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Università degli Studi di PerugiaFacoltà di Ingegneria
Corsi di laurea specialistica in Ingegneria Meccanica e per l’Ambiente e il Territorio
Corso di Impatto ambientale Modulo b) Aspetti energetici
prof. ing. Francesco Asdrubalia.a. 2007/08
EnergiaIdroelettrica
Teorema di BERNOULLI tra sezioni 1 e 2
ξ22
222
211
uPuPgH
021
zPHzPPP atmatm
ξ2
22
21
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
Pe = 9,81 H G η
3600
81,9 HE (energia elettrica E prodotta da 1 m3 di acqua che compie il salto H, espressa in KWh)
500H
E (ponendo η = 0,73) con 500 m di caduta, ad ogni m3 di acqua corrisponde 1 KWh
RENDIMENTI DI UN IMPIANTO IDROELETTRICO
o
e
PP
rendimento globale
suddividiamo la perdita (1-η) nelle diverse aliquoteH = caduta geodeticaH ‘ = caduta netta a monte turbina
gHH /'' (m.c.a.)
se Po = gHρG Pm = gH’ρGgHH
H
P
P
o
ma
'1
'1 rendimento opere adduz.
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 palettePt = potenza trasferita all’asse della turbina
t
ee P
P rendimento elettrico
emia RENDIMENTO GLOBALE
tempi di ammortamento del capitale lunghiIMPIANTI IDROELETTRICI
contenute spese di esercizio e manutenzione IL COSTO DEL KWh DIPENDE PRINCIPALMENTE DAL COSTO DELL’INVESTIMENTO INIZIALE E DAGLI INTERESSI PASSIVI
costo del KWh/valore del KWh
PIOVOSITA’
(pluviometro)
800÷1000 mm/anno
curve
isoiete
Valutazione delle risorse idriche
oV
VC Coefficiente
di deflusso
V = volume defluito in un certo t
Vo = volume affluito nello stesso t
P = precipitazioni d = deflussi
C=1
curva idrodinamica
valore idrodinamico[m Km2]
Impianti ad acqua fluente
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
curva
deflussi
curva
afflussi
Gm = V/T modulo
T
o
GdTV
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 alta/altissima caduta
media caduta
a) alta/altissima caduta
H>600-700 m
macchina elettrica
gruppi ternari turbina (PELTON)
pompa
b) media caduta
H fino a 700 m FRANCIS
gruppi ternari costo di I° impianto -20÷30%
rendimenti paragonabili
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
PELTON
Classificazione FRANCIS
KAPLAN
CTa CTt
ponendo CaCt+α h
IMPIANTI AD ACCUMULAZIONE PER POMPAGGIO
E1 = energia prelevata dalla reteE2 = 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
LIMITI DI CONVENIENZA ECONOMICA
CTa, CTt costi totali anni centrali a pompaggio e tecniche di puntaCa, Ct costi capitalih n.ro di ore medio annuo di funzionamento a pieno caricocb costo marginale KWh di base impiegato per pompaggioct costo marginale del KWh termico di puntaη* rendimento di esercizio impianto pompaggio
ttb
a hcChc
C *
*b
tta
cchCC
* b
t
cc
Ca Ct + h
energia elettrica assorbita per il pompaggio
quantità di energia assorbita in termini di fonte primaria
b = rendimento impianto termico di base
LIMITI DI CONVENIENZA ENERGETICA
*
1
b *
1
TGb 11
*
TG = rendimento impianto di punta a Turbina a gas
b = 0.33TG = 0.28* 0.82
la convenienza può essere solo di tipo economico e non energetico
Turbine idrauliche