Un gruppo di ricerca dell’Università di Bologna ha simulato l’aggiunta di un impianto fotovoltaico galleggiante a un impianto idroelettrico a pompaggio esistente nella regione prealpina svizzera. L’Etzelwerk è una centrale idroelettrica di pompaggio ad anello aperto, che sfrutta il dislivello di circa 480 m tra il lago Sihl e il lago di Zurigo per generare elettricità per le Ferrovie Federali Svizzere.
“Abbiamo analizzato gli impatti dell’ibridazione solare-idroelettrica attraverso un quadro multidisciplinare, concentrandoci in particolare sulle implicazioni per la gestione delle risorse idriche”, ha spiegato a pv magazine l’autore corrispondente, Domenico Micocci. “Inoltre, la ricerca è stata condotta su un orizzonte di simulazione a lungo termine di 38 anni. Questo ha permesso una migliore caratterizzazione delle condizioni idro-climatiche che determinano la disponibilità di acqua e la produzione fotovoltaica”.
Secondo i ricercatori, l’impianto di Etzelwerk è attualmente composto da sette turbine Pelton, che possono trattare fino a 34 m3/s, fornendo una capacità installata di 120 MW. Inoltre, tre pompe a 5 stadi, con una capacità totale di 54 MW, sono in grado di pompare l’acqua dal lago di Zurigo al lago Sihl.
Nella simulazione, il team ha ipotizzato un impianto galleggiante che copre il 10% del lago Sihl. Ipotizzando un pannello monocristallino con una potenza di picco di 375 MW e un’efficienza del 20,4%, su una superficie di 0,315 km2, la capacità nominale del sito fotovoltaico era di 64,12 MW. Il modello idrologico si è basato su dati meteorologici relativi al periodo 1981-2018, mentre i livelli di domanda sono stati forniti ai ricercatori dalle FFS.
“Abbiamo simulato le operazioni dell’impianto ibrido HP-FPV secondo tre diversi scenari”, hanno spiegato gli accademici. “NoPV era lo scenario di base, con nessun impianto fotovoltaico a supporto dell’HP. Nello scenario PV1, l’impianto FPV viene introdotto e l’energia solare, quando disponibile, contribuisce a soddisfare la domanda e/o viene utilizzata per pompare l’acqua dal lago di Zurigo al lago di Sihl e/o viene venduta in caso di eccesso. Lo scenario PV2 è simile al PV1, ma presuppone che il 50% dell’acqua risparmiata grazie alla produzione fotovoltaica possa essere rilasciata dal serbatoio per sostenere le condizioni a valle durante i periodi di bassa portata”.
I risultati della simulazione hanno mostrato che l’aggiunta di FPV all’impianto ha aumentato la produzione totale di energia di circa il 20%. Nel caso di NoPV, l’energia idroelettrica ha fornito una media annuale di 256,6 GWh, il FV1 ha fornito un totale di 319,1 GWh e il FV2 ha fornito 315,2 GWh. Nello scenario PV1, l’HP ha fornito 257,7 GWh e il PV ha contribuito con 61,4 GWh; mentre nello scenario PV2, rispettivamente 254,1 GWh e 61,1 GWh.
“Grazie all’ibridazione, l’impianto non riesce a soddisfare la domanda in misura molto minore rispetto all’impianto convenzionale ad alta pressione”, ha aggiunto il team. “L’indice di carenza, che è legato all’affidabilità del sistema, diminuisce dall’11,28% (scenario NoPV) al 3,24% (scenario PV1) e al 3,53% (scenario PV2). Gli scenari PV1 e PV2 non differiscono significativamente: i rilasci aggiuntivi non sembrano quindi incidere profondamente sull’affidabilità del sistema”.
L’analisi ha anche mostrato che il rilascio aggiuntivo di acqua nello scenario PV2 aumenta la portata media mensile fornita a valle, dal 14% in maggio a circa il 50% tra giugno e agosto. “Le nostre simulazioni mostrano che sembra esserci un potenziale per fornire rilasci ambientali aggiuntivi alla portata del fiume a valle, senza invalidare fortemente altri benefici già evidenziati in studi precedenti, come l’aumento della produzione di energia e il miglioramento dell’affidabilità della fornitura di energia”, ha concluso Micocci.
I risultati della ricerca sono stati presentati in “Hybridization of an Alpine pumped-storage hydropower plant with floating solar photovoltaics: a study from the water resource perspective”, pubblicato su Renewable Energy. Allo studio hanno contribuito scienziati dell’Università di Bologna e dell’Istituto federale di ricerca per la foresta, la neve e il paesaggio.
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