ITTO20100993A1 - Sistema per la generazione di energia idroelettrica - Google Patents

Description

Descrizione dell’Invenzione Industriale dal titolo:

“Sistema per la generazione di energia idroelettrica”,

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Campo deirinvenzione

La presente invenzione si riferisce al tema dello sfruttamento e della creazione di energia pulita da fonti rinnovabili ed è stato sviluppato con particolare riferimento al campo della generazione di energia idroelettrica.

Stato della tecnica

Come è noto l’energia idroelettrica è ottenuta trasformando l'energia potenziale gravitazionale di una massa d’acqua in energia cinetica nel superamento di un dislivello, la quale energia cinetica viene poi trasformata in energia elettrica, mediante un generatore elettrico - tipicamente un alternatore - accoppiato ad una turbina.

L'energia idroelettrica è usualmente ricavata dal corso di fiumi e di laghi, grazie alla creazione di dighe e di condotte forzate. A tale scopo, nelle centrali idroelettriche a salto si sfruttano grandi altezze di caduta, disponibili tipicamente nelle regioni montane. Sono anche note centrali idroelettriche ad acqua fluente, nelle quali si sfruttano grandi masse di acqua fluviale, a portata considerevole ed a regime costante, che superano piccoli dislivelli

I sistemi di generazione idroelettrica noti costituiscono fonti di energia pulita e rinnovabile, ma comportano la costruzione di invasi, opere di canalizzazione e sbarramento non indifferenti, che presentano un elevato costo economico iniziale, con un evidente impatto ambientale e visivo.

Sommario dell’invenzione

Nella sua essenza, l’idea alla base della presente invenzione è quello di sfruttare, ai fini della generazione di energia elettrica, tubazioni o condotte previste principalmente per altri fini. Come è noto esistono varie tipologia di percorsi idrici del tipo indicato, essenzialmente definiti da un complesso di tubi - metallici o non metallici - collegati fra loro a tenuta, per formare un condotto continuo atto al trasporto di liquidi, anche a distanze considerevoli. Tipici esempi sono tubazioni e condutture per acquedotti, per il convogliamento di acqua di raffreddamento e/o per la generazione di vapore per centrali elettriche a carbone, olio combustibile o altri combustibili, per Γ alimentazione di acqua a stabilimenti industriali (ad esempio per la lavorazione di materie prime), o ancora per Γ evacuazione di acqua da tali stabilimenti, ad esempio per fini di depurazione.

Il flusso di liquido che percorre queste tubazioni genera nel suo incedere energia di potenziale distribuita, che ad oggi non viene sfruttata. Questa energia è certamente meno concentrata che nei sistemi idroelettrici classici, contraddistinti da dighe, condotte forzate ed elevati dislivelli, che tuttavia, come detto, comportano opere non indifferenti in termini di costi e di impatto ambientale.

In sintesi, secondo Γ invenzione viene proposto un sistema di “microgenerazione idroelettrica” ad impatto ambientale praticamente assente, estremamente flessibile ed eventualmente adattabile anche a tubazioni preesistenti, il quale sistema consente lo sfruttamento dell’ energia di un liquido sostanzialmente sull’intero percorso di una tubazione o conduttura (e non solo alla sua fine), ma senza compromettere lo scopo finale per il quale la tubazione stessa è nata (alimentazione/raffreddamento di impianti, evacuazione acque, eccetera).

Le caratteristiche specifiche dell’invenzione sono riassunte nelle allegate rivendicazioni, che costituiscono parte integrante dell’insegnamento tecnico qui fornito in relazione all’invenzione.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori scopi, caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue, effettuata con riferimento ai disegni annessi, fomiti a puro titolo di esempio esplicativo e non limitativo, nei quali:

- la figura 1 è uno schema semplificato di un sistema di generazione elettrica secondo l’invenzione, in una prima forma di attuazione;

- la figura 2 è una vista schematica in pianta di una postazione per la generazione di energia elettrica del sistema di figura 1,

- la figura 3 è una vista schematica in pianta di una postazione per la generazione di energia elettrica, in accordo ad una seconda forma di attuazione dell’ invenzione.

Descrizione di forme di attuazione preferite dell’ invenzione

Il riferimento ad “una forma di attuazione ” all’interno di questa descrizione sta ad indicare che una particolare configurazione, struttura, o caratteristica descritta in relazione alla forma di attuazione è compresa in almeno una forma di attuazione. Quindi, i termini “ una forma di attuazione ” e simili, presenti in diverse parti all’interno di questa descrizione, non sono necessariamente tutti riferite alla stessa forma di attuazione. Inoltre, le particolari configurazioni, strutture o caratteristiche possono essere combinate in ogni modo adeguato in una o più forme di attuazione. I riferimenti utilizzati nel seguito sono soltanto per comodità e non definiscono l’ambito di tutela o la portata delle forme di attuazione.

In figura 1 è illustrato in forma schematica un esempio di sistema per la generazione di energia idroelettrica secondo la presente invenzione, previsto per l’installazione su di una tubazione o conduttura artificiale, indicata con T. Ai fini della presente descrizione, si supponga a mero scopo esemplificativo che la tubazione T appartenga ad un acquedotto comunale e sia costituita da tubi in plastica di diametro adeguato alla bisogna. Nell’esempio illustrato il sistema comprende una pluralità di disposizioni di generazione di energia elettrica, ciascuna indicata con 1, operativamente disposte lungo la tubazione T, particolarmente interposte ciascuna tra due dei tubi che costituiscono la detta tubazione.

Come visibile in figura 2, in cui due dei suddetti tubi sono indicati con TI e T2, ciascuna disposizione 1 comprende un condotto di derivazione 2, avente un ingresso ed un’uscita, previsti per essere posti in comunicazione di fluido con la tubazione T. L’unità comprende inoltre un’unità di generazione di energia elettrica, indicata complessivamente con 3 e rappresentata solo schematicamente, che è operativamente disposta tra l’ingresso e l’uscita del condotto di derivazione 2. L’unità 3 include almeno un’interfaccia meccanica, configurata per trasformare l’energia cinetica del liquido che fluisce nella tubazione T in energia meccanica, ed un generatore elettrico, configurato per trasformare in energia elettrica l’energia meccanica ottenuta dalla suddetta interfaccia

La suddetta interfaccia meccanica assolve al compito di percepire l’energia cinetica del flusso di liquido e trasformarla in energia meccanica, che viene trasmessa al generatore elettrico, quale ad esempio un alternatore. L’interfaccia, con il relativo involucro stagno, può essere scelta tra quelle attualmente esistenti - ad esempio una turbina Pelton, Francis o Kaplan, con elica a pale o a cucchiai, eccetera - o può essere eventualmente progettata e concepita per lo specifico caso, al fine di intaccare il meno possibile le caratteristiche idriche per le quali la tubazione T è destinata. La figura 2 si riferisce al caso di una unità 1 con girante tangenziale, ovvero con asse di rotazione sostanzialmente perpendicolare al flusso che transita nel condotto di derivazione 2, mentre la figura 3 - che utilizza i medesimi numeri di riferimento di figura 2 - illustra il caso di una unità 1 con una turbina sostanzialmente coassiale al flusso.

La disposizione 1 include mezzi valvolari, atti a consentire o prevenire in modo selettivo il transito del liquido della tubazione T nel condotto di derivazione 2. In tal modo, controllando o azionando in chiusura i suddetti mezzi valvolari, viene impedito il passaggio di liquido nel condotto di derivazione 2: tale misura risulta particolarmente utile in fase di installazione e, successivamente, per eseguire eventuali interventi di manutenzione e riparazione sull’unità 3, o più in generale quando quest’ultima debba essere resa inattiva.

I suddetti mezzi valvolari includono almeno primi mezzi valvolari operabili o controllabili, che sono disposti in una regione di ingresso del condotto di derivazione 2. I mezzi valvolari possono consistere di una valvola 4, di tipo meccanico e ad azionamento manuale, di tipo in sé noto, ad esempio per i casi in cui la tubazione T è esposta o facilmente accessibile (ad esempio tramite una botola). La valvola 4 può anche consistere di un’elettrovalvola, il cui impiego risulta particolarmente vantaggioso ad esempio quando si voglia evitare l’accesso diretto di personale alla tubazione T, o quando tale accesso sia difficoltoso.

Di preferenza la disposizione 1 include anche secondi mezzi valvolari, indicati con 5, che sono operativamente disposti in un una regione di uscita del condotto di derivazione 2. Anche i secondi mezzi valvolari possono consistere di una valvola 5 meccanica azionabile manualmente o di un’elettrovalvola controllabile elettricamente, di tipo in sé noto. In una forma di attuazione particolarmente vantaggiosa, peraltro, i mezzi valvolari 5 possono essere costituiti da una nota valvola unidirezionale o di non ritorno: in tal modo, anche senza dover azionare o comandare appositamente la valvola 5, essa è in grado di prevenire il riflusso di liquido dalla tubazione T verso l’interno del condotto di derivazione 2, quando la valvola 4 è chiusa.

In una forma di attuazione preferita dell’ invenzione, quale quella illustrata, la disposizione 1 include anche un condotto principale, indicato con 6, avente rispettive regioni di ingresso e di uscita, a cui sono collegati rispettivamente l’ingresso e l’uscita del condotto di derivazione 2. Di preferenza, l’ingresso e l’uscita del condotto principale 6 sono configurati per il collegamento idraulico alla tubazione T, ovvero tra due dei tubi TI e T2 che la costituiscono: a tale scopo l’ingresso e l’uscita del condotto principale 6 possono essere previsti idonei raccordi idraulici, di tipologia in sé nota, indicati con 6a.

Sempre con riferimento ad una forma di attuazione preferenziale, la disposizione 1 comprende mezzi valvolari secondari, per la regolazione della portata e/o della pressione del liquido che fluisce nella tubazione T. Negli esempi raffigurati, questi mezzi valvolari secondari, indicati con 7, sono operativamente disposti nella regione di ingresso del condotto principale 6. I mezzi valvolari 7, anch’essi di tipo in sé noto, meccanici o elettro-meccanici, sono preferibilmente previsti al fine di consentire comunque una corretta gestione del flusso liquido, in particolare per far sì che il condotto di derivazione 2 con l’unità 3 non interferiscano con lo scopo principale della tubatura T, qui intensa come appartenente ad un acquedotto. I mezzi valvolari 7 permettono anche una gestione di regolare manutenzione.

In una forma di attuazione preferita, la disposizione 1 comprende un corpo idraulico, che definisce sia il condotto principale 6, sia il condotto di derivazione 2, preferibilmente ma non necessariamente in un pezzo unico, ad esempio di materia plastica. In questo modo, questo corpo idraulico, indicato nelle figure 2 e 3 con 8, realizza una sorta di “modulo” che agevola notevolmente l’installazione della diposizione 1 o la sua eventuale sostituzione totale o parziale. Si apprezzerà infatti che un tale modulo può essere fornito già provvisto come gruppo pre-assemblato, e quindi comprensivo dei mezzi valvolari 4-6 e dei raccordi 6a, nonché eventualmente della stessa unità di generazione 2. Quest’ultima, peraltro, è di preferenza raccordata in modo separabile al condotto di derivazione 2, tramite idonei raccordi intermedi 2a, di tipo di per sé noto, sia per facilitare l’installazione della disposizione, sia per rendere possibile la successiva separazione dell’unità 3 dal condotto 2, ad esempio in caso di interventi di manutenzione e riparazione.

Nella forma di attuazione preferita, ciascuna unità 2 comprende anche mezzi di controllo, ad esempio in forma di quadro elettrico di controllo e sezionamento. Un tale quadro di controllo - rappresentato schematicamente dal blocco indicato con 9 solo in figura 1 - è preferibilmente dotato di un noto scaricatore di sovratensioni e può essere predisposto per il comando/controllo dei mezzi valvolari 4 e/o 5 e/o 6, se azionati elettricamente, sia in manuale che in automatico. Il quadro 9 è inoltre di preferenza predisposto per la gestione dei parametri di collegamento in parallelo delle disposizioni 1 ad una linea elettrica L. In una possibile attuazione, i mezzi di controllo 9 possono essere parte di un sistema di controllo a distanza, ossia da una posizione remota rispetto alle disposizioni 1.

Come si intuisce dalla figura 1, varie disposizioni 1 uguali tra loro realizzano centraline aventi una struttura complessivamente compatta, il che ne rende agevole Γ installazione nel complesso e riduce l’impatto ambientale, quando tali centraline debbono risultare esposte. A tale scopo, di preferenza, i generatori elettrici delle unità 3 hanno ingombri relativamente contenuti, dimensionati per avere una potenza indicativamente compresa tra 1 e 200 kWp, per quanto non siano escluse potenze maggiori. In una forma di attuazione preferita del sistema, quale quella illustrata in figura 1, più generatori di differenti disposizioni 1 sono collegati elettricamente in parallelo, mediante la linea L, per portare la potenza elettrica generata in cabine di trasformazione, onde essere poi immessa in modo noto su di una rete di distribuzione elettrica. La linea elettrica multi filare L, di raccolta della potenza elettrica generata, scorrerà di preferenza lungo la tubazione T

Dalla descrizione effettuata risultano chiare le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione. Il sistema di generazione proposto consente di ottenere energia pulita da fonti rinnovabili, in modo flessibile ed adattabile a varie situazioni, anche situazioni preesistenti, ottimizzando lo sfruttamento dell’energia di un liquido lungo una tubazione, e non solo alla sua fine come tipicamente avviene per i sistemi idroelettrici noti. Il sistema oggetto dell’invenzione consente di generare anche elevate quantità di energia elettrica pulita, collegando in parallelo più disposizioni o centraline 1 posizionate lungo la medesima tubazione T, anche a distanze variabili tra loro. Un sistema di generazione idroelettrica secondo l’invenzione può produrre ad esempio fino a 200 kWp , ma anche oltre 200 KWp in un tragitto relativamente breve, in funzione della capacità di portata di liquido presente e del numero di disposizioni 1 previste (ad esempio quattro disposizioni da 20 kWp su di un tratto di una cinquantina di metri di tubazione, o più postazioni lungo la tubazione di potenze variabili, atte a raggiungere anche più megawatt di potenza). Un vantaggio sostanziale dell’ invenzione è che lo scopo o la destinazione finale della tubazione alla quale il sistema di generazione è applicato non viene in alcun modo compromesso. Vanno infine rammentati tra i vantaggi dell’invenzione:

- la possibili di generare energia idroelettrica non solo in caduta, ma lungo tutto il tragitto di una tubazione;

- la possibilità di sfruttare energia diversamente inutilizzata in tutti le tubazioni idriche e simili a portata controllata;

- la semplice e rapida adattabilità a situazioni esistenti;

- i bassi costi di impianto e di esercizio;

- la possibilità di raggiungere diverse potenze grazie alla modularità del sistema, da pochi kW a centinaia di kW , con una o più disposizioni di generazione.

E chiaro che numerose varianti sono possibili per la persona esperta del settore al sistema di generazione di energia elettrica descritto come esempio, senza per questo uscire dall’ambito dell'invenzione così come definita dalle rivendicazioni allegate.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un sistema per la generazione di energia idroelettrica, comprendente uno o più disposizioni di generazione (1), ciascuna destinata ad essere operativamente collegata lungo una tubazione (T) di convogliamento di un liquido, la disposizione o ciascuna disposizione (1) comprendendo - almeno un condotto di derivazione (2), avente un ingresso ed un’uscita previsti per essere collegati in comunicazione di fluido con la tubazione (T), - almeno un’unità di generazione (3), operativamente disposta tra l’ingresso e l’uscita del condotto di derivazione (2), l’unità di generazione (3) includendo un’interfaccia meccanica, configurata per trasformare l’energia cinetica del liquido in energia meccanica, ed un generatore elettrico, configurato per trasformare in energia elettrica l’energia meccanica ottenuta da detta interfaccia, - mezzi valvolari (4, 5), per consentire o prevenire in modo selettivo il transito del liquido nel condotto di derivazione (2).
2. 2. Il sistema secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi valvolari (4, 5) comprendono primi mezzi valvolari operabili o controllabili (4), disposti in una regione di ingresso del condotto di derivazione (2).
3. 3 Il sistema secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui i mezzi valvolari (4, 5) comprendono secondi mezzi valvolari (5), disposti in un una regione di uscita del condotto di derivazione (2).
4. 4 Il sistema secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre un condotto principale (6) avente una rispettiva regione di ingresso, a cui è collegato l’ingresso del condotto di derivazione (2), ed una rispettiva regione di uscita, a cui è collegata l’uscita del condotto di derivazione (2), l’ingresso e l’uscita del condotto principale (6) essendo configurati per il collegamento idraulico alla tubazione (T).
5. 5. Il sistema secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre mezzi valvolari secondari (7), per la regolazione di almeno uno tra la portata e la pressione del liquido fluente nella tubazione (T).
6. 6. Il sistema secondo le rivendicazioni 4 e 5, in cui i mezzi valvolari secondary (7) sono operativamente disposti nella regione di ingresso del condotto principale (6).
7. 7. Il sistema secondo la rivendicazione 4, in cui la disposizione (1) comprende un corpo idraulico (8) che definisce sia il detto condotto principale (6), sia il detto condotto di derivazione (2), il corpo idraulico (8) includendo mezzi di raccordo idraulico (6a) per il collegamento alla tubazione (T).
8. 8. Il sistema secondo la rivendicazione 1, in cui il condotto di derivazione (2) comprende raccordi idraulici intermedi (2a), per collegare idraulicamente in modo separabile Γ unità di generazione (2) al condotto di derivazione (2).
9. 9. Il sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la disposizione (1) comprende inoltre mezzi di controllo (9), predisposti per il collegamento del generatore elettrico ad una linea elettrica (L), dove preferibilmente i mezzi di controllo (9) includono almeno uno scaricatore di sovratensioni e/o sono configurati per il controllo di mezzi valvolari (4, 5, 6), della disposizione (1), eventualmente con modalità di controllo remoto.
10. 10 II sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente una pluralità di dette disposizioni di generazione (1), in cui i generatori elettrici delle unità di generazione (3) di differenti disposizioni (1) sono destinati ad essere elettricamente collegati in parallelo.