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energia idroelettrica

Energia idroelettrica: cos’è e quali sono vantaggi e svantaggi

È la più produttiva tra le rinnovabili e in Italia contribuisce al 20% dell’energia elettrica complessiva. Le innovazioni future la renderanno più efficace, limitando ulteriormente l’impatto sull’ambiente

L’energia idroelettrica è la più antica tra le fonti energetiche rinnovabili, nonché una tra le più importanti. Essa sfrutta la forza dell acqua come fonte di energia. Grandi masse d’acqua trattenute in chiuse, dighe o canali, cadendo verso il basso producono energia cinetica. La quale, tramite impianti dotati di turbine e alternatore,  viene trasformata in energia elettrica. Questa energia rinnovabile ha un basso impatto ambientale e contribuisce quasi al 20% della produzione complessiva di energia elettrica in Italia.

Cos’è l energia idroelettrica

L’energia idroelettrica è una energia pulita che sfrutta due elementi: l’acqua fluente e la forza di gravità. Racchiusa in un bacino, l’acqua scorre a valle attraverso dei canali o delle grandi condotte. Il dislivello determina un notevole aumento dell’energia. Quando l’acqua arriva alla centrale idroelettrica, situata a valle, aziona le turbine che producono l’energia. Infine, un trasformatore abbassa l’intensità della corrente e aumenta la tensione in modo che possa essere immessa nella rete.

Energia idroelettrica: storia

Le origini dell’energia idroelettrica risalgono alle civiltà greche e romane, le prime a sfruttare la potenza dell’acqua per produrre energia. In particolare, esse realizzarono dei mulini ad acqua per macinare il grano, utilizzando quindi l’energia cinetica. Il principio applicato ancora oggi, basato su bacini contenitivi e corsi d’acqua in condotte forzate, fu invece messo in pratica solo nel Basso Medioevo dagli Arabi del Nord Africa. L’invenzione della ruota idraulica, una sorta di mulino che ruota attorno a un perno grazie alla spinta dell’acqua, permise loro di irrigare i campi e di bonificare ampie zone paludose. Una scoperta che alla fine dell’Ottocento ebbe un’importante evoluzione, trasformandosi in quella che ancora oggi è la turbina. In sostanza, una macchina motrice composta da una ruota a pale fissata su un asse.

Energia idroelettrica: funzionamento

Il funzionamento di un impianto idroelettrico, come abbiamo visto all’inizio, è in realtà piuttosto semplice a livello concettuale. A monte si realizza un bacino artificiale (oppure si sfrutta un bacino naturale). Una diga sbarra il deflusso dell’acqua contenuta in esso, che viene convogliata a valle attraverso condutture forzate. Qui, la rotazione delle turbine si trasforma in energia elettrica grazie all’alternatore. L’impianto idroelettrico può essere di tre tipi.

  • Ad acqua fluente: sfrutta la portata di un corso naturale collocato su due livelli. Tramite un canale, l’acqua confluisce in un bacino, percorre un dislivello e raggiunge la turbina. La potenza dipende dalla portata del corso d’acqua e dal “salto”.
  • A bacino: l’acqua è raccolta in un bacino e bloccata da una diga a gravità o ad arco, poi defluisce a valle. Questo sistema consente di controllare e regolare il flusso.
  • Di pompaggio o ad accumulo: l’acqua viene portata in quota con l’ausilio di pompe da un bacino situato a valle ad un secondo bacino collocato a monte. Da qui viene poi fatta defluire. Questo sistema permette di accumulare l’energia per le ore di maggiore richiesta.

La turbina idroelettrica

La turbina idroelettrica è lo strumento che trasforma l’energia cinetica in energia meccanica. Si tratta di un sistema molto efficiente, in quanto converte oltre il 90% della cinetica dell’acqua. È composta da una parte fissa (distributore o statore) che regola il flusso e da una ruota (o girante) che trasporta l’energia cinetica all’albero sul quale è montata. Esistono tre principali tipi di turbine.

  • Francis, il tipo più utilizzato, ideato nel 1848 dall’ingegnere angloamericano James B. Francis. Funziona a flusso centripeto e si utilizza per dislivelli  da 10 a 300/400 metri e portate di acqua da 2 a 100 metri cubi al secondo.
  • Pelton, sviluppata nel 1879 dal carpentiere americano Lester Allan Pelton, funziona in sostanza come la tradizionale ruota a pale dei vecchi mulini. Si utilizza per dislivelli ampi, compresi tra i 300 e i 1400 metri, e portate sotto i 50 metri cubi al secondo.
  • Kaplan, infine, è stata realizzata nel 1913 dal professore austriaco Viktor Kaplan, è di tipo assiale e funziona come l’elica di una nave. Si presta a piccoli dislivelli, ma anche ad ampie variazioni di portata (dai 200 metri cubi al secondo in su).

Le dighe

Le dighe sono opere artificiali volte a sbarrare il flusso di un corso d’acqua, in questo caso con l’obiettivo di creare un bacino funzionale alla centrale idroelettrica. La diga è fornita di imbocchi, gallerie o canali, opere di sfioro dell’acqua in eccesso e sistemi per lo scarico. La sua altezza può variare da alcune decine di fino a centinaia di metri. La diga più alta del mondo è al momento la Jinping, costruita sul fiume Yalong in Cina e alta 305 metri. È in costruzione la diga di Rogun in Tagikistan, che raggiungerà i 335 metri.

Energia idroelettrica in Italia e nel mondo

In Italia, la idroelettrica è il principale tipo di energia alternativa ai combustibili fossili. Questa costituisce infatti il 40% delle rinnovabili a livello nazionale, con una produzione compresa tra 35mila e 50mila GW annui, l’impiego di oltre 15mila lavoratori e di 4.300 impianti. Viene prodotta in Lombardia, Piemonte e Trentino, sfruttando la naturale conformazione montuosa dei territori. L’Asia è il maggiore produttore mondiale di energia idroelettrica. In alcuni Paesi europei come Svizzera, Austria, Islanda e Svezia l’energia idroelettrica è la principale fonte energetica in assoluto. In Norvegia, il 99% dell’energia prodotta è idroelettrica.

Energia idroelettrica: vantaggi e svantaggi

L’energia idroelettrica si può rinnovare potenzialmente all’infinito, perché la pioggia garantisce la disponibilità della materia prima. Certo, in tempi di siccità come quelli che stiamo vivendo la costanza dell’approvvigionamento non è così scontata. Tra le diverse fonti di energia sostenibile, ad esempio la solare, l’eolica o la termica, l’ energia dell acqua è quella più produttiva perché riesce a generare molta energia in poco tempo. I costi di produzione, funzionamento e manutenzione sono contenuti, ma l’investimento iniziale è molto elevato. Inoltre, per realizzare una centrale idroelettrica è inevitabile disboscare alcune aree montane deturpando così il paesaggio. Tra gli altri svantaggi ricordiamo infine l’inquinamento acustico, in quanto l’impianto è piuttosto rumoroso.

Nel complesso, tuttavia, considerando le conseguenze dell’utilizzo dei combustibili fossili è comunque vantaggioso per la salute del Pianeta puntare sulle rinnovabili e sulla idroelettrica. Bisogna inoltre considerare gli sviluppi futuri delle tecnologie legate alla produzione di questa energia. Gli impianti saranno più flessibili, riuscendo a mantenere un elevato livello di efficienza anche con variazioni della portata. Si prevedono poi importanti evoluzioni nel settore micro idroelettrico relativi alla ruota idraulica e all’impianto di pompaggio, sfruttando anche l’energia delle onde e delle maree. Sono già in corso, infine, studi per ridurre significativamente l’impatto ambientale delle centrali, ad esempio con turbine e sistemi in grado di tutelare la vita dei pesci.