Energia Idroelettrica: Una Spiegazione Dettagliata
L’energia idroelettrica, anche detta idraulica, rientra tra i tipi di energia rinnovabile, dato che si crea grazie allo spostamento di masse d’acqua, e di energia alternativa, dato che non utilizza fonti fossili. 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 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.
Come si produce l'energia idroelettrica?
Il principio del funzionamento delle centrali idroelettriche può essere ricondotto alle prime ruote idrauliche, i cui ingranaggi venivano mossi dalle acque correnti dei fiumi che azionavano le macine. 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.
In realtà, esistono due tipologie di centrale idroelettrica:
- centrali a salto;
- centrali ad acqua fluente.
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.
Centrali ad Acqua Fluente
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.
E’ usuale trovare centrali ad acqua fluente nei pressi di grandi masse d’acqua di fiumi che superano dislivelli modesti. In questi casi l’acqua viene convogliata in un canale di derivazione e inviata alle turbine che vengono, di conseguenza, azionate. Le centrali a bacino, anche dette centrali a salto, sfruttano la consistente differenza di quota per produrre energia. Le centrali con impianti ad accumulo sono dotate di un bacino di raccolta anche a valle che permette il riutilizzo dell’acqua che ha permesso di generare energia elettrica durante il giorno. Esistono anche le centrali idroelettriche ad acqua marina, anche se scarsamente utilizzate, che utilizzano l’energia delle maree o delle onde per generare elettricità.
Le centrali idroelettriche possono offrire un valido contributo alla transizione energetica poiché sfruttano una fonte di energia pulita e rinnovabile: l’acqua. Queste centrali sono generalmente considerate affidabili e a basso costo poiché non richiedono combustibili costosi e possono essere facilmente regolate sulla domanda di energia elettrica. La carenza di pioggia, infatti, ha ridotto drasticamente, oltre ai livelli di fiumi e laghi, il livello di riempimento dei bacini utilizzati per produrre energia elettrica.
Pro e contro 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. 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.
L'energia idroelettrica è l'energia del futuro, non a caso, infatti, rappresenta una delle forme più pulite di approvvigionamento energetico, con un tasso di rinnovabilità potenzialmente infinito: fino a quando ci sarà acqua, ci sarà energia idroelettrica. Significativo è anche il contenimento dei costi legati ad un processo produttivo con spese di manutenzioni e funzionamento molto vantaggiose: esclusi i costi per l’approvvigionamento come la creazione delle dighe e degli impianti, le precipitazioni garantiscono infatti la completa gratuità e disponibilità della materia prima.
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. Nel 1879 si assiste, invece, alla costruzione di una centrale idroelettrica presso le cascate del Niagara, entrata a regime nel 1881 e la cui energia era usata per alimentare le industrie locali.
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. Dopo il calo registrato nel 2022 a causa della siccità, la produzione di energia idroelettrica in Italia ha ripreso a crescere.
Secondo gli ultimi dati forniti da Terna, le centrali idroelettriche attive nel nostro paese sono 4860, la maggior parte dei quali concentrati al Nord, nell’arco alpino tra Lombardia (749), Piemonte (1092), Veneto (408) e Trentino (891). La capacità idroelettrica cresce ovunque anche a livello globale: l’ultimo report dell’International Hydropower Association (IHA) ci dice che la capacità installata totale in tutto il mondo ha raggiunto gli 1,39 milioni di MW. La crescita più significativa ha riguardato l’Asia orientale e il Pacifico che continua a guidare la classifica dei maggiori produttori mondiali di energia idroelettrica, con la Cina in prima linea.
Nel Medioevo si deve agli Arabi la scoperta della ruota idraulica, un mulino senza pale impiegato per l'irrigazione dei campi e per la bonifica delle zone paludose. In Europa, alla fine del 1800, la realizzazione di una turbina motrice rappresentò un ulteriore passo in avanti nel progresso tecnico finalizzato allo sfruttamento della forza dell'acqua in movimento per generare elettricità. Si deve invece agli Stati Uniti la costruzione nel 1891 della prima centrale idroelettrica sulle cascate del Niagara.
Agli inizi del '900 l'energia prodotta con impianti idroelettrici si impone in modo preponderante in Italia, arrivando a rappresentare fino al primo dopoguerra la maggioranza dell'energia totale prodotta nel Paese. Nel 1951 viene costruita la centrale idroelettrica di Belluno, che si rivela la più grande d’Europa; oggi l’energia idroelettrica rappresenta circa il 90% della produzione mondiale da fonti rinnovabili e contribuisce per il 17% al totale della capacità installata globale.
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.
Piu’ recentemente, nel corso del ‘900, in Italia, si cominciò a sfruttare l’energia idraulica per produrre energia elettrica. La risorsa idrica è anzi stata per lungo tempo il solo strumento per la produzione di energia elettrica in Italia, ed è ancora oggi la principale risorsa di energia rinnovabile esistente. Fino dai primi anni ’60 l’idroelettrico ha vissuto una fioritura apparentemente inesauribile; dalle 563 centrali e 2100MW installati nel 1925 si arrivò a 1142 centrali nel 1962, quando la produzione fu di circa il 70% dell’intera energia prodotta nel nostro Paese.
In seguito la difficoltà di reperire siti adatti per la costruzione di nuovi impianti e la sempre maggiore richiesta di energia elettrica a livello nazionale hanno fatto in modo che la percentuale di produzione da fonte idroelettrica diventasse progressivamente minoritaria rispetto alla produzione ottenuta da centrali termoelettriche. Nel 2007 la percentuale di potenza efficiente lorda da fonte idrica risulta pari al 78,2% del totale disponibile proveniente da fonti rinnovabili (fonte “Statistiche 2007 sulle fonti rinnovabili in Italia” dal sito GSE), sostanzialmente invariata rispetto al 2006. Invece la produzione netta di energia da fonte idrica risulta pari al 9,5% dell’energia totale richiesta a livello nazionale sempre lo scorso anno, in diminuzione dell’11% rispetto al 2006 (a causa dell’andamento climatico).
Le recenti politiche incentivanti connesse alle fonti di energie rinnovabili idroelettrica e le innovazioni presenti nel campo dei sistemi architettonici, hanno reso particolarmente conveniente l’energia prodotta da centrale idroelettrica in Italia. Soprattutto le centrali idroelettriche italiane di piccole dimensioni possono sfruttare acqua energia e la forza dell’acqua anche su piccole portate.
Oltre alla produzione energia idroelettrica in Italia, questo è una fonte rinnovabile utilizzata in tutto il mondo.
Tabella riassuntiva delle centrali idroelettriche in Italia
| Regione | Numero di centrali |
|---|---|
| Lombardia | 749 |
| Piemonte | 1092 |
| Veneto | 408 |
| Trentino | 891 |
I mini e micro impianti idroelettrici costituiscono una fonte rinnovabile ancora ampiamente da sfruttare. Per il loro funzionamento è sufficiente avere salti di qualche decina di metri con adeguata e costante portata d’acqua. Le tipiche utenze sono i villaggi e le comunità montane, spesso lontane dalla linea elettrica e dotati di salti d’acqua che possono essere valorizzati. Tuttavia vi è anche la possibilità di rimettere in funzione vecchi impianti dismessi dall’ENEL o da enti locali perché considerati non piu’ remunerativi.
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