Turbine Idrauliche Domestiche: Funzionamento, Costi e Opportunità

L’energia idroelettrica è una delle fonti rinnovabili più affidabili e sostenibili, ideale per comunità energetiche, aziende agricole e zone isolate. Con lo sviluppo delle Comunità Energetiche in Italia, sta emergendo la necessità di generare energia, soprattutto elettrica, in tutti i modi possibili.

Principi di Funzionamento

Il principio su cui si basa la produzione delle centrali idroelettriche è la trasformazione dell’energia potenziale posseduta da una massa di acqua per effetto della gravità, in energia meccanica e, successivamente, in energia elettrica.

Tipologie di Impianti

Fra gli impianti ad acqua fluente è possibile distinguere diverse tipologie in funzione delle portate che derivano e dei salti che sfruttano. Nella categoria del micro idroelettrico, rientrano tutti gli impianti alimentati idroelettrici di potenza elettrica non superiore ai 100 kW. Spesso si tratta di impianti di potenza anche inferiore ai 5 kW, che rientrano quindi più propriamente nella categoria del "pico idroelettrico".

Il micro idroelettrico è caratterizzato da un limitato impatto ambientale, dal momento che l’impianto non comporta di norma limitazioni o modifiche all’utilizzo prevalente del corso d’acqua (irrigazione, usi potabili, pesca, ecc.).

Turbine Utilizzate nel Micro Idroelettrico

Le turbine maggiormente utilizzate nel micro idroelettrico sono senza dubbio le Pelton e le Banki o Cross-Flow, ideali per portate d’acqua limitate.

Microturbina Pelton

Si tratta di una turbina ad azione, utilizzata comunemente negli impianti con salti notevoli (dai 20 ai 200 metri), ma con portate d’acqua anche limitate (da 0,5 a 100 litri a secondo). Disponibile in una vasta gamma di taglie e nelle versioni ad asse orizzontale e verticale, la microturbina Pelton è caratterizzata da pale a doppio cucchiaio realizzate in acciaio inox. Essendo in grado di adattarsi anche a portate limitate, la Pelton è la turbina in assoluto più utilizzata nei micro e nei mini impianti idroelettrici.

Microturbina Banki

Conosciuta anche come Cross-Flow o a flussi incrociati, la microturbina Banki è adatta per salti d’acqua che vanno dai 5 ai 100 metri e per portate da 20 a 1000 litri al secondo. Si tratta di una particolare turbina a due stadi, che consente cioè una doppia azione dell’acqua sulle pale. L'acqua viene prima indirizzata dal distributore verso la periferia esterna della ruota, imprimendo la rotazione. La trasmissione del movimento del girante al generatore avviene grazie ad una cinghia dentata. Particolarmente interessante è la possibilità di abbassare la portata (fino al 16% della nominale), mantenendo costante il rendimento elettrico, che si attesta attorno all’87%.

Miniturbina Francis

La turbina Francis è classificabile come “miniturbina” (ma non “microturbina”), dal momento che è adatta per potenze di almeno 100 kW. E’ in grado di sfruttare salti d’acqua che vanno indicativamente da 10 a 350 metri. Si tratta di una turbina a reazione, in cui cioè l’acqua che attraverso il distributore giunge alla girante, si trova in pressione e non viene a contatto con l’aria esterna. In alcuni casi possono essere regolate sia le pale della girante che quelle del distributore: in questo caso si parla di Kaplan “a doppia regolazione”.

Esiste una variante semplificata della turbina Kaplan: si tratta della turbina "ad elica". Le turbine ad elica hanno la caratteristica di avere sia il distributore che le pale della ruota completamente fisse e non regolabili.

Opportunità di Installazione

Nel nostro Paese esistono una serie di utenze isolate dalla rete che potrebbero trarre grande beneficio dall’installazione di microcentrali idroelettriche alimentate da piccoli corsi d’acqua, per esempio piccole comunità isolate, fattorie, rifugi montani, agriturismi, alpeggi, ecc.

Altri elementi importanti da tenere in considerazione già in fase progettuale sono la natura e la conformazione del terreno e del corso d’acqua e l’eventuale preesistenza di sistemi idraulici (come, ad esempio, i vecchi mulini abbandonati), che possono essere riconvertiti in micro centrali a condizioni vantaggiose.

Grazie a sistemi di automazione e di controllo a distanza, le micro centrali non necessitano di personale dedicato a tempo pieno. Grazie ai moderni sistemi di controllo e regolazione, l'elettricità (in corrente continua) inviata alle utenze viene istantaneamente adeguata alla richiesta elettrica delle utenze stesse.

Un'interessante opzione impiantistica consiste nello sfruttare l'energia in surplus, per alimentare resistenze elettriche in grado di riscaldare l'acqua calda per usi sanitari e per il riscaldamento.

La fonte idroelettrica ha una particolare caratteristica che la differenzia dalla maggior parte delle altre fonti rinnovabili.

Aspetti Economici e Incentivi

Considerando una vita utile dell’impianto di oltre 50 anni, indicativamente i tempi di ammortamento di un investimento economico nel micro idrolettrico sono nell’ordine dei 15-20 anni per impianti di potenza compresa tra i 10 e i 100 kW.

Parlando di micro idroelettrico non si può fare a meno di citare l’arrivo imminente di nuovi incentivi previsti dal Decreto FER-X per il sostegno della produzione elettrica di impianti da rinnovabili “con costi vicino alla competitività di mercato”. Ribattezzato “Transitorio” perché introduce un regime di sostegno per le fonti rinnovabili da 9,7 miliardi di euro individuando i contingenti totali disponibili - pari a 23,65 GW totali - per il solo 2025. Per gli impianti fino ad 1 MW è previsto un contingente di 3 GW.

Per gli impianti con potenza inferiore a 200 kW, il GSE provvede direttamente al ritiro e alla vendita dell’energia elettrica, erogando sulla produzione netta immessa in rete il prezzo di aggiudicazione in forma di tariffa omnicomprensiva.

Requisiti Autorizzativi

Dal punto di vista autorizzativo, uno dei requisiti principali è il possesso della Concessione di derivazione di acque pubbliche superficiali per uso idroelettrico.

Esempio di Turbina Idroelettrica Domestica

Di seguito è riportato un esempio di turbina idroelettrica domestica con le relative specifiche:

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