IT201600073329A1 - Impianto per la produzione di energia elettrica da energia potenziale idraulica. - Google Patents

Description

"IMPIANTO PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA DA ENERGIA POTENZIALE IDRAULICA"

SFONDO DELL'INVENZIONE

Il presente trovato riguarda un impianto per la produzione di energia elettrica da energia potenziale idraulica.

E' noto che la moderna società ha un enorme e continuamente crescente bisogno di energia elettrica la quale, attualmente, viene prodotta principalmente da fonti non rinnovabili come petrolio e carbone, nonché dalla fissione nucleare in centrali nucleari che attualmente sono installate in molti paesi europei, tra i quali, ad esempio, la Francia e la Svizzera.

L'energia elettrica viene pure prodotta da fonti rinnovabili, come eoliche o idroelettriche.

Le centrali nucleari, tuttavia, sono ancora talmente pericolose da essere completamente continuamente "smantellate", o dimesse anche se di recente costruzione.

Viceversa, gli attuali sistemi o impianti per sfruttare l'energia idraulica potenziale di masse d'acqua in luoghi montagnosi o collinari sono molto complicati sia dal punto di vista costruttivo che da quello della loro installazione che può essere realizzata solamente in determinate zone montagnose, in prossimità ad esempio di laghi, ed essendo inoltre di costo estremamente elevato ed operativamente poco affidabili.

In particolare, è già noto un impianto di produzione di energia elettrica a partire da energia idraulica potenziale, comprendente come componenti essenziali, un bacino idrico artificiale costruito in una zona montagnosa, opportunamente parzialmente delimitato da una diga, dalla quale fuoriescono una pluralità di condotti dell'acqua del bacino idrico ripidamente inclinati che, in corrispondenza della loro estremità a valle, scaricano l'acqua dapprima in una turbina e quindi in un lago.

Dal lago stesso, in ore ad esempio di scarsa utilizzazione dell'energia elettrica prodotta, l'acqua del lago viene rinviata, tramite condutture di risalita, nel bacino a monte per costruire un sistema di produzione di energia elettrica da energia idraulica potenziale del tipo ad anello chiuso.

Tuttavia, un simile sistema può essere installato solamente in prossimità di un lago e/o simili.

Inoltre, l'energia elettrica disponibile in un simile sistema è solamente quella prodotta nella zona a valle in prossimità dell'estremità di uscita dei tubi discendenti.

Così, il presente trovato riguarda un impianto per la produzione di energia elettrica sfruttando l'energia potenziale di una massa d'acqua immagazzinata in un bacino idrico naturale o artificiale di una zona montagnosa, che elimini i precedenti inconvenienti dell'impianto noto qui sopra descritto.

SOMMARIO DELL'INVENZIONE

In particolare, il compito del presente trovato è così quello di fornire un impianto altamente efficiente per la produzione di energia elettrica, atto a trasformare l'energia idraulica potenziale di una massa d'acqua a monte, il qual impianto possa produrre energia elettrica, non solamente nella zona a valle ed estrema dei singoli condotti, ma anche in qualsiasi zona intermedia dei condotti stessi.

Nell'ambito del compito qui sopra menzionato uno scopo principale del presente trovato è quello di fornire un impianto del tipo indicato che posa essere installato anche in assenza di masse d'acqua lacustri e/o fluviali di scarico finale dell'acqua.

Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di fornire un impianto del tipo indicato che possa essere costruito a partire da componenti e materiali di tipo commercialmente e agevolmente disponibile.

Ancora uno scopo del presente trovato è quello di fornire un impianto che non richieda pressoché operatori per il suo esercizio.

Non ultimo scopo del presente trovato è quello di fornire un impianto del tipo indicato che possa essere installato anche utilizzando bacini idrici naturali o artificiali già esistenti.

Secondo un aspetto del presente trovato, il compito e gli scopi qui sopra menzionati, nonché altri scopi ancora, che appariranno più chiari in seguito, sono raggiunti da un impianto di produzione di energia elettrica, da energia potenziale idraulica comprendente un primo bacino idrico contenente una massa d'acqua posizionato in una prima zona a monte detto primo bacino essendo parzialmente delimitato da una diga di sbarramento, un sistema di generazione di energia elettrica principale posizionato in una seconda zona a valle, detto sistema includendo mezzi generatori di energia elettrica principali a valle, una pluralità di condotti di discesa d'acqua, ciascuno avente una estremità a monte ed una estremità a valle ed estendentisi da detta diga, detta seconda zona a valle includendo almeno un condotto di risalita d'acqua estendentesi da detta zona a valle a detto bacino idrico a monte, caratterizzato dal fatto che a ciascun detto condotto di discesa dell'acqua sono associati, ad una distanza prefissata l'uno dall'altro, una pluralità di mezzi a palette azionabili girevolmente dall'acqua discendente in ciascun detto condotto di discesa, ciascun detto mezzo a palette essendo a sua volta operativamente collegato ad un rispettivo complesso generatore di energia elettrica ausiliare.

Secondo un altro aspetto del presente trovato, ciascun detto mezzo a palette comprende un rispettivo corpo di girante palettate includente una pluralità di palette solidali con un albero di girante e investite dall'acqua discendente in ciascun detto condotto di discesa dell'acqua per far ruotare detto corpo di girante in un senso prefissato.

Secondo un altro aspetto del presente trovato, vantaggiosamente ciascun corpo di girante palettato è montato girevolmente in un carter solidale con la superficie esterna di ciascun condotto di discesa dell'acqua, in maniera tale che il corpo di girante palettato si estenda almeno parzialmente all'interno di ciascun detto condotto, per consentire all'acqua discendente in ciascun detto condotto di investire ciascuna paletta di ciascun corpo di girante palettato.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'impianto di produzione di energia elettrica del trovato risulteranno più chiari dalla seguente descrizione dettagliata di una forma di realizzazione attualmente preferita di esso, illustrata a titolo indicativo, ma non limitativo, negli acclusi disegni, in cui:

FIG. 1 è una vista prospettica generale dell'impianto di produzione di energia elettrica, secondo il presente trovato;

FIG. 2 è una vista laterale di FIG. 1 ;

FIG. 3 è una vista di dettaglio prospettica, rappresentante una girante palettata supportata girevolmente in un carter associato alla superficie esterna di ciascun condotto di discesa;

FIG. 4 è un'ulteriore vista prospettica del complesso a girante palettata rappresentato in FIG. 3;

FIG. 5 è un'ulteriore vista schematica del complesso di girante delle figure precedenti; e

FIG. 6 è un'ulteriore vista schematica rappresentante due complessi di giranti palettate installati in due posizioni distanziate ad una distanza prefissata sulla superficie esterna di ciascun condotto di discesa dell'acqua.

DESCRIZIONE DELLA FORMA DI REALIZZAZIONE PREFERITA

Facendo ora specifico riferimento a FIG. 1 essa rappresenta una vista prospettica generale di un impianto di produzione di energia elettrica, secondo il presente trovato, che è stato indicato generalmente dal numero di riferimento 100.

Tale impianto comprende un bacino idrico a monte BM, di tipo naturale o di tipo artificiale, parzialmente delimitato da una diga D.

Dalla diga D si estendono una pluralità di condotti CD di discesa dell'acqua nella direzione della freccia F, ciascun condotto CD avendo una prima estremità a monte uscente dalla diga D ed una seconda estremità a valle comunicante operativamente con un complesso di turbina a valle T costituente un gruppo generatore di energia principale.

Dal complesso di turbina T l'acqua di ciascun condotto discendente CD viene scaricata, a titolo indicativo, attraverso almeno un ulteriore condotto CS di scarico finale, in un bacino a valle BV, preferibilmente di tipo artificiale, al quale è associata una pompa a valle PV, comunicante con almeno un ulteriore con dotto CR di risalita per rinviare l'acqua nel bacino a monte BM. Vantaggiosamente, la pompa PV di risalita dell'acqua può essere azionata dalla medesima turbina T, in periodi di scarsa utilizzazione dell'energia elettrica prodotta dalla turbina T, come durante la notte, il complesso della turbina T essendo inoltre collegato ad una rete elettrica di distribuzione dell'energia elettrica (non mostrata).

Così, il complesso della turbina T può essere considerato un complesso di produzione di energia elettrica principale.

Secondo il presente trovato, lungo la lunghezza di ciascun condotto discendente CD, sono previsti una pluralità di complessi generatori di energia elettrica ausiliare, ciascuno indicato dalle lettere di riferimento CA.

I complessi CA sono più dettagliatamente descritti, ad esempio in FIG, 3 e in FIG, 4 a cui si farà riferimento in seguito.

Così, l'impianto 100 comprende, sostanzialmente, una pluralità di condotti di discesa CD, con le estremità a monte collegate alla ed estendentisi dalla diga D e con le estremità a valle confluenti nella turbina T, il bacino a valle BV per raccogliere l'acqua scaricata dai condotti CD, tramite l'almeno un condotto d'uscita CS, nonché il complesso di pompa a valle PV, per rinviare lungo il condotto di risalita CR l'acqua nuovamente nel bacino a monte BM.

In FIG. 1 le frecce F1 indicano la direzione di discesa dell'acqua, dal bacino a monte BM, bacino a valle BV, mentre le frecce F2 indicano la direzione di risalita dell'acqua dal bacino a valle BV al bacino a monte BM.

In FIG. 2 il medesimo impianto 100 di FIG. 1 è rappresentato con un solo condotto CD di discesa e un solo condotto CR di risalita, tali condotti, come in FIG. 1 , del resto, essendo tutti supportati su un opportuno basamento inclinato solidale con la superficie M della montagna in cima alla quale è previsto il bacino idrico BM.

Facendo ora riferimento a FIG. 3 in essa ciascun complesso generatore di corrente ausiliare è stato indicato generalmente dalle lettere di riferimento CA.

Tale complesso comprende un carter 200, in cui è girevolmente supportata una girante, indicata dal numero di riferimento 300, comprendente un albero 301 di girante, e una pluralità di palette 302 di girante.

Come si nota, ciascuna paletta di girante è costituita da un elemento sostanzialmente laminare, avente una superficie convessa esterna CV ed una superficie concava interna CC, la superficie concava interna essendo investita nella direzione di discesa dell'acqua indicata generalmente in FIG. 3 dalle frecce di riferimento FD.

In tale modo, quando è investita dall'acqua nella direzione delle frecce FD, la girante ruoterà nel senso antiorario, come indicato dalla freccia SA.

Le frecce FU, dal canto loro, indicano la direzione di discesa dell'acqua scaricata dalla girante lungo il rispettivo condotto di discesa CD, dopo avere azionato girevolmente il corpo di girante nel senso antiorario.

Così, ciascun complesso di girante contenuto nel carter 200 accoppiato saldamente al condotto di discesa CD, costituisce un organo di produzione di energia meccanica, trasformante l'energia di caduta potenziale dell'acqua in energia cinetica meccanica.

In tal modo, grazie a ciascun complesso a girante di produzione di energia meccanica, è possibile calettare sull'albero stesso 301 della girante, un complesso PA facente parte di un sistema di pompa idraulica ausiliare.

La pompa idraulica ausiliare PA è collegabile idraulicamente ad una ulteriore pompa idraulica principale (non mostrata) nella quale confluiscono tutti i collegamenti idraulici delle altre rispettive pompe idrauliche ausiliari PA installate su e comandate da ciascuna girante associata a ciascun tubo di discesa dell'acqua.

A sua volta, la pompa idraulica principale, non rappresentata, può essere collegata a mezzi adattatori e/o moltiplicatori di giri, a loro volta collegati ad un rispettivo generatore di corrente elettrica, come ad esempio un alternatore, atto ad alimentare la corrente elettrica da esso prodotta nella rete di distribuzione di energia elettrica principale, a cui può essere pure collegata la turbina a valle T.

A tale proposito, il Richiedente fa rispettosamente osservare che il descritto sistema di trasformazione di energia meccanica della girante in energia elettrica, utilizzante le citate pompe idrauliche, ha costituito l'oggetto di una precedente domanda di brevetto del medesimo Richiedente, dal titolo "Struttura di generatore elettrico per l'impiego in un impianto di produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili", depositata il 07.04.2016 al numero di domanda 102016000035852.

Pertanto, per una descrizione più dettagliata del citato complesso di generatore di energia elettrica ausiliare associato a ciascuna girante 300, è fatto specifico riferimento alla citata domanda di brevetto che si intende qui inclusa in tutti i suoi dettagli a titolo di riferimento.

FIG. 4 illustra un ulteriore vista prospettica più dettagliata del complesso di girante rappresentato in FIG. 3.

Infine, FIG. 5 mostra ancora il complesso di girante mentre viene investito dall'acqua di discesa, installato in modo inclinato secondo la naturale inclinazione di ciascun singolo tubo di discesa, mentre FIG. 6 illustra due complessi di giranti, o generatori ausiliari, secondo il presente trovato installati ad una distanza prefissata lungo ciascun condotto di discesa.

Così, come si noterà ad esempio da FIG. 2, lungo ciascun condotto di discesa sono installati una pluralità di complessi di giranti e di generatori ausiliari.

Pertanto, diversamente dal citato impianto della tecnica nota, il cuore del presente trovato va visto nel fatto che l'energia elettrica non viene prodotta solamente in corrispondenza dell'estremità a valle della pluralità di condotti di discesa dell'acqua, ma anche in corrispondenza di ciascuna posizione intermedia, cioè dove sono installati i singoli complessi a girante.

Così, l'energia elettrica in corrispondenza di ciascuna posizione intermedia potrà anche essere singolarmente usata per ciascuna applicazione specifica, oppure tutte le singole unità o complessi a girante potranno essere alla loro uscita interconnessi tra loro, ad esempio tramite una pompa idraulica principale, azionante un ulteriore complesso di generatore di energia elettrica "sommante" tutte le energie elettriche generate da tutti i singoli complessi di girante, e suscettibile di inviare l'energia elettrica prodotta, che può essere qui chiamata energia ausiliare, in quanto prodotta da singoli complessi disposti lungo la lunghezza di ciascun condotto discendente, ad una rete di distribuzione di elettricità generale.

Da quanto precede si nota come il trovato raggiunga pienamente il compito e gli scopi proposti.

Benché l'impianto del trovato sia stato descritto facendo specifico riferimento ad una sua forma di realizzazione attualmente preferita, si deve tenere presente che la forma di realizzazione descritta è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto del trovato stesso, come definito dallo spirito e dall'ambito delle seguenti rivendicazioni.

Claims (10)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1 . Impianto di produzione di energia elettrica da energia potenziale idraulica, comprendente un primo bacino idrico naturale o artificiale a monte contenente una massa d'acqua e posizionato in una prima zona a monte, detto bacino essendo parzialmente delimitato da una diga di sbarramento, un sistema di generazione di energia elettrica principale posizionato in una seconda zona a valle detto sistema includendo mezzi generatori di energia elettrica principale a valle, una pluralità di condotti di discesa d'acqua ciascuno avente una estremità a monte ed una estremità a valle discendenti da detta diga a detta seconda zona a valle, almeno un condotto di risalita d'acqua estendentesi da detta zona a valle a detto bacino idrico a monte, caratterizzato dal fatto che a ciascun detto condotto di discesa dell'acqua sono associati, ad una distanza prefissata l'uno dall'altro, una pluralità di mezzi a palette azionabili girevolmente dall'acqua discendente in ciascun detto condotto di discesa, ciascun detto mezzo a palette essendo a sua volta operativamente collegato ad un rispettivo complesso generatore di energia elettrica ausiliare.
2. 2. Impianto, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che ciascun detto mezzo a palette comprende un rispettivo corpo di girante palettata includente un albero di girante supportante una pluralità di palette solidali con detto albero di girante ed investite dall'acqua discendente lungo ciascun detto condotto per far ruotare detto corpo di girante in un senso prefissato.
3. 3. Impianto, secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che detto ciascun corpo di girante palettato è montato girevolmente in un carter solidale con una superficie esterna di ciascun detto condotto di discesa dell'acqua.
4. 4. Impianto, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ciascuna detta paletta comprende un corpo di paletta laminare avente una superficie convessa e una superficie concava, detta superficie concava di ciascuna paletta di detto corpo di paletta essendo investita da detta acqua discendente in ciascun detto condotto di discesa dell'acqua per far ruotare detto corpo di girante in senso preferibilmente antiorario.
5. 5. Impianto, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto complesso generatore di energia elettrica ausiliare comprende un sistema di pompe idrauliche ausiliari includente una pluralità di pompe idrauliche ausiliari, ciascuna accoppiata ed azionata da ciascun detto albero di ciascuna detta girante.
6. 6. Impianto, secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che tutte dette pompe ausiliari sono idraulicamente collegate ad una pompa idraulica principale a sua volta collegata attraverso mezzi regolatori di giri a detto complesso generatore di energia ausiliare atto ad essere elettricamente connesso ad una rete di distribuzione di energia elettrica centralizzata.
7. 7. Impianto, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni pre cedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere in corrispondenza dell'estremità a valle di detti condotti, una unità a turbina di produzione di energia elettrica principale.
8. 8. Impianto, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un secondo bacino idrico a valle, preferibilmente di tipo artificiale, in cui è scaricata l'acqua da detti condotti discendenti di scarico dell'acqua, per raccogliere l'acqua scaricata dall'estremità a valle di detti condotti.
9. 9. Impianto, secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che a detto bacino idraulico a valle è associata una pompa per pompare e rinviare l'acqua scaricate in detto bacino idrico a valle e a detto bacino idrico a monte.
10. 10. Impianto, secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detta pompa pompa l'acqua da detto bacino a valle lungo almeno un condotto di risalita di detta acqua e da esso a detto bacino a monte.