Il sistema di distribuzione del calcestruzzo per la costruzione della centrale idroelettrica di Kühtai (Austria)

L’articolo descrive lo sviluppo delle tecnologie per la distribuzione del calcestruzzo per la costruzione di una centrale idroelettrica sotterranea. Obiettivi: dimostrare la possibilità di progettare attrezzature performanti e sistemi flessibili per consegnare grandi volumi di calcestruzzo anche in ambiente sotterraneo riducendo consumi ed emissioni, minimizzando le interferenze con altri processi. La centrale idroelettrica di Kühtai è un’infrastruttura in costruzione a Silz, in Tirolo, Austria. Il progetto include la costruzione della centrale sotterranea, la diga per un nuovo bacino di riserva, e le gallerie idrauliche con sei ramificazioni di ingresso. La centrale sarà equipaggiata con due turbine Francis a funzionamento reversibile. La caverna scavata per alloggiare la centrale è situata ad una profondità di 174 m ed è in comunicazione con l’esterno tramite un tunnel di accesso e uno di drenaggio. La società di servizi austriaca Tiroler Wasserkraft (Tiwag) sta sviluppando l’impianto con un investimento stimato di €1Miliardo.

La centrale idroelettrica sarà equipaggiata con due turbine Francis a funzionamento reversibile

Il sistema di conferimento del calcestruzzo alle attrezzature che ne realizzano la messa in opera (gru edili, autopompe, nastri trasportatori, distributori e bracci di getto, casseforme, robot Shotcrete, TBM) tramite trasporto e movimentazione a partire da un impianto di betonaggio è una fase di lavoro essenziale durante i lavori di costruzione, ed è particolarmente critica negli spazi sotterranei a causa delle difficoltà di accesso e limitatezza di spazio.

Esistono molti modi per trasportare il calcestruzzo, a seconda dell'accesso, del sistema di movimentazione dei materiali, dell'ubicazione dei luoghi di lavoro e della domanda per turno di lavoro: in questo articolo analizzeremo la movimentazione mediante pompe stazionarie e la distribuzione mediante sistemi fissi prendendo in esame sia i recenti sviluppi generali sia le soluzioni adottate in un’opera in corso di realizzazione: la centrale idroelettrica ad accumulazione di Küthai (Austria).

Il pompaggio di calcestruzzo con pompe a pistoni attraverso tubazioni metalliche rigide – dalla sua introduzione nel Milwaukee (USA) nel 1933 - ha registrato un forte sviluppo per quanto riguarda i gruppi pompanti, le attrezzature di getto, e le linee di distribuzione chiamate a sopportare elevate pressioni di esercizio. Continue innovazioni hanno elevato le prestazioni teoriche dei gruppi pompanti a valori prossimi ai 200 mc/h di portata e superiori ai 200 bar di pressione sul calcestruzzo, rendendo il pompaggio del calcestruzzo una delle pratiche più usate nell’industria delle costruzioni che ne ha riconosciuto maggiormente l’utilità quando gli spazi sono limitati e il beneficio di liberare gru, argani e altri mezzi di cantiere lasciandoli lavorare senza interruzioni mentre il sistema di pompaggio e distribuzione è in funzione.

La spinta generale verso uno sviluppo sostenibile ha nel frattempo fissato tra le priorità per i costruttori di questi macchinari nuovi obiettivi: tra i quali la riduzione dei consumi e delle emissioni, la transizione all’elettrico, il recupero e ricondizionamento ed in generale la riduzione dei costi operativi e di manutenzione.

Contemporaneamente l’impulso del settore delle costruzioni verso l’industrializzazione dei metodi realizzativi ha iniziato a puntare sempre maggiormente l’attenzione sulla meccanizzazione dei processi e sulla prefabbricazione dei materiali.
In questa direzione si è mosso anche il settore dei lavori sotterranei - il cui riferimento è il mercato delle frese a piena sezione (Tunnel Boring Machines TBM), che è risultato il terminale di un sistema produttivo industrializzato – includendo tra i suoi principali obiettivi: l’ottimizzazione delle risorse, la velocità e la continuità realizzativa.

La risultante di queste spinte ha coinvolto anche le case costruttrici di macchinari spingendole a sviluppare la ricerca e lo sforzo ingegneristico per aumentare l'efficienza generale nella realizzazione delle opere grazie all’evoluzione tecnica dei macchinari, basata su strumenti quali l'analisi dei dati e i sistemi di monitoraggio da remoto. Di conseguenza i dipartimenti R&S dei costruttori sono attualmente impegnati a sviluppare:

• le possibilità generate dall'uso dell’elettronica e dei software, ed in generale dall’analisi di basi dati sempre più ampie, per dare strumenti e soluzioni su come completare i cicli di lavoro in modo più rapido ed economico;
• i sistemi di connettività delle macchine per accedere ai dati da utilizzare nella progettazione, sviluppo e convalida dei prodotti ed un futuro utilizzo da remoto delle macchine;
• le tecnologie di automazione per semplificare l’uso e diminuire le possibilità di errore;
• le soluzioni per il progresso tecnico dei motori;
• le soluzioni per incrementare l’efficienza globale delle macchine.

Il progetto

Il progetto in corso di esecuzione a Küthai in Tirolo (Austria), oggetto di questo articolo, si trova nella parte posteriore della valle Längental nelle Alpi tirolesi dello Stubai, a circa 30 km a ovest di Innsbruck e ad un'altitudine di 2000 m sopra il livello del mare.

Consiste nell’ampliamento del sistema di sfruttamento dell’energia idraulica costituito da due impianti costruiti nel 1977 e 1981 nel territorio di Sellrain – Silz, i cui serbatoi forniscono oggi 780 MW di corrente elettrica, per incrementarne l’efficienza globale di ulteriori 260 MW. L’ampliamento include la realizzazione di un bacino artificiale di accumulo (“storage lake”), di una centrale idroelettrica (“pumped storage power plant”), e di tutte le condotte idrauliche di collegamento e di servizio.

Una centrale elettrica ad accumulazione mediante pompaggio è costituita essenzialmente da due serbatoi posti a quote differenti e da una centrale che sfrutta la caduta dell’acqua dal serbatoio superiore per generare elettricità in modalità turbina, o ripristina la capacità del serbatoio superiore in modalità pompa nei momenti in cui c’è un surplus di energia disponibile nella rete: nelle fasi in cui la disponibilità di generare energia solare e eolica è maggiore, ad esempio in caso di forte vento, si genera energia potenziale tramite lo stoccaggio di acqua in bacini a quote elevate. Questi sistemi svolgono la funzione di accumulatori, cioè di stabilizzatori della rete elettrica.
Una maggiore disponibilità di acqua immagazzinata aumenta la flessibilità e la funzionalità del sistema e si traduce in produzione di energia elettrica per un periodo di tempo maggiore.

La società di servizi pubblici austriaca Tiroler Wasserkraft (Tiwag) sta sviluppando l'impianto di ampliamento, con l’intercettazione delle acque superficiali della valle del Längental, che potrà generare fino a 260 GWh/anno di elettricità in modalità turbina nei momenti in cui la richiesta di energia sarà più elevata, con un investimento stimato di circa 869 milioni di sterline (1 miliardo di euro).

Il bacino di stoccaggio, realizzato tramite l’erezione di una diga di sbarramento in rockfill con nucleo in terra alta 113 m e lunga 510 m, avrà una capacità di 31 milioni mc, e occuperà una superficie di 68 kmq. Per alloggiare la centrale idroelettrica sotterranea è stata scavata una caverna ubicata a 174 m di profondità.

Ciascuna turbina sarà progettata per consumare 140 MW di elettricità durante il funzionamento in modalità di pompaggio.
Il sistema di tunnel di raccolta e derivazione per alimentare il bacino di stoccaggio si sviluppa per una lunghezza di 25 km, inoltre un reticolo di tunnel idraulici metterà in collegamento la centrale con il bacino in costruzione e con quello esistente.

Il consorzio SKW Kühtai, composto dalle Imprese Swietelsky, Jäger Bau e Bodner si è aggiudicato un contratto del valore di circa 425 milioni di euro per i principali lavori di costruzione mentre la società AFRY si è aggiudicata il contratto di servizi di ingegneria, progettazione e consulenza, in particolare la progettazione della caverna principale e i calcoli strutturali, il coordinamento con le parti elettromeccaniche. Si prevede che i lavori – iniziati nel 2021 – possano essere terminati entro il 2026.

CIFA S.p.A. è il partner industriale selezionato dal consorzio per la fornitura dei sistemi di pompaggio e distribuzione del calcestruzzo.
Il sistema di consegna del calcestruzzo prevede il pompaggio del calcestruzzo tramite gruppi pompanti a pistoni attraverso una rete di distribuzione rigida in acciaio fino ai sistemi di getto, costituiti da un braccio meccanico ad azionamento elettrico per le opere murarie della centrale elettrica e da casseforme rampanti per i rivestimenti permanenti delle condotte idrauliche. Tutte le attrezzature sono funzionanti con corrente elettrica.

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