Energia Idroelettrica: Immagini e Funzionamento
L’energia idroelettrica è una forma di energia rinnovabile che utilizza la forza dell’acqua per generare elettricità. Viene considerata pulita e sostenibile, tanto che si parla spesso anche di energia verde idroelettrica. Ma come funziona esattamente quest’energia green e quali sono i suoi vantaggi?
Sicuramente l’idroelettricità è una delle fonti di energia rinnovabili più “antiche” e più utilizzate al mondo e rappresenta una parte significativa della produzione globale di elettricità. E se, come anticipato, lo sfruttamento della forza dell’acqua risale all’antichità, la rivoluzione dell’energia idrica è un po’ più recente e si colloca nel XIX secolo con l’invenzione della turbina idraulica (la prima tipologia, ideata da James B. Francis, vide la luce nel 1848) e, dopo pochi anni, dell’apertura della prima centrale idroelettrica negli Stati Uniti: costruita nel 1879, entrò a regime nel 1881 alle Cascate del Niagara.
Il principio alla base del funzionamento dell’energia idroelettrica è la trasformazione dell’energia cinetica e potenziale dell’acqua in energia meccanica e, a seguire, in energia elettrica tramite turbine e generatori. Di solito, questo processo avviene nelle cosiddette centrali idroelettriche, dove grandi quantità d’acqua vengono convogliate - tramite una diga o un altro sistema capace di creare un bacino d’acqua, nell’impianto idroelettrico.
Queste caratteristiche rendono l’energia idroelettrica una forma di energia sostenibile perché rinnovabile e pulita visto che non produce emissioni tossiche durante il processo di generazione e utilizza una risorsa naturale potenzialmente inesauribile come l’acqua (anche se, sappiamo bene che l’acqua potabile non è affatto inesauribile).
Componenti Principali di una Centrale Idroelettrica Moderna
Fondamentalmente, una moderna centrale idroelettrica è composta da un bacino idrico, una diga, condotte forzate, turbine e generatori. Il bacino immagazzina il "carburante" e consente agli operatori di controllare quanta acqua viene alimentata alle turbine.
L'acqua proveniente dal bacino viene convogliata alle turbine attraverso un ingresso (diga a saracinesca) e una condotta forzata. Un sistema di filtraggio in ingresso pulisce ulteriormente l'acqua per garantire che sia relativamente priva di solidi sospesi, che potrebbero danneggiare le pale della turbina.
La ruota idraulica del passato si è evoluta nella moderna turbina. A differenza della forma e della configurazione della pala, i tre principali tipi di turbina sono la Francis, la Kaplan e la Pelton, che prendono il nome dai loro inventori. Indipendentemente dal tipo di progettazione, la turbina converte l'energia cinetica del movimento o della caduta dell'acqua in energia meccanica.
La turbina è collegata attraverso l'albero al rotore di un generatore che converte l'energia meccanica in elettricità.
Mentre i concetti di energia idroelettrica sono semplici e diretti, il funzionamento è tutt'altra cosa. Ogni moderna centrale idroelettrica si basa su una moltitudine di sistemi complessi che monitorano, controllano e migliorano le condizioni per garantire il corretto funzionamento.
I cuscinetti e i sistemi di lubrificazione minimizzano l'attrito e l'usura delle parti in movimento. I filtri intrappolano il particolato che può abradere le pale della turbina. Potenti sistemi idraulici aprono e chiudono le saracinesche.
Tipi di Centrali Idroelettriche
Esistono due tipologie di centrale idroelettrica:
- centrali a salto;
- centrali ad acqua fluente.
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.
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. 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.
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.
Centrali ad Accumulazione
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.
Pro e Contro dell'Energia Idroelettrica
Come anticipato c’è sempre un rovescio della medaglia. Benché l’idroelettricità sfrutti, infatti, il ciclo naturale dell’acqua, la costruzione dei grandi impianti necessari a produrre grandi quantitativi di elettricità può avere conseguenze ambientali considerevoli: dalla modifica degli ecosistemi fluviali alla possibilità/necessità di inondare cospicue aree.
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.
Infine, la deviazione di grandi quantità di acqua fluviale riduce le portate del fiume, influenzando la velocità e la profondità dell’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.
Date le sue caratteristiche, è chiaro che l’energia idroelettrica rientri nelle strategie energetiche dei vari paesi del mondo. Il settimo obiettivo dell’Agenda 2030 infatti mira ad assicurare a tutti l’accesso a sistemi di energia economici, affidabili, sostenibili e moderni. Gli Stati devono quindi investire sulle fonti di energia rinnovabili e modificare le proprie abitudini di consumo. E anche l’Italia si muove in tal senso.
Per rispondere a questi obiettivi, in Italia è stato approvato e pubblicato dal MiSE (ma è in aggiornamento continuo), il Piano nazionale integrato per l’energia e clima (Pniec). Il piano prevede di portare al 30% la produzione da fonti rinnovabili di energia per il consumo finale e si punta al 55% di impiego di energie green. In questo Piano, l’energia idroelettrica ha un ruolo importante visto che rimane una delle principali fonti di energia rinnovabile in Italia: essa contribuisce per circa il 15-20% del fabbisogno elettrico nazionale (la percentuale varia a seconda delle condizioni climatiche e della disponibilità di acqua) grazie a una rete di ben 4.860 impianti, distribuiti soprattutto lungo le zone alpine.
Tabella riassuntiva: Pro e Contro dell'Energia Idroelettrica
| Pro | Contro |
|---|---|
| Rinnovabile e relativamente green | Elevati costi di investimento |
| Bassi costi di manutenzione | Possibile impatto ambientale grave |
| Tecnologia affidabile e collaudata | Modifica degli ecosistemi locali |
| Contrasto al riscaldamento globale e all’inquinamento | Deviazione dei corsi d’acqua |
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