Evaluation of cost-effective solutions to mitigate hydropeaking impacts in upper Valposchiavo

The energy transition towards more renewable and sustainable production is the foundation of the fight against climate change that humanity is facing. Beyond the political and economic challenge, it is crucial to organize implementation to successfully integrate renewables and nuclear energy with the current electrical system. To ensure the balance between electricity supply and demand in Europe, it is necessary to manage peaks in energy demand and renewable production, which are often asynchronous. The solutions focus on two directions: energy storage systems, which can make supply independent of production, and the development of flexible plants, known as peaking plants, which can rapidly adjust their production capacity to match demand. Among the most common peaking plants are reservoir hydroelectric plants, which regulate water use based on production needs. However, this flexibility, known as "hydropeaking," involves frequent shutdowns and restarts, generating artificial variations in the discharged flow rate that are harmful to the river ecosystem. This thesis, developed in collaboration with the Swiss company Repower AG, analyzes the impact of hydropeaking on the Poschiavino River and evaluates possible solutions to mitigate it, also in relation to a Swiss ordinance introduced in 2011 to reduce the impacts of this phenomenon by 2030. The solutions examined, both from a technical and economic perspective, include storage basins to regulate the flow discharged to the river, modifications to plant operations, batteries capable of storing energy, and the possible diversion of part of the water discharged during hydropeaking to a different point, along with an eventual energy recovery. The last option proved to be the most promising for increasing energy production and optimizing the company’s revenues. A preliminary project and an economic plan were therefore developed to further assess its feasibility.

La transizione energetica verso produzioni più rinnovabili e sostenibili rappresenta la base della lotta al cambiamento climatico che il genere umano si trova ad affrontare. Oltre alla sfida politica ed economica, è cruciale organizzare l’implementazione, per integrare con successo le rinnovabili e il nucleare con l’attuale sistema elettrico. Per garantire l’equilibrio tra domanda e offerta di elettricità in Europa è necessario gestire i picchi di domanda e produzione di energia delle rinnovabili, che sono spesso asincroni . Le soluzioni sono rivolte in due direzioni: sistemi di accumulo di energia, in grado di rendere l’erogazione indipendente dalla produzione, e lo sviluppo di impianti flessibili, detti impianti di peaking , in grado di intervenire rapidamente sulla loro capacità produttiva, variandola per assecondare la domanda. Tra gli impianti di peaking più diffusi ci sono gli impianti idroelettrici a bacino, che regolano lo sfruttamento dell’acqua in base alle esigenze produttive. Questa flessibilità, detta "hydropeaking" comporta tuttavia frequenti arresti e riavvii che causano la generazione di deflussi discontinui artificiali dannosi per l’ecosistema fluviale. Questa tesi, sviluppata in collaborazione con l’azienda svizzera Repower AG, analizza l’impatto dell’hydropeaking sul fiume Poschiavino e valuta possibili soluzioni per mitigarlo, anche in relazione a un’ordinanza introdotta dalla svizzera nel 2011 proprio per ridurre gli impatti di questo fenomeno entro il 2030. Le soluzioni esaminate, sia dal punto di vista tecnico che economico, comprendono bacini di accumulo per regolare il deflusso nel fiume, modifiche all’operatività dell’impianto, batterie in grado di accumulare energia, e la possibile deviazione di parte dell’acqua fino a un punto differente, con un eventuale sfruttamento energetico. L’ultima opzione è risultata la più promettente per aumentare la produzione di energia e ottimizzare i ricavi dell’azienda. È stato quindi sviluppato un progetto preliminare e un piano economico per approfondirne la fattibilità.