Webinar "Riduzione dei consumi energetici e della perdita idrica: il caso dell’acquedotto di Como con Infoworks"
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Presentazione di Massimo Tettamanti Responsabile Esercizio Reti Como di Lereti S.p.a., Alessandro Gallina Responsabile per il mercato italiano di HR Wallingford, Marcello Schiatti e Gaetano Parpajola Ingegneri Associati di AìdA
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- 1. MODELLISTICA IDRAULICA A SUPPORTO DELLA RIDUZIONE DEI CONSUMI ENERGETICI E DEL CONTROLLO DELLA PERDITA IDRICA Il caso dell’acquedotto di Como sviluppato con codice InfoWorks WS
- 2. IL GESTORE DELL’ACQUEDOTTO DI COMO: Lereti S.p.A. Lereti S.p.a. gestisce circa 1.700 km di rete in 36 comuni nelle provincie di Como e Varese per una popolazione servita di 300.000 abitanti. A partire dalla fine del 2015 ha iniziato un progetto di efficientamento dell’acquedotto di Como finalizzato a: • Individuare l’assetto ottimale degli impianti di pompaggio e sollevamento in modo tale da ridurre i consumi energetici, incrementare i rendimenti e la durata della vita tecnica degli impianti; • Garantire valori di pressioni ottimali in rete prossimi al minimo indispensabile, così da limitare l’entità delle perdite; • Suddividere le reti in distretti, per gestire e monitorare gli acquedotti in modo più capillare; • Individuare ed eliminare le perdite idriche.
- 3. GIS E MODELLI PIANI DI RINNOVO Pianificazione Interventi Strutturali STUDIO DEI SISTEMI ACQUEDOTTISTICI DI ADDUZIONE E DISTRIBUZIONE PROGRAMMAZIONE PROGETTAZIONE ESERCIZIO E MANUTENZIONE OTTIMIZZZAZIONE NELL’UTILIZZO DELLA RISORSA IDRICA PROGETTAZIONE E ATTIVAZIONE DISTRETTI (DISTRICT METERING AREA) EFFICIENZA DI RETI E IMPIANTI - OTTIMIZZAZIONE ENERGETICA E IDRAULICA Risoluzione Criticità del Servizio Gestione Distretti WMS Indici ARERA Supporto alla Gestione delle Reti Controllo delle Perdite Prescrizioni Manutentive STUDI STRATEGICI STUDI DETTAGLIATI Dimensionamento Nuove Opere e Potenziamenti Piani Gestione Emergenze CONSULENZA SPECIALISTICA - AìdA ASSOCIAZIONE INGEGNERI DELL’ACQUA
- 4. PROCESSO DI MIGLIORAMENTO CONTINUO CARTOGRAFIA GIS MODELLO CALIBRATO ANALISI EFFICIENZA VERIFICHE IDRAULICHE INTERVENTI FASE DI DIAGNOSI FASE DI PROGETTO FASE REALIZZATIVA
- 6. LE PRINCIPALI FASI DEL LAVORO – FASE DI DIAGNOSI ANALISI IMPIANTI VERIFICHE RILIEVI CAMPAGNA MONITORAGGIO PORTATE PRESSIONI MODELLAZIONE CALIBRAZIONE MISURE GRANDEZZE ELETTRICHE RISOLUZIONE ANOMALIE MODELLO CON RENDIMENTI EFFETTIVI MODELLO VALIDATO PROGETTAZIONE CAMPAGNA MONITORAGGIO RENDIMENTO TEORICO e CURVE CARATTERISTICHE AGGIORNAMENTO CONFIGURAZIONE MODELLO MIGLIORAMENTO EFFICIENZA ENERGETICA RIDUZIONE E CONTROLLO PERDITA IDRICA
- 7. ACQUEDOTTO DELLA CITTA’ DI COMO E FASI DEL PROGETTO
- 8. Schema Acquedotto Civile: Como DISTRIBUZIONE TRATTAMENTO TRASPORTO CAPTAZIONE 3 5 5 7 8 4 6 Pozzi Lucino Pozzi Caneda Villa Geno C.le Caneda Doss 2 Doss 1 Doss 3 Prelio Spive Capri Mirab Monti Barad Dossi Civi Refre Garsu Lora Chias Monta Cardi Taver Prelio Rebbio via Bronno rete Prelio Baite ZONA 4a ZONA 4b rete Rebbio ZONA 6a rete Monticelli rete Trecallo ZONA 6b Valba Cantu ZONA 5 rete Camerlata rete DOSS C.le Breggia Città Refrec Caste rete Città ZONA 2 rete Civiglio ZONA 1a rete Garzola S. CAMNAGO ZONA 1b rete Refrec ZONA 1c rete Camnago ZONA 1d rete Pisani Dossi ZONA 4c Lora al P.Dossi Poulesin rete Cardina ZONA 3a rete Montaccio ZONA 3b rete Tavernola ZONA 3c rete Chiasso ZONA 3d Cernobbio Montaccio Tavernola Chiasso Pozzo Tralli C.le Doss Doss 400mc 300mc 100mc 600mc 200mc 400mc 200mc 5400mc 300mc 900mc 170mc 340mc 200mc 400mc 3000mc 150mc 400mc 150mc 100mc 400mc 400mc Ser. Tecnologico TAV. 1 di 1 Garin C.le Baradello 600mc 600mc 600mc 600mc 600mc 600mc 40mc rete Cernobbio ZONA 7 dal Prelio da Poulesin al Prelio rete Prelio Revisione: 4 Data emissione: 04/03/2007 Data revisione: 17/09/2015 Redatto da: M. FACCHINI Camnago COMPLESSITA’ DELL’ACQUEDOTTO DI COMO
- 9. STUDIO STRATEGICO KEY VALUES ENERGIA CENTRALI EE SPECIFICA [kWh/m3] EFFICIENZA MEDIA CAVERNA DOSS 0.37 60% CANTURINA BARADELLO 0.10 50% CANTURINA MONTICELLI 0.15 63% DOSS PRELIO 0.55 58% DOSS REBBIO 0.31 42% PULESIN 0.87 44% BREGGIA PER CHIASSO 0.52 55% CHIASSO PER SAGNINO 0.75 32% Gli indici di energia per unità prodotta e di rendimento sono stati calcolati come media di giorni reali nei quali sono stati misurati tutti i valori idraulici ed energetici della singola centrale. Caverna Refrecc Canturina Doss Breggia Chiasso Prelio Monticelli Baradello Pulesin Pisani Dossi Pozzo Tralli Pozzi Lucino Presa Lago
- 10. STUDIO STRATEGICO UTENTI CRITICI E VINCOLI ALTIMETRICI Serbatoi Principali Serbatoi Minori Sollevamenti Principali Utenze Critiche z [m slm] Refrecc Canturina Doss Breggia Prelio Pulesin Caverna
- 11. 163 479 696 1018 1355 1832 2250 2527 2831 3281 3593 3893 4665 5184 5487 5771 6944 m AD 196.0 263.0 201.0 206.0 211.0 216.0 221.0 226.0 231.0 236.0 241.0 246.0 251.0 256.0 261.0 m C441 C469 C470 CS03 C773 C361 C577 new202 CS11 C535 CS13 C14 C7 C476 C1003 C996 C4 C994 C809 C0089 Caverna Breggia Pulesin Pozzo Tralli CAVERNA PULESIN BREGGIA STUDIO STRATEGICO ANALISI CADENTI PIEZOMETRICHE PRINCIPALI Max HGL Min HGL
- 12. MODELLO DI DETTAGLIO DELL’ACQUEDOTTO DI COMO 3’469 RAMI 3’139 NODI Lunghezza rete modellata 280 km 18 SERBATOI 36 CURVE CARATTERISTICHE 24 GRUPPI DI POMPAGGIO 180 SERIE DI MISURA 12’416 PUNTI UTENZA 34 BILANCI IDRICI 21 ORGANI DI REGOLAZIONE
- 13. CALIBRAZIONE MODELLO (RETE) SGP3 SGP2 SGP1 Arrivo Montaccio Misura Portata Sollevamento Misura Pressione Serbatoio 214 m quota fondo 307 m quota fondo 363 m quota fondo 324m 349m 362m 361m 341m
- 14. Breggia per Montaccio Breggia da Caverna Breggia per Tavernola Breggia per Pontechiasso Breggia per Pontechiasso Montaccio Pontechiasso CALIBRAZIONE MODELLO – IMPIANTI (PORTATE)
- 15. Breggia da Caverna Breggia per Tavernola Breggia per Montaccio Breggia per Pontechiasso Montaccio Pontechiasso CALIBRAZIONE MODELLO – IMPIANTI (PRESSIONI)
- 16. 6-7 Novembre 2017 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 0 50 100 150 200 250 ETA cali ETA orig Nominal Actual Minimum Maximum 0 50 100 150 Head (m) 0 100 200 300 400 Electric Power (kW) 0 20 40 60 80 Efficiency (%) 0 50 100 150 200 250 Flow (l/s) 90 100 110 120 130 140 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 CURVA ORIGINALE CALIBRATA Rendimento Curva Caratteristica CALIBRAZIONE MODELLO – IMPIANTI (ENERGIA)
- 17. 30 Luglio 2017 Gruppo Pompe CANTURINA MONTICELLI Nominal Actual Minimum Maximum 0 20 40 60 80 100 Head (m) 0 20 40 60 80 Electric Power (kW) 55.0 60.0 65.0 70.0 75.0 80.0 Efficiency (%) 0 20 40 60 80 Flow (l/s) Il grafico a modello evidenzia regimi di giri utilizzati molto prossimi al limite inferiore della Pompa ESEMPIO DI CALIBRAZIONE MODELLO – IMPIANTI (ENERGIA)
- 18. CURVE FUNZIONAMENTO POMPAGGIO EE [kWh/g] VOL [m3/g] EE SPECIFICA [kWh/m3] EFFICIENZA MEDIA CHIASSO PER SAGNINO 689 920 0.75 32% Q SAGNINO SIMULAZIONE DEL FUNZIONAMENTO DELLE POMPE A MODELLO PORTATE DISTRIBUITE
- 19. ANALISI DEI RENDIMENTI Vengono individuati i range di portata per cui è più efficiente la pompa (nell’esempio con regimi di portata inferiori ai 120 l/s i rendimenti mostrano un marcato calo) Con questo tipo di analisi si possono stabilire strategie di utilizzo e gestione dei sollevamenti che massimizzino l’utilizzo in regimi di efficienza delle pompe Queste strategie non riguardano solo regolazioni e controlli a livello di centrale idrica, ma possono coinvolgere operazioni e modifiche di assetto di rete. Nella definizione dei distretti ad esempio si possono individuare delle configurazioni di rete tali spostare il campo di lavoro delle pompe su range più convenienti e contestualmente ottimizzare le pressioni di servizio con un beneficio diretto sui livelli di perdita
- 20. FASE DI PROGETTO
- 21. LE PRINCIPALI FASI DEL LAVORO - FASE DI PROGETTO MIGLIORAMENTO EFFICIENZA ENERGETICA ANALISI COSTI BENEFICI PROGETTAZIONE DMA DEFINIZIONE INTERVENTI SIMULAZIONE SCENARI CALCOLO RECUPERI POTENZIALI ANALISI PERFORMANCE ENERGETICA ANALISI PERFORMANCE IDRAULCA STRATEGIE DI UTILIZZO POMPE INTERVENTI IMPIANTI STUDIO NUOVI ASSETTI INTERVENTI IN RETE OTTIMIZZAZIONE DMA RIDUZIONE E CONTROLLO PERDITA IDRICA
- 22. POTENZIAMENTO CONDOTTE IDRAULICAMENTE CRITICHE ELIMINAZIONE COLLI DI BOTTIGLIA E PARZIALIZZAZIONI DISTRETTUALIZZAZIONE CON RINNOVO IMPIANTI DISTRETTUALIZZAZIONE CON SFRUTTAMENTO OTTIMALE DELLE CONDOTTE E DEGLI IMPIANTI ESISTENTI ‘RE-LAYOUT’ – SFRUTTAMENTO DEI ‘PERCORSI’ ENERGETICI PIU’ EFFICIENTI STUDIO INTERVENTI PER L’EFFICENZA ENERGETICA TIPOLOGIE DI INTERVENTO PER IL MIGLIORAMENTO DELL’EFFICIENZA
- 23. Nuovo Tratto Acciaio DN200 da mandata Pompa L= 160m Abbassamento di circa 20m del set-point di pressione 1. STUDIO INTERVENTI PER L’EFFICENZA ENERGETICA POTENZIAMENTO CONDOTTE - ELIMINAZIONE COLLI DI BOTTIGLIA PRESSIONE NEI PUNTI CRITICI
- 24. 2. STUDIO INTERVENTI PER L’EFFICENZA ENERGETICA DISTRETTUALIZZAZIONE CON RINNOVO IMPIANTI
- 25. EE Min. – Solo Rilancio Caverna EE Med. – Caverna + Canturina Baradello EE Max. – Caverna + Canturina Monticelli HGL335m HGL352m HGL328m 3. STUDIO INTERVENTI PER L’EFFICENZA ENERGETICA DISTRETTUALIZZAZIONE OTTIMIZZATA – STATO DI FATTO
- 26. EE Min. – Solo Rilancio Caverna EE Med. – Caverna + Canturina Baradello EE Max. – Caverna + Canturina Monticelli HGL335m HGL352m HGL328m 3. STUDIO INTERVENTI PER L’EFFICENZA ENERGETICA DISTRETTUALIZZAZIONE OTTIMIZZATA – OPZIONE 1
- 27. EE Min. – Solo Rilancio Caverna EE Med. – Caverna + Canturina Baradello EE Max. – Caverna + Canturina Monticelli HGL335m HGL352m HGL328m OPZIONE Realizzata da LeReti S.pA 3. STUDIO INTERVENTI PER L’EFFICENZA ENERGETICA DISTRETTUALIZZAZIONE OTTIMIZZATA – OPZIONE 2
- 28. 214 m quota fondo ARRIVO 235-255 m ZCNegri ZCPedett i ZCGall i 4. STUDIO INTERVENTI PER L’EFFICENZA ENERGETICA ‘RE-LAYOUT’: SFRUTTAMENTO DEI PERCORSI ENERGETICI PIU’ EFFICIENTI – STATO DI FATTO Valvola di Non Ritorno Sollevamento funzionante Sollevamento spento M Misuratore di portata collegato a TLC Valvola di regolazione della pressione Valvola di sostegno
- 29. ZCNegri ZCPedett i ZCGall i 4. STUDIO INTERVENTI PER L’EFFICENZA ENERGETICA STUDIO DEI ‘PERCORSI’ ENERGETICI PIU’ EFFICIENTI – OPZIONE 1 Valvola di Non Ritorno Sollevamento funzionante Sollevamento spento M Misuratore di portata collegato a TLC Valvola di regolazione della pressione Valvola di sostegno
- 30. ZCNegri ZCPedett i ZCGall i 4. STUDIO INTERVENTI PER L’EFFICENZA ENERGETICA STUDIO DEI ‘PERCORSI’ ENERGETICI PIU’ EFFICIENTI OPZIONE 2 Valvola di Non Ritorno Sollevamento funzionante Sollevamento spento M Misuratore di portata collegato a TLC Valvola di regolazione della pressione Valvola di sostegno
- 31. 277 m quota fondo M ZCNegr i ZCPedetti ZCGall i 4. STUDIO INTERVENTI PER L’EFFICENZA ENERGETICA STUDIO DEI ‘PERCORSI’ ENERGETICI PIU’ EFFICIENTI – OPZIONE 3 Valvola di Non Ritorno Sollevamento funzionante Sollevamento spento M Misuratore di portata collegato a TLC Valvola di regolazione della pressione Valvola di sostegno
- 32. SISTEMA COMPLESSIVO DEI DISTRETTI Con questo approccio sono state affrontate tutte le diverse parti dell’acquedotto e quindi definite le caratteristiche del sistema per distretti (posizioni di misura e perimetrazioni) in modo da minimizzare il consumo energetico e contenere il numero di gruppi di controllo installati. SI è arrivati a definire 33 DMA (District Metering Area) per il controllo della perdita idrica Con il modello si sono caratterizzate gli elementi caratteristici quali N. utenze estesa rete, consumi misurati medi e le principali grandezze idrauliche quali pressioni e portate nelle diverse condizioni di servizio
- 33. Utenze [N.] 1’767 Volume Immesso [m3] 730 Estesa Condotte [km] 7,4 Consumo Utenze [m3] 638 Perdita Stimata [l/s] 1,1 Net Inflow Leakage Known Demand Unprofiled Demand NFM Start/End Times Period Start/End Times Min Night Flow Time 0 10 20 30 Flow (l/s) 00:00 30/7/2017 06:00 12:00 18:00 00:00 31/7/2017 DEFINIZIONE DELLE CARATTERISTICHE DEI DISTRETTI : ESEMPIO DMA ‘PONTECHIASSO’ Net Inflow Total Inflows Total Outflows 0 10 20 30 40 50 Flow (l/s) 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 Pressure (m) 00:00 30/7/2017 06:00 12:00 18:00 00:00 31/7/2017 BILANCIO IDRICO DEL DISTRETTO COMPOSIZIONE DEI TRACCIATI DI PORTATA DEL DMA
- 34. DEFINIZIONE DELLE CARATTERISTICHE DEI DISTRETTI : ESEMPIO DMA ‘CENTRO’ BILANCIO IDRICO DEL DISTRETTO COLLOCAZIONE DEI CONTATORI DI UTENZA RAPPRESENTAZIONE DELL’AREA DEL DMA ‘CENTRO’
- 35. Questa fase del progetto di efficientamento della rete idrica prevede l’installazione di appositi registratori di rumore per il monitoraggio continuo delle perdite idriche nei distretti meno performanti. Questi sensori ‘ascoltano’ ogni notte il rumore di possibili fuoriuscite di acqua dalle tubazioni, analizzando frequenze, intensità e altri parametri. Mediamente dopo una settimana di ascolto, in automatico, il sistema di elaborazione dati segnala su una mappa la posizione delle probabili perdite idriche e invia al telecontrollo aziendale e al personale operativo specifici allarmi. L’installazione dei sensori non comporta nessuno scavo perché vengono collocati nei normali pozzetti esistenti della rete Progetto riduzione perdite idriche con metodi innovativi Installazione registratori di rumore
- 37. LE PRINCIPALI FASI DEL LAVORO - FASE DI REALIZZAZIONE MIGLIORAMENTO EFFICIENZA ENERGETICA WATER MANAGEMENT SYSTEM PROVE DI AVVIAMENTO DISTRETTI ESECUZIONE INTERVENTI MESSA IN ESERCIZIO BILANCI IDRICI FORNITURE GRUPPI POMPA E INVERTER FORNITURE STRUMENTAZIONE E ORGANI DI REGOLAZIONE MESSA A PUNTO REGOLAZIONI CALCOLO RECUPERO ENERGETICO IMPOSTAZIONE AUTOMAZIONI RICERCA PERDITE MIRATA AGGIORNAMENTO CARTOGRAFICO RIDUZIONE E CONTROLLO PERDITA IDRICA
- 38. REALIZZAZIONE INTERVENTI DISTRETTI CENTRO RIFACIMENTO NODI COMPLESSI
- 39. REALIZZAZIONE INTERVENTI DISTRETTI CENTRO ASSISTENZA ALLA REALIZZAZIONE DEI LAVORI
- 40. REALIZZAZIONE INTERVENTI DISTRETTI CENTRO RAZIONALIZZAZIONE NODI e REALIZZAZIONE CAMERETTE DI MISURA DMA
- 41. REALIZZAZIONE INTERVENTI DISTRETTI CENTRO AGGIORNAMENTO CARTOGRAFICO - AS BUILT
- 42. REALIZZAZIONE INTERVENTI DISTRETTI RAZIONALIZZAZIONE NODI e REALIZZAZIONE CAMERETTE DI MISURA DMA RAPPRESENTAZIONE DELL’AREA DEL DMA ‘LORA BASSA’ Esterno centrale Refrecc Misuratori permanenti per DMA Lora Bassa e DMA Camnago Misura Portata Distretto
- 43. RISULTATI
- 44. Riduzione del numero delle perdite idriche di circa il 68% rispetto all’anno 2015 284 236 200 168 136 107 92 0 50 100 150 200 250 300 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 N° PERDITE RETE DI DISTRIBUZIONE DELL’ACQUEDOTTO DI COMO ANDAMENTO NUMERO DELLE PERDITE RISCONTRATE SULLA RETE DI DISTRIBUZIONE
- 45. Riduzione dei consumi elettrici di circa 2.000.000 kWh rispetto all’anno 2016 14.300.000 12.300.000 11,000,000 11,500,000 12,000,000 12,500,000 13,000,000 13,500,000 14,000,000 14,500,000 15,000,000 2016 2017 2018 2019 2020 2021 CONSUMO DI ENERGIA ELETTRICA kWh Como, Brunate e Cernobbio MONITORAGGIO RIDUZIONE CONSUMI ELETTRICI RETE IDRICA COMO BRUNATE CERNOBBIO
- 46. 26.6 % 19.9 % 18.1 % 18.2 % 16.2 % 16.5% 24.2 17.9 15.8 15.5 12.5 12.7 0 5 10 15 20 25 30 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 Andamento coefficienti di perdita M1a e M1b su tutto l’acquedotto Como, Brunate Cernobbio M1a : coefficiente che determina le perdite di rete lineari è espresso come il rapporto tra il volume delle perdite idriche totali e la lunghezza complessiva della rete dell’acquedotto nell’anno considerato. M1b: coefficiente che termina le perdite idriche percentuali definite come il rapporto tra il volume delle perdite idriche totali e il volume complessivo in ingresso nel sistema di acquedotto nell’anno considerato. Gli indicatori sono stati calcolati a partire dal 2016 secondo il nuovo metodo introdotto dalla Deliberazione 30/12/2021 n° 639/2021/R/IDR M1a - Perdite idriche lineari [mc/km/gg] M1b – Perdite idriche percentuali [%] MACRO INDICATORI ARERA ANDAMENTO MACROINDICATORI M1a e M1b
- 47. CONCLUSIONI Il caso di studio dell’acquedotto di Como dimostra come, in un contesto organizzativo con una costante e concreta partecipazione, la modellazione accompagnata da campagne di monitoraggio e da prove idrauliche, consenta di definire gli interventi e le azioni di miglioramento necessarie ad ottenere risultati concreti quali: • Riduzione delle perdite idriche; • Risparmio energetico; • Prolungamento della vita impiantistica. Gli ottimi risultati ottenuti nel territorio di Como hanno consentito, a Lereti S.p.a., di avviare progetti analoghi anche sugli acquedotti gestiti nella provincia di Varese; Di recente acquisizione il software WATER MANAGEMENT SYSTEM.
- 48. Massimo Tettamanti – massimo.tettamanti@leretispa.it Alessandro Gallina – a.gallina@hrwallingford.com Marcello Schiatti – mschiatti@aidassociati.it Gaetano Parpajola – gparpajola@aidassociati.it
Editor's Notes
- SCENARIO 1
- SCENARIO 2