Una centrale idroelettrica trasforma l’energia idraulica in energia elettrica. Ma come funziona? Vediamo ora nel dettaglio come funziona, quali sono i vantaggi e gli svantaggi oltre che l'uso che se ne fa in Italia e nel resto del mondo.
Come Funziona una Centrale Idroelettrica
Un impianto idroelettrico è composto da diverse strutture e componenti chiave che lavorano insieme per convertire l’energia potenziale dell’acqua in energia elettrica. Ecco una descrizione semplificata dei principali elementi di un impianto idroelettrico:
- Diga e Bacino: La diga è una struttura che raccoglie e trattiene l’acqua, formando un bacino. Il bacino accumula l’acqua che sarà utilizzata per produrre energia elettrica, creando un dislivello che permette di ottenere energia potenziale.
- Condotta Forzata: La condotta forzata è un tubo che conduce l’acqua dal bacino alla centrale idroelettrica. Attraverso questa struttura, l’acqua fluisce con grande pressione, aumentando la sua energia cinetica.
- Casa di Macchine: La casa di macchine ospita le turbine e gli alternatori. È il luogo dove l’energia meccanica dell’acqua viene convertita in energia elettrica.
- Turbina Idraulica: La turbina è il cuore dell’impianto idroelettrico. L’acqua fluisce attraverso la turbina, facendola girare, e trasformando così l’energia potenziale e cinetica dell’acqua in energia meccanica.
- Alternatore: L’alternatore è collegato alla turbina. Quando la turbina gira, anche l’alternatore gira, convertendo l’energia meccanica in energia elettrica attraverso il principio dell’induzione elettromagnetica.
- Sistema di Controllo: Ogni impianto idroelettrico ha un sistema di controllo che monitora e gestisce l’operatività dell’impianto, ottimizzando la produzione di energia e garantendo la sicurezza dell’intera struttura.
- Rete Elettrica: Dopo essere stata prodotta, l’energia elettrica viene inviata alla rete elettrica attraverso linee di trasmissione, da dove può essere distribuita per soddisfare la domanda di energia elettrica di abitazioni, aziende e servizi pubblici.
Come evidenziato, lo schema funzionale comprende una diga o una traversa, conosciute anche come opere di sbarramento, le quali intercettano il corso d’acqua, creando un invaso che può essere un serbatoio o un bacino idroelettrico. L’ energia meccanica esercitata dall’acqua aziona le turbine, e da queste fluisce fino a raggiungere un canale di scarico, attraverso il quale viene restituita al corso d’acqua. Collegato alla turbina vi è l’alternatore, cioè un generatore elettrico rotante, che trasforma in energia elettrica l’energia meccanica ricevuta dalla turbina.
Tipi di Centrali Idroelettriche
Le centrali idroelettriche si dividono in tre macro categorie, a seconda della tipologia di impianto utilizzato: centrali ad acqua fluente, centrali a bacino e centrali ad accumulazione.
- Centrali ad acqua fluente: Nelle centrali ad acqua fluente, come dice il nome stesso, viene utilizzata la portata naturale di un corso d’acqua situato su due livelli differenti. Si tratta di impianti che vengono posizionati nei pressi di un fiume o di un torrente, la cui acqua viene in parte o del tutto canalizzata verso un bacino di carico senza l’ausilio di condotte forzate. Da questo bacino, poi, l’acqua viene fatta defluire attraverso un canale e verso un piano posizionato un po’ più in basso dove raggiunge le turbine. Lungo il tragitto tra il punto più alto e quello più basso l’acqua attraversa la turbina idroelettrica, azionando le pale e producendo energia.
- Centrali a salto: Nelle centrali a salto si sfruttano grandi altezze di caduta e sono caratterizzate da un bacino idrico più o meno grande - quello che tutti associamo al classico termine "diga", per intenderci. Il vantaggio di avere un bacino è quello di poter gestire la quantità di acqua da mandare alla centrale e, di conseguenza, la quantità di energia prodotta.
Energia Idroelettrica ad Acqua Fluente: Dettagli e Limiti
I progetti fluviali sono notevolmente diversi nel design e nell’aspetto rispetto ai progetti idroelettrici convenzionali. Infatti, le dighe idroelettriche tradizionali immagazzinano enormi quantità di acqua nei bacini idrici, a volte allagando vasti tratti di terra. Il dimensionamento di un impianto ad acqua fluente dipende da molti fattori, primo tra tutti è la disponibilità della risorsa idrica, la quale può essere rilevata attraverso un’attenta lettura delle altezze d’asta, ovvero il livello dell’acqua rispetto alla soglia di uno stramazzo.
Successivamente, è necessario valutare la taglia dell’impianto. In uno studio preliminare quindi, la portata nominale potrebbe essere scelta arbitrariamente cercando di massimizzare l’indice di redditività economica. Come tutta l’energia idroelettrica, anche quella ad acqua fluente sfrutta l’energia potenziale naturale dell’acqua. Con l’assenza di un bacino idrico, si evitano inondazioni.
Per quanto riguarda i limiti di una centrale idroelettrica ad acqua fluente, primo fra tutti è la portata naturale del fiume. Essa, infatti, in alcuni periodi dell’anno sarà maggiore, e quindi si potrà produrre più energia, in altri sarà minore. Volendo sfruttare a pieno la risorsa, è necessario realizzare uno sbarramento in una opportuna sezione del fiume, in modo da generare un lago, che possa accumulare l’acqua nei periodi piovosi e averla poi disponibile nei periodi poco piovosi. L’energia non può coordinare la produzione di elettricità per soddisfare la domanda dei consumatori, ecco perché gli impianti ad acqua fluente sono considerati una fonte di energia “instabile”, avendo poca o nessuna capacità di accumulo. Infine, la deviazione di grandi quantità di acqua fluviale riduce le portate del fiume, influenzando la velocità e la profondità dell’acqua.
Vantaggi e Svantaggi dell'Energia Idroelettrica
Quali sono i vantaggi e gli svantaggi legati all'uso dell'energia idroelettrica? L’energia idroelettrica è rinnovabile e relativamente green: i suoi vantaggi in termini di contrasto al riscaldamento globale e all’inquinamento sono enormi. I costi di manutenzione sono relativamente bassi, e la tecnologia è affidabile e collaudata.
Tra gli svantaggi ci sono gli elevati costi di investimento e, soprattutto il possibile impatto ambientale anche grave. I danni ambientali, anche se controllati, non possono mai essere del tutto eliminati: creare un bacino lì dove non ce n’era uno porta come prima cosa una modifica degli ecosistemi locali. Secondariamente, deviano i corsi d’acqua da zone molto ampie a canali e invasi circoscritti, sottraendo in alcuni casi l’acqua a intere popolazioni, piante e animali degli ambienti circostanti.
Possono anche esserci grosse conseguenze se non si realizzano studi adeguati del contesto idrogeologico in cui si creano le dighe, come nel caso del Vajont.
Tabella Comparativa: Vantaggi e Svantaggi
| Vantaggi | Svantaggi |
|---|---|
| Rinnovabile e relativamente green | Elevati costi di investimento |
| Costi di manutenzione bassi | Possibile impatto ambientale grave |
| Tecnologia affidabile e collaudata | Modifica degli ecosistemi locali |
| Long-term Storage: le dighe possono fungere da sistemi di accumulo di energia. | Deviazione dei corsi d’acqua |
L'Utilizzo dell'Energia Idroelettrica in Italia e nel Mondo
L’acqua è una delle fonti di energia più antiche. Gli egizi, i greci e i romani usavano già l’energia cinetica dell’acqua per macinare il grano grazie a dei mulini, ma è solo con la calata degli arabi durante il Medioevo che in Europa si iniziò a utilizzare l’energia idroelettrica con più consapevolezza: grazie alla ruota idraulica si potevano irrigare i campi e bonificare le paludi. La prima centrale idroelettrica al mondo è quella realizzata nel 1882 negli Stati Uniti, lungo il corso del Fox River nel Wisconsin. L’Italia non fu da meno: la prima centrale è stata inaugurata nel 1895 a Paderno d'Adda, in provincia di Lecco.
La centrale più grande del mondo è, dal 2012, quella della diga delle Tre Gole in Cina: ha una capacità di generazione elettrica di 22.500 megawatt, è alta circa 180 metri e lunga circa 2mila, e il bacino che crea copre una superficie di oltre mille chilometri quadrati. Per quanto riguarda l’Italia, vista la presenza di numerosi fiumi, laghi e alture, la costruzione di impianti idroelettrici è molto favorita: non a caso le nostre centrali sono per la maggior parte sull’arco alpino e su quello appenninico. Stando a un rapporto Althesys del 2019 ne abbiamo in tutto il Paese circa 4.300.
La centrale idroelettrica più grande d’Italia è la Luigi Einaudi, nel comune piemontese di Entracque (provincia di Cuneo), di proprietà dell’Enel: è il più grande impianto italiano e uno delle più grandi in Europa. La centrale sfrutta due salti, Chiotas-Piastra e Rovina-Piastra. In Italia è in crescita anche il “mini” idroelettrico, rappresentato da impianti di potenza ridotta, che comporta l'utilizzo di strutture molto più piccole di una diga normale, più sicure e che hanno un basso impatto ambientale e paesaggistico.
L’energia idroelettrica, dunque, ha assunto un rilievo strategico nei progetti green sia italiani che europei. In particolare, nel settore idroelettrico italiano, grazie all’ammodernamento e la manutenzione degli impianti, si potrebbe ottenere un aumento di potenza di 5.772 MW entro il 2030, da aggiungere agli odierni 18,9 GW.
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