Proteggere l'energia idroelettrica dai sedimenti
I sedimenti si depositano sul fondo dei bacini e danneggiano le turbine delle centrali idroelettriche. I metodi moderni consentono di analizzare il trasporto, la deposizione e la rimozione dei sedimenti in tempo reale.
L'energia idroelettrica è la più importante fonte rinnovabile di energia elettrica al mondo. Tuttavia, i sedimenti spesso ne compromettono il buon funzionamento. Molti bacini e tratti fluviali a monte delle centrali idroelettriche si riempiono di sedimenti e materiale erosivo proveniente dagli affluenti. Senza adeguate contromisure, il volume del serbatoio diminuisce costantemente fino a scomparire del tutto.
Ciò influisce sulla produzione di energia idroelettrica: una centrale ad accumulo diventa gradualmente una centrale ad acqua fluente, perdendo così la sua funzione principale. Questa consiste nel fornire energia di picco quando la domanda è elevata. I sedimenti, inoltre, logorano i macchinari idraulici, come turbine e pompe. Danneggiano anche i sistemi ausiliari, come gli sbarramenti, i desilatori e i canali di lavaggio. Ciò aumenta i costi di gestione e manutenzione. L'usura "idro-abrasiva" delle turbine ne modifica anche la geometria, riducendo ulteriormente l'efficienza e quindi la capacità produttiva.
Sono necessarie contromisure
Esistono diverse misure per ottimizzare la gestione dei sedimenti. Tutte hanno in comune il fatto di causare alti costi di investimento o di richiedere molta acqua, che non è più disponibile per la produzione di energia. Senza compromessi, le centrali idroelettriche non possono essere gestite in modo economico, ecologico e socialmente accettabile a lungo termine. Inoltre, le leggi sui diritti d'acqua di molti Paesi richiedono ora il ripristino della continuità dei sedimenti nei siti in cui questa è stata parzialmente o completamente interrotta da sbarramenti, dighe o altre strutture trasversali (si veda questo Post sul blog).
Le soluzioni promettenti, tecnicamente fattibili e rispettose dell'ambiente, sono le seguenti:
- Umwelt und Geomatik: costruzione di tunnel di deviazione dei sedimenti
- Passaggio di correnti di torbidità (scarichi con elevato contenuto di sedimenti fini)
- Risciacquo regolare dei serbatoi attraverso gli scarichi profondi
- Rimozione di sedimenti mediante aspirazione
Un nuovo approccio
Un altro metodo che ritengo debba essere approfondito in futuro è il passaggio continuo di materiale in sospensione attraverso l'headrace e le turbine nelle sezioni fluviali a valle. In questo modo, il flusso di sedimenti viene in gran parte mantenuto al livello originale prima della costruzione delle centrali idroelettriche. Nonostante l'aumento dell'usura dei macchinari idraulici, questo metodo è molto promettente, soprattutto nei bacini alpini dove le soluzioni alternative sono proibitive o non possono essere applicate per legge. Rivestimenti speciali per le turbine aiutano a contrastare l'usura.
Grazie alle moderne tecniche di misurazione, è ora possibile analizzare in tempo reale come i sedimenti vengono trasportati, depositati e rimossi e come influenzano l'erosione delle macchine idrauliche. Il monitoraggio continuo in tempo reale della concentrazione e della granulometria dei sedimenti consente agli operatori di intervenire in tempi brevi: ad esempio, non appena vengono raggiunti determinati valori di soglia durante un'alluvione, si può interrompere temporaneamente la produzione di energia per evitare un'usura sproporzionata delle macchine.
La gestione dei sedimenti sta diventando sempre più importante
La nostra ricerca nell'ambito dello SCCER-SoE [1] si concentra sull'erosione delle turbine, dei tunnel di deviazione dei sedimenti e dei canali di lavaggio. D'altro canto, sviluppiamo modelli di previsione e tecniche di misurazione per il monitoraggio in tempo reale del carico di fondo e dei sedimenti sospesi, utilizzando metodi sperimentali e numerici. Sono note numerose misure per ridurre al minimo gli effetti negativi dei sedimenti. Tuttavia, la nostra esperienza dimostra che sono necessarie soluzioni individuali per ogni sito. La conoscenza approfondita dei processi e delle tecniche di misurazione è quindi la base per soluzioni specifiche per ogni sito, al fine di ottimizzare la gestione dei sedimenti.
Con l'aumento dell'età dei serbatoi e il continuo ritiro dei ghiacciai a causa dei cambiamenti climatici, la gestione dei sedimenti nelle centrali idroelettriche sta diventando sempre più importante a causa dell'aumento del materiale erosivo e dei detriti. Per quanto deplorevole, il ritiro dei ghiacciai offre anche nuove interessanti opportunità per espandere ulteriormente l'energia idroelettrica in linea con la Strategia energetica 2050.
Questo articolo appare anche nel pagina esternaBlog del SCCER-SoE.
Ulteriori informazioni
[1] Il "Centro di competenza svizzero per la ricerca energetica - Approvvigionamento elettrico" (pagina esternaSCCER-SoE)
