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Fish friendliness®

Le caratteristiche specifiche del turbogeneratore  VLH lo rendono in via di principio particolarmente rispettoso nei confronti della popolazione ittica. Consapevoli di questo vantaggio, abbiamo centrato lo sviluppo meccanico e idraulico della VLH sull’ottimizzazione di queste caratteristiche intrinseche.

Quindi, dal principio della progettazione da parte di Pr. Kueny dell’ INPG (vedi partner professionali) del profilo idraulico della girante e del montaggio del distributore, il criterio di ottimizzazione dell’aspetto di “fish friendliness” è stato introdotto ed elevato a grado di priorità rispetto ai puri rendimenti energetici.

Abbiamo quindi provato ad identificare e quantificare i criteri oggettivi che permettono di definire dove e come la turbina idroelettrica può essere “fish friendly”. A tal fine abbiamo usato gli studi scientifici esistenti ed in particolar modo quelli effettuati dal Dipartimento per l’Energia USA (Idaho National Engineering and Environmental Laboratory) che ha selezionato una lista di criteri che verosimilmente qualifichino il grado di “fish friendliness” della turbina.

Al termine degli studi CFD, i valori relativi ai criteri ottenuti dal turbogeneratore VLH sono stati confrontati con quelli acquisiti dal laboratorio.

In sisntesi, un confronto tra il valore dei criteri presi in considerazione ed i corrispondenti valori ottenuti dalla simulazione CFD è descritto di seguito:

Criteri Tolleranza Valore VLH
Velocità alla periferia della pala da 6 a 12 m/s 4.5 a 8 m/s
Pressione minima riscontrata 69 kPa 94 kPa
Massima differenza di pressione 550 kPa/s 80 kPa/s
Massima differenza di velocità 180 m/s/m 10 m/s/m
Spazio libero tra lama e mantello 2.0 mm 4.5 mm

Il turbogeneratore VLH non rispetta quest’ultimo criterio. Tuttavia, questa ricerca per uno spazio libero tra pale e mantello della girante è giustificata solo nella misura in cui le velocità attraverso la girante siano alte ed il pesce non possa utilizzare la sua forza direzionale. Quest’ultimo fattore dipende essenzialmente dalla sua velocità confrontata con la velocità del flusso nella macchina. Inoltre, la nuova progettazione idraulica dalla fine del 2009 incorpora un anello di scarico e un mozzo di forma sferica che permette di diminuire lo spazio libero alle estremità delle pale e mantenerlo in qualsiasi posizione di apertura delle pale.

Si deve ricordare anche che la velocità di attraversamento della girante nella turbina VLH è, nel caso del prototipo di Millau, 1.85 m/s al massimo livello di flusso. Essa eccede di due volte il suo valore nella macchina in laboratorio nell’ IDAHO (> 4 m/s). In queste ultime condizioni, il pesce che viene trascinato attraverso il passaggio idraulico può solo seguire il flusso, essendo imposto il suo percorso. Se è vicino al muro dell’anello di scarico della girante, incontrerà maggiore difficoltà ad allontanarsi da esso nel caso del turbogeneratore VLH. Da qui la relativa importanza del criterio di distanza pale/anello di scarico. Prove con pesci vivi in attraversamento hanno provato questa ipotesi (refer to fish friendliness test).

Conclusioni

L’analisi dei criteri di “fish friendliness” mostrano che la turbina VLH è, da un punto di vista qualitativo, molto al di sotto dei valori massimi considerati accettabili (eccetto per le estremita delle pale ed il criterio di distanza).

Questo studio e le sue conclusioni sono stati incorporati alla richiesta per l’autorizzazione amministratva del sito dimostrativo di Millau e sono stati accettati dalle relative amministrazioni di competenza. A causa delle prove sulla migrazione a valle effettuate presso il sito (vedi i fish friendliness test), il sito di Millau è infine esente da apparecchiature di migrazione a valle e griglie sottili.

 

Impatto ambientale e “Fish friendliness®”

Le funzionalità originali della VLH le garantistiscono delle caratteristiche estremamente favorevoli.

Essendo l’unità VLH sommersa, il suo impatto visivo ed acustico è molto basso, rendendo quindi la sua implementazione in ambienti urbani molto facile, come dimostrato nel caso del sito esistente nel centro della città di Millau, nelle immediate vicinanze delle abitazioni e dei locali campeggi.

Tuttavia, la caratteristica più importante con riferimento all’impatto ambientale della VLH risiede nel suo basso impatto sulle migrazioni dei pesci.

Tale specifica caratteristica ci ha portati ad adottare un neologismo capace di includere in sé il concetto in una sola parola: “fish-friendly”. Tale neologismo è stato depositato e successivamente utilizzato per riassumere la capacità della VLH di lasciar migrare i pesci attraverso le sue pale in funzionamento.

Il turbogeneratore VLH è la prima turbina idroelettrica per la quale la caratteristicha di essere “fish friendly” è stata presa in considerazione come dato fondamentale a partire dall’origine della progettazione del dispositivo.

Infatti, il largo diametro della sua girante fornisce larghi spazi tra le direttrici e tra le pale, permettendo il facile passaggio di tutti i pesci di fiume. Inoltre, la velocità di rotazione della girante è molto bassa (<40 rev/min) e la velocità del flusso d’acqua all’interno della girante rimane inferiore a 2 m/s (comparabile a quella di un pesce che passa). Infine, il passaggio idraulico è caratterizzato da variazioni di pressione molto basse.

Tutti questi dati oggettivi hanno già permesso, per l’autorizzazione del nostro sito dimostrativo di Millau, di evitare l’installazione di dispositivi di protezione (pregriglie sottili  flussi di scolo, ecc.) che prevengono la migrazione a valle (passaggio dei pesci dalle acque più in alto a quelle più in basso) attraverso la girante della turbina.

Studi e prove sotto supervisione scientifica sono stati effettuati in collaborazione con l’ “Office National de l’Eau et des Milieux Aquatiques” (ONEMA) nel sito dimostrativo di Millau e successivamente nel sito de La Glacière a Millau con l’obiettivo di confermare la capacità di migrazione a valle del turbogeneratore VLH.

Gli eccellenti risultati permettono di classificare la  VLH prima tra le turbine maggiormente “fish-friendly” provate fin’ora. I test hanno anche permesso di effettuare modifiche alla  VLH per migliorare ulteriormente le prestazioni in questo ambito.

Prove di Fish friendliness®

 

6 campagne di test con pesci vivi sono state effettuate per dimostrare la tolleranza ai pesci della VLH ed il suo basso impatto sulla mortalità delle specie in migrazione a valle che attraversano la turbina in fase di funzionamento, nell’ aprile del 2007 (con giovani salmoni), nel dicembre del 2007-gennaio 2008 (con anguille), a febbraio del 2008 (con giovani salmoni), nell’ottobre del 2010 (con anguille), a maggio del 2013 (con trote di grande e piccola taglia) e a giugno del 2013 (con carpe grandi e piccole).

Test con anguille vive

Prove con passaggio di anguille vive nell’ottobre del 2010 nella centrale di Frouard sul fiume Moselle

Dopo una prima serie di prove con anguille vive portata a termine nel 2008, risultati eccezionali sono stati ottenuti, ma alcuni miglioramenti alla progettazione della VLH sono stati identificati che dovrebbero portare a risultati anche migliori.

Un secondo test è stato effettuato nel 2010 su una  VLH di terza generazione con il fine di valutare il suo impatto finale sulla migrazione delle anguille.

La centrale di Frouard si trova sul fiume Moselle. Questo progetto è stato reso noto con la nostra precedente Newsletter n°9.
La centrale comprende una VLH 400-kW DN 4500  sotto un salto di 2.5.

Questa  VLH di ultima generazione viene fornita con un anello di scarico  di forma sferica nella transizione tra il cono di entrata e l’effettivo anello di scarico.

Come nei primi test effettuati a Millau, una prima serie di test volti a provare le apparecchiature ed il protocollo scientifico è stata portata a termine nel giugno del 2010.

Una volta che l’apparecchiatura è stata provata, i test ufficiali sono stati effettuati in ottobre.

Il sistema di iniezione in vari punti ed il dispositivo di recupero sono molto simili a quelli utilizzati nel primi test del 2008 a Millau nella VLH di Troussy. Dopo che ogni campione è stato misurato ed ispezionato, le anguille sono state distrbuite in lotti ed introdotte direttamente nella  VLH immediatamente a monte del distributore attraverso un tubo da Ø 200 in PVC.

Il punto di iniezione potrebbe essere dislocato lungo il raggio del distributore; 4 diversi punti sono stati utilizzati a Frouard.
Il dispositivo di recupero è identico a quello di Millau.

Questo secondo test è il risultato di una cooperazione internazionale. Un comitato scientifico è stato formato, comprensivo dei migliori specialisti francesi di turbine idroelettriche, dall’ ONEMA e di scienziati tedeschi e belgi. Inoltre, una squadra di specialisti polacchi e menbri della “Commission internationale de protection de la Meuse et de la Sarre (CIPMS)” hanno partecipato ai test.

244 anguille sono state pescate in Germania e trasportate al sito di Frouard dove sono state situate, con una fornitura d’acqua dal Moselle. I parametri di stoccaggio dell’acqua, come temperature e tasso di ossigeno disciolto, sono stati controllati.
Le anguille sono state introdotte a mano nel sistema di iniezione.

Sono state poi recuperate nel contenitore per pesci installato nel pontile galleggiante connesso all’uscita della rete di recupero.
Gli esemplari recuperati sono stati esaminati e riposizionati nel loro contenitore per rimanere sotto osservazione per 48 ore.

Risultato delle prove:Dopo le prove e 48 ore di osservazione, non è stata osservata mortalità diretta per le 200 anguille introdotte.

Il tasso di sopravvivenza è del 100%

La VLH fornisce quindi la prova che l’idroelettricità non è quindi incompatibile con la protezione delle specie ittiche.

Maggio e giugno 2013: test con passaggio di Salmoni e Ciprinidi nella centrale idroelettrica di La Glacière HPP sul fiume Tarn.

Per simulare la migrazione a valle dei Salmoni, (Salmoni, Trote di mare, Trote iridee) nel loro stadio adulto o giovanile (nel caso dei salmoni sono stati utilizzati esemplari giovani) abbiamo utilizzato un campione di 700 trote la cui taglia varia dai 20 cm fino a più di 75 cm per le più grandi.  Il test è stato effettuato sulla più recente VLH installata e messa in servizio a Millau, sul fiume Tarn, nel sud della Francia. Il protocollo di prova è simile a quello utilizzato per le anguille e i giovani salmoni. Esso consiste in 3 diversi punti di introduzione sul raggio della turbina (Esterno medio ed interno).

Per questi particolari test, 3 diverse posizioni di apertura delle pale sono state testate per 3 punti di iniezione: 50%, 75 % e 100 % della posizione di apertura.

Il tasso di mortalità dei pesci testato con la VLH DN5000 con controno sferico del distributore e mozzo sferico installato nel fiume Tarn presso la centrale idroelettrica di La Glacière HPP è il seguente:

  • Dall’ 1.1% al 4.4%, a seconda della posizione di apertura delle pale per le trote arcobaleno grandi con taglie e peso comparabile con i salmoni adulti in stadio di migrazione a valle
  • 0% in posizione di totale apertura e in tutti i punti di intriduzione per le trote arcobaleno piccole, di taglia e peso comparabile a giovani salmoni in fase di migrazione a valle
  • 0% in posizione di totale apertura e in tutti i punti di introduzione per le carpe grandi
  • Da 0% a 1.1%, a seconda della posizione di apertura delle pale per carpe più piccole

 

Sulla base di questi risultati unici ed eccezionali, la VLH sarà la turbina idroelettrica qualificata come “fish friendly” dall’amministrazione francese.

in Millau.