Sfruttare la potenza del GNSS per il monitoraggio delle infrastrutture idroelettriche

Autore: Paolo Dallocchio, Steve Thurgood, Megan Hansen 

L'energia idroelettrica è una pietra miliare della transizione verso un'energia sicura e sostenibile. La salute strutturale delle dighe e delle altre infrastrutture idroelettriche viene monitorata nel tempo per tenere traccia dei movimenti causati principalmente dal carico dell'acqua. Garantire che i cambiamenti rimangano entro una determinata tolleranza è fondamentale per mantenere la sicurezza. Se non vengono controllate, le strutture sono a rischio di danni e di cedimenti potenzialmente catastrofici

Enel Green Power, multinazionale italiana leader globale nel settore delle energie rinnovabili, gestisce 1.200 impianti in tutto il mondo con installazioni e asset per la generazione di un mix di risorse rinnovabili, tra cui idroelettrico, eolico, solare e geotermico. In linea con la visione di Enel per le transizioni energetiche e digitali, l'azienda abbraccia soluzioni innovative e automatizzate che aiutano gli ingegneri e gli analisti di dati a mitigare i rischi, mantenere le operazioni sicure e migliorare l'efficienza.

Lavorando a stretto contatto con Leica Geosystems, Enel ha avviato un progetto della durata di un anno per valutare i vantaggi derivanti dall'utilizzo del sistema di monitoraggio GNSS automatico di Leica per acquisire dati in tempo reale 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Il team di monitoraggio voleva anche correlare i dati GNSS con le misure manuali biennali effettuate con le stazioni totali Leica TS16, i livelli digitali LS10, i sensori di inclinazione e le attrezzature geotecniche esistenti, per confermare le deformazioni.

Tecnologie di monitoraggio complementari per dati completi

Alessio Ceccato, Geology & Remote Sensing Specialist per la linea tecnologica idroelettrica di Enel Green Power, spiega:

“Gli spostamenti osservati tramite GNSS possono essere incrociati e validati con quelli dei sensori geotecnici nell'ambito del sistema 24/7. La densificazione della frequenza delle misure GNSS consente di estendere l'analisi strutturale per avere una descrizione più dettagliata e completa delle deformazioni. Questo garantisce un'individuazione affidabile e tempestiva di eventuali comportamenti anomali”

“Abbiamo scelto il sistema GNSS avanzato e robusto di Leica Geosystems perché fornisce osservazioni stabili, affidabili e continue con un'elevata automazione. Grazie ai miglioramenti apportati negli anni alle tecnologie e alle metodologie di analisi GNSS, è possibile ottenere un posizionamento ad alta precisione (2-5 mm), continuo e automatico con una latenza fino a un'ora.” 

Per Enel, il sistema di monitoraggio GNSS automatizzato di Leica Geosystems fornisce misure 3D continue e indipendenti per comprendere il movimento dei propri asset. Se combinato con i dati dei sensori geotecnici, il team di Enel trae vantaggio dalla correlazione dei dati provenienti da tecnologie di monitoraggio complementari. Di conseguenza, gli ingegneri e le squadre di manutenzione possono disporre di maggiori informazioni sui cambiamenti strutturali in tempo quasi reale. Grazie ai dati, si possono migliorare gli standard di sicurezza e gestire le strategie di rischio.

Displacement graph showing the monitoring points in Alanno, a part concrete, part earth dam in Abruzzo, Italy

Distribuzione in quattro siti

Per valutare i vantaggi dei sistemi con dati aggiuntivi disponibili per l'analisi, Enel ha installato soluzioni di monitoraggio avanzato in tempo reale in quattro località. Questi sono stati scelti per confermare dove si sarebbero visti i maggiori vantaggi. Un totale di 19 antenne Leica AS10 e ricevitori GR30 sono stati installati tra ottobre e dicembre 2020 in tre centrali idroelettriche in Italia e in una quarta in Spagna.

I luoghi di installazione sono stati:

• Gusana, una diga in cemento in Sardegna, Italia
• Alanno, una diga in parte in calcestruzzo e in parte in terra in Abruzzo, Italia 
• Gandellino, un canale d'acqua in Lombardia, Italia 
• Pampaneira, una condotta forzata a Granada, Spagna.

A causa delle restrizioni del COVID-19, l'installazione e la formazione tecnica per il progetto sono state condotte a distanza; tuttavia, questo non ha rappresentato un ostacolo all'apprendimento. A causa delle sedi multinazionali del progetto, Leica Geosystems in Italia e Spagna ha fornito assistenza e formazione prima delle installazioni. Duilio Guizzetti, Specialista Tecnico di Monitoraggio di Leica Geosystems Italia, ha condotto sessioni remote per il team di gestione ingegneristica di Enel per configurare la rete GNSS. Questo ha permesso di semplificare la configurazione del sistema nonostante le sedi di installazione fossero sparse in tutta l'Europa meridionale.

Alanno site, a part concrete, part earth dam in Abruzzo, Italy 

Dati GNSS e software di monitoraggio

Oltre a convalidare i risultati dei metodi di rilevamento manuali e a confermare le posizioni 3D, il sistema GNSS automatizzato ha acquisito dati ininterrottamente 24 ore su 24, 7 giorni su 7, fungendo da sistema di allarme primario. Per garantire la resistenza e l'affidabilità dell'installazione GNSS, il sistema ha utilizzato l'energia solare con batterie di backup in caso di interruzione dell'alimentazione diretta e una solida comunicazione dei dati tramite WiFi e/o GSM. Il ricevitore GNSS, l'alimentazione e le comunicazioni erano alloggiati in modo sicuro in un armadio di comunicazione installato in ogni luogo.

I dati acquisiti dai sensori sono stati caricati ed elaborati automaticamente con Leica GNSS Spider, un software specializzato per il calcolo delle linee di base e delle posizioni GNSS. I risultati sono stati poi importati in Leica GeoMoS Monitor per il calcolo degli spostamenti e la notifica degli allarmi, e quindi in GeoMoS Now! per l'analisi e la visualizzazione tramite un portale web personalizzato dall'utente. Questo ha permesso ai team di ingegneri e ai team remoti di tutto il mondo di condividere, visualizzare e analizzare in modo sicuro i dati di monitoraggio utilizzando grafici, tabelle e report, accedendo allo stato del progetto in qualsiasi momento.

Le epoche di misurazione GNSS sono state osservate a intervalli di 1 e 6 ore, fornendo dati in tempo reale, calcolati continuamente e in diretta. Inoltre, ogni 24 ore è stata calcolata una posizione post-elaborata per una XYZ definitiva e per convalidare i dati in tempo reale. Per i siti con linee di base GNSS superiori a 10 km, il servizio di monitoraggio Leica CrossCheck basato sul web ha fornito l'elaborazione necessaria per ottenere la precisione richiesta.

Gusana, a concrete dam on the island of Sardinia, Italy

Un occhio sul campo

I risultati delle installazioni hanno dimostrato che, grazie alle misure continue con i ricevitori GNSS di Leica Geosystems, è possibile raccogliere molte più informazioni rispetto al solo monitoraggio manuale effettuato ogni due anni. Il passaggio al monitoraggio 24/7 ha permesso al team di ingegneri di sapere cosa è successo, quando e dove, oltre a rendere chiaramente visibili le tendenze dei movimenti. Il sistema ha permesso una maggiore comprensione dei dati di monitoraggio e ha rafforzato l'analisi di Enel sui fattori esterni che influenzano le strutture.

L'automazione ha un altro vantaggio: in alcuni siti, l'accesso alle strutture e la disponibilità di personale per effettuare le misurazioni manuali sono limitati, con conseguente mancanza di continuità. Il sistema completamente automatizzato fornisce dati in tempo reale 24 ore su 24, 7 giorni su 7, migliorando la sicurezza e l'efficienza grazie ai dati sulle condizioni dell'infrastruttura in ogni momento, non solo quando le squadre di rilevamento sono disponibili.

Secondo Alessio Ceccato, un grande vantaggio del monitoraggio 24/7 è la disponibilità di dati per correlare i movimenti tra i sistemi di misura:

“Gli spostamenti rilevati dai sistemi GNSS possono raggiungere precisioni competitive sufficienti per monitorare la deformazione delle strutture, superando alcuni degli svantaggi associati alle precedenti tecniche manual.” 

Grazie a dati affidabili e continui, le visite in loco, che richiedono molto tempo, devono essere effettuate solo se i dati GNSS indicano una deformazione, mentre è necessaria un'indagine manuale più dettagliata per le indagini e la convalida. Questo funziona ora come un sistema di allerta precoce, aggiungendo un enorme valore alle operazioni di Enel.

Ceccato aggiunge, “Grazie alla grande quantità di dati che possono essere raccolti e alla facilità di installazione del sistema di monitoraggio geodetico GNSS in tempo reale di Leica, è possibile ottenere una descrizione accurata e capillare del comportamento della struttura, che porta ad avvertimenti quasi in tempo reale.”

L'utilizzo della raccolta e dell'elaborazione automatizzata dei dati come strumento primario di monitoraggio offre a Enel un modo più intelligente di gestire le routine e le risorse dei suoi team. Dopo aver implementato con successo i sensori GNSS di Leica Geosystems in quattro impianti idroelettrici e aver constatato i vantaggi in termini di sicurezza ed efficienza derivanti dai risultati immediati e in tempo reale delle deformazioni, Enel sta cercando di espandere i flussi di lavoro di monitoraggio automatizzato ad altri siti.