Inverter a tutta potenza per l’escavazione di tunnel

inverter

Il massimo della potenza di un inverter Danfoss per l’escavazione de La Sarenne, un tunnel sotterraneo lungo 2700 m, che sale con una pendenza del 22%

La transizione energetica impone di sfruttare al meglio le risorse naturali di ogni territorio, senza per questo doverlo stravolgere.

È la filosofia adottata per realizzare un importante progetto di generazione idroelettrica commissionato da Compagnie Nationale du Rhône (CNR), che ha ottenuto la concessione di sfruttamento delle acque del torrente La Sarenne, nel comprensorio dell’Alpe d’Huez.

Si tratta di un progetto innovativo anche per la sua capacità di integrarsi perfettamente nel territorio, grazie a impianti quasi integralmente in sotterraneo, ma che per essere realizzato richiede l’adozione di tecniche di costruzione all’avanguardia, capaci di superare le sfide poste dal lavorare nel difficile ambiente alpino e senza interferire con le attività di una regione a vocazione turistica.

Il tunnel de La Sarenne

Una delle opere principali da realizzare nell’ambito del progetto “La Sarenne” è un tunnel sotterraneo lungo 2700 m, che sale con una pendenza del 22% fino allo sbocco nei pressi delle opere di presa, dove viene derivata l’acqua del torrente. La galleria sotterranea, dal diametro di 4,2 m, ha una duplice funzione. Il primo tratto a monte, per circa 800 m, costituirà il serbatoio d’invaso dell’acqua, che quindi riempirà l’intero volume scavato a contatto con le pareti del tunnel.

Il secondo tratto del tunnel, separato dal primo tramite una paratia, servirà invece a ospitare la condotta forzata, che trasporterà verso valle l’acqua in pressione.

L’inserimento in sotterraneo sia del serbatoio, sia della condotta forzata, renderà così l’impianto praticamente “invisibile” dall’esterno e perfettamente integrato nel territorio. Nell’ambito del consorzio di imprese a cui è stata affidata la realizzazione del progetto “La Sarenne”, la realizzazione del tunnel all’interno della montagna ricade nella responsabilità di Cogeis, general contractor piemontese a forte vocazione internazionale che ha maturato una consolidata esperienza nella realizzazione di infrastrutture civili in ambienti di lavoro complessi.

Cogeis da oltre vent’anni ha affinato le tecniche realizzative di infrastrutture per il trasporto di acqua e gas tramite scavo meccanizzato e per il progetto La Sarenne ha optato per l’utilizzo di una TBM usata di cui ha recentemente acquisito la piena titolarità, rinnovandola completamente allo scopo.

Una TBM rimessa a nuovo

Come racconta Paolo Bresciano, responsabile del progetto di revisione della TBM acquisita da Cogeis, «Eravamo ben consapevoli di dover non solo revisionare la macchina, ma anche di doverla modificarla in molte delle sue parti meccaniche, oleodinamiche e, soprattutto, elettriche. Ogni progetto di scavo meccanizzato che affrontiamo pone sfide diverse e il progetto La Sarenne non fa eccezione. In questo caso, non solo dovevamo scavare in salita, con una pendenza considerevole che impatta notevolmente sulla distribuzione delle forze in gioco in una macchina da 600 tonnellate, ma a causa dei ridottissimi spazi a disposizione nei punti di accesso al cantiere, circa 25 m, dovevamo anche inventarci una modalità di montaggio adeguato di una macchina lunga 176 m. Sono stati tanti gli aspetti da affrontare, come quelli della compartimentazione per la protezione dall’eventuale presenza di amianto nella rocce, ma certamente quelli ‘elettrici’ hanno comportato un rinnovamento totale delle apparecchiature, che ci ha permesso di ottenere prestazioni e flessibilità ben superiori a quelli possibili con la configurazione originale.»

La TBM acquistata da Cogeis utilizzava per l’azionamento della testa rotante una configurazione a 5 motori da 225 kW ciascuno, collegati a una cassa riduttore tramite frizioni.

Spiega Bresciano: «I cinque motori potevano essere impostati tramite commutazione dei poli solo a due velocità diverse. Inoltre, ad ogni avvio dei motori per l’azionamento della fresa si generava una grande sollecitazione meccanica, sia sui riduttori, sia su tutta la struttura meccanica, che non ci potevamo permettere di tollerare nell’affrontare un progetto di scavo impegnativo come il tunnel La Sarenne. Tuttavia, volevamo mantenere i motori originali, progettati ad hoc per le dimensioni della TBM. La soluzione è quindi stata quella di pensare a un azionamento di nuova generazione tramite inverter».

Tramite il partner locale Gatta Srl, Cogeis si è rivolta a Danfoss per studiare una soluzione adatta al rinnovamento del sistema elettrico.

Tanti vantaggi con gli inverter

La soluzione proposta da Danfoss Drives e il Premium Partner Gatta Srl è basata sugli inverter della famiglia Vacon NXP Liquid Cooled, che hanno una capacità di gestione di ripartizione del carico molto semplice ed efficace.

I potenti inverter Danfoss della famiglia Vacon NXP azionano la fresa della talpa meccanica (TBM) che Cogeis sta utilizzando per scavare un tunnel con pendenza del 22% a servizio di una nuova centrale idroelettrica nel comprensorio dell’Alpe d’Huez, che dal 2024 immetterà in rete energia 100% rinnovabile per Compagnie Nationale du Rhône (CNR)

Conferma Paolo Bresciano: «Grazie al comando a inverter, ogni discontinuità di carico sui motori dovuto alle variazioni dinamiche delle condizioni della roccia non genera più delle importanti sollecitazioni meccaniche, bensì elettriche, che vengono riequilibrate in modo autonomo dal sistema di controllo Danfoss, capace di gestire opportunamente le differenze di coppia assorbita dai singoli motori. Inoltre, il comando a inverter ci permette di scegliere con la massima flessibilità la velocità di rotazione della fresa, in base alle condizioni attese della roccia nelle diverse fasi di avanzamento dello scavo. Infine, ma non meno importante, abbiamo la possibilità di riconfigurare il sistema istantaneamente qualora dovessimo fermare un motore o un inverter per manutenzione, senza alcun impatto significativo sulla produttività della macchina».

Progettazione congiunta e servizi su misura

La progettazione del nuovo sistema di azionamento delle frese è stata volta in stretta collaborazione tra i tecnici di Cogeis, del partner Gatta Srl e degli ingegneri del dipartimento Project Solutions di Danfoss Italia.

Nell’ambito del progetto La Sarenne, una delle opere principali da realizzare è un tunnel sotterraneo lungo 2700 m, che sale con una pendenza del 22% fino allo sbocco nei pressi delle opere di presa, dove viene derivata l’acqua del torrente

Ricorda Paolo Bresciano: «I vincoli di spazio e per il passaggio di cavi elettrici e condutture per il raffreddamento a liquido erano molto stringenti, per cui tutti abbiamo messo a fattore comune tutte le nostre competenze. È stato un lavoro di grande soddisfazione, perché ci siamo trovati, ognuno nel proprio ruolo, a ‘parlare la stessa lingua’, il che ci ha consentito anche di rispettare i tempi di esecuzione davvero stringenti per questo realizzazione. Basti pensare che l’avvio del progetto di revisione della macchina risale a fine gennaio 2021. A fine agosto dello stesso anno abbiamo scavato la prima roccia: per noi un successo straordinario.»

Per ottimizzare il pilotaggio dei motori, originariamente non progettati per l’utilizzo con inverter, sono stati inseriti dei filtri dU/dt appositamente studiati, mentre la realizzazione del quadro elettrico è stata seguita dalla struttura italiana di Danfoss, che ha consegnato l’intero equipaggiamento pronto per essere installato sulla TBM. Inoltre, Danfoss ha fornito anche i servizi DrivePro Extended Warranty, che prevede un’estensione della garanzia fino a sei anni, la più estesa nel settore industriale.

La galleria sotterranea, dal diametro di 4,2 m, ha una duplice funzione: il primo tratto a monte, per circa 800 m, costituirà il serbatoio d’invaso dell’acqua; il secondo tratto del tunnel, separato dal primo tramite una paratia, servirà invece a ospitare la condotta forzata, che trasporterà verso valle l’acqua in pressione

Energia rinnovabile in fondo al tunnel

Attualmente lo scavo del tunnel La Sarenne si è concluso. La TBM di Cogeis è pronta per affrontare nuove sfide e, grazie alla flessibilità della soluzione inverter, potrà rapidamente avviarsi verso un nuovo cantiere di scavo.

Al termine dell’installazione delle apparecchiature idroelettriche di generazione, dalla potenza di 11 MW per una produzione annuale stimata di 36 GWh, a partire dal 2024 CNR sarà pronta a immettere in rete una quantità di energia 100% rinnovabile equivalente al consumo di 16.000 famiglie. Questo progetto rappresenta un nuovo esempio di come le tecnologie e le competenze di Danfoss e dei suoi clienti traducono nei fatti il concetto di trasformazione sostenibile.