Simulazione numerica dei transitori idraulici in impianti idroelettrici complessi = Numerical simulation of hydraulic transients in complex hydroelectric power plants

Nell'ambito della progettazione delle opere idroelettriche, riveste un ruolo importante lo studio del moto vario all'interno del sistema di condotte che trasporta la risorsa idrica. Il lavoro di tesi è stato svolto presso la Geodata Engineering SPA (società di geoingegneria che si occupa di progettazione di opere in sotterraneo) e nasce dall'esigenza dell’azienda, di sviluppare una metodologia per lo studio quantitativo dei transitori idraulici all'interno di condotte a servizio di impianti idroelettrici, al fine di ottimizzare i processi funzionali legati alla progettazione dei tunnel di adduzione. Lo scopo principale delle tesi è stato quello di sviluppare un codice di calcolo che permettesse di analizzare facilmente i possibili scenari che possono presentarsi durante la condizione di esercizio di un impianto idroelettrico (p.es., chiusura di valvole o turbine, accensione o spegnimento di pompe, ecc…). A tal fine, sono stati implementati degli algoritmi che permettono la risoluzione delle equazioni differenziali alle derivate parziali e le relative condizioni al contorno che modellano il moto vario adottando il Metodo delle Caratteristiche. Attraverso l’utilizzo di questo metodo numerico, si è passati da un sistema di equazioni differenziali alle derivate parziali a un sistema di equazioni differenziali ordinarie nella variabile indipendente t, risolvibile con uno schema alle differenze finite. Sono stati costruiti, mediante il software Matlab dei modelli numerici atti a simulare la risposta dinamica di vari elementi presenti all'interno di un sistema idroelettrico quali: valvole, triforcazioni, pozzo piezometrico semplice, pozzo piezometrico con orifizio, pompe, serbatoi. Si è proceduto, dunque, alla validazione del codice di calcolo confrontando i risultati forniti dal modello con quelli forniti dalle formule analitiche. Valutata l’affidabilità del codice di calcolo, è stato condotto lo studio dei fenomeni transitori idraulici all'interno di un grande impianto idroelettrico in progetto. L’impianto è stato ipotizzato funzionante sia in modalità di produzione, che in modalità di accumulo mediante pompaggio. Per la prima modalità di funzionamento sono state simulate delle manovre di apertura e di chiusura di valvole poste a valle delle condotte forzate. Per la modalità di pompaggio sono state considerate due configurazioni di impianto: una prima che preveda il posizionamento del sistema di pompaggio nelle immediate vicinanze di un serbatoio di accumulo posto a quota più bassa; una seconda che preveda l’inserimento di una condotta tra il serbatoio di accumulo di valle e il sistema di pompaggio. In entrambe le configurazioni è stata simulata una condizione di spegnimento improvviso delle pompe (Pump Shut-Down) e una condizione di accensione delle pompe (Pump Start-Up).