RETE DI DISTRIBUZIONE PER TERRITORIO
AD ALTIMETRIA MOLTO VARIA CON SERBATOI DI COMPENSAZIONE GIORNALIERA
E CON UTILIZZAZIONE DEL CARICO RESIDUO PER PRODUZIONE DI ENERGIA
ELETTRICA
Viene qui ripresa in esame la
rete di distribuzione nell'articolo "LA
RETE DI DISTRIBUZIONE D'ACQUA POTABILE DEI TERRITORI DI NOTEVOLE
DISLIVELLO TOPOGRAFICO CON SERBATOI DI COMPENSAZIONE GIORNALIERA
DIFFUSI" la quale, essendo alimentata da una fonte sita
a quota elevata, può funzionare interamente a gravità
e si presta a interessanti considerazioni sulla possibilità
produrre energia elettrica. Per promemoria ne viene riprodotto
nella fig. 1 lo schema idraulico.
Fig 1 = Schema idraulico della
soluzione originale di rete con serbatoi diffusi
La prima deduzione logica è quella
di prevedere che le valvole che in detto articolo sono previste
per regolare i livelli dei serbatoi di compensazione giornaliera
siano sostituite da turbine-alternatori del tipo di quelli precedentemente
descritti ottenendo il vantaggio di trasformare, come già
indicato, la dissipazione del carico in produzione di energia.
Viene ora proposta una variante in grado di offrire, in alcuni
casi, diversi vantaggi ed in particolare una notevole semplificazione
nella costituzione e nell'esercizio della rete, un miglioramento
della pressione generale di esercizio ed infine una buona produzione
di energia elettrica ottenuta dallo sfruttamento dell'eccesso
di carico idraulico che spesso vi sussiste.
E' ben noto come nelle reti montane o comunque in grado di alimentare
l'utenza direttamente a gravità, risulti difficoltoso mantenere
una piezometrica parallela al suolo in tutte le condizioni di
esercizio. Si tratta di strutture dimensionate per un funzionamento
ottimale nel periodo critico e cioè durante i consumi di
punta e che pertanto nelle restanti situazioni denunciano una
piezometrica che tende tanto più ad avvicinarsi alla linea
idrostatica quanto più diminuiscono i consumi. Ne derivano
un eccessivo aumento della pressione di funzionamento delle condotte,
una anomala consegna del'acqua all'utenza e dannose perdite occulte
d'acqua. In altri termini il funzionamento ottimale degli acquedotti
di cui si discute sarebbe quello a portata pressoché costante
che fosse in grado quindi di escludere le piccole portate. In
questo senso è altresì noto il provvedimento, provvidenziale
per il miglioramento della pressione di esercizio ma che sarebbe
assolutamente da evitare per i danni che ne derivano, attuato
da madre natura in molte reti e cioè il notevole aumento
delle perdite occulte che si viene ad avere tutte le volte che
la pressione aumenta e che attua l'imperativo citato di portata
comunque elevata in condotta. Si arriva alla conclusione paradossale
in base alla quale le perdite occulte degli acquedotti sarebbero
del tutto vantaggiose. Essendo evidente la necessità di
raggiungere il risultato in altro modo, si illustra una soluzione
che ha origine proprio dal concetto appena esposto e cioè
dalla opportunità di mantenere in condotta una portata
pressoché costante.
Le condizioni di base qui considerate
consistono in fonti naturali che si presumono a portata costante
e poste in posizione sopraelevata rispetto all'utenza rendendo
realistiche due condizioni necessarie per attuare la nominata
costanza di portata e cioè poter disporre di:
1) acqua in quantità esuberante rispetto al fabbisogno;
2) carico idraulico in eccesso rispetto alle necessità
per il suo trasporto fino all'utente.
Per poter evitare ogni diminuzione nella portata addotta al verificarsi
di un minor fabbisogno dell'utenza, è qui previsto di destinare
tutta l'eccedenza d'acqua alla produzione di energia elettrica
ottenuta tramite le turbine-alternatori di cui si è parlato
nel capitoli precedenti.
Un esempio di rete relativa alla alimentazione dello stesso territorio
di cui all'articolo prima citato che si ritiene atta a rendere
più evidenti le varianti da apportare e più facili
i confronti dei risultati, viene illustrata nella fig. 2 allegata.
Fig 2 = Schema idraulico
della rete con serbatoi diffusi modificata
Si può notare come il
nuovo schema idrico sia anch'esso composto da una rete di adduzione
munita di serbatoi diffusi e da altrettante valvole di regolazione
ognuna delle quali, inserita a valle del punto di alimentazione
del serbatoio annesso, è asservita alla curva di riempimento-svuotamento
del serbatoio medesimo. Nel punto più basso del territorio
si trova la centrale di produzione della corrente elettrica tramite
turbine alternatori dello stesso tipo di quelli già descritti
e quindi in grado di modulare la portata in arrivo sulla base
delle necessità di pressione che bisogna conservare minuto
per minuto in rete. Ogni valvola (in figura ubicate nei punti
B,C,D,E,F), ovviamente comandata dall'impianto di telecontrollo
centrale, chiude di più l'adduttrice quando il livello
del suo serbatoio deve crescere e la apre in caso contrario. Ad
esempio quando un serbatoio si trova ad un livello inferiore di
quello stabilito per l'orario del momento, la valvola strozza
un po' l'adduttrice in modo da aumentare l'immissione d'acqua,
quando invece il serbatoio ha raggiunto il livello prestabilito
la valvola si apre completamente facendo defluire tutta la portata
verso valle. Una modulazione delle valvole così concepita
è atta ad alimentare minuto per minuto i vari serbatoi
secondo la curva giornaliera di livello preimpostata, senza ridurre
minimamente la portata totale addotta e con il risultato essenziale
di una pressione generale dell'adduzione parallela al suolo per
tutta la gamma di possibili consumi dell'utenza a partire da quelli
massimi dell'ora di punta in cui tutta la portata viene consegnata
all'utenza assieme a quella precedentemente invasata dai serbatoi,
passando per quelli minimi notturni con serbatoi in fase di riempimento
in cui la portata è equamente divisa tra serbatoi e turbina
e per finire a quella minima notturna con utenti a consumo prossimo
allo zero e con serbatoi già pieni, in cui tutta la portata
prodotta dalle fonti viene deviata nella turbina per produrre
energia elettrica. Al soddisfacimento dello scopo di partenza
così raggiunto deve aggiungersi un ulteriore importante
risultato e cioè la possibilità di eliminare ogni
altra regolazione della rete di distribuzione secondaria la quale,
essendo costituita da condotte ad andamento pressoché orizzontale
a partire dai punti di allacciamento con le condotte adduttrici
fino ad arrivare all'utenza, può usufruirne senza bisogno
delle valvole di regolazione e delle apparecchiature di misura
e trasmissione delle pressioni condotta per condotta che erano
prescritte nella soluzione originale dell'articolo prima citato.
Si tratta quindi di una notevole semplificazione costruttiva e
di esercizio che rende la soluzione in argomento particolarmente
interessante.
Da rilevare come nelle ore diurne
tutta la portata eventualmente in eccesso rispetto alla richiesta
idrica dell'utenza rimanga nella rete di adduzione e possa quindi
essere interamente sfruttata nel punto F-G per l'azionamento della
turbina-alternatore nel mentre in tutti i periodi notturni dell'anno
tipo ed allorché i serbatoi hanno raggiunto il livello
di massimo invaso, tutte le valvole siano completamente aperte
e l'intera portata delle fonti resti disponibile per l'azionamento
della turbina. E' altrettanto evidente che, essendo le punte di
consumo statisticamente poco frequenti durante un'intera annata,
si avranno molteplici e prolungate occasioni di grande disponibilità
di acqua ai fini idroelettrici.
Per quanto riguarda l'esercizio delle turbine alternatori restano
validi i concetti già spiegati e cioè che deve trattarsi
di turbine con possibilità di regolazione tramite il sistema
centralizzato di telecontrollo e telecomando della rete il quale
deve modularne il funzionamento in funzione dei carichi idraulici
che si rendono via via disponibili e garantendo una pressione
sufficiente per l'alimentazione dei vari serbatoi a loro volta
muniti di valvola di regolazione della portata immessa in funzione
della curva giornaliera dei livelli da mantenere minuto per minuto.
Per far risaltare i vantaggi della innovativa soluzione qui proposta
, e per rendere più chiari i concetti di base viene descritta
un'applicazione della metodologia su una rete semplice e che nella
realtà si riscontra frequentemente.
Fig. 3 = Profilo schematico
di una rete tradizionale funzionante a gravità e con serbatoio
di carico della rete di distribuzione regolato tramite valvola
di efflusso a galleggiante
Come risulta dalla figura n.
3 allegata si tratta di una rete di distribuzione alimentata da
un serbatoio di compensazione e carico cui perviene, tramite una
lunga condotta di adduzione, l'acqua di una fonte posta molto
in alto. La regolazione classica normalmente adottata consiste
esclusivamente in una valvola di efflusso a galleggiante che si
chiude quando il serbatoio raggiunge il massimo livello di invaso.
Ne risultano le piezometriche schematicamente indicate nel profilo
di fig. 2 da cui si rileva per la distribuzione una funzionalità
da ritenersi valida mentre invece per l'adduzione si riscontra
gran parte dei difetti precedentemente descritti e cioè
una piezometrica corretta solo quando viene addotta la portata
massima. Non appena la valvola di efflusso si chiude avendo il
livello in serbatoio raggiunto quello di massimo invaso, la piezometrica
tende ad avvicinarsi alla linea idrostatica provocando i ben noti
inconvenienti.
Fig. 4 = Profilo schematico
di una rete modificata funzionante a gravità e con serbatoio
di carico della rete di distribuzione regolato tramite turbina
alternatore
Nella figura n. 4 allegata è
rappresentata la stessa rete modificata per adeguarla alle modalità
che si vogliono propugnare. Si notino la valvola di regolazione
della adduttrice, posta a valle del serbatoio ed asservita alla
curva giornaliera dei livelli che deve osservare l'invaso e le
linee piezometriche di funzionamento. Interessante il particolare
della condotta adduttrice che ha una pressione costante e sempre
parallela al suolo e quindi, qualora vi fossero delle derivazioni,
esse sarebbero alimentate con un carico idraulico sempre corretto.
A sua volta la centrale di produzione idroelettrica svolge il
duplice ruolo di regolazione della pressione ottenuta derivando
tutta la portata in eccedenza rispetto ai consumi dell'utenza
ed inoltre quello secondario di sfruttamento di tutta la portata
disponibile per produrre energia elettrica.
Da ultimo si fa rilevare come lo schema idrico descritto ed i
risultati che se ne possono avere siano validi anche per reti
diverse da quelle prese come esempio. Saranno quindi pienamente
compatibili reti magliate anche complesse come pure quelle ramificate,
munite di uno o più serbatoi e funzionanti, come raccomandato
in questo lavoro, a curva giornaliera imposta ed altresì,
seguendo modalità molto diffuse tra gli enti gestori, con
invaso sempre al suo massimo livello.
Una critica da farsi al sistema qui proposto riguarda la destinazione
finale di una quota parte dell'acqua delle fonti che in realtà
viene sottratta al rifornimento idropotabile dell'utenza per essere
destinata a tutt'altro scopo come è quello della produzione
idroelettrica. Si deve infatti rilevare che soltanto nel giorno
di massimo consumo, peraltro a frequenza molto rara durante l'anno
tipo, tutta la produzione viene consumata dall'utenza essendo
le valvole di regolazione poste a valle dei serbatoi sempre chiuse
onde poter trattenere in rete tutta l'acqua disponibile e consentire
che i serbatoi compiano il loro compito di compensazione delle
portate. Negli altri giorni, e soprattutto in quelli di minor
consumo, non viene praticata nessuna economia d'acqua né
diminuendo la produzione delle fonti né provvedendo ad
immagazzinare quella prodotta in più ma sono invece le
turbine ad esplicare in pieno la loro azione sfruttando tutta
l'acqua che le fonti riescono a produrre in eccedenza rispetto
al fabbisogno.
Sussiste quindi una differenza sostanziale rispetto ai sistemi
acquedottistici propugnati nei vari capitoli di questo testo dove
viene ripetutamente raccomandata la massima economia nelle fonti
ottenuta, tra l'altro, tramite accumulo d'acqua e un razionale
sfruttamento dei serbatoi con riduzione della produzione diurna
a favore di quella notturna. Invece nella concezione acquedottistica
di cui si tratta, l'effetto è diametralmente opposto essendo
rivolto verso il totale sfruttamento delle fonti qualunque sia
la richiesta idrica dell'utenza. La conclusione è evidente
: l'uso qui indicato delle turbine va riservato solo ai casi particolari
e caratterizzati da una esuberante captazione d'acqua all'origine.
Un valido esempio è rappresentato da una sorgente di acqua
naturalmente potabile che scaturisce dalla roccia con portate
sempre rilevanti e che aumentano ulteriormente in periodi di piogge
intense e prolungate nel tempo. In un acquedotto del genere tutto
ciò che viene prodotto in più della richiesta dovrebbe
necessariamente essere mandato a rifiuto fin dall'origine qualora
non esistessero le turbine di cui si tratta e che, pertanto, svolgono
un ruolo determinante. Diverso il caso, invece, di acqua potabile
che, pur se posta a quota molto elevata rispetto all'utenza, provenisse
da un rio previo trattamento di potabilizzazione oppure da una
falda povera. Alla installazione e uso delle turbine sarebbe allora
da preferire una produzione limitata allo stretto necessario ed
una regolazione della pressione di funzionamento della rete di
tutt'altro genere.
Resta in ogni caso confermata la regola generale in base alla
quale in tutti gli acquedotti comunque costituiti, ma che siano
funzionanti a gravità e che possano essere alimentati da
fonti poste a quote particolarmente elevate rispetto ai punti
di consegna dell'acqua all'utenza, è conveniente esaminare
se esiste o meno la possibilità di produzione energetica
di cui si sono proposte alcune varianti. Da tenere in evidenza
la funzione assegnata in questo capitolo alla turbina-alternatore
di compiere la regolazione della pressione della rete di adduzione
declassando ad un ruolo secondario ma ugualmente utile la produzione
di energia elettrica.