Teoria del corso di Energie rinnovabili

Soluzioni di installazione per turbine idrauliche

Turbina Assiale Tubolare- Generatore elettrico all'esterno- Più soluzioni installazione : asse verticale o inclinato, schema a sifone, generatore elettrico direttamente accoppiato oppure tramite moltiplicatore di velocità, tubo d'aspirazione conico- Semplice o doppia regolazione

Turbine a Bulbo- Dislivelli ≤ 10m- Alternatore contenuto in bulbo immerso in acqua- Molto importante tubo diffusore- Generatore posizionato in bulbo di acciaio a monte della girante- H ≤ 6m = 3 pale altrimenti 4 pale- Struttura molto compatta- Posizione solo orizzontale

Turbine ad S- Dislivelli di 18-20m- Potenze fino a 15MW- Regolazione e prestazioni simili a turbine a bulbo- Generatore a valle della girante

Turbine a Coclea- Macchina lenta 30 rpm- Basse cadute- Piccole taglie- Rendimento non troppo elevato ma quasi costante- Q =20%Qcutoff progetto- Turbina a gravità: la pressione idrostatica generata dal volume d'acqua nei vani genera il movimento

Ruote Idrauliche- Cadute

inferiori a 10m- Fino a 2m /s = una sola ruota

3- Efficienze del 70 - 80%

Diverse tipologie a seconda del salto disponibile

Standardizzazione

• Ridurre costo del kW installato e del kWh prodotto
• Generatori asincroni = più semplici ma solo per reti autonome
• Generatori più veloci = più semplici => servono moltiplicatori di velocità
• Sistemi di comando automatici
• Macchinario idraulico di tipo unificato

Sommario

13ENERGIA GEOTERMICAParagrafo Iniziale

• Utilizzazione del calore naturale generato dal terreno => Scambi di calore avvengono lungo lacrosta terrestre
• Non soffre di stagionalità a differenza delle altre rinnovabili
• Gradienti di temperatura presenti sotto la superficie = rilasciati a seguito dei processi didecadimento radioattivo degli elementi naturali contenuti all’interno della composizione dellacrosta terrestre quali Uranio, Torio e Potassio.
• L’individuazione di aree geografiche

Il geotermico si discosta sensibilmente da quello medio, con una variazione di temperatura di 1 °C ogni 100 metri. Questo significa che può raggiungere valori superiori a dieci volte quello normale.

La differenza di temperatura tra le zone più profonde (calde) e le zone superficiali (fredde) provoca un flusso di calore dall'interno verso l'esterno della terra. Il flusso di calore medio terrestre è pari a 87 kW/kmq, ma non è uniformemente distribuito sulla superficie ed è estremamente variabile.

Come è fatta la Terra?

• La crosta ha uno spessore di circa 20-65 km nelle aree continentali e 5-6 km in quelle oceaniche.
• Il mantello ha uno spessore di circa 2900 km.
• Il nucleo ha un raggio di circa 3470 km.

La litosfera è l'involucro esterno della Terra, composta dalla crosta e da parte del mantello, e si comporta come un corpo rigido. L'astenosfera, situata sotto la litosfera, è la parte alta del mantello e ha un comportamento più plastico.

Nelle zone dove la litosfera è più sottile, soprattutto nelle placche oceaniche, viene spinta verso

L'alto e fratturata dal materiale molto caldo e parzialmente fuso, che risale dall'astenosfera incorrispondenza dei rami ascendenti delle celle convettive: si formano così le dorsali => le rocce fuse emergono e a contatto con l'acqua solidificano formano nuova crosta oceanica.

Zone di subduzione dove la litosfera si inflette verso il basso.

Le dorsali, le faglie e le zone di subduzione formano un reticolato che divide la terra in placche o zolle, sei di grande dimensione e numerose più piccole. Le zolle si muovono di continuo e i loro margini corrispondono a zone di fragilità e da flussi di calore elevati.

1 Sistema Geotermico

Sorgente di calore (naturale):

• Intrusione magmatica a temperatura molto alta (>600 gradi centigradi) posizionata a piccole profondità (5-10 km)
• Dovuta al normale calore proveniente dal centro della terra.

Serbatoio = complesso di rocce calde permeabili nel quale i fluidi possono circolare assorbendo

Il calore è ricoperto da rocce impermeabili e connesso a zone di ricarica superficiali dalle quali le acque meteoriche possono sostituire, in parte o totalmente, i fluidi perduti attraverso vie naturali o che sono estratti mediante pozzi.

Il fluido geotermico è il mezzo che trasporta il calore, può essere acqua meteorica in fase liquida o vapore e porta con sé sostanze chimiche e gas.

La convezione si attiva in seguito al riscaldamento e alla conseguente espansione termica del fluido in campo gravitazionale, il calore alla base del sistema di circolazione è l'energia che alimenta e muove il sistema.

I pozzi di estrazione e reimmissione sono utilizzati per sfruttare l'energia geotermica. La curva 1 rappresenta la curva di ebollizione dell'acqua, maggiore è la profondità, maggiore è la pressione e maggiore sarà la temperatura di ebollizione. La curva 2 mostra l'andamento della temperatura del fluido lungo il suo percorso dal punto di ingresso A a quello di uscita E. Il punto di inizio ebollizione è determinato dalla

pressione a cui ci si trova.- In base alla temperatura del serbatoio sidistinguono 3 tipi di serbatoio:

• ToscanaAlta entalpia(>150 gradi centigradi)alto Lazio- produzione di energia elettrica o usi diretti
• Media entalpia (90-150)- cicli binari per la produzione di energiaelettrica o per usi diretti
• Bassa entalpia (<90);- solo usi diretti.

Due tipologie di serbatoio:

• A liquido dominante fratture sono occupate daacqua, con bolle di vapore occasionali (liquidosaturo);
• A vapore dominante fratture sono occupate davapore con una pellicola d’acqua aggrappataalle pareti delle fratture e nei cunicoli.

Geotermia in Toscana- Larderello => vapore secco- Monte Amiata => acqua pressurizzata- Potenza 821MW- Temperature nei pozzi 300°C 350°CEsplorazione Geotermica- Tre fasi:

Fase di riconoscimento:

1. identificazione e classificazione delle aree più promettenti perl’esplorazione 2

Fase di esplorazione o prefattibilità:

1. esplorazione preliminare delle aree selezionate
2. stima delle risorse geotermiche
3. valutazione tecnico-economica

valutazione economica dell'investimento, strategie di sviluppo, analisi della superficie, perforazione e test; sono condotti rilievi di varia natura e interdisciplinari => si inizia a costruire pozzi esplorativi al fine di fare prove a lungo termine che danno indicazioni su pressione, temperatura e portata estraibile

valutazione del tipo di rocce in superficie e sotto + dislocazione faglie

A. Rilievi Geologici = e fratture informazioni qualitative e quantitative sulle fluidi sotterranei +

B. Rilievi Idrogeologici = porosità e permeabilità delle rocce + caratteristica della ricarica (passaggio acqua meteoriche) elementi chimici presenti nella terra + condizioni termodinamiche

C. Rilievi Geochimici = del serbatoio + composizione chimica del fluidio geotermico temperatura, densità, grado di magnetizzazione, conducibilità...

D. Rilievi Geofisici = Remote sensing : variazioni temperatura e riflessioni onde da satellite/aereo/elicottero

1. Pozzetti di temperatura