Quali fiumi sono adatti all'installazione di turbine idrauliche? Come scegliere?

Se vicino alla vostra abitazione scorre un corso d’acqua perenne, è probabile che possa diventare una centrale elettrica domestica. Rispetto all’energia solare e a quella eolica, il principale vantaggio dell’energia idroelettrica è la sua stabilità: finché c’è flusso d’acqua, può produrre elettricità ventiquattr’ore su ventiquattro, indipendentemente dalla durata dell’illuminazione solare e dalle condizioni meteorologiche. Un unico investimento può generare rendimenti per anni.

Tuttavia, non tutti i fiumi sono adatti all’installazione di turbine idrauliche. La fattibilità dell’installazione, le dimensioni massime consentite e il tipo da scegliere dipendono infine da due parametri fondamentali.

I due fattori che determinano la capacità di generazione di energia

Indipendentemente dal marchio o dal modello, la capacità di generazione di energia di una turbina idraulica dipende sostanzialmente da soli due parametri:

Caduta (Head): Il dislivello verticale tra il punto di presa e il punto di installazione della turbina idraulica, misurato in metri (m). Maggiore è il dislivello, maggiore è la pressione dell’acqua.

Portata: volume d'acqua che passa attraverso un punto in un'unità di tempo, misurato in metri cubi al secondo (m³/s) o litri al secondo (L/s). 1 metro cubo al secondo = 1000 L/s.

La potenza in uscita può essere stimata utilizzando la seguente formula semplificata:

Potenza (kW) ≈ 9,8 * Dislivello (m) * Portata (m³/s) * Rendimento

Il rendimento è solitamente impostato tra 0,6 e 0,7, tenendo conto delle perdite della turbina idraulica turbina stessa e delle perdite per attrito nella tubazione dell'acqua.

Ad esempio: con un dislivello di 20 m e una portata di 0,05 metri cubi al secondo (50 L/s), la potenza in uscita stimata è approssimativamente 9,8 * 20 * 0,05 * 0,65 ≈ 6,4 kW, sufficiente a soddisfare il fabbisogno elettrico di illuminazione domestica, frigoriferi, televisori e pompe idrauliche.

Come indicato dalla formula, se il dislivello o la portata sono troppo ridotti, la potenza in uscita diminuisce drasticamente. Questo spiega perché, anche se la velocità del flusso d'acqua appare elevata, il calcolo restituisce soltanto poche centinaia di watt di potenza.

Tre casi pratici

Oggi desideriamo condividere con voi alcune soluzioni reali adottate per i nostri clienti recenti, da utilizzare come riferimento nella scelta della turbina idraulica.

1. Approvvigionamento idrico abbondante, ma tubazione stretta

Un cliente ci ha contattato per richiedere informazioni su una turbina idraulica da 5 kW. Ci ha comunicato che il salto geodetico era di 30 m. Per fornirgli una soluzione, avevamo comunque bisogno di dati effettivi, come la portata. Dopo ulteriori approfondimenti, abbiamo appreso che aveva già installato la tubazione idrica, utilizzando un tubo DN50 con diametro interno di 50 mm, ma la portata misurata era di soli 3 L/s.

Abbiamo applicato la formula di calcolo: 9,8 * 30 * 0,003 * 0,65, ottenendo una potenza di circa 500 W, ovvero solo un decimo dei 5 kW di cui aveva bisogno.

Il fattore limitante non è il dislivello idraulico, ma il diametro della tubazione. Più la tubazione è stretta, maggiore è la velocità di flusso dell’acqua e più elevate sono le perdite per attrito lungo la sua lunghezza, con conseguente riduzione della pressione all’arrivo della corrente alla turbina idraulica. Questo aspetto è facilmente trascurato, poiché i dati impressionanti sul dislivello idraulico creano l’errata impressione che la potenza in uscita sia già garantita.

Gli abbiamo proposto due opzioni tra cui scegliere: la prima prevedeva l’installazione di una condotta forzata di diametro maggiore e la rivalutazione del punto di presa dell’acqua per incrementare la portata, garantendo così la potenza richiesta dal cliente. Tuttavia, questa soluzione avrebbe comportato lo smantellamento delle tubazioni già installate dal cliente, con un carico di lavoro costruttivo relativamente elevato. L’altra opzione consisteva nella scelta di una microturbina idraulica da 500 W a 1 kW, adeguata alle condizioni esistenti del sito e alle tubazioni già posate.

2. Media caduta d’acqua, il tipo di turbina idraulica determina il risultato finale

Un altro cliente aveva chiesto informazioni sull’utilizzo di una turbina idraulica per alimentare abitazioni e stagni per pesci. La potenza richiesta era di 10–15 kW, trifase, a 50 Hz, con una caduta d’acqua sul sito di 15 m.

Il cliente aveva inizialmente chiesto informazioni sull’unità turbina idraulica inclinata. Tuttavia, dopo aver analizzato le condizioni di installazione del cliente, abbiamo riscontrato un problema: a una caduta d’acqua di 15 m, la potenza massima dell’unità turbina inclinata era di 5 kW, mentre per raggiungere i 10 kW era necessaria almeno una caduta d’acqua di 30 m. Il sito di installazione del cliente non soddisfaceva tale requisito, quindi si è reso necessario scegliere un altro tipo di turbina idraulica.

Il turbina idraulica a flusso misto si è rivelata molto adatta alle effettive esigenze del cliente. Il modello da 10 kW era utilizzabile con una caduta d’acqua compresa tra 10 e 25 m, e il diametro raccomandato del tubo di aspirazione era di 200 mm, corrispondendo quasi perfettamente alle condizioni presenti sul posto.

Pertanto, la scelta della turbina idraulica non può basarsi esclusivamente sulla potenza nominale; è innanzitutto necessario verificare la gamma di altezza geodetica corrispondente a tale potenza nominale.

3. L’altezza geodetica è prossima a zero

Il terzo cliente ha descritto un piccolo fiume che scorre attraverso la sua proprietà. L’acqua scorreva lentamente e con una caduta molto ridotta. Ha chiesto se fosse possibile installare una turbina idraulica. Innanzitutto, è necessario chiarire il vero significato di «altezza geodetica zero»: c’è davvero assenza di dislivello oppure esiste una differenza di altezza di pochi centimetri, semplicemente non percepibile? Camminando lungo il fiume dalla parte a monte a quella a valle, di solito si notano alcune differenze di quota.

Se i risultati delle misurazioni indicano un dislivello inferiore a 0,5 m e una portata inferiore a 0,5 m/s, di norma non consigliamo l’installazione di una turbina idraulica, poiché installare una turbina incapace di raggiungere la potenza prevista non è vantaggioso per nessuna delle due parti. In questo caso, esistono due soluzioni praticabili: è possibile costruire una piccola diga a soglia per creare artificialmente un modesto dislivello, generando così determinate condizioni di salto d’acqua; oppure è possibile valutare le condizioni locali di insolazione e prendere in considerazione il passaggio a un sistema fotovoltaico.

Il primo passo per stabilire se un fiume è adatto alla produzione di energia è sempre la misurazione del salto d’acqua e della portata. Se si desidera inoltre sfruttare corsi d’acqua o fiumi vicini per la pianificazione di impianti idroelettrici, non esitate a contattarci per ottenere una soluzione personalizzata.