENARIFUTURI
• Scenaribasatisuipotesidivariazionedelleprincipaliforzantimeteorologiche(temperaturaeprecipitazione)ascalalocale
• Ogniscenariocopreunarcotemporaledi50anni(1/10/2015- 30/09/2065)• Ciascunoscenarioècompostoda500diversesimulazionidellostesso• L’incertezzadeirisultatièvalutatamediantetecnicaMontecarlo• Gliintervallidiconfidenzasonocalcolaticonlivellodisignificativitàα=5%
Scenario Aggiornamentodelghiacciaio
IncrementoT Precipitazionisololiquide+0.03°C/y +0.06°C/y +0.09°C/y
1.A ✘ ✘ ✘ ✘ ✘1.B ✔ ✘ ✘ ✘ ✘2.A ✔ ✔ ✘ ✘ ✘2.B ✔ ✘ ✔ ✘ ✘2.C ✔ ✘ ✘ ✔ ✘3 ✔ ✘ ✘ ✘ ✔
4.A ✔ ✔ ✘ ✘ ✔
4.B ✔ ✘ ✔ ✘ ✔
4.C ✔ ✘ ✘ ✔ ✔
RISULTATI- IVOLUMITURBINATI/1
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Andamentodellaproduzioneidroelettricainterminidivolumeturbinatoannuo
RISULTATI- IVOLUMITURBINATI/2
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• Lamediana dellariduzionedelvolumeturbinatoèquindipressochéinvariatadascenarioascenario
• Notevoledispersionedeirisultati
Scenario 1.A 1.B 2.A 2.B 2.C 3 4.A 4.B 4.CPrc25 0.8% -6.0% -9.1% -8.5% -11.6% -11.8% -12.3% -12.7% -14.0%Prc75 2.8% 0.2% 2.3% 4.0% 4.3% 0.0% -0.1% 0.8% 0.3%Media 2.2% -3.3% -4.0% -4.0% -5.0% -6.8% -7.4% -7.6% -8.1%Mediana 1.5% -2.4% -1.9% -2.8% -4.2% -4.0% -4.1% -4.5% -4.7%
RISULTATI- IVOLUMITURBINATI/3
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Variazionedelvolumeturbinatoal2065ascalaregionale
LaValled’Aosta(einparteil
vulnerabilealcambiamento
Lombardiaèmenosoggetta
RISULTATI- IVOLUMITURBINATI/4
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Variazionedelvolumeturbinatoannuorispettoal2016infunzionedelcontributoglacialemedioal2016
RISULTATI- LEPORTATEMEDIEMENSILI
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Scenario2:• Snow-
dominated• Anticipodel
piccoestivo
Scenario3 e4:• Regime
pluviale• Assenzadi
stagionalità
Confrontotradeflussitotalimedimensilial2065,contributiliquidi,nivalieglaciali
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RISULTATI- L’EVOLUZIONEGLACIALE
Variazionevolumetricamediainfunzionedeidiversiscenari
• Laregressione èpressochéindipendentedalloscenario
• Processorapidoneiprimiannidisimulazione
CONCLUSIONI
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• La variazione di volume turbinato è pressoché indipendente dalloscenario climatico considerato attestandosi mediamente al -5%
• Bacini con maggior contributo di fusione glaciale risultano piùvulnerabili al climate change
• Incremento di temperaturaà regime nivale
• Assenza di precipitazioni solideà regime pluviale
• Il processo di regressione dei ghiacciai risulta indipendente dalloscenario considerato e mediamente si attesta al -95% sull’area
PECULIARITA’EINCERTEZZEDEIRISULTATI
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• Si è inquadrato il problema a scala nazionale
• Il modello è stato applicato in bacini non strumentati e tutti iparametri sono assunti costanti per l’intero periodo di simulazione
• Politica di gestione dell’impianto a regolazione annuale conserbatoio pieno all’inizio dell’anno idrologico (1 Ottobre)
• Valutata l’energia derivante da afflusso naturale
• Si è trascurato il movimento del ghiacciaio à sovrastima dellariduzione dello stesso accelerandone i tempi di fusione
• Non si è considerata l’evoluzione nella domanda di energiaelettrica e i parametri
SVILUPPIFUTURI
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• Estendere l'analisi a tutti gli altri impianti nazionali, compresi quellinon glacializzati
• Considerare non solo l’energia producibile dall’afflusso naturale
• La calibrazione dei parametri descriventi la risposta idrologica delbacino su serie di portate aumenterebbe l’affidabilità del modelloanche a scala giornaliera
• Implementare una gestione dinamica dei rilasci in funzione delregime idrologico e della richiesta futura di energia
