Centrale idroelettrica

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Diga del lago di Campotosto, il più grande bacino artificiale d'Italia

Una centrale idroelettrica è un insieme di opere di ingegneria idraulica posizionate in una certa successione, accoppiate ad una serie di macchinari elettrici idonei (es. alternatore e trasformatore) allo scopo di ottenere la produzione di energia elettrica da masse d'acqua in movimento ovvero idonee alla conversione da energia cinetica a energia elettrica.

Descrizione[modifica | modifica wikitesto]

Energie rinnovabili
Energia verde
Energia verde
Biocombustibile
Biomassa
Biogas
Eolica
Geotermica
Riscaldamento geotermico
Idroelettrica
Idraulica
Correnti marine
Marina
Gradiente salino
Solare
Mareomotrice
Moto ondoso
Eolica

Le centrali idroelettriche hanno la particolarità di poter essere attivate e disattivate in pochi minuti con l'immediata apertura delle saracinesche idrauliche, dando al mare quindi la possibilità di coprire facilmente gli improvvisi picchi di richiesta di produzione di energia elettrica che si possono verificare. Al contrario, gran parte delle centrali termoelettriche e nucleari hanno tempi di accensione più lunghi, anche di decine di ore, necessari per la regimazione termica del macchinario e sono pertanto una tipologia di impianti di tipo "sempre acceso" (o "di base").

Svantaggi[modifica | modifica wikitesto]

Un problema connesso alle centrali idroelettriche è il progressivo interramento in cui inevitabilmente vanno incontro, nel tempo, i bacini di accumulo. Per evitare ciò, questi devono essere periodicamente dragati.

Problemi ambientali possono essere costituiti dal fatto che gli sbarramenti (dighe) bloccano il trasporto solido dei fiumi (sabbie e ghiaie) alterando l'equilibrio tra l'apporto solido e l'attività erosiva nel corso d'acqua a valle (erosione del letto del fiume e, talvolta, "taglio dei meandri" per la maggiore velocità) fino al mare dove, per il diminuito o nullo apporto solido si assiste al fenomeno dell'erosione delle coste.[Attribuzione del fenomeno quantomeno da supportare con fonte. Vedi discussione][1][2] Grandi bacini idroelettrici inoltre possono in alcuni casi avere impatti ambientali e socio-economici di diversa entità o gravità sulle zone circostanti (modifica del paesaggio e distruzione di habitat naturali, spostamenti di popolazione, perdita di aree agricole, ecc.) e lo studio di fattibilità deve essere particolarmente accurato soprattutto per quanto concerne l'analisi puntuale della geologia dei versanti e delle "spalle" su cui si attesterà la diga non tralasciando alcun particolare. Solo così si potranno evitare tragedie quali quella della valle del Vajont, che nell'autunno del 1963 cancellò la cittadina di Longarone e altri due centri del fondovalle causando 1917 vittime. Tanti di questi problemi ambientali non si presentano negli impianti "MINI-HYDRO", che nella maggior parte dei casi non necessitano della costruzione di dighe (vedi Centrali ad acqua fluente).

Classificazione[modifica | modifica wikitesto]

Centrali ad acqua fluente[modifica | modifica wikitesto]

L'antica Centrale idroelettrica Taccani, a Trezzo sull'Adda in Provincia di Milano

Si trovano soprattutto dove grandi masse d’acqua di fiumi superano dislivelli modesti; l'acqua viene convogliata in un canale di derivazione (non una condotta forzata) e attraverso questo inviata alle turbine che ruotano grazie alla spinta dell'acqua, producendo così il movimento delle turbine, ognuna delle quali è accoppiata a un alternatore che trasforma il moto di rotazione in energia elettrica.

La velocità impressa dall'acqua alle turbine viene generata attraverso una differenza di quota, detta "salto", che si traduce in pressione idrodinamica alla quota in cui sono posizionate le turbine.

Centrali a bacino[modifica | modifica wikitesto]

Diga ad arco utilizzata per produrre corrente elettrica

A differenza delle "centrali ad acqua fluente" viene creato un lago artificiale, detto bacino di carico, per mezzo dello sbarramento di una gola fluviale con una diga, da cui partono delle condotte forzate, le quali vengono arricchite da un pozzo piezometrico (interposto prima della turbina) che smorza ed evita gli effetti dirompenti del colpo d'ariete (enormi sovrappressioni che si generano quando la turbina viene fermata tramite la chiusa della condotta). A valle è presente un bacino di calma dove le acque turbolente appena uscite dalla centrale vengono fatte placare prima della reimmissione nel flusso normale del fiume.

Centrali con impianti ad accumulo[modifica | modifica wikitesto]

Esempio di una centrale idroelettrica dotata di impianto di pompaggio

A differenza delle "centrali a bacino" le centrali con impianti ad accumulo sono dotate di un bacino di raccolta anche a valle: l'acqua che ha generato energia elettrica durante il giorno passando nelle turbine può essere riportata dal bacino di valle al bacino di monte durante le ore di minor richiesta di energia (ad esempio di notte), mediante pompaggio, utilizzando per questa operazione l'energia elettrica in eccesso prodotta dalle centrali di tipo "sempre acceso" e non diversamente accumulabile. In altre parole il bacino di monte viene "ricaricato" durante la notte e le masse d'acqua riportate a monte possono quindi essere riutilizzate nelle ore di maggiore richiesta energetica.[3][4]

In tali impianti ad accumulo si realizzano gruppi ternari di macchine, ossia la turbina, la pompa e il macchinario elettrico che, essendo reversibile, funziona all'occorrenza da generatore o da motore. Nel caso l'impianto sia dotato esclusivamente di un bacino di monte e un bacino di valle (senza dunque una componente "fluente"), la centrale viene detta centrale idroelettrica a ciclo chiuso o anche centrale di pompaggio. In taluni impianti è inoltre possibile sfruttare la reversibilità di talune turbine, come ad esempio la turbina Francis, che nel suo funzionamento inverso funziona da pompa, riducendo i costi di impianto e di manutenzione, a fronte di una accettabile perdita di rendimento. Di questo tipo è la centrale di pompaggio da 1000 MW di Edolo, in provincia di Brescia, che utilizza 8 turbo-pompe Francis da 125 MW.[5]

Esistono installazioni di tale tecnologia in piccola scala, ovvero in edifici, anche se queste non risultano esser economicamente vantaggiose per le sfavorevoli economie di scala.[6] Inoltre, per una capacità di stoccaggio significativa è necessario una cospicua riserva d’acqua che risulta essere un adattamento difficile in realtà urbane.[6] Tuttavia, alcuni autori difendono la loro semplicità tecnologica e valutano il sicuro approvvigionamento di acqua richiesta come un'importante esternalità.[6]

Piccoli impianti idroelettrici[modifica | modifica wikitesto]

Lo stesso argomento in dettaglio: Piccolo idroelettrico.

I piccoli impianti idroelettrici hanno tecnologie analoghe a quelle delle centrali idroelettriche di maggiori dimensioni, sono caratterizzate dal fatto di avere una potenza installata ridotta che comporta l'utilizzo di strutture di dimensioni molto minori rispetto ad una diga normale, più sicure, grazie al minore volume d'acqua nel bacino e di basso impatto ambientale e paesaggistico. Generalmente un impianto è classificato come piccolo idroelettrico entro i 10 MW di potenza installata, ma la definizione varia in base allo stato in cui è realizzato l'impianto.

Il piccolo idroelettrico ha delle peculiarità rispetto alle centrali idroelettriche di grande taglia, oltre ai vantaggi dell'uso di un'energia rinnovabile:

  • Investimenti contenuti: la realizzazione generalmente avviene su acqua fluente che non richiede la costruzione di opere particolarmente costose (come le grosse dighe). Questo permette un veloce ritorno dell'investimento;
  • Consente un miglioramento delle condizioni idrogeologiche del territorio;
  • Contribuisce alla riduzione dell'effetto serra, e quindi beneficia dei certificati verdi per la produzione di energia da fonti rinnovabili.

Prestazioni[modifica | modifica wikitesto]

Potenza[modifica | modifica wikitesto]

La potenza di un impianto idroelettrico dipende da due termini:

  • il salto, o prevalenza: dislivello esistente fra la quota a cui è disponibile la risorsa idrica da sfruttare e il livello a cui la stessa viene restituita dopo il passaggio attraverso l'impianto
  • la portata: la massa d'acqua che fluisce attraverso l'impianto nell'unità di tempo.

In base alla potenza nominale, si distinguono:

  • micro-impianti: potenza < 100 kWp
  • mini-impianti: 100 kWp – 1 MWp
  • piccoli impianti: 1 – 10 MWp
  • grandi impianti: > 10 MWp.

Caduta[modifica | modifica wikitesto]

Gli impianti possono essere classificati anche in base alla caduta o salto (H):

  • Bassa caduta: H < 20 m
  • Media caduta: H = 20–100 m
  • Alta caduta: H = 100–1000 m
  • Altissima caduta: H > 1000 m

Portata[modifica | modifica wikitesto]

Infine, possono essere classificati in portata (Q)

  • Piccola portata: Q < 10 m³/s
  • Media portata: Q = 10–100 m³/s
  • Grande portata: Q = 100–1000 m³/s
  • Altissima portata: Q > 1000 m³/s

Produzione mondiale di energia idroelettrica[modifica | modifica wikitesto]

Capacità installata di energia idroelettrica (MW) [7]
# Nazione 2020
1 Bandiera della Cina Cina 370 160
2 Bandiera del Brasile Brasile 109 318
3 Bandiera degli Stati Uniti Stati Uniti 103 058
4 Bandiera del Canada Canada 81 058
5 Bandiera della Russia Russia 51 811
6 Bandiera dell'India India 50 680
7 Bandiera del Giappone Giappone 50 016
8 Bandiera della Norvegia Norvegia 33 003
9 Bandiera della Turchia Turchia 30 984
10 Bandiera della Francia Francia 25 897
11 Bandiera dell'Italia Italia 22 448
12 Bandiera della Spagna Spagna 20 114
13 Bandiera del Vietnam Vietnam 18 165
14 Bandiera del Venezuela Venezuela 16 521
15 Bandiera della Svezia Svezia 16 479
16 Bandiera della Svizzera Svizzera 15 571
17 Bandiera dell'Austria Austria 15 147
18 Bandiera dell'Iran Iran 13 233
19 Bandiera del Messico Messico 12 671
20 Bandiera della Colombia Colombia 12 611
21 Bandiera dell'Argentina Argentina 11 348
22 Bandiera della Germania Germania 10 720
23 Bandiera del Pakistan Pakistan 10 002
24 Bandiera del Paraguay Paraguay 8 810
25 Bandiera dell'Australia Australia 8 528
26 Bandiera del Laos Laos 7 376
27 Bandiera del Portogallo Portogallo 7 262
28 Bandiera del Cile Cile 6 934
29 Bandiera della Romania Romania 6 684
30 Bandiera della Corea del Sud Corea del Sud 6 506
31 Bandiera dell'Ucraina Ucraina 6 329
32 Bandiera della Malaysia Malaysia 6 275
33 Bandiera dell'Indonesia Indonesia 6 210
34 Bandiera del Perù Perù 5 735
35 Bandiera della Nuova Zelanda Nuova Zelanda 5 389
36 Bandiera del Tagikistan Tagikistan 5 273
37 Bandiera dell'Ecuador Ecuador 5 098

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ le centrali idroeletriche, su prezi.com, 26 marzo 2012. URL consultato il 6 aprile 2024 (archiviato il 6 aprile 2024).
  2. ^ La centrale idroelettrica, su SlideServe, 14 ottobre 2014. URL consultato il 6 aprile 2024 (archiviato il 6 aprile 2024).
  3. ^ I picchi di consumo si verificano, di solito, a metà mattina e a metà pomeriggio.
  4. ^ Arduino, p. 472.
  5. ^ Centrale idroelettrica di Edolo, su Enel Green Power. URL consultato il 6 aprile 2024 (archiviato il 6 aprile 2024).
  6. ^ a b c Guilherme de Oliveira e Silva e Patrick Hendrick, Pumped hydro energy storage in buildings, in Applied Energy, vol. 179, 1º ottobre 2016, pp. 1242–1250, DOI:10.1016/j.apenergy.2016.07.046. URL consultato il 10 marzo 2017.
  7. ^ STATISTICHE SULLA CAPACITÀ RINNOVABILE 2021 pag. 17

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Altri progetti[modifica | modifica wikitesto]

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]

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