Generare energia dal flusso della condotta: generatori idraulici per installazioni remote

L'alimentazione delle apparecchiature di monitoraggio remoto sulle reti di distribuzione idrica è sempre stata una sfida pratica. L'elettricità di rete non è disponibile nella maggior parte delle camere di valvole e dei serbatoi rurali. I pannelli solari funzionano, ma sono esposti, richiedono una pulizia periodica e sono un bersaglio interessante per i furti, un problema operativo significativo nei siti non presidiati. I generatori di energia idraulica in linea hanno un approccio diverso: estraggono una piccola parte dell'energia cinetica già presente nel flusso della condotta e la convertono in energia CC utilizzabile, senza componenti montati in superficie.

Come funzionano

Un generatore di energia idraulica viene installato direttamente nella tubazione come un pezzo flangiato del cursore. All'interno del corpo, una turbina o una girante converte la velocità dell'acqua in energia rotazionale, che aziona un piccolo generatore che produce un'uscita DC. La tensione è regolabile all'interno di un intervallo che copre i requisiti comuni delle apparecchiature di telemetria e monitoraggio - in genere da 12 a 96 V CC, a seconda dell'unità.

La perdita di pressione attraverso il generatore è modesta: sufficiente per estrarre la potenza richiesta, ma non abbastanza da influenzare materialmente l'idraulica della rete nella maggior parte delle installazioni. Il generatore produce energia ogni volta che c'è un flusso, che in una rete di distribuzione funzionante è continuo o quasi.

Cosa alimentano

L'applicazione più comune è l'alimentazione di una stazione di telemetria in un'area di misurazione distrettuale remota o in un'installazione di valvole di riduzione della pressione. Una RTU SCADA standard, un trasmettitore di pressione e un registratore di dati di un flussometro assorbono insieme una potenza relativamente bassa, ben al di sotto della potenza di un piccolo generatore in linea su una conduttura principale da DN50 a DN100. Il generatore carica una batteria o un supercapacitore che sostiene l'apparecchiatura durante brevi periodi di bassa portata.

Le unità più grandi producono energia sufficiente per azionare valvole ad azionamento elettrico - utile nei serbatoi remoti, dove è necessario controllare una valvola di riempimento a solenoide senza alimentazione di rete. Con potenze più piccole, i generatori possono alimentare sensori di qualità dell'acqua, trasduttori di livello e modem di telemetria radio. Laddove in precedenza un pannello solare era la soluzione predefinita, il generatore in linea merita di essere valutato laddove la conduttura è costantemente pressurizzata.

Vantaggi pratici rispetto al solare

I pannelli solari richiedono una linea visiva chiara verso il cielo, il che li esclude all'interno delle camere a valvole e li rende difficili da collocare in modo discreto in paesaggi sensibili. Si degradano gradualmente con l'esposizione ai raggi UV e lo sporco, riducendo la resa di anno in anno. Nel nord Europa, l'irraggiamento invernale è abbastanza basso da richiedere pannelli e batterie notevolmente sovradimensionati per mantenere un funzionamento affidabile tutto l'anno.

Un generatore idraulico in linea non ha componenti in superficie. Si trova interamente all'interno della camera della valvola, non è visibile dall'esterno e non può essere rimosso senza isolare la condotta. Le prestazioni non si degradano con il tempo, come l'efficienza dei pannelli solari si riduce dopo anni di esposizione. L'unico aspetto della manutenzione è il controllo periodico delle guarnizioni e dei cuscinetti - in linea di principio non è diverso da qualsiasi altro raccordo flangiato nella camera.

Considerazioni sull'installazione

I generatori idraulici richiedono una portata minima per produrre un'uscita utile. Sono più adatti alle reti con una domanda ragionevolmente costante, come le reti di distribuzione principali, i punti di approvvigionamento di massa e gli ingressi dei serbatoi. Sui sistemi con flusso molto intermittente - piccole connessioni di servizio rurali o reti antincendio utilizzate di rado - è essenziale una batteria di backup dimensionata per i periodi di basso flusso, oppure può essere più pratica una fonte di alimentazione alternativa.

Il generatore deve essere installato a monte di qualsiasi valvola di controllo o contatore che potrebbe creare fluttuazioni di pressione che influiscono sulla stabilità della sua uscita. Grazie alle connessioni flangiate standard secondo la norma EN 1092-2, si integra facilmente in qualsiasi camera progettata secondo le dimensioni standard.