GENERATORI IDROELETTRICI
DIVISIONE H.P.E.
HYDRO POWER ENERGY
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TIPOLOGIE TURBINE IDROELETTRICHE
L'acqua è la fonte rinnovabile per eccellenza per produrre energia pulita e rinnovabile, da sempre utilizzata dall'uomo in molteplici applicazioni ancor prima della conoscenza e sfruttamento per generare l’energia elettrica. Esistono diverse tipologie di turbine, a seconda del salto e della portata da sfruttare, che ottimizzano le caratteristiche del sito: Pelton, Francis, Kaplan, Cross Flow (Banki) e a Coclea di Archimede.
TURBINE PELTON
Sono usate per le centrali idroelettriche a grande salto, da alcune centinaia di metri fino a un chilometro, sorgono nelle zone di montagna dove vengono sfruttate cascate naturali con piccole portate d’acqua. Le turbine Pelton possono essere dotate di 1 o più ugelli di iniezione (max 6). Devono essere adeguatamente protette dal distacco del carico, manovra che potrebbe portare la turbina a velocità di fuga distruttive. Sono dotate allo scopo di tegolo deviatore. All’uscita della pala la velocità dell’acqua è quasi nulla, per cui la cassa che contiene ruota e ugelli iniettori non deve resistere a nessuna pressione particolare e può quindi essere di costruzione leggera. Le turbine Pelton sono usate per salti d’acqua che vanno dai 50 ai 1300 m totali.
TURBINE FRANCIS
Le Francis sono adatte se il dislivello d’acqua è contenuto, da una decina a qualche centinaio di metri, la centrale è detta a medio salto e, situate in zone di montagna, utilizza turbine a reazione di questa tipologia. Le turbine Francis sono infatti turbine a reazione, dove l’acqua si muove come in una condotta in pressione. Il distributore a pale regolabili (cassa a spirale), convoglia l’acqua alla girante a pale fisse. La cassa a spirale ha dimensioni notevoli rispetto alla girante. In questo tipo di turbine l’alimentazione è quasi sempre radiale mentre lo scarico è assiale. Le turbine Francis sono utilizzate per salti medi, compresi tra i 10 e 350m.
TURBINE KAPLAN
Le Kaplan sono idonee per le centrali idroelettriche ad acqua fluente, il salto è generalmente piccolo, fino a una cinquantina di metri, perché si sfrutta la grossa portata del fiume, che può giungere fino a centinaia di metri cubi al secondo e le turbine che vengono utilizzate in questi casi sono chiamate Kaplan. Le turbine Kaplan sono turbine a reazione a flusso assiale, utilizzate generalmente per bassi salti. Le pale della ruota nella Kaplan sono sempre regolabili, mentre quelle del distributore possono essere fisse (semi Kaplan) o regolabili.
TURBINE CROSS FLOW o BANKI
Questa turbina ad azione, conosciuta anche come turbina Banki – Michell (gli inventori), utilizza una gamma molto ampia di portate (tra 20 l/s e 10 m3/s) e salti tra 5 m e 200 m. Il suo rendimento massimo è inferiore ad altre macchine ad azione (circa l’87%) però si mantiene quasi costante fino a portate molto basse (16% della portata nominale). L'acqua entra nella turbina attraverso un distributore e passa nel primo stadio della ruota. Il flusso che abbandona il primo stadio, cambia direzione al centro della ruota e si infila nel secondo stadio. La ruota, caratterizzata da un notevole sviluppo longitudinale e divisa in due o più sezioni, è costituita da semplici lamiere al posto delle pale e pertanto si configura come una tecnologia molto semplice adatta anche per la costruzione in paesi in via di sviluppo.
TURBINE A COCLEA DI ARCHIMEDE
Le turbine a coclea sono utilizzate persalti da 1 a 10 metri e portate d’acqua da 0,5 a 6 m3/sec. La caratteristica più importante di queste turbine è che, diversamente da Kaplan e Francis, continuano a funzionare anche con minime portate d’acqua. Ciò le rende particolarmente adatte a corsi d’acqua con portate irregolari. Non necessitano inoltre di grandi opere civili per le operazioni di filtrazione e grigliatura. Hanno rendimenti relativamente bassi (70%) ma costi inferiori rispetto ad altre tipologie di turbine di potenza simile.
CRITERI DI SCELTA DELLA TURBINA IDONEA
Il tipo, la geometria e le dimensioni di una turbina sono condizionati essenzialmente dai seguenti parametri:
• salto netto;
• portata da turbinare;
• velocità di rotazione;
• problemi di cavitazione;
• velocità di fuga;
• rendimento;
• costo.
