Energia Idroelettrica: cos’è, come funziona e che tipo di centrali esistono

L’uso dell’acqua come fonte di energia è un ottimo esempio per dimostrare la capacità e l’ingegno umano nell’adattare la tecnologia alle risorse naturali disponibili e riuscire così a soddisfare efficacemente le esigenze energetiche di una popolazione.

L’energia idrica oggi è un pilastro tra le fonti rinnovabili e giocare un ruolo fondamentale nella produzione di elettricità a livello mondiale.

Che cos’è l’energia idroelettrica?

L’idroelettrico è una forma di energia rinnovabile ottenuta sfruttando la forza dell’acqua in movimento, proveniente per esempio da fiumi o corsi d’acqua, per generare elettricità.

Provando a semplificare la definizione di energia idroelettrica, si tratta di un processo che sfrutta il potenziale energetico dei moti che si generano nell’acqua per convertirla in energia elettrica utilizzabile.

Come funziona una centrale idroelettrica?

Come funziona una centrale idroelettrica è presto detto: l’impianto sfrutta la forza cinetica dell’acqua in movimento o l’energia potenziale dell’acqua rialzata.

Il funzionamento di una centrale idroelettrica è certamente complesso, ma i suoi principali passaggi sono:

1. Cattura dell’acqua → L’acqua viene raccolta da un fiume o da un bacino idrico.
2. Canalizzazione → Successivamente viene convogliata attraverso un condotto o una tubazione.
3. Conversione dell’energia → L’acqua in movimento fa girare le pale di una turbina collegata a un generatore elettrico.
4. Generazione elettrica → La turbina genera elettricità mentre ruota.
5. Trasmissione → L’energia elettrica prodotta viene trasmessa attraverso linee elettriche per l’uso nelle case e nelle industrie.

La produzione di energia idroelettrica è considerata una forma sostenibile, poiché non produce emissioni di gas serra dirette e si basa su una risorsa naturale abbondante, l’acqua. Tuttavia, la costruzione delle centrali, ma anche delle dighe, può avere impatti ambientali e sociali significativi, che non vanno sottovalutati.

Acqua ed energia, la storia dell’idroelettrico

L’uso dell’acqua come fonte energetica e dell’idroelettrico risale a millenni fa e riflette la creatività umana nello sfruttare le risorse naturali per generare potenza.

I mulini ad acqua, utilizzati per macinare cereali o svolgere altre attività manuali, sono il primo esempio di applicazione di idroelettrico già ai tempi degli egizi. Gli antichi Romani avevano una vasta rete di acquedotti e utilizzavano la forza dell’acqua per pompare l’acqua nelle città.

Al Rinascimento risale l’invenzione di dispositivi come la ruota idraulica, che consentiva di sfruttare meglio l’energia proveniente dall’acqua. Di questo periodo sono anche i primi esperimenti con le pompe idrauliche e le turbine.

La Rivoluzione Industriale del XIX secolo diede una forte accelerata alla domanda di energia. È in questo momento che vengono costruite le centrali idroelettriche, necessarie per alimentare le fabbriche e le prime reti elettriche. Una delle prime centrali idroelettriche fu costruita a Fox River, Wisconsin, nel 1882.

Nel XX secolo, l’energia idroelettrica divenne a tutti gli effetti una fonte di energia elettrica sempre più diffusa in tutto il mondo.

Oggi, l’idroelettrico è una delle fonti di energia rinnovabile più utilizzate e in cui si concentrano gli investimenti di molti Paesi, soprattutto per applicare nuove tecnologie e soluzioni innovative, come le continue centrali a pompaggio, per la gestione dell’energia idroelettrica.

I diversi tipi di centrali idroelettriche

Uno dei principali metodi di classificazione delle centrali idroelettriche si basa sul tipo di flusso d’acqua e sulla modalità di sfruttamento dell’energia.

I principali tipi di centrali sono:

Ad acqua fluente

Queste centrali sfruttano il flusso naturale dell’acqua per far girare le turbine. Sono comunemente utilizzate prelevando acqua nei fiumi.

A bacino

La centrale idroelettrica a bacino utilizza una diga per creare un serbatoio d’acqua in cui l’energia potenziale viene poi convertita in elettricità.

Ad accumulazione

Questo tipo di impianto, detto anche centrale idroelettrica a serbatoio, utilizza serbatoi di accumulo dell’acqua per gestire e regolare la produzione di energia.

A pompaggio

La centrale idroelettrica a pompaggio immagazzina l’energia elettrica in eccesso, pompa l’acqua verso un serbatoio a una quota superiore e poi la rilascia per generare elettricità quando c’è una richiesta più alta dello standard.

Classificazione in base alla grandezza

Dimensione e capacità di produzione delle centrali sono un’altra unità di misura e di classificazione di questa tipologia di impianto idroelettrico.

Alcune delle categorie più comuni si basano sulla capacità di generazione e possono variare da pochi kilowatt a diversi megawatt e sono:

• Piccolo idroelettrico
  Gli impianti idroelettrici di piccola scala, noti come piccoli idroelettrici, hanno una capacità di produzione di energia elettrica che di solito va da 100 kilowatt a 1 megawatt. Queste centrali possono essere utilizzate per alimentare comunità locali, aziende o piccole industrie.
• Mini idroelettrico
  Gli impianti mini idroelettrici sono di dimensioni leggermente più grandi rispetto a quelli piccoli, con una capacità che va da 1 a 10 megawatt. Sono spesso utilizzati per fornire elettricità a più comunità o per alimentare stabilimenti industriali di medie dimensioni.
• Micro idroelettrico
  Gli impianti micro idroelettrici sono i più piccoli tra i tre, con una capacità che di solito va da pochi kilowatt a meno di 100 kilowatt. Sono adatti per applicazioni locali, come l’alimentazione di una singola abitazione, una fattoria o un piccolo impianto industriale. Sono molto flessibili e hanno un minimo impatto ambientale.

Schema centrale idroelettrica

Una centrale idroelettrica comprende vari componenti, tra cui la diga, il serbatoio o il fiume, la turbina, il generatore e il sistema di trasmissione.

Riassumiamo in questo schema una centrale geotermica:

• Diga: Viene costruita per accumulare acqua e creare un serbatoio o bacino idrico. La differenza di quota tra il livello dell’acqua nel serbatoio e la base delle dighe idroelettriche rappresenta la forma di energia potenziale che può essere convertita in elettricità.
• Serbatoio o bacino idrico: Agisce come una sorta di “riserva”, consentendo di accumulare una grande quantità di acqua in modo controllato. L’acqua rilasciata dal serbatoio scorre attraverso il condotto verso la turbina.
• Condotto forzato o canale: È il tubo che trasporta l’acqua dal serbatoio alla turbina, progettato per massimizzare la pressione dell’acqua e la sua velocità prima di raggiungere la turbina, il che aumenta l’efficienza del processo.
• Turbina: È un dispositivo meccanico composto da pale o palette collegate a un albero rotante. L’acqua in movimento ad alta velocità entra nella turbina idroelettrica e fa girare le pale, convertendo l’energia cinetica dell’acqua in energia meccanica.
• Generatore: La turbina è collegata all’albero di un generatore. Quando la turbina gira grazie all’acqua in movimento, gira anche l’albero del generatore, creando un campo magnetico che genera energia elettrica per il principio di induzione elettromagnetica.
• Trasformatore: Viene utilizzato per aumentare o abbassare la tensione, a seconda delle esigenze, prima che l’energia venga trasmessa lungo le linee elettriche per l’uso in abitazioni, industrie e altre applicazioni.
• Linee di trasmissione: L’energia elettrica viene inviata attraverso una rete di linee elettriche a diverse destinazioni. Queste linee trasportano l’energia dove c’è bisogno.

Energia idroelettrica: vantaggi e svantaggi

L’energia idroelettrica presenta numerosi vantaggi, tra cui l’affidabilità, la riduzione delle emissioni di gas serra e l’efficienza energetica. Tuttavia, ci sono anche svantaggi, come l’impatto ambientale causato dalla costruzione di dighe e la dipendenza dalle risorse idriche.

Energia idroelettrica in Italia

L’energia idroelettrica costituisce la principale risorsa rinnovabile in Italia, tuttavia, il parco idroelettrico del paese sta invecchiando e necessita di urgenti investimenti.

Secondo una ricerca condotta da Bain&Company, ben il 70% delle centrali idroelettriche italiane ha superato i 40 anni di servizio, mettendo in luce la necessità di interventi di manutenzione e, ancor più importante, di modernizzazione delle infrastrutture.

Il rapporto stima che serviranno almeno 10 miliardi di euro per rinnovare il settore e riconfermare l’energia idroelettrica come protagonista nella transizione energetica, migliorando l’efficienza e la competitività delle infrastrutture.

L’idroelettrico nel Paese deve fare anche i conti con sfide legate all’incremento della siccità, causata dai cambiamenti climatici e dall’aumento delle temperature.

Il 2023 ha registrato temperature più elevate e precipitazioni al minimo, oltre a un livello di innevamento estremamente basso. Questi cambiamenti hanno contribuito all’irregolarità crescente nei flussi d’acqua e gli effetti di questa situazione sono stati particolarmente devastanti per la produzione di energia idroelettrica, che è scesa dal 15-20% degli anni precedenti al 10%, un livello mai così basso dal 1950.

Diga delle Tre Gole, la centrale idroelettrica più grande al mondo

La Diga delle Tre Gole, conosciuta anche come la Grande Diga delle Tre Gole, è una delle opere d’ingegneria più imponenti e controverse mai realizzate. Situata sul fiume Yangtze nella Cina centrale, la diga è stata completata nel 2006 ed è riconosciuta come la centrale idroelettrica più grande al mondo.

Si estende per oltre 2,3 chilometri e raggiunge un’altezza di circa 185 metri. Il suo serbatoio, il Bacino delle Tre Gole, si estende per circa 660 chilometri quadrati, creando spazio sufficiente per una riserva d’acqua enorme.

La costruzione della diga è stata controversa a causa dell’impatto ambientale. Per la creazione del bacino, infatti, vaste aree di terra sono state sommerse, causando la perdita di habitat naturali, l’abbassamento del livello delle acque sotterranee e la migrazione di migliaia di persone che vivono nella zona. Alcune preoccupazioni hanno riguardato anche la sedimentazione e l’inquinamento del fiume, nonché per la stabilità geologica dell’area.

Nonostante le legittime preoccupazioni, l’opera ha portato i vantaggi sperati al territorio: oltre alla produzione di energia elettrica, la diga ha migliorato la navigabilità del fiume, riducendo i costi di trasporto delle merci. Inoltre, ha contribuito al controllo delle inondazioni, proteggendo la popolazione lungo il fiume Yangtze dalle devastazioni delle alluvioni.

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