19/05/2015
Servizi a Rete

Il frazionamento ottimale degli impianti di sollevamento a servizio di reti di distribuzione alla domanda

Prof. Ing. Roberto Guercio
Ordinario di Costruzioni idrauliche
Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile ed Ambientale
“Sapienza” Università degli Studi di Roma


Prof. Ing. Roberto Magini
Associato di Costruzioni idrauliche
Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile ed Ambientale
“Sapienza” Università degli Studi di Roma

 

Sapienza

Gli impianti di sollevamento costituiscono la principale tipologia di utenze del sistema elettrico nazionale, rappresentando tra il 20 ed il 25% del consumo globale. Conseguentemente i costi energetici del sollevamento incidono in misura rilevante sui costi globali del S.I.I., con valori compresi tra il 10 ed il 30%, e valor medio pari al 15%. Tali consumi, pari a 7.062 GWh/anno costituiscono, secondo l’Autorità per l’Energia ed Gas, il 2,3% del consumo di elettricità nazionale dell’anno 2011. Poiché di tali consumi tra il 50 ed il 70% è addebitabile al sistema di l’approvvigionamento idrico, buona parte del miglioramento dell’efficienza del sistema atteso deve provenire da un corretto approccio progettuale e gestionale degli impianti di sollevamento per acque potabili. Allo stato attuale, l’efficienza delle differenti pompe presenti sul mercato, valutata nel punto nominale di funzionamento, è largamente variabile e la Commissione Europea valuta che la scelta ottimale delle pompe possa fornire un risparmio di oltre il 3% del consumo di energia1.
Poiché peraltro riduzioni di efficienza nel tempo sono prevedibili, per effetto del progressivo deterioramento dei materiali (Δh = 1% / anno), particolarmente significativi risultano i possibili sistemi di regolazione che dipendono in massima parte dalla corretta progettazione degli impianti.

Lo studio intende fornire un approccio rigoroso al problema, attraverso la definizione di un procedimento di analisi ed ottimizzazione del sistema costituito dall’impianto di sollevamento, frazionato nelle diverse unità operatrici, e della rete di distribuzione, valutandone l’efficienza globale2 in termini probabilistici sulla scorta di opportuni scenari di domanda. Per la generazione delle domande si è utilizzato sia un modello basato sulla simulazione stocastica dei singoli usi idrici finali, come proposto da Blokker et Al.3 (2010), che è in grado di riprodurre la variabilità giornaliera della richiesta idrica tenendo conto delle diverse tipologie socio-economiche di utenza e delle probabilità di presenza/assenza nelle singole abitazioni, sia l’approccio basato sull’impiego delle leggi di scala proposto da Magini et Al.4 (2008).
In particolare questo secondo metodo è preferibile per impianti di sollevamento al servizio di numerose utenze concentrate in nodi di erogazione, in quanto consente di generare scenari di portata che rispettano le cross-correlazioni fra gli usi delle utenze, come derivato da Vertommen et Al.5 (2013). In entrambi i casi è comunque possibile riprodurre il tipico andamento giornaliero delle portate erogate a diversi livelli di aggregazione spaziale. Una applicazione ad un caso di studio reale completa la memoria.

Bibliografia essenziale:

  1. Future Energy Solutions (UK) et Al., (2003), European guide to pump efficiency for single stage centrifugal pumps, European Commission.
  2. B. Ulanicki, J. Kahler, and B. Coulbeck  (2008), Modeling the Efficiency and Power Characteristics of a Pump Group, Jan/Feb 2008, 88-93.
  3. E.J.M. Blokker, J. H. G. Vreeburg and J. C. van Dijk (2010), Simulating Residential Water Demand with a Stochastic End-Use Model, Journal of water resource planning and management, Jan/Feb 2010, 19-26.
  4. Magini, I. Pallavicini, R. Guercio (2008), Spatial and temporal properties of water demand, Journal of water resource planning and management, May/Jun 2008, 276-284.
  5. I. Vertommen, R. Magini, M.C. Cunha (2013). Generating water demand scenarios using scaling laws. 12th International Conference on Computing and Control for the Water Industry, CCWI2013. Elsevier Procedia Engineering

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