Centrale idroelettrica

impianto che genera energia elettrica utilizzando masse d'acqua in movimento

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.

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

Descrizione modifica

Energie rinnovabili
 
Energia verde
Biocarburante sostenibile
Biocombustibile
Biomassa
Biogas
Carburante carbon neutral
Eolica
Geotermica
Riscaldamento geotermico
Idroelettrica
Idraulica
Correnti marine
marina
Gradiente salino
Solare
Mareomotrice
Moto ondoso
Eolica
Energia nucleare proposta come energia rinnovabile

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

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 ] 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 1,1 centrali ad acqua fluente).

Classificazione modifica

Centrali ad acqua fluente modifica

 
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

 
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

 
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[1][2].

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.

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.[3] Inoltre, per una capacità di stoccaggio significativa è necessario una cospicua riserva d’acqua che risulta essere un adattamento difficile in realtà urbane.[3] Tuttavia, alcuni autori difendono la loro semplicità tecnologica e valutano il sicuro approvvigionamento di acqua richiesta come un'importante esternalità.[3]

Piccoli impianti idroelettrici modifica

  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

Potenza modifica

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

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

Infine, possono essere classificati in portata (Q)

  • Piccola portata: Q < 10 /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

Capacità installata di energia idroelettrica (MW) [4]
# Nazione 2020
1   Cina 370.160
2   Brasile 109.318
3   Stati Uniti 103.058
4   Canada 81.058
5   Russia 51.811
6   India 50.680
7   Giappone 50.016
8   Norvegia 33.003
9   Turchia 30.984
10   Francia 25.897
11   Italia 22.448
12   Spagna 20.114
13   Vietnam 18.165
14   Venezuela 16.521
15   Svezia 16.479
16   Svizzera 15.571
17   Austria 15.147
18   Iran 13.233
19   Messico 12.671
20   Colombia 12.611
21   Argentina 11.348
22   Germania 10.720
23   Pakistan 10.002
24   Paraguay 8.810
25   Australia 8.528
26   Laos 7.376
27   Portogallo 7.262
28   Cile 6.934
29   Romania 6.684
30   Corea del Sud 6.506
31   Ucraina 6.329
32   Malaysia 6.275
33   Indonesia 6.210
34   Perù 5.735
35   Nuova Zelanda 5.389
36   Tagikistan 5.273
37   Ecuador 5.098

Note modifica

  1. ^ I picchi di consumo si verificano, di solito, a metà mattina e a metà pomeriggio.
  2. ^ Arduino, p. 472.
  3. ^ 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.
  4. ^ STATISTICHE SULLA CAPACITÀ RINNOVABILE 2021 pag. 17

Bibliografia modifica

Voci correlate modifica

Altri progetti modifica

Collegamenti esterni modifica

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