Centrali idroelettriche: funzionamento e contributo alla transizione energetica

Il cambiamento climatico in atto e l’aumento dei prezzi dell’energia dell’ultimo anno spingono sull’acceleratore della transizione energetica. Gli obiettivi climatici fissati dall’Unione Europea sono ambiziosi e puntano a ridurre le emissioni di almeno il 45% entro il 2030. Si tratta di un valore percentuale che richiede l’attuazione urgente di misure che permettano di produrre energia pulita sostituendo i combustibili fossili. Sono diversi i sistemi che possono essere utilizzati sfruttando le energie rinnovabili, molti già in uso. Tra questi sistemi un contributo fondamentale è dato dalle centrali idroelettriche, responsabili in Italia della produzione di energia pulita pari a poco più del 17% circa sul totale dell’energia prodotta e al 40% circa sul totale della produzione rinnovabile.

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Centrali idroelettriche e transizione energeticaIndice:

Le centrali idroelettriche permettono di produrre energia elettrica sfruttando la forza dell’acqua; sono alimentate, quindi, da una fonte di acqua in movimento, proveniente da un fiume o da una diga, la cui forza permette di alimentare le turbine idrauliche che ruotando generano energia meccanica, convertita successivamente in energia elettrica dal generatore elettrico rotante.

Il vantaggio principale di queste centrali è che non producono emissioni inquinanti, a differenza delle centrali a carbone o a gas; inoltre, il loro funzionamento è generalmente considerato affidabile e a basso costo dal momento che non richiede l’utilizzo di combustibili costosi.

Le origini dell’energia idroelettrica

Il principio del funzionamento delle centrali idroelettriche può essere ricondotto alle prime ruote idrauliche, i cui ingranaggi venivano mossi dai fiumi per azionare le macine. La ruota idraulica, quindi, già nel primo secolo Avanti Cristo, trasformavano l’energia potenziale o cinetica di piccoli corsi d’acqua in energia meccanica in forma di moto rotatorio.

In materia di produzione di energia il 1832 rappresenta un anno importante, segnato dall’invenzione della turbina idraulica che permette di produrre energia elettrica.Robert Moses Niagara Power StationPer vedere realizzata la prima vera centrale idroelettrica bisognerà attendere il 1878. E’ in questo anno che a Cragside, in Inghilterra, viene realizzata una centrale che permette di fornire energia a un’abitazione accendendone le luci, mentre risale al 1879 la costruzione della centrale idroelettrica presso le cascate del Niagara, entrata a regime nel 1881 e la cui energia veniva usata per alimentare le industrie locali.

In Italia, bisognerà aspettare il 1894 per vedere la costruzione di una delle prime centrali a Taccani, in Trentino-Alto Adige.

Da quel momento in poi, la costruzione di centrali idroelettriche si è diffusa in tutto il mondo e l’energia idroelettrica è diventata una delle principali fonti di energia, spinta dalla crescente domanda e dalla necessità, ad oggi, di fonti pulite e rinnovabili.

Come funzionano le centrali idroelettriche?

Generalmente una centrale idroelettrica necessita della realizzazione di un’opera di sbarramento, che può essere una diga o una traversa, che intercetta il corso d’acqua formando un serbatoio o un bacino idroelettrico.Diga costruita tra le Alpi svizzereDa qui l’acqua viene convogliata in vasche di carico e indirizzata attraverso una serie di condotte verso le turbine idroelettriche, le quali vengono azionate generando energia meccanica. La fase successiva prevede la trasformazione dell’energia meccanica in energia elettrica mediante un alternatore.

Prima di raggiungere le linee di trasmissione è necessario ridurre l’intensità della corrente prodotta.

A tale proposito l’energia elettrica attraversa un primo trasformatore, che ne riduce l’intensità, e un secondo trasformatore, presente sul luogo di utilizzo, che ha il compito di alzare l’intensità di corrente e abbassare la tensione, permettendo utilizzi in ambito industriale, commerciale o domestico.

Quali sono i tre tipi di centrale idroelettrica?

Centrali ad acqua fluente

E’ usuale trovare centrali ad acqua fluente nei pressi di grandi masse d’acqua di fiumi che superano dislivelli modesti. In questi casi l’acqua viene convogliata in un canale di derivazione e inviata alle turbine che vengono, di conseguenza, azionate. Ogni turbina è accoppiata a un alternatore che trasforma il moto di rotazione in energia elettrica.

Centrali a bacino

Le centrali a bacino prevedono lo sfruttamento di un lago naturale o la formazione di un lago artificiale, detto bacino di carico, mediante lo sbarramento di una gola fluviale con la costruzione di una diga.

Dalla diga  partono una serie di condotte forzate che conducono l’acqua a valle. Qui un bacino di calma placa le acque turbolente appena uscite dalla centrale prima della re-immissione nel flusso normale del fiume.

Centrali con impianti ad accumulo

Le centrali con impianti ad accumulo sono dotate di un bacino di raccolta anche a valle che permette il riutilizzo dell’acqua che ha permesso di generare energia elettrica durante il giorno. Nello specifico questa acqua, passando nelle turbine, può essere pompata dal bacino di valle al bacino di monte durante le ore di minor richiesta di energia.

Per il pompaggio viene sfruttata l’energia elettrica in eccesso prodotta dalle centrali sempre accese e non diversamente accumulabile.

Quali sono gli svantaggi delle centrali idroelettriche?

In generale si può dire che le centrali idroelettriche rappresentano una fonte importante di energia pulita e rinnovabile, ma è importante considerare gli effetti ambientali e sociali della loro costruzione e gestione.

Uno svantaggio, infatti, è dato dal fatto che possono causare danni ambientali alterando gli ecosistemi fluviali e riducendo la disponibilità di acqua per usi agricoli o domestici. Va comunque detto che, come già visto sopra, l’acqua utilizzata per la produzione di energia meccanica in genere viene successivamente reimmessa nel corso.Centrale idroelettrica Edison Carlo Esterle sul fiume AddaUn altro problema può essere dato dalla costruzione delle dighe, processo che richiede la rimozione di comunità locali e perdita di terreni agricoli. Le centrali a diga sono quelle di più comune utilizzo, a differenza delle centrali idroelettriche a flusso libero che utilizzano il flusso naturale dell’acqua senza costruzioni artificiali.

Esistono anche le centrali idroelettriche ad acqua marina che utilizzano l’energia delle maree o delle onde per generare elettricità.

L’idroelettrico è una valida soluzione per la transizione ecologica?

Le centrali idroelettriche possono offrire un valido contributo alla transizione energetica poiché sfruttano una fonte di energia pulita e rinnovabile: l’acqua. Nel processo di produzione di energia elettrica, inoltre, non producono emissioni di gas serra.

Queste centrali sono generalmente considerate affidabili e a basso costo poiché non richiedono combustibili costosi e possono essere facilmente regolate sulla domanda di energia elettrica.

Tuttavia, come abbiamo già visto, la costruzione e la gestione di una centrale idroelettrica possono avere impatti ambientali significativi, come l’alterazione degli ecosistemi fluviali, la riduzione della disponibilità di acqua per usi agricoli o domestici, la rimozione di comunità locali e la perdita di terreni agricoli.

Se osserviamo lo scenario locale ci rendiamo conto che la conformazione fisica del territorio italiano, caratterizzato dalla presenza della dorsale appenninica e dell’arco alpino, genera forti pendenze del terreno, fondamentali per incrementare la produttività delle centrali idroelettriche.

Nonostante ciò l’Italia, come molte altre nazioni, non può contare solamente sull’idroelettrico per la transizione ecologica, ma necessita di una combinazione di diverse fonti di energie rinnovabili, come l’energia solare, eolica e geotermica, per poter raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione e riduzione delle emissioni di gas serra entro il 2030 e il 2050.

Tra le difficoltà che una centrale idroelettrica si trova ad affrontare oggi non può certo passare inosservata la sempre minore disponibilità di acqua causata da una drastica riduzione delle piogge nel corso dell’anno.

L’Italia ad oggi presenta sul suo territorio circa 4300 impianti idroelettrici responsabili della produzione annuale di 46 TWh, pari al 16% circa dell’elettricità di tutto il Paese. La straordinaria siccità che ha caratterizzato l’ultima estate, con corsi d’acqua in secca e bacini artificiali svuotati, ha messo a dura prova la funzionalità di queste centrali e, di conseguenza, la disponibilità di energia.

La carenza di pioggia, infatti, ha ridotto drasticamente, oltre ai livelli di fiumi e laghi, il livello di riempimento dei bacini utilizzati per produrre energia elettrica. Per ovviare alla mancanza di acqua destinata all’agricoltura Enel ha dovuto rilasciare 200.000 metri cubi di acqua al giorno nel fiume Brembo e 250.000 metri cubi nel fiume Serio, mentre nel bacino del Po è stato necessario lo stop del 90% delle mini centrali idroelettriche presenti lungo i canali di irrigazione.

La forte siccità che ha colpito l’estate passata è attesa anche per il 2023 e un anticipo di ciò che ci aspetta è dato dall’assenza di precipitazioni nevose in alta quota che ha segnato questo inverno. Lo scenario per il futuro è preoccupante e lascia intendere che non sarà possibile contare sulla produzione di elettricità solamente sfruttando energia idrica.

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