Il Laboratorio di Idraulica del Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale (DICEA) dell’Università degli Studi di Napoli Federico II, in collaborazione con ABC Napoli propongono l’analisi dei primi risultati ottenuti nell’ambito della sperimentazione attualmente in corso.
In particolare viene descritta la strategia di controllo di un prototipo per la produzione di energia idroelettrica mediante pompe inverse all’interno di una rete di distribuzione idrica.
Il sistema è caratterizzato dalla presenza di un tronco principale (ramo di produzione), lungo il quale sono installate la pompa inversa per la produzione idroelettrica e una valvola di regolazione a fuso, e di un ramo di by-pass, munito di una seconda valvola di regolazione. Il sistema è dotato inoltre di misuratori di pressione e di portata, per la caratterizzazione delle condizioni di funzionamento lungo i due tratti (fig.1). La presenza di una valvola di regolazione su ambedue i tronchi nasce dall’esigenza, da un lato, di garantire il mantenimento della pressione minima in rete per assicurare un adeguato servizio alle utenze e, dall’altro, di massimizzare la potenza elettrica prodotta, mediante la regolazione della portata lungo il ramo di produzione.
La caratterizzazione preliminare della valvola a fuso ha evidenziato sia scostamenti non trascurabili rispetto alla curva fornita dal costruttore (coefficiente di portata al variare del grado di apertura della valvola), sia differenze significative al variare della portata defluente. Inoltre, dalle prove è risultata la presenza di un ramo particolarmente inclinato della curva in corrispondenza dei gradi di apertura di maggiore interesse per la regolazione della pressione (generalmente compresi tra il 15% e il 25%), per cui modestissime variazioni di esso (anche inferiori al punto percentuale) possono dar luogo a variazioni della pressione anche di alcuni bar. Va inoltre osservato che il controllo della valvola è del tipo digitale, ovvero è possibile impartire un comando di apertura/chiusura/stop per un certo tempo, ma non un comando proporzionale di apertura e chiusura (che consentirebbe il posizionamento diretto della valvola in corrispondenza di un predeterminato grado di apertura). Sulla scorta di tali considerazioni, si è rinunciato a un controllo tradizionale di tipo proporzionale o integrale-proporzionale, adottando invece una strategia del tipo “bang-bang”, inviando il comando digitale di apri/chiudi per pochi millisecondi, in modo da indurre una limitata variazione di posizione del fuso (anche dello 0.1÷0.2%).
Definita la modalità ottimale per il controllo della pressione, si è passati all’implementazione della logica di controllo per il dispositivo di produzione energetica. Tale logica è stata strutturata in modo da garantire una quota piezometrica minima nel nodo più sfavorito del sistema e, nel contempo, massimizzare la produzione idroelettrica regolando opportunamente le portate sui due rami.
A titolo di esempio, in figura 2 sono mostrati i risultati di una prova sperimentale (set point al nodo di controllo pari a 3 bar), in cui si è indotto un incremento di portata, accompagnato da un brusco abbassamento della pressione (t=25 s). Il controllo ha agito riportando la pressione al valore di set point e massimizzando la produzione idroelettrica (Q=15 l/s), riducendo il grado di apertura della valvola sul ramo di by-pass e aumentando quello della valvola sul ramo di produzione, portandosi dopo circa 400 s nelle nuove condizioni di regime.
di M. Giugni, P. Esposito, F. Buonopane – Università degli Studi di Napoli “Federico II”
N. Fontana, G. Marini, A. Reale– Università degli Studi del Sannio
G. Sorgenti degli Uberti– Aqua Bene Comune Napoli
Questo abstract fa parte di una serie di interventi tecnici che verranno presentati durante il Convegno “Università e mondo dell’industria: collaborazione e trasferimento tecnologico” – H2O Bologna 22/24 ottobre.
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