L’energia idroelettrica sfrutta la forza dell’acqua per generare elettricità. L'acqua è una delle più antiche fonti di energia green utilizzate dall’uomo ed è l’elemento naturale su cui si basa la tipologia di energia rinnovabile più diffusa nel mondo: l’energia idroelettrica, detta anche energia idrica o energia idraulica.
L'energia idroelettrica, dunque, è l'energia elettrica che viene prodotta mediante l'utilizzo dell'energia cinetica dell'acqua in movimento, come quella dei fiumi o dei corsi d'acqua. L'energia idroelettrica viene prodotta mediante l'utilizzo di impianti chiamati centrali idroelettriche, che sfruttano la forza di grandi masse d'acqua per far girare delle turbine collegate a generatori elettrici.
Come si Produce l'Energia Idroelettrica?
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. Come riportato nell'illustrazione sottostante, a sinistra è presente il bacino artificiale - creato in questo caso grazie a una diga - mentre alla sua destra è presente una condotta forzata (in inglese "penstock") che sfrutta la gravità per far arrivare l'acqua alla centrale.
Una volta giunta a valle, l'acqua è in grado di far ruotare una turbina (la cui tipologia varia a seconda dell'altezza del salto), generando corrente elettrica. Gli impianti idroelettrici trasformano l'energia potenziale dell'acqua in caduta da una certa altezza in energia meccanica per mezzo di turbine (motori primi) azionanti generatori elettrici.
Tipi di Centrali Idroelettriche
Esistono principalmente tre tipi di centrali idroelettriche:
- Centrali a bacino
- Centrali ad acqua fluente
- Centrali di pompaggio o ad accumulo
Centrali a Bacino
Questi tipi di impianto si trovano soprattutto nelle regioni montane e il loro funzionamento è basato sull’utilizzo di un bacino idrico che può essere di origine naturale (laghi) o artificiale (serbatoio). In alcuni casi, per aumentare la capienza dei bacini naturali, si possono utilizzare degli sbarramenti che consistono in dighe alte molte decine di metri, costruite in prossimità della centrale, oppure ad alta caduta, nel caso in cui l’impianto si trova ad un livello inferiore rispetto al serbatoio.
Nelle centrali a bacino, l’acqua viene convogliata in una turbina attraverso condutture forzate (tubazioni in lamiere e acciaio) che ruotando generano energia elettrica.
Centrali ad Acqua Fluente
Gli impianti ad acqua fluente sfruttano la portata naturale disponibile di un corso d’acqua. L’acqua viene convogliata attraverso un canale di derivazione e raggiunge le turbine che producono energia. Questo tipo di impianto era utilizzato soprattutto all’inizio del secolo scorso per azionare le macchine utensili presenti all’interno di piccoli laboratori e non permette di regolare gli afflussi d’acqua.
Ciò significa che la portata sfruttata coincide con quella disponibile nel corso d’acqua. 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.
Centrali di Pompaggio o ad Accumulo
Gli impianti idroelettrici ad accumulo prevedono l’utilizzo di due serbatoi collocati a quote differenti, uno a monte e uno a valle, e permettono di incrementare la produzione di energia delle centrali a bacino. Durante le ore notturne, quando la richiesta di energia è minore, l’acqua viene trasferita dal bacino di valle al bacino di monte tramite un sistema di pompaggio.
Nelle ore diurne, ovvero quando la richiesta di energia elettrica è maggiore, l’acqua immagazzinata nel bacino di raccolta viene usata per la produzione di energia elettrica.
Tipologie di Turbine Idrauliche
Le turbine idrauliche si dividono in tre grandi tipologie, che variano a seconda della quantità d’acqua, portata, e del dislivello o ‘salto idraulico’ disponibili. Questo avviene in due passaggi: prima attraverso un distributore e poi attraverso una girante.
- Turbina Francis
- Turbina Pelton
Turbina Francis
In presenza di un salto medio, compreso tra i 20 m ed i 100/150 m circa e di una portata d’acqua media, generalmente viene utilizzata la turbina Francis. Questo tipo di macchina ha una sola regolazione: le pale del distributore si muovono per gestire al meglio il flusso di acqua e lo indirizzano alla girante che è costituita da profili idraulici fissi.
Turbina Pelton
In presenza di grandi salti, superiori ai 100/150 m e con portate contenute, normalmente inferiori ai 10 m3/s, si utilizza la turbina Pelton. Il principio di funzionamento di questa turbina rispecchia quello della classica ruota a pale dei vecchi mulini.
Pro e Contro 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.
L'Utilizzo dell'Energia Idroelettrica in Italia e nel Mondo
L’acqua è una delle fonti di energia più antiche. 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.
Grazie alla sua conformazione, il territorio del nostro Paese da sempre ha offerto numerose opportunità per lo sviluppo di impianti in grado di sfruttare l'energia dell'acqua. Già nel 1895, infatti, a Porto d’Adda, in Lombardia, veniva costruita la prima centrale idroelettrica italiana, tuttora operativa. Da allora il nostro Paese ha compiuto numerosi passi, fino a contare oggi 4860 impianti idroelettrici, grazie ai quali (secondo gli ultimi dati di Terna) nel 2022 sono stati generati circa 30.290 GWh di energia, quasi il 50% dell'intera produzione nazionale da rinnovabili.
Dato che i bacini idrici si concentrano soprattutto lungo l'arco alpino, al Nord viene generato circa il 75% dell'energia a livello nazionale.
Tabella Riepilogativa: Energia Idroelettrica in Italia
| Regione | Numero di Centrali |
|---|---|
| Lombardia | 749 |
| Piemonte | 1092 |
| Veneto | 408 |
| Trentino | 891 |
| Totale Italia (circa) | 4860 |
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