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Energia idroelettrica

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Energia idroelettrica 2017-04-03T13:35:11+00:00

Energia idroelettrica: l’energia rinnovabile più antica e importante

L’acqua è di certo una delle fonti più antiche utilizzate dal genere umano per produrre energia, già i greci e i romani la usavano. È una fonte di energia rinnovabile, abbondante e pulita. Ad oggi questo tipo di tecnologia riesce a coprire il 2% del fabbisogno energetico mondiale e il 14% di quella elettrica. Al mondo vi sono 800mila dighe, 45mila alte oltre 15 metri di altezza. I bacini di raccolta occupano un raggio di 300.000km, quindi un’area grande come l’Italia. L’ energia idroelettrica è sfruttata da molti paesi, per alcuni di questi è un elemento primario per l’energia: in Norvegia per esempio si parla del 96%, in Brasile del 75%, in Venezuela del 64% e in Canada del 60% e il 15% del fabbisogno italiano.

Che cos’è l’ energia idroelettrica

L’energia idroelettrica viene definita anche energia idraulica oppure idrica ed è quel tipo di energia che si origina sfruttando il movimento di masse di acqua in caduta. Quando questa cade produce energia cinetica, che si trasforma in energia potenziale gravitazionale,  la quale per mezzo di una turbina e di un alternatore, viene poi trasformata in elettricità. La parola deriva da idro, che significa acqua, e da elettrico, che fa riferimento all’energia. Questa è una forma di energia alternativa e ecologica che viene ricavata dai fiumi, dai laghi, per mezzo di dighe e di condotte forzate. Vi sono diversi tipi di centrale idroelettrica: impianti a deflusso regolato, impianti a acqua fluente e centrali a energia mareomotrice.

L’energia meccanica dell’acqua viene trasformata con un generatore elettrico in energia elettrica, per del processo fisico di induzione elettromagnetica. Per immagazzinare l’energia e per averla a disposizione, sono state create delle centrali idroelettriche centrali di generazione e di pompaggio, l’acqua qui viene pompata in serbatoi in alto, a monte, in modo da poter sfruttare, quando serve, l’energia prodotta dalla massa di acqua che ridiscende.

Anche se i vantaggi dell’ energia idroelettrica sono tanti, la costruzione di dighe e laghi artificiali ha comunque un certo impatto ambientale, che nei casi più gravi può anche scombussolare l’ecosistema e portare danni ambientali, si ricordi la diga di Assuan in Egitto, o calamità, come il disastro del Vajont.

Centrali idroelettriche

La centrale idroelettrica è un insieme di opere di ingegneria idraulica che vede diverse opere posizionate una vicina all’altra, insieme a macchinari particolari che servono allo scopo di ottenere energia elettrica. L’acqua è convogliata in turbine che ruotano con la spinta dell’acqua. Ognuna di queste è collegata ad un alternatore che trasforma la rotazione di questo in energia. Tutto dipende dall’acqua, quindi l’energia idroelettrica non è costante nel tempo, ma dipende dal rifornimento del bacino di acqua artificiale, dal regime degli emissari, cioè dei fiumi, dalle precipitazioni. In alcuni paesi l’acqua viene pompata durante la notte quando costa meno, utilizzandola poi di giorno, il guadagno non è indifferente.

Impianti a deflusso regolato

Impianti a deflusso regolato: Si tratta degli impianti più potenti e sfruttati, ma hanno un notevole impianto ambientale. Questi impianti funzionano con un bacino idrico naturale o artificiale, quindi laghi o serbatoi. In alcuni casi si tratta di bacini naturali nei quali viene aumentata la capienza con sbarramenti. Questo genere di impianti possono essere utilizzati come accumulatori energetici, pompando su e giù l’acqua.

Impianti ad acqua fluente

Impianti ad acqua fluente: Gli impianti di questo tipo erano utilizzati in particolare nel secolo scorso, specialmente per azionare macchine utensili e piccoli laboratori. Oggi si usano molto meno di quanto si potrebbe ed è un peccato perché l’impatto ambientale sarebbe minore. Questi impianti non hanno la possibilità di regolare gli afflussi, quindi la portata che viene sfruttata è la medesima del corso d’acqua. Di conseguenza la turbina ha una produzione energetica con tempi e modi dipendenti dalla disponibilità d’acqua: se è scarsa cessa la produzione.

Impianti a energia mareomotrice

Impianti a energia mareomotrice: le onde, le maree, le correnti e il divario termico tra superficie e fondale sono tutti elementi che possono convertirsi in energia. Gli impianti di questo tipo non sono molti. In Unione Europea vi sono 100 siti, in Italia quello importante è sullo stretto di Messina. Sfruttare il moto ondoso del mare al fine di ottenere energia elettrica è davvero ingegnosa, così anche quella di sfruttare il divario tra alta marea e bassa marea. È ovvio che in questo caso deve essere importante e quindi centrali di questo tipo possono essere costruite solamente in zone precise.

Com’è fatto un impianto di energia idroelettrica

Un impianto idroelettrico di tipo a deflusso regolato è costituito da 5 elementi essenziali:

  • un sistema di raccolta dell’acqua,
  • una turbina, che tramuta l’energia potenziale in meccanica
  • una conduttura forzata
  • un generatore che converta l’energia meccanica in elettrica
  • un sistema di controllo, per regolare la portata d’acqua.

Una volta che l’acqua è stata utilizzata, viene rimessa nel suo corso naturale senza che vi siano trasformazioni particolari nelle sue proprietà fisiche e chimiche. Il metodo di raccolta è un’opera di sbarramento, cioè una diga che deve essere costruita secondo precise regole di costruzione e di gestione. La legislazione è molto complessa, secondo il Servizio Nazionale Dighe. Ad ogni modo gli sforatori in alto e lo scarico in fondo servono a garantire una gestione controllata della massa d’acqua. In base a dove viene realizzato lo sbarramento, vi sono tipologie differenti.

Quando l’acqua è stata raccolta, viene mandata nella turbina con delle condutture forzate, che sono tubi che si estendono dal luogo di raccolta alla centrale idroelettrica. Di solito questi tubi sono inclinati e sono in lamiera di acciaio. Ogni sezione è chiusa da valvole per permettere una chiusura perfetta. La capacità della turbina dipende dal salto dell’acqua e dalla portata. Il salto utile è il dislivello tra dove si trova l’acqua inizialmente e il livello di scarico. La portata invece è il volume in metri cubi dell’acqua che passa nel tubo in un secondo. Le centrali sono dotate di una stazione di misura e dei dati delle portate degli ultimi anni.

In ogni turbina si trova un elemento che serve per immettere e distribuire l’acqua che conduce al girante, dove l’energia potenziale si tramuta in meccanica. In base al salto si hanno turbine ad azione (fino a mille metri), cioè che trasformano l’energia nell’organo di distribuzione, o turbine a reazione(fino a 200n metri), che sfruttano l’azione del girante. Le seconde hanno una maggiore portata. Il generatore, collegato all’albero della turbina, trasforma l’energia meccanica in elettrica.

Un generatore è costituito da un rotore mobile, su questo viene installato un magnete, e da una sezione fissa, cioè lo statore. Il campo magnetico che si genera trasmette della forza elettromagnetica agli avvolgenti di rame che vi sono sullo statore. Dal generatore sempre grazie a cavi di rame esce energia elettrica che si caratterizza di una tensione di 5.000 Volt. Una volta poi che questa giunge nel trasformatore la tensione si innalza a 150.000 Volt. Il sistema è controllato, protetto e funziona con apparecchiature elettroniche molto precise che bloccano l’impianto in caso di situazioni anomale o pericolose.