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Progetto 4 “Studi su potenziali sviluppi delle energie rinnovabili” – Documento di sintesi dell’attività 2009

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Progetto 4 “Studi su potenziali sviluppi delle energie rinnovabili” – Documento di sintesi dell’attività 2009

Il presente documento è stato redatto nell’ambito del progetto “Studi su potenziali sviluppi delle energie rinnovabili” definito nell’Accordo Triennale tra il Ministero dello Sviluppo Economico e E.R.S.E. S.p.A. firmato il 29 Luglio 2009. Le attività svolte ed i principali risultati ottenuti nel periodo di riferimento sono attività così riassumibili: Gestione integrata ed adattativa dei grandi impianti idroelettrici • Producibilità idroelettrica e gestione degli eventi naturali: il sistema HALTFLOOD, che effettua previsioni delle piene a monte ed a valle degli impianti idroelettrici, utilizzando dati di misure di precipitazioni e previsioni da modelli meteorologici, è installato presso due impianti, aventi differenti caratteristiche. Per queste due applicazioni è stato effettuato un raffinamento del modello idrologico, con nuovi dati, e sono state create le condizioni per un utilizzo diretto del sistema da parte di ciascun Gestore nell’ambito della propria organizzazione, così da avere dei riscontri e dei ritorni da parte degli utenti. Sono stati altresì raccolti i dati necessari alla prima calibrazione del modello presso il terzo impianto. Sono inoltre state avviate le attività di progettazione del sistema HALTFLOOD per la previsione dei deflussi, a fini di previsioni di produzione, e sono state avviate le prime sperimentazioni pilota presso un impianto reale. • Qualità dell’acqua negli invasi: è stato aggiornato il sistema LDS-SIMOLAB, sviluppato per supportare i gestori di impianti nella gestione della qualità dell’acqua; il sistema, basato su un utilizzo congiunto di misure di campo e modelli matematici con adeguata interfaccia, è stato trasferito ad un operatore (ENEL – Nucleo Idroelettrico Ascoli – Impianto del Fiastrone), che lo sta utilizzando come supporto alla valutazione preventiva delle alternative di prelievo idrico per limitare i fenomeni di anossia nel periodo estivo. E’ stata altresì curata la diffusione dei risultati agli “stakeholders”, attraverso l’organizzazione di un Workshop, in collaborazione con ENEL e la Provincia di Macerata, dal titolo “La gestione integrata della risorsa idrica negli invasi idroelettrici: la sperimentazione del Fiastrone”. • Effetti della disponibilità idrica e dei vincoli ambientali sulla gestione dei serbatoi: è stato utilizzato il software SOLARIS, sviluppato nel prevedete triennio di ricerca, che calcola la regola per la gestione ottima della rete di serbatoi idroelettrici sulla base degli afflussi stimati e del volume iniziale dei serbatoi/bacini, per valutare le conseguenze sulla gestione di serbatoi dell’introduzione di differenti scenari di deflusso minimo vitale, applicandolo al sistema di impianti idroelettrici dell’alto fiume Reno in Emilia Romagna. Deflusso minimo vitale (DMV) • È proseguita l’attività di ricerca, sperimentazione e supporto scientifico a supporto del “Tavolo tecnico” istituito dalla regione Valle d’Aosta per la definizione dei valori di DMV sulle derivazioni della CVA (Compagnia Valdostana delle Acque); le attività svolte hanno riguardato: – l’individuazione di idonei indicatori basati sulla comunità di invertebrati fluviali (macrobenthos) tramite sperimentazione in campo e confronto di differenti metodi; – l’individuazione di indicatori idrologici per la definizione del grado di alterazione idromorfologica dei corsi d’acqua sottoposti a regolazione, tramite monitoraggio con stazioni idrologiche ed analisi di correlazione specifiche; – lo sviluppo di un sistema di supporto alle decisioni basato sull’analisi multi criteri per la definizione dei valori finali di DMV, così da analizzare le istanze dei differenti “portatori di

interesse” e dare concretezza alla necessità di un approccio al problema che risulti condiviso, invece che meramente impositivo.; – la sperimentazione di una metodologia per la valutazione dei costi esterni della produzione idroelettrica legati al paesaggio. Promozione dello sviluppo dell’idroelettrico minore • È stata sviluppata la prima parte della metodologia per il calcolo del potenziale effettivo, così da tenere conto delle diverse limitazioni sia ambientali che tecnologiche che si applicano al potenziale teorico, stimato con le metodiche sviluppate nel precedente triennio di ricerca. Tale metodologia è stata preliminarmente applicata al bacino del fiume Sinni in Basilicata. Si prevede di effettuare verifiche maggiormente dettagliate in altre zone campione, quali la provincia di Bergamo e di Verbania, nella successiva fase di Ricerca di Sistema; per queste zone sono state avviate le fasi di raccolta dati. • E’ stata realizzata la prima raccolta di dati necessari per la valutazione del potenziale idroelettrico derivato dallo sfruttamento del deflusso minimo vitale dalle grandi dighe e sono stati svolti incontri con i responsabili tecnici dei principali operatori idroelettrici, finalizzati da una parte a sondare l’interesse effettivo verso questo tipo di risorsa, dall’altra a orientare l’attività tenendo in conto le esigenze e le criticità da questi riscontrate. E’ stata definita la metodologia da adottare per le valutazioni, che sarà applicata ad aree pilota durante il successivo periodo di ricerca di sistema ed estesa a tutta l’area italiana durante l’ultimo periodo. • È stato sviluppato il prototipo della versione ampliata del software VAPIDRO-ASTE, sviluppato ne precedente triennio di ricerca, che -integrato con strumenti GIS (Geographical Information System)- è in grado di calcolare il potenziale in aste fluviali considerando impianti con derivazione (presa, condotta forzata) e impianti “puntuali” (senza condotta forzata). La nuova versione integra due moduli di ottimizzazione, il primo basato su di una procedura semi-automatica, che guida l’utente nella costruzione dello schema ottimale di sfruttamento del potenziale idroelettrico, ed il secondo basato su un algoritmo matematico di ottimizzazione che propone in automatico all’utente un completo schema di sfruttamento idroelettrico • Sulla base del successo registrato per il sito internet “http://minihydro.erse-web.it/” (sviluppato nell’ambito del ciclo RdS 2006-2008), in termini di numero di accessi, di richieste di approfondimenti, di download di software e di documenti, si è ritenuto altresì importante dedicare risorse al mantenimento del sito ed all’implementazione di alcune pagine. Il sito è stato aggiornato, con le ultime notizie riguardante il potenziale idroelettrico, le curve di durata generate mediante interpolazioni geomorofologiche ed una guida sulle procedure amministrative da seguire per la richiesta di concessione idroelettrica e pratiche connesse. • Potenziale idroelettrico derivato dallo sfruttamento degli esistenti sistemi acquedottistici. Si sono definiti gli “step” della metodologia, che includerà l’utilizzo del software di modellazione idraulica EPANET 2.0 per individuare quali tratti del sistema presentano dislivelli tali da poter prevedere un recupero energetico tramite l’inserimento di turbine o PAT, nonché una opportuna procedura di ottimizzazione del posizionamento di organi di recupero energetico; è stata avviata altresì una fase di recupero dei dati territoriali, tecnici e gestionali dei principali schemi idrici regionali gestiti in Italia dagli Enti d’Ambito territorialmente competenti. Sicurezza dei bacini idroelettrici • È stato avviato il progetto della metodologia integrata per l’analisi, la valutazione e la gestione del rischio idroelettrico in collaborazione con il dipartimento PRICOS (Progettazione, Riabilitazione e Controllo delle Strutture Convenzionali ed Innovative), dell’Università degli Studi di Chieti – Pescara. Il primo anno di attività ha permesso di sviluppare lo schema della metodologia, che integra: – una procedura per identificare i possibili eventi pericolosi (piene, frane, terremoti, attacchi terroristici, intrusioni e sabotaggi ai componenti critici d’impianto);

– una metodologia di analisi delle modalità di risposta della struttura nel caso in cui si verifichi l’evento avverso, – una procedura per la valutazione delle conseguenze – una procedura per la valutazione e gestione del rischio. • Sono state svolte le previste attività di “benchmarking” di codici di calcolo avanzati per la diagnostica strutturale delle dighe sulla base di casi test reali, partecipando, quali coordinatori, al “10 th International Benchmark Workshop on Numerical Analysis of Dams”, tenuto a Parigi dal 16 al 18 settembre 2009 • Adattamento ed integrazione dei codici di calcolo: – Codici FEM per l’analisi della vulnerabilità strutturale delle dighe: è stata indagata le potenzialità del metodo nell’ambito delle simulazioni numeriche del comportamento delle strutture in calcestruzzo, con particolare riferimento alle dighe, e successivamente, allo scopo di implementare tale metodo nel codice di calcolo CANT-SD finalizzato all’analisi strutturale delle dighe, sono stati evidenziati gli aspetti teorici fondamentali da considerare già in una prima versione, che costituirà poi la struttura portante per successivi miglioramenti. E’ stato infine implementato in CANT-SD il legame costitutivo elastico lineare per materiali ortotropi (calcestruzzi, rocce), con assi di ortotropia coincidenti con gli assi cartesiani X, Y, Z. – Codice SPHERA, basato sulla tecnica SPH (Smoothed-Particle Hydrodynamics): sono stati inseriti nuovi algoritmi, è stata sviluppata la versione parallela e realizzato un post processore per la visualizzazione in 3D dei risultati delle simulazioni. Il codice è stato poi applicato alla simulazione di alcuni problemi di natura ingegneristica su scala reale allo scopo di dimostrare le potenzialità del codice. Una citazione particolare –oltre a quelle relative a fenomeni di erosione di fondo e di “dam break”- merita la simulazione 3D degli sfioratori (spillways) per gli eventi di piena, condotta sul caso reale di una diga USA con pieno successo. Inoltre sono stati effettuati “benchmark” per confrontare la funzionalità e le prestazioni del codice su diverse piattaforme HW e con diversi ambienti SW (Intel, PGI); il pieno successo di tali prove ha confermato la robustezza, affidabilità e portabilità del codice SPHERA, con tempi di calcolo soddisfacenti. • Utilizzo nei conglomerati cementizi delle ceneri da biomassa: in collaborazione con il Dipartimento di Ingegneria Chimica Materiali Ambiente (ICMA) dell’Università di Roma “La Sapienza” è stata condotta una sperimentazione preliminare atta a verificare l’idoneità all’uso in miscele cementizie di una cenere leggera da combustione mista di cippato di legna vergine e torba, proveniente da un impianto termico “co-firing” italiano. Aspetti tecnologici ed impiantistici della produzione di energia da fonte eolica • Affinamento della valutazione del potenziale eolico off-shore, tramite attività sperimentali e modellistiche: – Sono state installate e rese operative due stazioni anemometriche in altrettante strutture portuali dell’Isola di Ischia (località Ischia Porto e Forio) ed è prevista l’installazione di una terza stazione nel Golfo di Policastro. E’ altresì proseguita la raccolta ed analisi dei dati della stazione di Pianosa – nelle Tremiti- installata nel 2008 e di Termoli, anche comparata con dati satellitari al fine di verificare la praticabilità di tale opzione di “remote sensing”. – E’ stata realizzata l’analisi e la classificazione per l’area offshore del territorio nazionale comprendente le regioni Puglia, Molise e Abruzzo, tramite un sistema GIS dedicato, che riassume le informazioni raccolte e consente di visualizzare con modalità interattiva i risultati quantitativi ottenuti in merito alla potenzialità dell’area, adottando una prestabilita ipotesi di sfruttamento delle aree classificate, di densità di potenza eolica e di parametri di funzionamento di impianti eolici che potrebbero ivi essere realizzati. – È stato condotto un monitoraggio sui costi d’impianto, esercizio e manutenzione, nonché le rese energetiche stimate ed effettive, di impianti eolici offshore, con riferimento sia alle esperienze

con impianti esistenti che alle valutazioni correnti per gli impianti in costruzione o in progetto. Nel complesso è stata confermata una netta tendenza al rialzo per quanto riguarda i costi d’impianto complessivi delle centrali eoliche offshore, anche se di tecnologia tradizionale con fondazioni fisse. – Infine, è stata avviata un’analisi modellistica del comportamento dinamico della configurazione del primo prototipo della BlueH con piattaforma costituita da sei galleggianti esterni ed uno centrale ancorata tramite “tension leg”, in fase di realizzazione e di futura installazione al largo della costa di Brindisi. • Studio degli impianti “mini-eolici”: è stata effettuata una approfondita ricerca a livello mondiale ponendo peraltro particolare attenzione alle macchine italiane, già commercializzate o in avanzato stato di progetto, con potenza nominale compresa tra 1 e 200 kW, ed è stata sviluppata una procedura di calcolo che, a partire dalla curva di potenza di un mini aerogeneratore, consente di valutarne la producibilità annua assumendo ipotesi di distribuzione del vento scelte su un ampio spettro di situazioni anemologiche presenti sul territorio italiano. • Sviluppo, applicazione e validazione di una metodologie per la stima della potenza installabile in un dato territorio: sull’area campione scelta, la Provincia di Parma, è stata validata la metodologia sviluppata nel corso del 2008. Lo studio è stato condotto sia alla scala territoriale, per la stima del potenziale eolico installabile, l’approfondimento della valutazione delle aree idonee all’installazione di aerogeneratori e l’individuazione di siti adeguati per l’eventuale allestimento di nuove stazioni di misura, che alla scala di dettaglio per individuare configurazioni ottimizzate di impianti in un’area ristretta. • Studio di sistemi e tecnologie per il controllo di generatori eolici: – E’ stato messo a punto un modello del generatore tale da poter essere utilizzato per simulare i transitori elettromeccanici di interesse e valutare così le strategie di gestione dell’impianto dal punto di vista della interazione con il sistema elettrico – E’ stato sviluppata una prima versione del modello dinamico di un aerogeneratore off-shore, per studiare il controllo della velocità di rotazione delle pale che interagisce con il movimento strutturale dovuto alla spinta del vento e al moto ondoso. Inoltre, nel periodo di riferimento sono stati predisposti: • la guida per l’utilizzo del’Atlante Eolico italiano • un rapporto per il CIACE 1 sulle prospettive industriali e di ricerca nel settore eolico in Italia. Aspetti ambientali e meteo-climatici della produzione di energia da fonte eolica e da altre fonti • Analisi dell’impatto dei generatori eolici sul paesaggio: è stato realizzato e testato sull’area campione della Provincia di Parma l’Atlante di supporto alla localizzazione di impianti eolici alla scala locale (provinciale o regionale) • Previsioni di producibilità dalla fonte eolica: è stata resa operativa una catena di modelli capace di fornire ogni giorno previsioni, fino a 72 ore in avanti, di vento su tutto il territorio italiano; la catena, operativa presso il Laboratorio di Meteorologia di ERSE, acquisisce giornalmente i campi meteo da un modello globale esterno, inizializza il proprio modello “ad area limitata” (codice RAMS – Regional Atmospheric Modeling System, sviluppato dalla Colorado University e liberamente disponibile) e lo “lancia” a cadenza giornaliera, elabora gli output prodotti e rende fruibili i campi meteo previsti a successive elaborazioni grafiche o numeriche e per l’invio ad utenti esterni. • Previsioni di produzione dalla fonte eolica: è stato perfezionato il sistema di previsione sviluppato nel corso del precedente triennio di ricerca, costituita da un modello meteorologico per previsioni fino a +72 ore, un polinomio di regressione per la correzione mediante i dati osservati a 50 metri ed una funzione di conversione vento/potenza, ricavata in modo statistico su una parte dei dati locali disponibili. Il sistema è in fase di test di lungo periodo sui dati di due campi eolico forniti dai relativi Gestori. 1 Comitato Interministeriale per gli Affari Comunitari Europei

• Modelli per la stima della radiazione solare diretta e globale: per la previsione fino a +72 ore, a passo semiorario, è stata sviluppata una catena operativa, basata sull’utilizzo di due modelli in cascata, un modello meteorologico e uno di trasferimento radiativo. La previsione viene effettuata su 20 siti italiani ed, in particolare sulle località di Catania, in corrispondenza del centro sull’energia solare di gestione ENEL-IIN, Casaccia (Roma) e Priolo Gargallo (SR), entrambi siti sperimentali dell’ENEA. Il sistema è in fase di test in collaborazione con ENEA ed ENEL, per il progetto Archimede. E’ stato inoltre implementato un modello colonnare di schema radiativo sia solare che termico, che permette il calcolo della radiazione diretta, globale e diffusa ad un passo temporale semiorario. • Inoltre, utilizzando i dai forniti dal satellite Meteosat, sono stati sviluppati un algoritmo di stima della copertura nuvolosa per il monitoraggio e la previsione a brevissimo termine della radiazione solare, ed uno per la stima della durata del soleggia mento. • Infine è stata attivata una stazione per la misura di radiazione solare ed altre variabili meteorologiche presso la sede di Milano di ERSE, finalizzata a supportare la verifica delle stime prodotte a partire dai dati satellitari e dei modelli meteorologici. • Valutazione del potenziale di producibilità energetica da fonti marine: l’attività svolta è stata incentrata principalmente sulla raccolta ed analisi dei dati disponibili, sulla impostazione di una struttura idonea al loro uso nel progetto ed alla individuazione dei potenziali strumenti di analisi numerica per la valutazione dei campi di corrente. Molta attenzione è stata dedicata alla diffusione ed al trasferimento dei risultati conseguiti (sia “in itinere” che nel precedente programma): nel periodo di interesse si contano, infatti, 50 pubblicazioni su riviste scientifiche ed in convegni specializzati, accanto ad una intensa attività di contatti con Istituzioni, Enti di ricerca, nazionali ed internazionali, ed Operatori del settore.

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