L’energia idroelettrica è una delle tipologie di energia rinnovabile e in quanto tale consiste nello sfruttamento di fonti di energia inesauribili. In particolare quella idroelettrica sfrutta il modo cinetico dell’acqua. È considerata una delle rinnovabili classiche o convenzionali, in contrapposizione a quelle alternative (come l’energia oceanica o geotermica). L’energia dell’acqua infatti è usata dall’uomo sin dall’antichità per generare energia e muovere le pale dei mulini ad acqua.

Tra le varie fonti di energia sostenibili utilizzate dall'uomo, la più antica è certamente quella basata sull'acqua: si tratta dell'energia idroelettrica. L'energia idroelettrica, detta anche energia idraulica, è una fonte di energia rinnovabile che sfrutta grandi masse d'acqua movimentate dalla gravità o convogliate in dighe, chiuse, canali e ponti per essere trasformata in energia elettrica. In questa guida utile scopriamo cos’è l’energia idroelettrica, come funziona e quali sono vantaggi e svantaggi per l’ambiente. Scopriamo anche perché le rinnovabili rappresentano una modalità ormai condivisa dai maggiori Paesi mondiali per raggiungere uno sviluppo sostenibile.

Definizione e Funzionamento dell'Energia Idroelettrica

Per energia idroelettrica definizione indica una fonte energetica rinnovabile. L’energia cinetica prodotta dall’acqua viene trasformata in elettricità attraverso un sistema di alternatori e turbine che costituiscono le cosiddette centrali idriche. Tramite un bacino idroelettrico, che serve a raccogliere le acque nella conca artificiale della diga e farne alzare la quota, l’acqua di un fiume o di un lago viene convogliata con velocità a valle tramite delle condutture forzate.

Una centrale idroelettrica comprende un’opera di sbarramento, solitamente una diga, che intercetta il corso d'acqua per realizzare un serbatoio o un bacino idroelettrico. L’acqua racconta viene convogliata attraverso un canale verso le turbine idrauliche, che ruotando generano energia meccanica, convertita poi in energia elettrica dal generatore elettrico rotante. L'acqua mette in azione le turbine, generando energia meccanica, e ne esce finendo in un canale di scarico, attraverso il quale viene restituita al corso d’acqua.

L’energia idroelettrica si produce sfruttando l’energia legata al movimento (cioè l'energia cinetica) di una massa d’acqua che cade da un’altezza più o meno grande. L’energia idroelettrica, anche detta idraulica, rientra tra i tipi di energia rinnovabile, dato che come abbiamo detto si crea grazie allo spostamento di masse d’acqua, e di energia alternativa, dato che non utilizza fonti fossili. Come fonte di energia è molto antica e molto utilizzata: rappresenta la prima fonte di energia rinnovabile in assoluto, con il 6,4% dell’energia primaria consumata nel mondo (Fonte BP - Statistical Review of World Energy- 2020); in Italia circa il 16% di energia elettrica deriva proprio dall’idroelettrico.

Tipi di Centrali Idroelettriche

Le centrali idroelettriche si dividono in tre tipologie, a seconda della tipologia di impianto utilizzato: centrali ad acqua fluente, centrali a bacino e centrali ad accumulazione. Nelle centrali ad acqua fluente si usa direttamente il flusso naturale di un fiume o di un torrente, la cui acqua viene incanalata verso le turbine per poi essere reimmessa nel flusso naturale, a valle dell’impianto.

Una centrale a bacino vede l’acqua di uno o più corsi accumularsi in un bacino, naturale o artificiale, per poi fluire in caduta, per azionare le turbine ed essere infine reimmessa nel fiume. 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.

Nelle centrali ad acqua fluente non si utilizzano invece grandi salti ma piccoli dislivelli. Di solito questo tipo di impianto viene costruito direttamente lungo il corso di fiumi e per questo motivo la sua capacità di produrre energia è piuttosto stagionale. Se infatti il fiume è in magra o con una portata troppo bassa, la produzione di energia può ridursi o arrestarsi. Questo tipo di impianto ha sicuramente dei limiti legati proprio alla stagionalità ma, d'altra parte, costa tendenzialmente meno e ha un impatto ambientale potenzialmente minore rispetto alle centrali a salto.

Un’ulteriore categoria è quella degli impianti di pompaggio cioè quelli con tutte le caratteristiche degli impianti tradizionali, ma che ricavano la disponibilità di acqua nel serbatoio superiore mediante sollevamento elettromeccanico (con pompe o con la stessa turbina di produzione). Questo tipo di impianto consiste in due serbatoi posti alle estremità, collocati a quote differenti, collegati mediante i manufatti tipici di un impianto idroelettrico. Nelle ore diurne di maggior richiesta (ore di punta) dell’utenza l’acqua immagazzinata nel serbatoio superiore è usata per la produzione di energia elettrica. Nelle ore di minor richiesta (ore notturne) l’acqua viene sollevata, mediante pompaggio, al serbatoio superiore.

Schema di una Centrale Idroelettrica

  • Diga: Viene costruita per accumulare acqua e creare un serbatoio o bacino idrico. La differenza di quota tra il livello dell’acqua nel serbatoio e la base delle dighe idroelettriche rappresenta la forma di energia potenziale che può essere convertita in elettricità.
  • Serbatoio o bacino idrico: Agisce come una sorta di “riserva”, consentendo di accumulare una grande quantità di acqua in modo controllato. L’acqua rilasciata dal serbatoio scorre attraverso il condotto verso la turbina.
  • Condotto forzato o canale: È il tubo che trasporta l’acqua dal serbatoio alla turbina, progettato per massimizzare la pressione dell’acqua e la sua velocità prima di raggiungere la turbina, il che aumenta l’efficienza del processo.
  • Turbina: È un dispositivo meccanico composto da pale o palette collegate a un albero rotante. L’acqua in movimento ad alta velocità entra nella turbina idroelettrica e fa girare le pale, convertendo l’energia cinetica dell’acqua in energia meccanica.
  • Generatore: La turbina è collegata all’albero di un generatore. Quando la turbina gira grazie all’acqua in movimento, gira anche l’albero del generatore, creando un campo magnetico che genera energia elettrica per il principio di induzione elettromagnetica.
  • Trasformatore: Viene utilizzato per aumentare o abbassare la tensione, a seconda delle esigenze, prima che l’energia venga trasmessa lungo le linee elettriche per l’uso in abitazioni, industrie e altre applicazioni.
  • Linee di trasmissione: L’energia elettrica viene inviata attraverso una rete di linee elettriche a diverse destinazioni. Queste linee trasportano l’energia dove c’è bisogno.

Pro e Contro dell'Energia Idroelettrica

L'uso dell’energia idroelettrica implica una serie di vantaggi: innanzi tutto, rappresenta una delle forme più pulite di approvvigionamento energetico, a impatto zero sull’ambiente, che utilizza una risorsa potenzialmente rinnovabile all’infinito in quanto le precipitazioni assicurano la disponibilità e la gratuità della risorsa acqua. 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.

Oltre ai vantaggi però ci sono anche degli svantaggi. Infatti esistono centrale idroelettrica vantaggi e svantaggi. Vediamo qui di seguito tutti i vantaggi centrale idroelettrica nel dettaglio. L’energia rinnovabile idroelettrica è fondamentale per portare avanti la transizione ecologica utilizzando questa fonte rinnovabile e dando al contempo spazio alla ricerca sulel energie rinnovabili alternative.

Tra gli svantaggi ci sono gli elevati costi di investimento e, soprattutto il possibile impatto ambientale anche grave. Gli svantaggi delle centrali idroelettriche sono rappresentati soprattutto dai danni all’ambiente e al paesaggio. Le centrali idroelettriche possono danneggiare anche i letti dei fiumi a causa dei bassi livelli di ossigeno disciolti nell’acqua cambiando l’equilibrio chimico degli ecosistemi acquatici.

Secondo questo studio le emissioni di gas serra prodotte dalle grandi centrali ad acqua fluente o a bacino sarebbero molto più alte di quanto calcolato nei precedunti studi. Secondo la ricerca, quando il livello dell’acqua negli invasi a monte delle dighe scende i sedimenti sul fondo si riscaldano, favorendo l’attività microbiotica che rilascia metano in atmosfera.

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. Nel mondo ci sono circa 58 mila dighe che intercettano un sesto dell’acqua dei fiumi prima che vada in mare, e il numero delle dighe e degli impianti idroelettrici non fa che salire. Un esempio impressionante è la Diga delle Tre Gole cinese, che rappresenta una di circa 50mila sul fiume Yangtze (Yang et al., 2010). 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.

La costruzione di dighe può comportare la conversione di vaste aree di terra in serbatoi artificiali, alterando gli ecosistemi naturali, la flora e la fauna locali. Alcune specie animali, ad esempio, possono vedersi costrette ad abbandonare le zone in cui è attiva una centrale.

Infine, per quanto la produzione di energia idroelettrica non comporti, di per sé, emissioni di anidride carbonica, a generare questo tipo di problema è la stessa costruzione della centrale.

Vantaggi Svantaggi
Fonte rinnovabile Impatto ambientale
Emissioni ridotte Reservoirs
Efficienza energetica Dipendenza dalle risorse idriche
Flessibilità Rischio geologico
Sostenibilità a lungo termine Impatto sulla migrazione dei pesci

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.

In Italia, dagli inizi del XX secolo fino al primo dopoguerra, le risorse idroelettriche hanno rappresentato la maggiore fonte di dell’energia prodotta. Il settore idroelettrico in Italia infatti ha toccato picchi di poco inferiori al 100%. Oggi l’energia idroelettrica in Italia garantisce circa il 15% del fabbisogno energetico nazionale grazie all’apporto di più di 2.000 centrali. La produzione italiana si attesta sui 45 miliardi di kW annuali.

L’idroelettrico non è distribuito in modo uniforme sul territorio italiano. Oltre alla produzione energia idroelettrica in Italia, questo è una fonte rinnovabile utilizzata in tutto il mondo. In alcuni Paesi del mondo l’energia idraulica copre la maggior parte del fabbisogno energetico. In alcuni Paesi del mondo l’energia idraulica copre la maggior parte del fabbisogno energetico. Questo tipo di energia è prodotta dalle molte centrali idroelettriche nel mondo. Nel settore idroelettrico nel mondo, l’Asia è il maggiore produttore mondiale di energia idroelettrica. In Svizzera, Austria, Islanda e Svezia l’energia dell’acqua è la principale fonte energetica e in Norvegia addirittura il 99% dell’energia prodotta è idroelettrica.

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.

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