Climate change is causing irreversible effects on Earth's ecosystem and humanity has to urgently modify its way of exploiting energy resources and producing electricity as soon as possible: one of the primary solutions for planet conservation is electricity generation from renewable sources. Hydropower is the main RES (Renewable Energy Source) in terms of productivity thus far. This thesis wants to illustrate innovative evaluation procedures for the variation of the efficiency and energy output of hydroelectric power plants converted from fixed to variable speed generation. Major advantages of variable speed generation are represented by the increase in turbines efficiency, especially at partial loads, and the extension of their operative range which leads to greater productivity and more flexibility in plant management. The application is divided into two sections: the first part allows the user to load the plant data, in particular the information about the hydraulic and electric machines , while the second one displays feasible evaluation procedures, depending on given historical data (mainly discharge, gross head and electric power data). The final results are represented by the variation in the energy output and the estimation of new minimum flow. These results could be used as part of a feasibility study for the upgrade of the power plants. While the information about the electric and hydraulic machines are often known by the plant’s owners, sometimes the historical data may be missing. In such condition the algorithm presents to the user different solution strategies based on the combination of the input data. However, it is important to underline that the quality of the results is influenced by the input data combination. Moreover, the so obtained results has to be considered as a preliminary evaluation that could be useful in the first phases of a power plant revamping feasibility study.

In un periodo storico in cui i cambiamenti climatici iniziano a provocare effetti irreversibili sull'ecosistema terrestre, tra i quali si annoverano siccità diffusa e scioglimento dei ghiacciai causati dal surriscaldamento globale, la produzione di energia elettrica da fonte sostenibile risulta essere una delle principali soluzioni per la salvaguardia del pianeta; la generazione da fonte idroelettrica, ad oggi, è la prima tra le tecnologie rinnovabili in termini di produttività. Con la presente tesi si vogliono illustrare delle innovative procedure di calcolo per la valutazione delle variazioni di efficienza e produzione energetica per impianti idroelettrici con produzione convertita a velocità di rotazione variabile. I vantaggi fondamentali della generazione in regime variabile risultano nell’incremento di efficienza delle macchine idrauliche, soprattutto ai carichi parziali, e l’estensione del loro campo di funzionamento; ciò comporta maggiore produttività e migliore flessibilità nella gestione degli impianti. L'applicativo sviluppato è suddiviso in due sezioni: nella prima parte viene consentito l'inserimento dei dati d'impianto, delle macchine idrauliche e dei generatori elettrici da parte dell'utente mentre nella seconda, dipendentemente dai dati storici forniti (portata volumetrica, salto idrico lordo e potenza elettrica su base annua), vengono rese disponibili le procedure di calcolo possibili. Il risultato dei quattro metodi è costituito dalla variazione della produzione energetica e la stima del nuovo intervallo operativo. Mentre i dati d’impianto e i dati di targa delle macchine sono generalmente noti (nel caso in cui non lo fossero l’applicativo prevede un database “interno” di macchine aventi caratteristiche operative note da prendere come riferimento in sostituzione di quelle originali), talvolta i gestori delle centrali non sono in possesso di alcun dato storico di funzionamento dell’impianto. Da ciò deriva l’esigenza di presentare varie procedure di calcolo per le quali la qualità del risultato è dipendente dal numero di informazioni fornite. Si sottolinea quindi che i risultati ottenuti sono da ritenersi delle stime utilizzabili per valutare la fattibilità di un investimento di efficientamento energetico.

Procedura di calcolo per la stima della variazione di produzione energetica per impianti idroelettrici convertiti a velocità variabile

CENTENARO, ALESSIO
2021/2022

Abstract

Climate change is causing irreversible effects on Earth's ecosystem and humanity has to urgently modify its way of exploiting energy resources and producing electricity as soon as possible: one of the primary solutions for planet conservation is electricity generation from renewable sources. Hydropower is the main RES (Renewable Energy Source) in terms of productivity thus far. This thesis wants to illustrate innovative evaluation procedures for the variation of the efficiency and energy output of hydroelectric power plants converted from fixed to variable speed generation. Major advantages of variable speed generation are represented by the increase in turbines efficiency, especially at partial loads, and the extension of their operative range which leads to greater productivity and more flexibility in plant management. The application is divided into two sections: the first part allows the user to load the plant data, in particular the information about the hydraulic and electric machines , while the second one displays feasible evaluation procedures, depending on given historical data (mainly discharge, gross head and electric power data). The final results are represented by the variation in the energy output and the estimation of new minimum flow. These results could be used as part of a feasibility study for the upgrade of the power plants. While the information about the electric and hydraulic machines are often known by the plant’s owners, sometimes the historical data may be missing. In such condition the algorithm presents to the user different solution strategies based on the combination of the input data. However, it is important to underline that the quality of the results is influenced by the input data combination. Moreover, the so obtained results has to be considered as a preliminary evaluation that could be useful in the first phases of a power plant revamping feasibility study.
2021
Strategies for the evaluation of the energy production of hydroelectric power plants converted to variable speed generation
In un periodo storico in cui i cambiamenti climatici iniziano a provocare effetti irreversibili sull'ecosistema terrestre, tra i quali si annoverano siccità diffusa e scioglimento dei ghiacciai causati dal surriscaldamento globale, la produzione di energia elettrica da fonte sostenibile risulta essere una delle principali soluzioni per la salvaguardia del pianeta; la generazione da fonte idroelettrica, ad oggi, è la prima tra le tecnologie rinnovabili in termini di produttività. Con la presente tesi si vogliono illustrare delle innovative procedure di calcolo per la valutazione delle variazioni di efficienza e produzione energetica per impianti idroelettrici con produzione convertita a velocità di rotazione variabile. I vantaggi fondamentali della generazione in regime variabile risultano nell’incremento di efficienza delle macchine idrauliche, soprattutto ai carichi parziali, e l’estensione del loro campo di funzionamento; ciò comporta maggiore produttività e migliore flessibilità nella gestione degli impianti. L'applicativo sviluppato è suddiviso in due sezioni: nella prima parte viene consentito l'inserimento dei dati d'impianto, delle macchine idrauliche e dei generatori elettrici da parte dell'utente mentre nella seconda, dipendentemente dai dati storici forniti (portata volumetrica, salto idrico lordo e potenza elettrica su base annua), vengono rese disponibili le procedure di calcolo possibili. Il risultato dei quattro metodi è costituito dalla variazione della produzione energetica e la stima del nuovo intervallo operativo. Mentre i dati d’impianto e i dati di targa delle macchine sono generalmente noti (nel caso in cui non lo fossero l’applicativo prevede un database “interno” di macchine aventi caratteristiche operative note da prendere come riferimento in sostituzione di quelle originali), talvolta i gestori delle centrali non sono in possesso di alcun dato storico di funzionamento dell’impianto. Da ciò deriva l’esigenza di presentare varie procedure di calcolo per le quali la qualità del risultato è dipendente dal numero di informazioni fornite. Si sottolinea quindi che i risultati ottenuti sono da ritenersi delle stime utilizzabili per valutare la fattibilità di un investimento di efficientamento energetico.
Idroelettrico
Velocità variabile
Impianti energetici
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