Conversione dell'Energia e Fonti Rinnovabili

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Energia: principi generali, fonti energetiche, bilanci energetici, produzione di energia elettrica. Centrali idroelettriche: classificazione degli impianti, piani di utilizzo dei corsi …

Esame Conversione dell'energia e fonti rinnovabili

Facoltà Ingegneria

Dal corso del Prof. Belli Carlo

Università Università degli Studi di Pavia

A.A. 2015-2016

104 pagine

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Centrali idroelettriche

Premesse e definizioni

Teorema di Bernoulli

mg( h + _P/_γ + v² / 2g ) = cost

h + _P/_γ + v² / 2g = cost

riferito all’unità di peso.

h: traiettoria della particella fluida
h + _P/_γ: linea piezometrica
h + _P/_γ + v² / 2g: retta dei carichi idraulici o totali

_P = _γ・Q・H

_E = H・mg

sapendo che _γ = 1000 [kgf/m³] = 9.81 0 [N/m³]

_P = 9.81・Q・H [kW]

dove Q = portata [m³/s] (teorica) H = Salto teorico [m]

Centrali idroelettriche

Premesse e definizioni

Teorema di Bernoulli

mg (h + _p/_γ + _v²/_2g) = cost

_h + _p/_γ + _v²/_2g = cost

riferito all’unità di peso.

h: traiettoria della particella fluida
h + _p/_γ: linea piezometrica
h + _p/_γ + _v²/_2g: retta dei carichi idraulici o totali

P = γ·Q·H

E = H·mg

sapendo che γ = 1000 [_kgf/m³] = 9.81·10 [_N/m³]

P = 9.81·Q·H [_kW] Potenza teorica

dove Q = portata [_m³/s] (teorica)

H = Salto teorico [_m]

IMPIANTO IDROELETTRICO

Insieme delle opere che:

permettono di modificare il deflusso naturale delle acque di un fiume o di un torrente, allo scopo di deviarlo per un certo tratto su un nuovo percorso, con minima pendenza e minime perdite, al termine del quale si trova concentrato tutto il salto;
utilizzano il salto per azionare un motore idraulico con relativo generatore elettrico;
scaricano la portata utilizzata nell'alveo dello stesso corso d'acqua a valle del punto di presa oppure nell'alveo di un altro corso d'acqua.

Pe = 9,81·η_c·η_t·η_g·Q·H [kW]

dove η_c = rendimento condotte forzate
η_t = rendimento motori idraulici
η_g = rendimento generatore elettrico

Considerando η = η_c·η_t·η_g ≈ 0,8

Pe ≈ 8·Q·H [kW]

Elementi costitutivi di un impianto idroelettrico

OPERE DI CAPTAZIONE: sono anche definite opere di sbarramento e servono per raccogliere le acque necessarie ad alimentare l'impianto. Sono ad esempio: dighe, canali di gronda, paratoie ecc.;
OPERE DI PRESA: servono per immettere acqua nel canale derivatore. Sono dotate di organi di chiusura e regolazione e, quando poste a fianco dei corsi d'acqua, di dispositivi per lo sghiaiamento e disghiaiamento;

3) OPERE DI DERIVAZIONE

convogliano l'acqua dal punto di presa alla condotta forzata. Possono essere a pelo libero o in pressione. Nel primo caso terminano con una vasca di carico, mentre nel secondo con un pozzo piezometrico;

4) CONDOTTE FORZATE

servono per condurre l'acqua in pressione dalla vasca di carico o pozzo piezometrico sino alle turbine poste in centrale;

5) CENTRALI ELETTRICHE

complesso di edifici contenenti i macchinari e le apparecchiature necessarie alla trasformazione da Ei ad Ee;

6) OPERE DI RESTITUZIONE (SCARICO)

che convogliano le acque dall'uscita della turbina al alveo del fiume oppure alle opere di presa del salto successivo.

Classificazione degli impianti

IMPIANTI A SERBATOIO: hanno un serbatoio classificato come "serbatoio di regolazione" stagionale (durata d'invaso > 400 ore);
IMPIANTI A BACINO: hanno un serbatoio classificato come "bacino di modulazione" (12 ore < durata d'invaso < 400 ore);
IMPIANTI AD ACQUA FLUENTE: non hanno serbatoio o hanno serbatoio con durata d'invaso ≤ 2 ore.

DURATA D'INVASO:

è il tempo necessario per fornire al serbatoio un volume d'acqua pari alla sua capacità utile con la portata media annua dei corsi d'acqua che in esso si riversano, escludendo gli eventuali apporti da pompaggio.

Piano di utilizzazione dei corsi d'acqua

Per migliorare lo sfruttamento del bacino bisogna compiere un'analisi delle portate derivabili dalle varie quote in modo da poter valutare dove e quali impianti poter installare. Nascono così le ASTE: insiemi di impianti a catena dove lo scarico di un impianto a monte alimenta, con la rimanente parte di bacino

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