Esistono numerose tipologie di turbine idroelettriche, con differenti caratteristiche e modalità di sfruttare la potenza dell’acqua.
Fin dalle origini, quella idroelettrica è stata ed è ancora, fra le più importanti e primissime fonti di energia rinnovabile al mondo. In Italia, copre il 10-15% del fabbisogno energetico nazionale.
L’energia potenziale e cinetica dell’acqua si trasforma in energia meccanica disponibile all’albero della turbina e quindi, mediante il generatore, in energia elettrica.
Come Funzionano le Turbine Idroelettriche?
La quantità d'acqua utilizzabile per scopi elettrici è condizionata sia dalle eventuali diminuzioni stagionali che dal rispetto del deflusso minimo vitale. In ogni caso tutti gli impianti idroelettrici sono tenuti al rispetto del deflusso minimo vitale (DMV) del corso d'acqua. Il DMV individua la quantità minima di acqua che deve essere assicurata, sotto forma di rilascio a valle dell'impianto, affinchè un corso d'acqua mantenga le caratteristiche quantitative e qualitative tali da assicurare la salvaguardia di flora e fauna.
Turbina Francis
Tra le più utilizzate al mondo, la turbina Francis è stata sviluppata nel 1848 da James B. Francis, un ingegnere inglese trasferitosi negli Stati Uniti. È una turbina idroelettrica a flusso centripeto: l’acqua entra nella turbina attraverso un condotto a chiocciola che la guida verso la girante. Il distributore vero e proprio, solitamente con pale regolabili, indirizza invece l’acqua verso le palette della girante. Un distributore con palette regolabili indirizza poi il flusso d’acqua verso le pale della girante che cominciano a ruotare grazie all’impatto dell’acqua, convertendo così l’energia cinetica in energia meccanica rotatoria.
Le turbine Francis sono molto diffuse e sfruttano il dislivello d’acqua compreso tra una decina e qualche centinaio di metri.
Turbina Pelton
Si tratta della turbina idroelettrica ad azione con rendimento più elevato: la turbina Pelton è stata inventata nel 1879 dal carpentiere Lester Allan Pelton. Sono turbine ideali per i bacini idroelettrici alpini che ricordano il funzionamento delle vecchie ruote a pale dei mulini ad acqua. Le turbine Pelton vengono utilizzate soprattutto nei bacini idroelettrici alpini, per salti d’acqua medio alti che vanno dai 50 ai 1200 metri.
L’acqua, proveniente da un bacino di monte, viene convogliata in un condotto forzato e poi passa attraverso un ugello che la accelera, trasformando l’energia potenziale in energia cinetica. Le pale della girante sono progettate per catturare il getto d’acqua e deviarne la direzione. Il getto d’acqua, cambiando direzione, subisce una variazione di quantità di moto, che si traduce in una forza che agisce sulla pala. del generatore. Il distributore a più getti consente la migliore regolazione della portata allo scopo di ottimizzare l’efficienza energetica dell’intera macchina.
Turbina Kaplan
Ricorda un’elica di una nave, la turbina Kaplan è nata nel 1913 grazie al professore austriaco Viktor Kaplan. Questa turbina sfrutta piccoli dislivelli, fino a qualche metro, ma con grandi portate. È una turbina a flusso assiale: l’acqua entra in una camera a chiocciola, viene deviata dal distributore e colpisce le pale della girante che possono variare angolazione per adattarsi meglio alle condizioni idrauliche del fiume.
Le turbine Kaplan permettono numerose applicazioni, anche in settori molto diversi. Sono utilizzate in presenza di salti generalmente piccoli e fino a una cinquantina di metri. che può giungere fino a un centinaio di metri cubi al secondo. Possono essere costruite con l’asse verticale, orizzontale o inclinato, nonché in camera asciutta o bagnata. fisso e le pale regolabili, in questo caso la turbina risulta a semplice regolazione, detta anche mono-regolante. Con la doppia regolazione si possono ottenere maggiori vantaggi, sia sulla modulazione delle portate che sulle prevalenze.
Turbina Coclea
L’idea della turbina Coclea risale al 1819, quando l’ingegnere francese Claude-Louis Navier ipotizzò l’utilizzo della vite di Archimede come variante tipologica della ruota idraulica. Si tratta di una turbina a gravità, dove è il peso dell’acqua a generare il movimento. Il funzionamento delle turbine Coclea è molto semplice: l’acqua fluisce liberamente dall’imbocco a monte fino allo scarico a valle.
È il movimento rotatorio della turbina ad essere trasformato in energia elettrica, applicando in serie un moltiplicatore e un alternatore.
Altre Tipologie di Turbine
Le turbine a Bulbo sono ricavate dalle turbine Kaplan e risultano molto più semplici. Vengono solitamente utilizzate su livelli di qualche metro. Le turbine a Vite idraulica o Coclea sono conosciute anche come ruota di Archimede. Le Mini turbine sono la soluzione ideale per disporre di energia elettrica soprattutto nelle zone non asservite dalla rete di distribuzione.
Impianti Idroelettrici: Tipologie e Caratteristiche
- Impianti ad acqua fluente: Gli impianti idroelettrici localizzati nell'alveo di fiumi e canali irrigui sono caratterizzati normalmente da portate d'acqua elevate e da bassi salti. Essendo impianti privi di serbatoi o di sistemi di accumulo dell'acqua, la portata utilizzabile (e quindi la potenza istantanea della turbina) è pari alla quantità di acqua intercettata dalle opere di presa. La canalizzazione dell'acqua verso la turbina può essere effettuata ricorrendo o meno ad un apposito canale di derivazione. In assenza del canale di derivazione, è la stessa diga di sbarramento a comprendere le opere di presa, la centrale elettrica e lo scarico dell'acqua.
- Diversamente da questi, però, gli impianti idroelettrici che sfruttano acque torrentizie sono impianti ad alta caduta, che utilizzano dislivelli anche di parecchie decine di metri e portate d'acqua spesso limitate.
- Si tratta di una soluzione tecnica concepita e sviluppata in tempi abbastanza recenti. Consiste nel recupero energetico dell'acqua convogliata dagli acquedotti verso gli impianti di trattamento per la potabilizzazione, prima di essere distribuita agli utenti finali. Usualmente l'acqua potabile proviene da serbatoi di accumulo collegati a tubature in pressione. L'elevata pressione dell'acqua viene dissipata, a valle delle condotte, attraverso delle valvole di sfiato. Uno dei principali vantaggi di questo tipo di impianti deriva dai buoni dislivelli di quota che caratterizzano gli acquedotti montani.
Turbine VLH MJ2
Abbiamo visto in questo articolo come sia necessario disporre di competenze iperspecialistiche per la manutenzione della turbina VLH MJ2. La domanda di brevetto da parte della MJ2 technologies è stata presentata nel 2003 in Francia, per poi essere estesa a livello internazionale nel 2006. Le turbine VLH MJ2 sono in grado di funzionare con bassissimi salti, da 1,5 a 4,5 metri.
Micro e Mini Idroelettrico
Normalmente sia il micro che il mini idroelettrico hanno un ridotto impatto ambientale, poichè consentono di utilizzare anche sistemi idrici artificiali o semi-artificiali, come ad esempio gli acquedotti e i canali irrigui.
Turbine Misa
Le turbine prodotte da Misa, sono macchine speciali customizzate, adatte alle più svariate applicazioni e con ottimi rendimenti in ampi range di portate e salti geodetici. velocità di rotazione, unitamente allo studio fluidodinamico C.F.D. sono i fattori determinanti in grado di garantire un elevato standard di qualità, richiesto per servizio H24.
Pira Impianti è specializzata nella manutenzione e riparazione di ogni turbina idroelettrica, grazie a 30 anni di esperienza nel settore.
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