Innovare l’idroelettrico: la fisica dell’acqua, l’ingegneria della robotica

Dall’acqua all’elettricità: come nasce l’energia idroelettrica

Come spiega il professor Vincenzo Schettini, l’energia dell’acqua che ha origine in montagna, passando attraverso dighe e centrali idroelettriche, si trasforma lungo il suo percorso. In questo viaggio di conversione energetica, l’energia potenziale diventa cinetica e poi elettricità che raggiunge le nostre case attraverso alcuni passaggi chiave: 

1. Accumulo nelle dighe: da fiumi, torrenti e laghi, l’acqua convogliata in una diga accumula energia potenziale, determinata dall’altezza alla quale si trova. Infatti, più l’acqua è in alto, maggiore è l’energia “immagazzinata” che può essere poi sfruttata nel momento in cui l’acqua viene rilasciata verso valle.
2. Viaggio attraverso le condotte forzate: l’acqua accumulata in alta quota, viene immessa in gallerie e condotte forzate, dove l’energia potenziale si trasforma progressivamente in energia cinetica e di pressione quando l’acqua viene convogliata fino alle turbine delle centrali idroelettriche.
3. Attivazione della turbina idroelettrica: l’acqua, grazie alla sua velocità e pressione, trasferisce la sua energia alla turbina della centrale, mettendola in movimento.
4. Trasformazione in energia elettrica: l’alternatore accoppiato con la turbina permette la trasformazione da energia meccanica a energia elettrica, sottoforma di corrente alternata.
5. Arrivo nelle case: a questo punto, tramite un trasformatore, la tensione della corrente viene elevata e l’energia elettrica prodotta viene immessa nella rete elettrica nazionale, che la trasporta e la distribuisce fino alle nostre case. 

Gli impianti idroelettrici A2A sono progettati per garantire la massima efficienza e ridurre l’impatto ambientale di questo viaggio e, proprio nel percorso dell’acqua dalla diga alla centrale, l’innovazione ha un ruolo fondamentale.

L’innovazione di un rover subacqueo resistente ad alte pressioni.

Quando l’acqua passa dalla diga alla centrale, compie una serie di “salti” per immettersi nelle gallerie e nelle condotte forzate. Nel caso del passaggio dalla diga di Cancano alla centrale di Premadio, in Valtellina, la portata complessiva è pari a 40 mc/s, una portata tale che in un minuto permetterebbe di riempire un’intera piscina olimpionica! 

Come ci ricorda anche Ingegneria Italia, lo spessore di queste condotte è quindi essenziale per garantire la resistenza alla pressione elevata dell’acqua e per prevenire fenomeni di usura e corrosione nel tempo. In caso contrario serve intervenire con operazioni di manutenzione, in cui gli operatori si calano equipaggiati all’interno delle condotte, rendendo necessarie importanti misure di sicurezza. Per le misurazioni dall’interno, poi, l’impianto deve essere fermato e la condotta forzata deve essere svuotata dall’acqua per garantire l’accesso degli operatori. Mentre dall’esterno, la raccolta dati può risultare incompleta a causa della limitata accessibilità di alcuni tratti della condotta, che si sviluppano in galleria o risultano inglobati nella roccia, rendendo impossibile il transito e l’ispezione diretta lungo il tracciato. 

Per questo, con la startup PIPEIN, abbiamo testato e validato un robot in grado di dispiegarsi all’interno delle condotte forzate piene e di resistere alle alte pressioni della colonna d’acqua (fino a 60 bar). Questo dispositivo è in grado di:

• Dispiegarsi lungo tutta la larghezza della condotta, aprendosi fino a raggiungere un diametro di quasi tre metri;
• Percorrere lunghe distanze;
• Effettuare ispezioni visive tramite telecamere subacquee;
• Misurare lo spessore attraverso sensori a ultrasuoni, registrando dati con elevata precisione. 

Grazie all’innovazione del robot PIPEIN, sarà possibile ottimizzare il monitoraggio delle condotte degli impianti idroelettrici, ridurre tempi e costi di ispezione e garantire maggiore sicurezza per gli operatori. Ma l’innovazione non si ferma qui.

Cosa significa, quindi, innovare l’idroelettrico? In un contesto in cui la realizzazione di nuove centrali è sempre più complessa, l’innovazione passa oggi soprattutto dall’efficientamento degli impianti esistenti. Il valore si crea intervenendo sugli asset già presenti, in particolare: 

• Affrontando il problema dei sedimenti nei bacini idroelettrici: questi, in condizioni ordinarie, riducono il volume utile degli invasi, mentre in condizioni straordinarie possono venire velocemente trasportati fino alle bocche di presa e raggiungere quindi le turbine, con il rischio di compromettere l’efficienza e il corretto funzionamento dei componenti di impianto. Per questo stiamo testando una rete wireless subacquea sviluppata da WSense, per monitorare in tempo reale i sedimenti e migliorare la gestione operativa degli impianti;
• Efficientando le operazioni di manutenzione: attraverso robot, come quello sviluppato dalla startup PIPEIN, sia per le ispezioni visive che spessimetriche delle condotte forzate;
• Digitalizzando gli impianti con tecnologie come il LiDAR, che in pochi secondi ricostruisce in 3D tutta la struttura, così da pianificare manutenzioni più intelligenti e progettare meglio gli interventi futuri;
• Sviluppando avanzati modelli predittivi delle portate idriche e degli eventi estremi, che integrano modelli idrologici fisici e intelligenza artificiale, a supporto della gestione operativa dell’impianto e di un utilizzo più efficiente e consapevole della risorsa idrica;
• Valutando nuove soluzioni di pompaggio idroelettrico, impianti che permettono di riportare l’acqua a monte quando vi è un eccesso di energia nella rete e riutilizzarla quando necessario per la produzione di elettricità. In parallelo, si stanno esplorando anche soluzioni di pompaggio innovative, come l’utilizzo di liquidi ad alta densità, che permetterebbero di ottenere la stessa potenza con salti d’acqua più ridotti, aprendo potenzialmente a nuove configurazioni impiantistiche oggi non praticabili.

Le aree di innovazione nell'idroelettrico

L’impegno di A2A

Per A2A innovare significa costruire un ecosistema con l’obiettivo di portare sul mercato idee, asset e progetti per una produzione efficiente e sostenibile. Per questo adottiamo un modello di innovation factory che trasforma l’esperienza sugli impianti in soluzioni che migliorano prestazioni, affidabilità e sostenibilità.