SAUBERE ENERGIE AUS WASSERKRAFT

Das Wasser ist ein freundliches Element -
für den, der damit bekannt ist und es zu behandeln weiß.
Johann Wolfgang von Goethe*1749 †1832

Enerpass Konsortial GmbH – Energie Passeier für Saubere Energie – Südtirol – Italien

Descrizione Tecnica

GENERALITA’

Nei decenni passati sono stati elaborati numerosi studi e progetti per l’utilizzazione idroelettrica del torrente Passirio e del suo affluente rio Plan.

Tutti i progetti erano caratterizzati dalla creazione di laghi artificiali a Lazins, Plan e Belprato. La popolazione locale fu contraria alla costruzione di queste grandi opere, favorendo invece la costruzione di impianti idroelettrici di dimensioni minori e meno impattanti sull’ambiente.

L’Enerpass società consortile a r.l. ha realizzato un impianto idroelettrico che garantisce allo stesso tempo una buona remunerazione dell’investimento e la sostanziale compatibilità ambientale delle opere realizzate.

La condizione posta per la progettazione dell’impianto idroelettrico è stata la richiesta di lasciare inalterato il deflusso naturale nel torrente Passirio nell’ambito dei paesi di S. Leonardo e S. Martino. Il nuovo impianto utilizza il potenziale idroelettrico del medio corso del torrente Passirio, nel tratto tra la confluenza del rio Plan a Moso (altitudine 930 m) e l’abitato di S. Leonardo (altitudine 670 m).
La connessione della centrale alla rete elettrica avviene mediante una linea a tensione 132 kV in cavo interrato, la quale realizza il collegamento della centrale alla cabina primaria di S. Leonardo dell’ENEL.
La producibilità media annua del nuovo impianto é di ca. 100 milioni di kWh; la potenza efficiente è pari a 26 MW. I lavori di costruzione sono iniziati nel mese di settembre del 2006. Dopo circa due anni il 30 ottobre 2008 é stato effettuato il primo parallelo con la rete e iniziata la produzione di energia.

Verlauf des Stollens

CARATTERISTICHE IDROLOGICHE DELL’UTILIZZAZIONE

La caratteristica dei deflussi naturali per l’opera di presa a Moso (superficie del bacino imbrifero sotteso 180,2 km²) é stata ricavata mediante misure di portata a Plan e S. Leonardo.

La portata media annua naturale del torrente Passirio a Moso é di 7,32 m3/s. Sulla base dei deflussi naturali é stato effettuato il dimensionamento generale dell’impianto idroelettrico, fissando la portata massima derivabile a 12,00 m3/s. Questa portata è disponibile per circa 60 giorni nell’anno idrologico medio, significando che la potenza installata in centrale viene utilizzata a pieno carico per circa 60 giorni.
Il valore di portata media mensile più basso viene registrato nel mese di febbraio con ca. 1,20 m3/s, mentre il valore di portata media mensile più elevato è presente nel mese di giugno, con ca. 20 m3/s

L’elevato rapporto di ca. 1:16 tra il valore minimo ed il valore massimo sottolinea la caratteristica spiccatamente alpina del torrente Passirio,con prolungata magra nei mesi invernali e morbida 27 nei mesi di tarda primavera/prima estate, in concomitanza con lo scioglimento delle nevi.

La portata residua da lasciare defluire dall’opera di presa nell’alveo sotteso, a garanzia della conservazione degli ecosistemi, é stata fissata dalla provincia di Bolzano. Essa si compone di una parte fissa di 600 l/s e una parte variabile pari al 15 % della portata naturale affluente all’opera di presa. Il rilascio della parte fissa è da garantire per tutto l’anno, mentre il rilascio della parte variabile deve essere garantito nei mesi da aprile a novembre, in aggiunta alla parte fissa. La portata media annua utilizzabile é di 5,25 m3/s e corrisponde a ca. 72 % del deflusso naturale. La caratteristica idrologica dell’utilizzazione é raffigurata graficamente nel diagramma di fig. 11. La portata massima derivata, il diametro della galleria di derivazione e della condotta forzata, nonché il numero e la taglia del macchinario di produzione sono stati ottimizzati e scelti definitivamente tenendo conto degli obblighi relativi ai rilasci dall’opera di presa ed alle portate effettivamente disponibili per l’utilizzazione.

 

OPERA DI PRESA

L’opera di presa é situata immediatamente a valle della confluenza del torrente Passirio con il rio Plan.

Essa é costituita da una traversa fissa lunga 54 m con ciglio di sfioro a quota 930,00 m s.l.m., che crea il rigurgito necessario alla derivazione dell’acqua. L’acqua viene derivata lateralmente in sponda sinistra.
Affiancata alla traversa fissa e divisa da questa da una robusta pila in cemento armato si trova una paratoia piana, che chiude la luce sghiaiatrice, larga 4 m, alla quale è affidato il compito dello spurgo degli inevitabili depositi davanti all’incile di presa. La paratoia piana è dotata di una paratoia a ventola sovrapposta, che ha la duplice funzione di regolare automaticamente e rilasciare in alveo la parte variabile della portata di rispetto in ragione del 15 % della portata naturale e di allontanare dalle bocche di presa eventuali corpi galleggianti. Tra la luce sghiaiatrice e il dissabbiatore é stata costruita una scala per la rimonta dei pesci, tramite la quale viene rilasciata la parte fissa della portata residua.
L’acqua per la centrale viene derivata attraverso tre bocche di presa, provviste di griglia a luce larga, alla quale fanno seguito tre vasche dissabbiatrici, disposte in parallelo.
Nelle vasche dissabbiatrici la velocità dell’acqua viene ridotta in maniera da rendere possibile la decantazione delle sabbie e delle particelle solide trascinate dalla corrente. Quando il materiale solido decantato sul fondo delle vasche raggiunge un’altezza prestabilita, viene avviato automaticamente un ciclo di lavaggio. Durante l’operazione di svuotamento e lavaggio di una vasca la portata derivata si suddivide sulle altre due vasche, permettendo quindi la continuità di servizio della centrale. Al termine del dissabbiatore l’acqua viene immessa nella camera di carico attraverso una griglia fine. Dalla camera di carico parte il sifone che attraversa l’alveo del torrente Passirio e si innesta nella galleria di derivazione in sponda destra.
L’opera di presa, il dissabbiatore e in particolare il comportamento della traversa di sbarramento in caso di evento di piena catastrofica sono stati simulati mediante modello numerico.

Die Wasserfassung in der Vogelperspektive

SISTEMA DI ADDUZIONE

Il sistema di adduzione é costituito, partendo dall’opera di presa e fino alla biforcazione di alimentazione delle due turbine in centrale, dai seguenti tratti con le rispettive lunghezze parziali:

Sifone di attraversamento alveo del Passirio 55 m
sezione quadrata 4,0 m x 4,0 m
Galleria in pressione fino al pozzo piezometrico 5940 m
diametro 3,05 m
Tratto di galleria con camicia interna in lamiera d’acciaio dal pozzo piezometrico alla camera valvole 84 m
diametro 2,40 m
Condotta forzata murata in roccia 590 m
diametro 2,20 m
Lunghezza complessiva 6669 m

Il sistema di adduzione si sviluppa nel versante orografico des- tro della Val Passiria.

CAMERA VALVOLE

Tra la camera valvole ed il tratto verticale della condotta for- zata é installata in apposita camera di manovra una valvola a farfalla di diametro 2,20 m, a sgancio automatico, in grado di intercettare l’intera portata.

Subito a valle della valvola a farfalla è posta la valvola per l’uscita e la rientrata dell’aria nella condotta forzata. L’edificio valvole è realizzato in cemento armato ed è completamente in- terrato, all’infuori del portale di accesso.

GALLERIA DI DERIVAZIONE

La galleria di derivazione funziona in pressione. Il diametro dello scavo é di 3,65 m, mentre il diametro interno della galleria finita é di 3,05 m. Lo scavo meccanizzato della galleria è stato effettuato con una fresa del tipo a doppio scudo.

L’avanzamento é avvenuto in rimonta dalla camera valvole in direzione dell’opera di presa. La lunghezza della galleria, dall’innesto con il sifone di attraversamento del Passirio fino all’asse del pozzo piezometrico, è di 5940 m. La pendenza longitudinale verso valle è pari all’1,9‰. Il rivestimento interno della galleria é stato realizzato mediante conci prefabbricati in cemento armato.
Nell’ultimo tratto tra il pozzo piezometrico e la camera valvole la galleria è stata scavata con metodo tradizionale mediante l’uso di esplosivo. In questo tratto il ricoprimento della galleria diminuisce progressivamente fino allo sbocco all’aperto. Al fine di garantire una perfetta tenuta, in questo tratto finale è stata posta in opera all’interno della galleria una camicia metallica dello spessore di 15 mm e diametro 2,40 m. L’intercapedine tra la camicia metallica e la roccia è stata intasata con calcestruzzo. La massima pressione di esercizio della galleria è di 4 bar.
L’area di cantiere per la costruzione della galleria, del pozzo di oscillazione e della condotta forzata si trovava ad est del maso „Oberort“. Il terreno molto ripido ha richiesto per l’allestimento del cantiere notevoli opere provvisionali di stabilizzazione degli scavi. Il trasporto verso valle del materiale di scavo della galleria e il trasporto nella direzione contraria dei conci prefabbricati per il rivestimento interno della galleria di derivazione è stato effettuato mediante una funivia, che collegava il cantiere e la discarica di fondovalle al cantiere della galleria nei pressi del maso “Oberort”. Dopo lo smantellamento del cantiere, l’area di cantiere nella zona della camera valvole e del pozzo di oscillazione é stata ripristinata nel suo stato iniziale, rinverdita e rimboscata mediante la piantumazione di giovani alberi.

I lavori di scavo della galleria sono risultati molto difficoltosi, in relazione sia alle caratteristiche delle formazioni rocciose incontrate (micascisti, paragneiss e anfiboliti), ma in maniera particolare a seguito delle notevoli venute d’acqua, con punte fino a 400 l/s.

Lo scavo di avanzamento meccanizzato ha richiesto un anno 33 di tempo, dall’inizio di marzo 2007 al 30 marzo 2008, giorno
della perforazione dell’ultimo diaframma di roccia.

Durchschnitt des Druckstollen Skala 1:203D-Ansicht des Druckstollen nicht in Skala

 

POZZO DI OSCILLAZIONE

Il pozzo di oscillazione si trova circa 80 m a monte della camera valvole.

Esso é formato da una canna verticale a sezione cilindrica del diametro interno di 8,0 m e profonda 40 m, che alla base porta una strozzatura di 2,0 m di diametro, attraverso la quale comunica con la galleria di derivazione. All’infuori della parte sommitale il pozzo si trova completamente in roccia di buone caratteristiche di stabilità.
Lo scavo in roccia é stato effettuato in parte con l’ausilio di mezzi meccanici e in parte tradizionalmente, facendo uso di esplosivo. Nella prima fase é stato realizzato in asse al pozzo un foro pilota del diametro di 28 cm e profondità 40 m, fino a raggiungere la calotta della sottostante galleria di derivazione. Nella seconda fase, dopo aver applicato una testa fresante di ø1,88 m, il foro è stato allargato in risalita dal basso verso l’alto („raise – boring“). Nella terza fase si é provveduto allo scavo di allargo fino al diametro di 9,30 m, mediante esplosivo. Il foro centrale é stato utilizzato per lo scarico dello smarino verso il basso nella sottostante galleria. Terminati i lavori di scavo è stato posto in opera il rivestimento interno del pozzo, formato da una camicia metallica del diametro di 8,0 m e spessore della lamiera di 10,0 mm.
Il pozzo di oscillazione é stato dimensionato per le situazioni più gravose prevedibili per l’esercizio ad acqua fluente della centrale. In particolare si é ipotizzato il distacco istantaneo del pieno carico, con intercettazione della portata di 12,00 m3/s. I risultati del calcolo hanno mostrato che il livello massimo dell’acqua all’interno del pozzo sale fino a quota 946 m, rimanendo un ampio margine di sicurezza in relazione a fuoriuscite di acqua dalla sommità del pozzo. Per contro, in fase di avviamento di una turbina, si ha un abbassamento del livello dell’acqua fino a quota 919 m.

 

CONDOTTA FORZATA

Alla condotta forzata spetta il compito di condurre l’acqua dalla galleria di derivazione alla centrale.
Essa si compone di un primo tratto verticale della profondità di 218 m, al quale segue un tratto sub orizzontale della lunghezza di 366 m, che termina alla biforcazione, da dove si dipartono le due condotte che alimentano le turbine.

La condotta forzata in acciaio è completamente murata in roccia.
La costruzione del tratto verticale é stata effettuata col metodo raise – boring. Nella prima fase é stato realizzato il foro pilota del diametro di 30 cm e profondo 218 m, fino a raggiungere la calotta della galleria sub orizzontale, che era stata precedentemente scavata partendo dalla centrale, con avanzamento tradizionale con esplosivo. Nella seconda fase, dopo aver applicata alla perforatrice una testa fresante di ø 2,75 m, il foro è stato allargato in risalita dal basso verso l’alto. Nella terza fase sono stati introdotti nel foro scavato le tubazioni di acciaio del diametro 2,20 mm, con spessore variabile da 15 mm a 18 mm, a seconda della pressione. Quindi la condotta é stata murata contro la roccia mediante intasamento dell’intercapedine con calcestruzzo. Il secondo tratto della condotta forzata é stato realizzato con posa della tubazione all’interno di una galleria di pendenza di ca. il 5 %, scavata con metodo tradizionale. Dopo la posa la condotta forzata é stata murata nella roccia. La condotta termina nella biforcazione subito a monte della centrale.
La pressione massima di esercizio alla base della condotta forzata è di 26,4 bar. La pressione di calcolo della condotta è stata assunta pari a 29,0 bar.

Al termine dei lavori di costruzione la condotta forzata é stata sottoposta a collaudo idraulico con una pressione di prova di 32,5 bar

 

CENTRALE

La centrale si trova all’aperto in sponda destra del torrente Passirio, a monte dell’abitato di S. Leonardo.

L’edificio è addossato al versante della montagna e parzialmente interrato. Esso si compone di tre corpi di fabbrica, collegati tra di loro:

– la sala macchine
– la parte anteriore ribassata, contenente i locali per i quadri elettrici e le nicchie dei trasformatori al piano terra, la sala quadri e gli uffici al piano superiore
– il reparto alta tensione e la stazione di trasformazione sul lato ovest della sala macchine

L’edificio della centrale é stato particolarmente curato dal punto di vista architettonico, al fine di integrare la cubatura relativamente elevata in maniera ottimale nel paesaggio circostante e, allo stesso tempo, ottenere un prospetto piacevole ed elegante dell’edificio.
Il piano di calpestio della sala macchine é posto a quota 673,20 m s.l.m.. La sala macchine presenta le dimensioni lunghezza x larghezza x altezza = 30,40 m x 13,20 m x 9,80 m. In essa sono installati due gruppi di identiche caratteristiche costruttive e prestazionali. Ciascun gruppo ad asse verticale è composto da una turbina Pelton a sei getti e da un alternatore trifase direttamente accoppiato. La mezzeria della girante della turbina si trova a quota 672,00 m s.l.m..

 

RESTITUZIONE

Gli scarichi delle due turbine vengono convogliati mediante due brevi canali sotterranei in cemento armato verso un piccolo bacino esterno, dal quale vengono poi restituite attraverso uno stramazzo con soglia posta a quota 669,50 m al torrente Passirio.
Lo stramazzo presenta una conformazione geometrica particolare, che ha lo scopo di formare allo scarico un’onda da rodeo, la quale offre un’attrazione particolare per i praticanti della canoa sportiva.

 

EQUIPAGGIAMENTO ELETTROMECCANICO

1. TURBINE
Ogni gruppo é composto da una turbina Pelton a sei getti che trascina direttamente un alternatore.
Le due turbine presentano i seguenti dati costruttivi:

Salto 258 m
Portata 251 m
Potenza resa all’albero 6,0 m3/s
Giri nominali 428,6 UpM

2. GENERATORI
I due generatori sincroni trifasi sono auto ventilati e dotati di sistema di eccitazione „brushless“. Il rotore é ha due supporti a cuscinetto al metallo bianco, lubrificati con olio. Il supporto superiore è combinato con funzione di guida e di reggispinta e sostiene il peso di tutta la parte rotante del gruppo. Il supporto inferiore è solo di guida.
Il raffreddamento é in aria in ciclo chiuso con refrigeranti dell’aria ad acqua. Le caratteristiche dei due alternatori sono le seguenti:

Potenza nominale 16.500 kVA
Tensione nominale 10,0 kV
Giri nominali 428,6 UpM

Il calore relativo alle perdite degli alternatori viene prelevato dai circuiti di raffreddamento e utilizzato per il riscaldamento della piscina all’aperto di San Leonardo. Questo recupero di calore, altrimenti perso, consente un risparmio di ca. 40.000 m3 all’anno di metano, che finora erano necessari al riscaldamento dell’acqua della piscina comunale.

3. TRASFORMATORI
Ogni alternatore é collegato direttamente ad un trasformatore elevatore, che trasforma l’energia generata ad un livello di tensione di 10 kV a 132 kV.
I trasformatori sono del tipo trifase in olio a raffreddamento naturale, dotati di compensatore, relais Buchholz, unità di controllo delle temperature ed hanno i seguenti dati tecnici principali:

Potenza nominale 16.500 kVA
Rapporto di trasformazione a vuoto 10/138 kV ± 2 x 2,5 %
Gruppo di collegamento YNd11

 

APPARECCHIATURE DI COMANDO E PROTEZIONE

L’impianto è previsto per un funzionamento completamente automatizzato, non presidiato, con protezioni per la segnalazione di allarmi e l’arresto rapido in caso di anomalie o guasti.
Il carico delle turbine viene regolato in maniera da mantenere costante il livello dell’acqua all’opera di presa. L’avviamento, la sincronizzazione ed il parallelo con la rete, l’arresto normale e rapido di emergenza dei gruppi vengono gestiti in automatico da apparecchiature elettroniche a logica programmabile, secondo ben definite sequenze delle manovre. Tutti i dati di esercizio sono rilevati e registrati in automatico, raffigurati graficamente sui terminali dei PC ed archiviati elettronicamente. Eventuali malfunzionamenti e guasti vengono protocollati in automatico mediante stampante e comportano l’invio di messaggio attraverso la telefonia mobile al personale di esercizio in servizio di reperibilità 24 h su 24 h. L’impianto é dotato di tutte le apparecchiature di protezione necessarie per un funzionamento sicuro ed autosorvegliato.
I servizi ausiliari di centrale a 230/400 V vengono alimentati tramite 3 trasformatori della potenza di 250 kVA, dei quali è in funzione sempre solo uno. La commutazione tra le tre alimentazioni viene gestita in automatico ed è prelevata direttamente dai montanti degli alternatori (caso normale con centrale in funzione), oppure dalla rete di distribuzione pubblica esterna, in caso di impianto fermo.

CONNESSIONE ALLA RETE AD ALTA TENSIONE

La centrale e la cabina di trasformazione 132/20 kV del consorzio ENERTRANS, integrata nel tratto ovest dell’edificio, hanno in comune il reparto ad alta tensione. Il reparto alta tensione é costituito da un quadro blindato ad isolamento in gas SF6, installato in un apposito locale. Esso si compone di 5 scomparti, due per i due gruppi turbina – alternatore della centrale, due per i due trasformatori 132/20 kV della cabina di trasformazione e uno scomparto per la partenza linea 132 kV.

La centrale é collegata mediante una linea a 132 kV in cavo interrato della lunghezza di 1,8 km alla cabina primaria ENEL di San Leonardo, presso la quale avviene la connessione alla rete nazionale gestita da TERNA.

 

DATI TECNICI

Superficie del bacino imbrifero utilizzato 180,2 km²
Quota di ritenuta opera di presa 930,00 m s.l.m.
Quota centrale (mezzeria girante turbina) 672,00 m s.l.m.
Quota di restituzione 669,50 m s.l.m.
Salto lordo 258,0 m
Portata massima derivata 12,00 m3/s
Salto utile con portata massima 251,7 m
Potenza efficiente 26 MW
Potenza installata (alternatori) 2 x 16.500 kVA
Producibilità in anno medio 101 GWh
Portata media utilizzata 5,25 m3/s
Potenza nominale media 13.305,15 kW
Costo complessivo ca. 55 mil. Euro