Disclaimer: questa roba qua sotto è un esperimento. è un esperimento di scrivere un articolo scientifico divulgativo. di farlo nel mio blog, alla solita maniera. ma qua non ho esperienza, quindi andrò a braccio. non sapevo neanche io, se corredarlo di grafici e numeri e formule. se mettere quantomeno i riferimenti di letteratura, come si fa nei paper classici. ho pensato che potesse aver senso all’inziio. almeno mettere le fonti. poi però vedevo che citare fonti mi riportava allo stile classico scientifico difficile. invece volevo provare a scrivere roba semplice, leggera terra terra. come dovrebbe essere un blog. (obbiettivo che peraltro già solitamente fallisco, solo per la lunghezza dei post ahah!). che rimanesse un po’ nello stile del blog. quindi ecco, se volete approfondire, volete sapere una fonte, un riferimento, una formula con cui ho calcolato qualcosa beh, nella sezione contatti c’è la mia mail. oppure chiedetemelo pure davanti a una birra! :D enjoy!
che fine ha fatto il tappa blog? che fine ha fatto il tappa piu che altro? ahah è lassu rintanato nei meandri dei laboratori del trinity college di dublino.
visto allora che di cose montagnose da raccontare non ne ho molte, oggi cambierò tema. e scriverò due righe su quello che faccio qua a dublin. cercherò di scrivere veramente low level, un articolo per spiegare un po’ più esaustivamente ma senza entrare nel dettaglio, quello che solitamente cerco di liquidare in un paio di frasi per non entrare in inutili sproloqui super noiosi. se qualcuno di voi fosse interessato ad indagare cosaci sia dietro tutto ciò, ma avesse giustamente paura di sfondare una porta aperta chiedendomi al riguardo la sera davanti a una birra, temendo a ragione che potrei iniziare a parlare troppo, beh, eccolo servito. qua sotto potrebbe esserci una risposta alla vostra curiosità.
l’articolo sarà volutamente semplificato e generico, non entrando per forza nel dettaglio di quello che faccio io, quanto piuttosto cercando di raccontare come cosa quando e dove, ma soprattutto perchè ha senso parlare e studiare le PAT. questo in maniera che anche altri peregrini del web potenzialemnte interessati in questa tecnologia possano scoprire qualcosa e trovare un riferimento, per una volta, non tecnico. (letteratura scientifica sul tema ve n’è parecchia, divulgativo molto meno)
PAT: Pump As Turbines
cosa.
innanzitutto cosa sono ste PAT? l’acronimo sta per Pump As Turbines. Pompe come turbine. sono delle pompe. ossia dei pezzi di ferro che convertono energia meccanica: prendono l’energià cinetica da una parte (es: il moto rotatorio di un albero) e la trasferiscono da un’altra (es il moto di un fluido). questo processo è reversibile: posso avere l’una o l’altra e ottenere il suo complemento. la pompa è mossa da un motore elettrico che converte enrgia elettrica in energia meccanica o viceversa. quindi il blocco pompa + motore è interamente reversibile. se trasformiamo elettricità in un moto di un fluido abbiamo pompa e motore, se viceversa avremo turbina e generatore. i due componenti cambiano nome, ma restano fisicamente gli stessi!
in generale non è così, e si disegnano turbine apposta e pompe apposta per fare una specifica conversione. idem per i generatori. ma le PAT sono scelta apposta tra le varie pompe di modo che possano funzioanre in entrambe le direzioni. poi, noi qua, le usiamo come turbine, pechè in generale ci interessa studiarne queta applicazione, sulla quale non c’è molta letteratura, mentre ci sono delle possibili e interessanti applicazioni pratiche che vedremo. ma il sistema funziona perfettamente anche per pompare! ecco il nome, pompe come turbine! semplicemente il fluido (acqua di solito) andrà in su se pompiamo o in giù se generiamo.
a pump as a pump
a pump as a turbine
come.
come faccio a far generare una pompa? semplicemente inverto il flusso, o, a seconda di come vogliamo vedere la faccenda, la giro al contrario. in sostanza si può immaginare la cosa a livello di paletta: l’albero spinge l’acqua da un lato. ma l’acqua vorrebbe andare dall’altro. come a braccio di ferro. se vince l’acqua, allora staremo generando, altrimenti pompando. quindi se ho un tot di metri di salto, una pompa grande potrebbe pompare, una piu piccola non ce la fa e diventa un generatore.
Ecco che le dimensioni contano e il fatto che la pat sia piccola è ovviamente relativo. tuttavia quella della “piccolezza” è una caratteristica abbastanza peculiare di questi impianti: l’efficienza è infatti limitata, essendo la macchina costruita per un altro scopo (pompare), quindi quando si ingrandiscono le dimensioni, aumentano in generale le potenze e i costi, e allora forse val la pena comprare una vera e propria turbina! fatta apposta per lo scopo, garantisce efficienze più alte per un range di portate maggiore! ma ovviamente costa molto più cara.
perchè.
perchè farlo? o meglio, perchè nessuno mai l’aveva fatto prima?
ci sono esempi di pat fin dagli anni ’70. ma non si sono mai diffuse. nessun complotto in generale, o meglio, la causa risiede nel sistema stesso: l’energia costava poco, la sensibilità verso il recupero e il risparmio era poca ed era molto piu semplice e conveniente comprare enrgia dalla rete. c’era l’Enel, o chi per essa all’estero, che vendeva a prezzi fissi e bassi e bruciava carbone e olio combustibile nelle sue centrali, oltre che sfruttare le grandi centrali idroelettriche alpine. il petrolio faceva girare l’economia. e allora perchè sbattersi a produrre pochi kWh con un nuovo impianto, quando li posso comprare per pochi cents? Pochi, già!: come abbiamo visto prima, si parla di impianti di piccola taglia. e allora negli anni ’80, in situazioni rurali dove generalemnte non arrivavano le reti di distribuzione la filosofia do it yourself era obbligata e nascevano le prime pat.
poi arriva l’elettronica di potenza, o meglio arriva a essere il nostro pane quotidiano. senza entrare nei dettagli, gestire la macchina con l’elettronica di potenza (inverter e compagnia bella) ci permette di ottenere efficienze accettabili per un range di portate differenti (prima le regolazioni erano manuali e solo idrauliche). per quanto senza arrivare a diventare competitive in termini di prestazioni con le turbine, comunque ci si avvicina. non solo, si riesce però a diventare poco a poco competitivi sul piano economico, grazie al ridotto costo della macchina! grazie ai numeri di un mercato in scala molto più vasto, a parità di potenza una pompa costa decisamente meno di una turbina (indicativamente fino nell’ordine di 1 a 5/ 1 a 10!).
dove.
dove ha senso mettere una turbina? le applicazioni principali della pat sono 2: come valvole di riduzione di pressione (PRV, pressure reducing valves) o in picoidroelettrico.
PRV: questa applicazione riguarda potenzialemnte qualsiasi sistema in pressione: il tipico esempio sono gli acquedotti: sistemi di distribuzione dell’acqua sono sempre in pressione per fare in modo che l’acqua arrivi a tutti. questa pressione deve rimanere tra dei determinati valori: deve essere sufficientemente alta, se no negli edifici alti non arriva l’acqua agli ultimi piani, ma al contempo non deve essere troppo alta: aumentano le perdite e potrebbero esserci problemi di operabilità: dall’inadeguatezza della rete a possibile disagio per l’utenza (immaginate di aprire il lavandino e questo spara come un idrante). allora questa pressione va regolata. per il principio dei vasi comunicanti in generale un acquedotto pressurrizzato a gravità sarà alla pressione del suo bacino di carico: in un posto rialzato c’è un bacino che è a pelo libero: quello è il riferimento per tutto l’acuqedotto. il resto dell’acquedotto è come fosse sott’acqua: la pressione aumenterà a seconda del dislivello tra quel bacino e il rubinetto che stiamo aprendo. (quindi se un palazzo è piu alto del bacino non arriva l’acqua ai piani superiori a quell’altezza!). la pressione si misura in metri: se ho 10 metri (circa 1bar), vuol dire che quello è il dislivello tra casa mia (punto di misurazione) e il bacino.
veniamo ora alle pat: ci sono situazioni in cui la presione va appunto ridotta. ad esempio se il bacino è molto in alto rispetto al paese/città: se ho 100 metri, e devo distribuirne 10, posso turbinarne 90! sono metri che altrimenti farebbero sparare il vostro rubinetto e quindi vanno ridotti, ma sono preziona energia!
ad oggi questa energia spesso verrebbe dissipata con una PRV, (oppure con un bacino a pelo libero più in basso), in entrambi i casi è energia sprecata! ecco che allora ha senso mettere una pat per ottenere lo stesso risultato positivo di regolare la pressione dell’acquedotto e al contempo generare corrente.
l’altra applicazione possibile è quella del picoidroelettrico. l’idroelettrico in italia è stato ampiamente sfruttato a partire dagli anni ’20 e ormai tutte le vallate alpine sono costellate di dighe e traforate dai cunicoli che collegano i vari bacini per ottimizzare la produzione di energia elettrica. la tecnologia del grande idroelettrico è quindi assai sviluppata e conosciuta e possiamo dire che non vi sono quindi ormai possibilità di espansione. rimangono i piccoli ruscelli di montagna che però hanno solitamente piccole portate e grande altalenanza stagionale e decidere di sfruttarli al fine della produzione in ottica di rete di solito non ha troppo senso. o meglio, spesso il gioco non vale la candela: un nuovo impianto ha infatti sempre un impatto ecologico e, specie per piccoli impianti, si rischia un impatto notevole per avere pochi Kw(kWh).*[nota 1 fondo pagina]
se in ottica di generazione di base quindi, in termini di programmazione della generazione a livello di rete europea, l’idroelettrico ha poche prospettive di sviluppo, vi è però una branchia diversa ancora potenzialemnte interessante, che è quella delle autoproduzioni. autoprodursi l’energia per il sostentamento: generare per coprire il fabbisogno energetico della propria casa/gruppo di case, non per vendere energia. dove ha senso fare ciò? in generale per quelle situazioni (poche in italia, a dir la verità, ma presenti, specie in territorio montano/rurale) non ancora connesse in rete. due fattori invitano oggi a questa strada: il costo all’utente sempre maggiore, in genere per le tasse, (e, in minima parte, per il costo del petrolio, perchè in general il prezzo di mercato si sta addirittura riducendo) dell’energia, oltre che la complicazione/costo per realizzare, nelle zone rurali, che se ancora non sono connesse significa che sono parecchio isolate, l’allacciamento. ecco che allora laddove vi siano situazioni come baite di montagna, con un ruscelletto (che magari passa nel terreno di proprietà), e notevoli dislivelli, si può pensare di installare una pat (un’alternativa valida potrebbe essere un impianto fotovlataico). la filosofia è drasticamente diversa quindi, in questo caso, da quella dell’idroelettrico classico! si parla di prelevare il minimo possibile dal corso d’acqua. l’efficienza e il risparmio energetico si vedono direttamente: i riduce il proprio impatto sul corso d’acqua. e questa viene presa in prestito per pochi (decine? si vede la voce “quanto”) metri e poi rilasciata. diverse filosofie di controllo possono essere attuate, tra queste a me piace quella per cui consumo solo mentre utilizzo: quindi di notte se non consumo energia lascio tutta l’acqua al fiume; e se accendo una sola lampadina consumo solo l’acqua che serve per quella lampadina (questo discorso ha degli approfondimenti tecnici necessari ma ripeto, voglio presentare idee in questo articolo, non discutere soluzioni! ;D)!
quanto.
ok, ma quanti metri? e quanta acqua? la potenza idraulica è il prodotto di questi due fattori: i metri (o salto o prevalenza) e la portata (i metricubi/litri al secondo, o flusso). devo avere entrambi contemporaneamente: se ho 100 metri e zero litri, non vado da nessuna parte (ho una montagna senza fiume) se ho 500m3 ma non ho metri ho un lago e sta fermo. ma qualsiasi portata e salto? in generale bisogna rispettare dei parametri della macchina, ma si possono scegliere turbine diverse per disverse situazioni, quindi in generale c’è parecchia flessibilità! parlando di numeri con 30 metri e 40l/s si possono generare (9.8*Q*H*efficienza) circa 10kW, potenza sufficiente in generale a tre case (potenza del contatore 3 kW in italia). ma gli stessi si possono generare con 100m e 15l/s. e così via. in generale comunque nella pat si turbina pressione, ossia metri: meglio avere dei bei dislivelli che enormi portate.
soldi.
e quanto costa sta roba? anche qua ovviamente dipende assolutamente dalle dimensioni e da mille fattori. però una PAT costa, a parità di potenza, molto meno di una turbina (come anticipato, fino a dieci volte meno). e il resto dell’impianto può dirsi all’incirca uguale. quindi a parità di potenza installata è sicurmante vantaggioso rispetto al microidroelettrico classico* (in termini quindi di costo di investimento e in ottica di autoproduzione: guardando invece all’energia l’impianto classico in ottica capitalista potrebbe invece risultare piu conveniente sul lungo periodo dovuto alla produzione maggiore!). in termini di costo al kW per impianti pico (qualche kW) si parla di circa 4/5 volte il costo si installazione del fotovoltaico, e di 2 volte il fotov. con accumulo! questo cosa vuol dire? che se si ragiona in termini di energia, ma questa volta sempre in ottica di autoproduzione, calcolando per semplicictà che il fotovoltaico produca alla massima potenza 6 ore al giorno (cautelativo in eccesso), vediamo che per avere la stessa energia a fine giornata possiamo installare una PAT grande un quarto (24h/6h) come potenza(facendola funzioanre h24, cosa possibile perchè l’acqua c’è anche di notte), per ottenere la stessa energia. quindi alla fine il costo è in generale paragonabile (sia con l’accumulo che senza). con l’aggiunta dell’eventuale discorso della flessibilità: se ho il mio rubinetto, posso aprire e chiudere quando ho bisogno dell’acqua, che è sempre disponibile. altrimenti posso installare un quarto della potenza appunto e optare per un piccolo accumulo. le soluzioni sono le piu svariate, e ognuna ha il suo costo da valutare caso per caso. l’idea che volevo passare era che comunque parliamo di roba terra terra ecco. non sono solo teorie campate per aria. :D
ecco, questa è un po’ una panoramica sul contesto. cosa poi io faccia con ste turbine è parecchio difficile da sintetizzare senza approfondire i dettagli dei sistemi. ma si potrebbe riassumere in automatizzare il blocco pat. renderlo indipendente. autosufficiente. in linea di massima. :D
spero queste righe possano essere d’interesse a qualcuno o servire per qualcosa. se i racconti di montagna sono sicuro che non servonoa nessuno, e le info sulle vie probabilemnte tantomeno, visto che sono robe di nicchia beh, qua forse ancora meno ahah! però bo, scrivo queste righe anche in un’ottica di divulgazione scientifica: tema spesso discusso e sul qale quasi tutti convengono che manchi chiarezza e diffusione. ma spesso sono critiche alle quali è difficile far poi seguire un impegno concreto e reale per andare controcorrente. e così ci ritroviamo nel mondo in cui ci ritroviamo, delle scie chimiche e amici vari. quindi gente, scrivere così è difficile, semplificare e scremare è un casino. però è bello farlo alla fine. se qualcuno leggerà ste righe sarà già una soddisfazione. poi io tornerò a cercare di avre un’attività alpinistica di cui parlare che probabilemnte è meglio per tutti.. :D peace. :P
note:
.ho anche pensato se avesse senso scrivere questa roba in italiano. non sarebbe stato forse meglio scriverla in inglese in ottica divulgativa? forse sì! o forse avere le due versioni sarebbe al cosa migliore. magari un domani lo tradurrò. o magari invece lo lascerò così. è bello anche provare a scrivere in italiano a volte. si scopre che certi termini non esistono, e vanno inventati. forse è così che una lingua si reinventa e si aggiorna.
* [1] parentesi: in realtà tal impianti a oggi (gennaio 2018) sono comunque incentivati. questo li rende molto attraenti dal punto di vista economico e questo sta portando a paradossali situazioni di centraline proposte in posti impensabili (perchè naturalisticamente preziosi) da imprenditori che dell’impatto ecologico/ambientale se ne infischiano allegramente. gente che nulla ha a che vedere con la progettazione ingegneristica, ma solo guarda all’aspetto finanziario di quello che considera un investimento qualunque, senza un briciolo di visione altra a quella capitalista. così facendo il solo risultato che si ottiene è quello di rendere invisa la tecnologia stessa alla gente delle valli, remando contro l’idea di un sistema di generazione migliore. ogni applicazione in quest’ottica dovrebbe quindi essere valutata attentamente dal progettista, cosa che spesso non avviene!