Studio e progettazione di un impianto micro-idroelettrico: riqualificazione di un mulino in località San Donato (Fabriano)

L’ energia rinnovabile è una fonte di energia alternativa a quella tradizionale e ha come caratteristica quella di non emettere sostante inquinanti o che alterino il clima. Le principali fonti di energia rinnovabile è rappresentata da fonti che non risultano soggette ad esaurimento come: la luce solare, il vento, l’acqua, il calore geotermico e le biomasse. Sono fonti utilizzate principalmente per la produzione di energia elettrica, ma anche per la microgenerazione di energia elettrica per esempio in paesi in via di sviluppo o aree remote. I sistemi di energia rinnovabile diventano sempre più efficienti, grazie alle nuove tecnologie, ma anche più economiche. In particolare, l’energia idroelettrica rappresenta una tra le più antiche fonti di energia rinnovabile e tra le più diffuse secondo IRENA (International Renewable Energy Agency); nel 2022, la potenza complessiva degli impianti idroelettrici rappresenta circa il 30% del totale delle fonti rinnovabili presenti. Nonostante la sua presenza longeva, sono state sviluppate numerose tecnologie che permettono di trasformare in elettricità quasi il 90 % dell’energia che l’acqua possiede. Inoltre, gli impianti idroelettrici presentano un basso impatto ambientale ed un’elevata efficienza, fattori che partecipano ad un ottima resa finale degli impianti. Il progetto in esame riportato in questa tesi di laurea consiste nella riqualificazione di un antico mulino, sito in località San Donato (Fabriano - AN) in una centrale micro-idroelettrica. Per quanto riguarda la riqualificazione, questa consiste nella ristrutturazione dell’edificio esistente e della rimessa in uso dell’opera di presa e del canale di adduzione, mentre per la centrale idroelettrica sono state progettate, dimensionate e realizzate le tre paratoie che servono per la pulizia dell’acqua insieme all’utilizzo dello sgrigliatore. Infine, è stata dimensionata e realizzata la turbina scelta per la centrale e definito il generatore correlato. Importante è anche la valutazione economica che viene svolta su questa tipologia di progetto poiché permette di valutare la convenienza economica di utilizzare questa fonte di energia. Sono stati presi in considerazioni vari parametri per fare questa valutazione, dal costo delle singole macchine a quello dell’energia idrica in Italia, fino a valutare quanta potenza si riesce a ricavare da una centrale che presenta delle caratteristiche similari. Nel dettaglio, la tesi è sviluppata in base a quanto segue: • Nel primo capitolo viene presentata una panoramica del settore idroelettrico nel Mondo e in Europa, in particolare in Italia. Inoltre è presente la classificazione delle centrali idroelettriche ponendo attenzione alle centrali mini-idroelettriche; • Nel secondo capitolo è definito l’obiettivo di studio e i relativi lavori in termini di opere civili e meccaniche che sono state svolte; • Nel terzo capitolo sono esposte le varie classificazioni delle diverse apparecchiature relative all’impianto idroelettrico oggetto di studio: paratoie, sgrigliatore, turbine, generatori. Inoltre sono descritte le caratteristiche delle condotte forzate e della vasca di carico. • Il quarto capitolo presenta l’intera analisi tecnico-economica di questo progetto. Sono definite: le diverse opere civile svolte, la progettazione e il dimensionamento delle tre paratoie che fanno parte di questa centrale e la progettazione dello sgrigliatore. È fondamentale il confronto tra due diverse turbine idrauliche, precisamente Francis e Banki, per valutare quale delle due, dopo progettazione preliminare, permetta di recuperare maggiore energie a parità di efficienza ed ingombri. Una volta scelta la macchina idraulica motrice, si affronta quindi la parte relativa al suo dimensionamento e all’accoppiamento col generatore elettrico.