Mi hanno sempre incuriosito le centrali idroelettriche per la loro maestosità e ingegnosità. Fin dall’antichità l’uomo ha sempre cercato di dirigere il proprio sguardo verso l’incompiuto. Un passo alla volta, come fosse una staffetta, si passano e si sono passati di mano in mano progetti e scoperte che hanno rivoluzionato il mondo nella rispettiva epoca.
Un susseguirsi di perfezionamenti nella storia ha portato questa tecnologia dal macinare un po’ di grano per fare il pane, a trasformare l’energia meccanica in energia elettrica, che serve praticamente a fare ogni cosa. In Italia abbiamo visto e sfruttato questa tecnologia dieci anni dopo la comparsa della prima centrale idroelettrica nel mondo. Ad oggi possiamo vantare di avere in Piemonte (praticamente sotto casa), una delle dighe più grandi d’Europa: la diga di Entracque. Da quando è stata costruita svolge egregiamente il suo lavoro.
Ma la tecnologia è in costante miglioramento e anche questa non lo è da meno. Infatti, sebbene la centrale di Entracque sia una grande opera d’ingegneria, non è più all’avanguardia come un tempo. I suoi nove generatori sincroni, anche se perfettamente funzionanti, non sfruttano le potenzialità che quest’epoca ha da offrice. In commercio si trovano generatori di ultima concezione che hanno un efficienza superiore rispetto ai loro predecessori. Sostituendo i vecchi motori con motori di nuova concezione si può produrre più corrente elettrica.
Dalle Origini ai Giorni Nostri
Migliaia di anni fa l’uomo impara a sfruttare l’energia cinetica dell’acqua. Vengono costruiti i primi mulini per macinare il grano. Successivamente i mulini si evolvono per soddiffare le esigenze del settore agricolo e industriale. Il loro funzionamento è semplice: mediante una ruota dotata di pale, si trasforma l’energia idraulica in energia meccanica.
Alla fine dell’ottocento però, con la scoperta dei fenomeni elettrici, si perfeziona il sistema precedentemente utilizzato. Nasce la turbina che ricava l’energia meccanica in modo più efficiente ed il generatore che a sua volta la trasforma in energia elettrica.
Nella seconda metà del 1800 ci sono tutti gli ingredienti utili a costruire le prime centrali elettriche. Nel 1879 si costruisce la prima centrale idroelettrica sfruttando le correnti delle cascate del Niagara negli Stati Uniti. Nel 1882 Thomas Edison crea la prima centrale idroelettrica degli Stati Uniti, che è in grado di rifornire le abitazioni limitrofe.
Nel 1898, nel nord dell’Italia, entra in funzione la centrale idroelettrica “Bertini di Paderno d’Adda”, nata da un accordo tra Edison e il comune di Milano per rifornire la rete dei tram. Essa rifornisce il milanese mediante una linea elettrica di 13.500 volt, lunga ben 32 km. Da allora la tecnologia è stata ulteriormente perfezionata per ottenere un migliore rendimento.
Nel 1982 in Italia, nel territorio di Entracque (un piccolo comune con meno di mille abitanti, nella provincia di Cuneo, in Piemonte), viene messa in funzione per la prima volta la centrale idroelettrica “Luigi Einaudi”. La costruzione dell’impianto iniziò nel 1969, molti anni prima della sua effettiva operatività. Questo perchè non è stata un’impresa facile. Le nevicate abbondanti impedivano l’avanzamento dei lavori nei mesi invernali. Si realizzarono due dighe : la diga del Chiotas di 27,3 milioni di m3 e la diga della Piastra di 9 milioni di m3.
Tipologie di Centrali Idroelettriche
Da questi presupposti sono stati ideati svariati modi per ricavare l’energia cinetica: ad acqua fluente, a bacino e ad accumulo tramite pompaggio, sono quelli più comunemente usati. Vengono scelti in base alle esigenze del luogo, alle difficoltà dettate dalla conformazione del territorio e dal volume d’ acqua della fonte. Tuttavia, sebbene assumano qualità costruttive differenti, alla base hanno un principio fisico in comune.
L’acqua del fiume o del torrente viene convogliata in un canale secondario, dove si trova la turbina idraulica. Gli impianti a bacino accumulano l’ acqua in un serbatoio (invaso o bacino di raccolta), per poi servirsene nei periodi di maggior richiesta di energia elettrica o condizioni di scarsa affluenza delle acque. É un sistema molto elastico poichè permette di regolare la quantità di acqua erogata in base alla richiesta di energia (deflusso regolato). Sono dotate di bacino di raccolta anche a valle.
Lo scopo della diga è quello di creare un serbatoio d’acqua che, accumulata nell’invaso, costituisce il potenziale della centrale. Rozzamente, la si può paragonare ad un recipiente comune, come ad un bicchiere d’acqua. La diga solitamente viene costruita in cemento armato con più gettate, in tempi diversi per favorirne l’asciugatura. L’acqua, presente all’ interno dell’ invaso, viene prelevata mediante una condotta forzata. È una conduttura che collega la diga alla stazione di produzione, il vero fulcro della centrale idroelettrica.
Il getto dell’acqua che attraversa la condotta forzata raggiunge le pale della turbina idraulica, che ruota per effetto della forza cinetica.
Tipologie di Turbine Idrauliche
Esistono diverse tipologie di turbine idrauliche, ognuna adatta a specifiche condizioni di caduta e portata d'acqua:
- Turbina Pelton: Si adatta ad alte cadute e piccole portate d’acqua. La pala ha la forma di doppio cucchiaio, per dividere il getto che lo investe. In questo modo l’acqua abbandona la sede senza rimbalzare su di essa.
- Turbina Francis: Si adatta a medie cadute e grandi portate d’acqua. Una camera a spirale avvolge una serie di pale fisse disposte lungo la circonferenza.
- Turbina Kaplan: Si adatta a basse cadute e grandissime portate d’acqua. Viene realizzata con pale orientabili che aumentano il rendimento della turbina stessa. Il getto è regolato sul punto ideale, che a seconda del flusso, corregge il tiro per ricavarne una rotazione ottimale.
Il Generatore Trifase
Il generatore trifase (o alternatore), è una macchina elettrica rotante collegata alla turbina per mezzo di un albero di trasmissione. Si divide in due tipologie: macchine asincrone e macchine sincrone. Esse, che siano l’una o l’altra, possono funzionare sia come motore che come generatore. La struttura funzionale è costituita da una parte fissa detta statore e una parte mobile detta rotore.
Il motore sincrono è costituito da più magneti permanenti, o avvolgimenti intorno al rotore. Il motore asincrono, solitamente, è a gabbia di scoiattolo. Questo comporta che come rotore ha un cilindro in cui sono fusi gli avvolgimenti rotorici.
Il Trasformatore
Il trasformatore viene impiegato per aumentare e ridurre la tensione. Una maggiore tensione riduce la caduta di tensione in quanto si incontra meno resistenza. In una centrale idroelettrica si parla sempre di trasformatore trifase alternato, proprio come la corrente generata dal generatore. Il trasformatore trifase inoltre è una macchina elettrica statica, questo vuol dire che non vi è nessun organo in movimento ( a differenza del generatore che è dinamico ).
Viene impiegato per collegare tra loro due sistemi trifase con tensione diversa. Esso trasforma l’ energia elettrica da un circuito primario ad un circuito secondario modificandone tensione e corrente. É costituito da due solenoidi isolati tra loro, ma avvolti attorno allo stesso magnete. Facendo passare corrente sul circuito primario, si genera un campo magnetico, provocando sul secondario una f.e.m. (forza elettromotrice) indotta. L’energia elettrica in uscita dal trasformatore costituisce l’ ultimo componente gestito dalla centrale idroelettrica.
La Centrale Luigi Einaudi
La centrale idroelettrica Luigi Einaudi è una centrale idroelettrica ad accumulo tramite pompaggio. Utilizza due diverse riserve d’acqua (Chiotas e Rovina) e dopo averne sfruttato la forza cinetica, la accumula in un bacino a valle (lago della Piastra). Quest’ ultima viene utilizzata per il pompaggio ai laghi superiori e per rifornire un’altra piccola centrale a valle. L’ acqua in esubero viene riversata nel torrente Gesso.
Poco distante ( 600 m ), è presente la centrale che eroga una potenza di 1310 MW in produzione e 1410 MW in pompaggio. Utilizza 9 macchine elettriche. Una turbina Francis con generatore da 150 MVA a 600 giri/min è per Rovina. Le altre otto sono destinate a Chiotas, con turbine reversibili ad asse verticale, di fabbricazione De Pretto - Escher Wyss e rispettivi generatori sincroni della Brown Boveri - Tecnomasio da 600 giri/min con potenza apparente di 170 MVA.
Come detto in precedenza, la centrale idroelettrica Luigi Einaudi utilizza generatori sincroni Brown Boveri - Tecnomasio a 600 giri/min con una potenza apparente di 170 MVA. È un sistema reversibile, cioè lo stesso motore se alimentato, fà ruotare in senso inverso il rotore, per eseguire il pompaggio. Sono motori affidabili, tuttavia di vecchia generazione. Ad oggi, sistemi di tecnologia più avanzati, permettono di creare generatori con un rendimento migliore.
I vecchi generatori, come accennato in precedenza, hanno un’efficienza minore rispetto agli attuali. Nel caso di generatori fabbricati 20 anni fa, si puo’ presuppore un efficienza pari al 96% a 50 Hz. Un generatore nuovo invece, sempre a 50 Hz, ha un efficienza pari al 98.7 %.
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