Analisi di fattibilità tecnico-economica di impianti mini idroelettrici realizzati su acquedotti montani

Considering the possible future energy sources, hydropower offers several advantages: it is highly efficient, it has lower maintenance costs, a long service life and can be easily incorporated into multi-purpose projects. Despite the industrialized countries have already exploited most of the possibility of large-scale installations, there’s a lot of space for small hydroelectric power stations yet. The biggest economic challenge for a small hydro project is the high initial investment specific cost, that makes it hard to compete with traditional fossil fuel sources. This thesis, after defining the main structures in a mountain aqueduct, provides a comprehensive overview of possible turbines that can be installed in the context of the mini hydro and defines a methodology of technical and economic analysis in order to arrive at a preliminary design and optimization of small hydroelectric plants, to build on existing or under-construction mountain aqueducts. For this reason a specific Excel software has been developed to manage calculations. The thesis concludes with the presentation of three case studies: for each of them was carried out a preliminary design, through a technical and economic optimization, in order to identify the nominal flow rate, the type and size of the turbine and, in the case of new constructions, the material and size of the penstock, adopted to supply the hydroelectric plant.

Nel considerare le possibili fonti energetiche future, l’idroelettrico offre diversi vantaggi: è altamente efficiente, ha bassi costi di manutenzione, una lunga vita utile e può essere facilmente incorporato in progetti polivalenti. Nonostante i paesi industrializzati abbiano già sfruttato gran parte delle possibilità di installazioni su grande scala, rimane molto spazio per la costruzione di piccole centrali idroelettriche. La più grande sfida economica di fronte a un piccolo progetto idroelettrico è l'elevato costo specifico dell’investimento iniziale, che rende difficile la competizione con le fonti tradizionali a combustibili fossili. Questa tesi, dopo aver definito le principali strutture presenti in un acquedotto montano, fornisce un panorama completo sulle possibili turbine da installare nell’ambito del mini idroelettrico e definisce una metodologia di analisi tecnico-economica al fine di arrivare ad una progettazione ed ottimizzazione preliminare di piccole centrali idroelettriche, da realizzare su acquedotti montani già esistenti o in costruzione. A questo proposito si è elaborato un apposito software Excel per gestire i calcoli. Il lavoro di tesi si conclude con la presentazione di tre casi applicativi: per ciascuno di essi è stata svolta una progettazione preliminare, tramite un’ottimizzazione tecnico-economica, al fine di individuare la portata nominale, il tipo e la taglia della turbina e, nel caso di nuove realizzazioni, materiale e dimensione della condotta di adduzione da adottare per servire la centrale idroelettrica.