Idroelettrico “mini” più efficiente con un’architettura integrata di automazione

A 90 km a nord-est di Medellín in Colombia sorge l’impianto idroelettrico Porce III, una centrale da 660 MW di capacità installata che sfrutta l’energia dell’acqua imbrigliata da una diga alta 150 m e larga 426 m. Su input della multiutility colombiana Empresas Públicas de Medellín (EPM), proprietaria dell’impianto, la genovese Gea Orengine, azienda operante nel settore dell’impiantistica energetica, ha realizzato un impianto ausiliario che, basato sull’Architettura Integrata Rockwell Automation, ha consentito di recuperare 2,5 MW di potenza che sarebbero altrimenti andati persi.

Potrà anche sembrare poco rispetto a ciò che le quattro turbine Francis da 172 MW cadauna riescono a produrre, ma il risultato ottenuto è davvero pregevole, oltre che 100% sostenibile. L’aver aumentato la capacità di 2,5 MW ha consentito di erogare potenza elettrica a sufficienza per un migliaio di appartamenti in più, equivalenti a circa 5.000 persone, cioè un intero paese.

Mini idroelettrico EPM: un esempio virtuoso

Spiega Mauro Brialdi, Automation Director di Gea Orengine International: “Questo progetto che ha riguardato gli impianti di Porce III è emblematico di quella che si può considerare la nostra expertise, il mini idroelettrico: il nostro tipico campo d’azione spazia infatti dai 50 kW ai 10 MW”. Il personale tecnico dell’azienda, che ha sede nell’area portuale di Lavagna ed è in prevalenza formato da ingegneri, si occupa pressoché di tutto quanto, dalla progettazione delle turbine idrauliche, ai sistemi di trasformazione della potenza, alla necessaria automazione. Ed è qui che entra in gioco Rockwell Automation.

“Oltre che in Italia, operiamo in tutto il mondo, specialmente nell’area del centro e sud America”, prosegue Brialdi. “Relativamente alle attività che svolgiamo in questi mercati, Rockwell Automation rappresenta per noi una garanzia: vuoi per qualità e prestazioni delle sue soluzioni di automazione, vuoi per l’ampia accettazione che queste trovano nel continente americano, vuoi infine per l’ampia disponibilità che il suo personale riesce sempre a garantirci relativamente a supporto e assistenza tecnica in loco”.

Sfruttare l'energia del fiume con il mini idroelettrico

Appena 100 km di fiume. Non un grande corso d’acqua dunque, ma una risorsa disponibile per garantire una media produzione energetica sostenibile. L’obiettivo di EPM era sfruttare il DMV del fiume Porce andando a installare, in parallelo alla valvola di dissipazione dell’energia rilasciata dal deflusso di acqua nel tratto di fiume a valle della diga, una turbina idraulica capace di convertire in energia elettrica questa quota parte di energia (2,5 MW), che altrimenti sarebbe andata sprecata.

Gea desiderava offrire la possibilità di associare al controllo tradizionale un approccio più innovativo e in linea con gli obiettivi di ottimizzazione, sostenibilità e riduzione dei costi. Un’unica architettura integrata avrebbe permesso di controllare il sistema, oltre a fornire piena visibilità, non solo sui dati relativi al consumo di energia, ma anche sulle vibrazioni della macchina, e di implementare un efficace programma di manutenzione predittiva basata sulle condizioni. Rockwell Automation ha raccolto la sfida e ha risposto alle esigenze di Gea proponendo una soluzione unica, completa e integrata che, oltre alla gestione e controllo della turbina elettrica, permettesse al cliente finale di ridurre i costi di esercizio.

Per questo è stata proposta una singola architettura integrata con funzionalità di analisi e controllo dei consumi energetici che, oltre ad aver ulteriormente elevato il livello di sostenibilità del progetto, ha contribuito a ridurre i costi operativi dell’impianto. Allo stesso modo la possibilità di monitorare le vibrazioni ha permesso, di implementare un piano di manutenzione predittiva, che ha permesso di ridurre il rischio di guasti e fermi imprevisti e di conseguenza i costi ad essi collegati.

Quattro controllori per un idroelettrico mini

L’architettura si basa sulla capacità di calcolo di quattro controllori Allen-Bradley CompactLogix (PAC) interconnessi in rete EtherNet/IP, che utilizzano anche il protocollo di trasmissione IEC 60870-5-104 che, in ambito di automazione di centrali elettriche, costituisce lo standard di riferimento per quanto riguarda le funzionalità di telecontrollo.

I quattro Compact Logix, inoltre, sono stati interfacciati con il controllo centrale dell’impianto di Porce III, anch’esso equipaggiato con unità Rockwell Automation più potenti, questa volta di tipo Allen-Bradley ControlLogix (PAC). Al fine di raggiungere le migliori prestazioni, nonché l’immunità dalle interferenze elettromagnetiche (EMI), quale supporto fisico di trasmissione è stata scelta la fibra ottica. Per il monitoraggio e la protezione del generatore, ovvero per il controllo del carico energetico e dei parametri ad esso correlati, è stato installato un Allen-Bradley PowerMonitor 1000 (energy load control and associated parameters) che è stata interfacciata ai PAC Rockwell Automation attraverso protocollo Ethernet/IP.

Infine, per l’analisi delle vibrazioni è stato utilizzato un modulo di misurazione dinamica standard della serie Allen-Bradley XM, una soluzione di controllo generale online che Rockwell Automation ha espressamente ideato per il monitoraggio dell’albero, della carcassa o delle vibrazioni del basamento nell’installazione di macchine rotanti.

Ad esso è stato collegato un Panel PC Industriale Versa View 6181P standard, sul quale è stata installata la suite software Rockwell Automation Emonitor Condition Monitoring per implementare un efficace programma di manutenzione predittiva basato sulle condizioni. Si tenga presente che gli impianti di generazione dell’energia si trovano in una caverna, raggiungibile attraverso una stretta galleria, dove le gravose condizioni ambientali non devono costituire un ostacolo alla continuità d’esercizio.

Sostenibili al 100% 

Come spiega Brialdi, la decisione di utilizzare un’architettura mono fornitore è stata motivata anche dalla completa disponibilità da parte di Rockwell Automation di tutti i moduli necessari, incluso quello per il monitoraggio delle vibrazioni. Cosa non da poco, poiché ha permesso di realizzare un ambiente completamente integrato senza dover ricorrere a interfacce di comunicazione o di conversione dati.

“Sfruttando un’infrastruttura già esistente e grazie alla tecnologia Rockwell Automation siamo stati in grado di realizzare un progetto 100% sostenibile e altamente replicabile in qualsiasi impianto idroelettrico che ha permesso di aumentarne la capacità di 2,5 MW e di fornire energia sufficiente al fabbisogno di un intero Paese”, afferma Brialdi. “Sebbene l’applicazione fosse caratterizzata da una certa complessità d’impianto, non vi sono stati particolari intoppi. Anzi. Grazie alle funzionalità offerte dall’ambiente di programmazione RSLogix 5000 le fasi di sviluppo e messa a punto del software, avvenute in loco, hanno richiesto appena tre settimane di lavoro, con un notevole contenimento dei costi totali. Questo, va detto, grazie anche al supporto offerto dal team tecnico di Rockwell Automation che, specialmente per quanto riguarda la parte di analisi delle vibrazioni, ci ha dato una mano determinante in termini di competenze applicative”.

(foto: per gentile concessione di EPM - Empresas Publicas de Medellin)

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