Studio del funzionamento in moto vario di un impianto idroelettrico e analisi della gestione dei gruppi in corrispondenza dei transitori

The subject of this work is the study of the hydraulic functioning of a hydroelectric plant during the transient phase, with the aim of finding the most appropriate way to operate the relief valves located in the powerhouse, which helps to adequately mitigate the effects of the water hammer phase and at the same time minimize the water loss. The plant examined is located in Dolonne, Courmayeur, Valle d’Aosta, Italy. According to the data provided by the Company managing the plant the relief valves perform properly however there is a huge waste of water; on the other hand, in an attempt to reduce water wasting, the use of the valves was limited during the pre-operational testing phase, but this led to an increase of observed pressure and thus has been disregarded for power plant operation phase. First of all, on the basis of the data provided by the Company about the pressures detected during transients determined by the operations performed in the powerhouse, a model has been calibrated in order to simulate the hydraulic functioning of the plant in this phase. An analysis of the temporal operating data of the machines for the last years has been carried out in order to elaborate, by using the model, the duration curve of the maximum overpressures and the risk of cavitation that would affect the plant if the relief valves were not used. Starting from this result, and again through the use of the model, the minimum degree of opening of the valves necessary for the maintenance of safety conditions has been determined for the critical points of the curve. Finally, with the same purpose and as an alternative to the relief valves, it was decided to introduce an air chamber into the plant, which has been dimensioned adequately.

Oggetto del presente lavoro è lo studio del funzionamento idraulico di un impianto idroelettrico in fase di transitorio, con il fine di determinare il protocollo più appropriato di gestione delle valvole di scarico sincrono site nella sua centrale, in modo che vengano adeguatamente mitigati gli effetti del colpo d’ariete nel rispetto dei limiti consentiti e che al tempo stesso risulti minima la perdita d’acqua. L’impianto in questione è quello di Dolonne, in Comune di Courmayeur (AO). Dai dati forniti dal Gestore emerge che allo stato attuale le tre valvole di scarico sincrono presenti in centrale assolvono bene alla loro funzione, tuttavia determinando grande spreco d’acqua; nel qual caso invece si sia provato, mediante test condotti durante la fase pre-operativa, a limitarne l’apertura così da ridurre tale spreco, si è osservato un incremento delle sovrapressioni in condotta, pertanto si è deciso di non prevedere tali limitazioni in fase di funzionamento. Al fine di una trattazione organica della questione si è proceduto anzitutto alla calibrazione, sulla base dei dati forniti di pressioni rilevate nel corso di transitori determinati dall’effettuazione di manovre in centrale, di un modello che consentisse la simulazione del funzionamento idraulico dell’impianto in questa fase. E’ stata effettuata poi un’analisi dei dati temporali di funzionamento dei Gruppi negli ultimi anni così da elaborare, utilizzando il modello, un quadro di pericolosità per l’impianto, espresso in termini della curva di durata delle massime sovrapressioni e del rischio di fenomeni di cavitazione in caso di non utilizzo dei sincroni. A partire da tale risultato, e ancora mediante l’utilizzo del modello, si è proceduto a determinare per i punti critici della curva il minimo grado di apertura delle valvole necessario al mantenimento di condizioni di sicurezza. Infine, con lo stesso scopo e in alternativa alle valvole di scarico sincrono, si è pensato all’introduzione nell’impianto di una cassa d’aria, di cui si è effettuato adeguatamente il dimensionamento.