Energia Idroelettrica: Produzione, Funzionamento e Utilizzo
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?
Come riportato nell'illustrazione schematica del funzionamento di una centrale idroelettrica, 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.
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.
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.
L’acqua in caduta o in movimento produce energia cinetica, la quale a sua volta viene trasformata in energia elettrica grazie ad appositi impianti muniti di turbine e alternatore.
Sin dalle origini quella idroelettrica è stata, ed è ancora, la seconda maggiore fonte energetica rinnovabile dopo le biomasse.
Oltre il 20% della produzione mondiale di energia elettrica, pari a circa 236 Mtep, proviene da centrali idroelettriche per una potenza installata di circa 750.000 MW.
Si stima che l'energia idroelettrica prodotta sia solo una piccola parte (di poco superiore al 10%) dell'energia potenzialmente ottenibile. I maggiori potenziali risultano localizzati nei paesi in via di sviluppo mentre nell'europa occidentale il potenziale residuo è limitato a circa il 30%.
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.
E’ 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.
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.
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, 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.
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).
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'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.
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.
Tra le fonti rinnovabili, l'energia idroelettrica costituisce a livello nazionale la principale forma di energia alternativa ai combustibili fossili.
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.
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 delle centrali idroelettriche in Italia (dati Terna)
| Regione | Numero di centrali |
|---|---|
| Lombardia | 749 |
| Piemonte | 1092 |
| Veneto | 408 |
| Trentino | 891 |
| Totale Italia | 4860 |
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