Ruota Idraulica: Funzionamento e Produzione di Energia Elettrica
L'energia idroelettrica, nota anche come energia idraulica, rappresenta la più antica delle fonti rinnovabili. Sfrutta la forza di grandi masse d'acqua in movimento, convogliate in dighe, chiuse, canali e ponti. 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.
Un Po' di Storia
Le prime testimonianze dell'utilizzo dei corsi d'acqua per la macinazione del grano risalgono ai Greci e ai Romani. Nel Medioevo, grazie all'influenza degli Arabi, si diffuse la ruota idraulica per canalizzare l'acqua usata per irrigare i campi. Risalgono infatti a greci e romani le prime testimonianze dell’utilizzo dei corsi d’acqua per la macinazione del grano mentre nel medioevo, e grazie all’influenza degli arabi, ebbe molta diffusione la ruota idraulica per canalizzare l’acqua usata per irrigare i campi.
Tra la fine dell'800 e l'inizio del '900 sorsero le prime grandi centrali idroelettriche negli Stati Uniti e in Europa. Quella delle Cascate del Niagara negli USA entrò a regime nel 1881 ed è ritenuta la prima realizzata al mondo. La prima vera centrale idroelettrica venne realizzata quattro anni dopo, nel Wisconsin e in Nord America furono installate centrali idroelettriche a Grand Rapids nel 1880, ad Ottawa e Dolgeville nel 1881. 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.
Agli inizi del '900 l'energia prodotta con impianti idroelettrici si impose in modo preponderante in Italia, arrivando a rappresentare fino al primo dopoguerra la maggioranza dell'energia totale prodotta nel Paese.
Come Funziona una Centrale 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. Per vedere realizzata la prima vera centrale idroelettrica bisognerà attendere, però, il 1878. Il funzionamento di una centrale idroelettrica è molto semplice: sfrutta la forza di gravità per muovere l’acqua e produrre l’energia cinetica che successivamente verrà trasformata in elettricità.
Per produrre energia dall’acqua si utilizza generalmente un sistema basato sulla caduta controllata del liquido da altezze variabili. L’acqua, proveniente da fiumi, laghi e torrenti, viene bloccata in un invaso grazie a dighe naturali o artificiali in modo da sollevarne il livello rispetto alla centrale di produzione vera e propria che si trova in basso. Una serie di condotte convoglia l'acqua a valle dove la centrale ospita un sistema di turbine idroelettriche; l’acqua, grazie al dislivello creato dal percorso delle condutture, assume una velocità sempre maggiore e mette in funzione le turbine che collegate ad un alternatore trasformano l'energia cinetica, generata dalla rotazione delle turbine, in energia elettrica.
La fase successiva consiste nel trasformare l’energia meccanica in energia elettrica mediante un alternatore.
Tipologie di Centrali Idroelettriche
Esistono diverse tipologie di centrali idroelettriche, tra cui:
- Centrali ad acqua fluente: 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.
- Centrali a bacino: Le centrali a bacino, anche dette centrali a salto, sfruttano la consistente differenza di quota per produrre energia.
- Centrali con impianti ad accumulo: 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.
- Centrali idroelettriche ad acqua marina: Esistono anche le centrali idroelettriche ad acqua marina, anche se scarsamente utilizzate, che utilizzano l’energia delle maree o delle onde per generare elettricità.
Micro Idroelettrico e Ruote Idrauliche Moderne
Non solo grandi strutture: oggi a tenere banco sono anche le possibilità offerte dal micro idroelettrico, impianti che sfruttano l’azione di portate d’acqua più contenute. Appartengono a questa categoria gli impianti di potenza inferiore ai 100 kW ma anche quelli con una potenza fino a 5 kW. Anche in questo caso il flusso d’acqua che scorre fa girare una turbina, che connessa a un alternatore trasformerà l’energia cinetica dell’acqua in energia elettrica.
Pur essendo dispositivi di origini antiche, le ruote ad acqua stanno riaccendendo l’interesse di diversi Paesi come fonte di energia rinnovabile. A differenza di altri sistemi rinnovabili come il fotovoltaico e l’eolico, infatti, le ruote idrauliche sono in grado di fornire un flusso di energia continuo.
Energia Idroelettrica in Italia e nel Mondo
Oggi quasi il 90% dell’energia mondiale prodotta da fonti rinnovabili è costituita dall’energia idroelettrica e, per alcuni paesi come Norvegia, Nuova Zelanda, Svizzera, Canada e Svezia essa rappresenta la principale fonte di energia riuscendo in alcuni casi a coprire gran parte del loro fabbisogno.
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.
| Regione | Numero di Centrali |
|---|---|
| Lombardia | 749 |
| Piemonte | 1092 |
| Veneto | 408 |
| Trentino | 891 |
Prospettive Future e Impatto Ambientale
Le prospettive future dell’energia idroelettrica tendono a ridimensionarne ruolo e utilizzo, soprattutto rispetto ai grandissimi impianti, accusati di avere un impatto ambientale non indifferente. La ricerca scientifica attuale propende verso un utilizzo di questa fonte energetica in strutture e impianti di piccola o piccolissima dimensione in modo da poter sfruttare dighe relativamente piccole e non impattanti sul territorio e sull’ecosistema oppure addirittura a farne a meno usando solo il dislivello naturale dei corsi d’acqua.
tag: #Idraulica