Che cos’è l’energia idroelettrica?
È l’energia prodotta grazie alla forza dell’acqua.
Una massa di acqua statica contiene in sé energia potenziale che si converte in energia cinetica
quando si mette in movimento grazie alla forza di gravità.
Tutto questo avviene in una centrale idroelettrica.
Si possono avere tre tipi di centrali idroelettriche:
Impianto idroelettrico ad acqua fluente
Impianto idroelettrico a bacino
Impianto idroelettrico di pompaggio (o ad accumulo)
Vediamo ciascuna tipologia più da vicino.
Impianto idroelettrico ad acqua fluente
Sfrutta la portata naturale di un corso d’acqua, posto su due livelli differenti.
Come funziona? L’acqua viene prelevata e fatta confluire, tramite un canale provvisto di una griglia
che filtra eventuale materiale solido come i rifiuti, in un bacino di carico.
L’acqua percorre un dislivello attraverso una condotta in pressione
e arriva alla sala macchine della centrale idroelettrica
dove si trova la turbina che ruota grazie alla spinta dell’acqua.
Sala Macchine
All’interno della sala macchine troviamo la turbina e il generatore elettrico rotante.
La turbina è composta da:
Organo fisso (organo di regolazione dell’acqua) che ha il compito di dirigere e regolare il flusso dell’acqua
Organo mobile (girante) che, spinto dall’acqua, genera energia meccanica
Il generatore elettrico rotante (alternatore), montato e collegato direttamente all’albero della turbina,
trasforma in energia elettrica l'energia meccanica ricevuta dalla turbina.
Tipologie di turbine
Francis È una turbina a flusso centripeto: l'acqua raggiunge la girante tramite un condotto a chiocciola.
Poi delle palette regolabili sulla parte fissa indirizzano il flusso per investire le pale della girante.
Viene utilizzata per dislivelli medi (da 10 fino a 300/400 metri) e portate di acqua da 2 a 100 metri cubi al secondo.
Kaplan E’ una turbina di tipo assiale composta da un distributore e da un'elica rotante, simile a quella utilizzata nel motore di una nave.
Il flusso d’acqua che fa girare le pale dell’elica entra ed esce in direzione assiale rispetto all’asse di rotazione della girante.
Grazie alla possibilità di regolare l’angolo di incidenza delle pale,
fornisce un ottimo rendimento in presenza di piccoli dislivelli,
ma anche con grosse variazioni della portata (dai 200 metri cubi al secondo a salire).
Dopodiché, l’acqua viene direzionata in un canale di scarico e immessa nuovamente nel corso d’acqua.
La potenza sviluppata dagli impianti idroelettrici ad acqua fluente dipende dalla portata del corso d’acqua
e dal cosiddetto salto, ovvero il dislivello tra la quota da cui viene prelevata l’acqua e quella a cui viene restituita.
Impianto idroelettrico a bacino
Si basa sull’utilizzo di un bacino idrico (serbatoio) che può essere di origine naturale o artificiale.
L’acqua viene convogliata, a volte, anche con un complesso sistema di captazione
composto da canali, gallerie, impianti di pompaggio di gronda
verso lo sbarramento (diga) utilizzato per immagazzinare l’acqua alla quota più alta.
Tipologia di dighe
Dighe a gravità Sono strutture massicce a geometria semplice con asse rettilineo e sezione di forma triangolare.
La resistenza alla spinta dell’acqua è dovuta al peso della costruzione stessa.
Dighe ad arco Resistono alla spinta idrostatica dell’acqua d’invaso, trasferendola sulle pareti laterali della struttura.
Hanno forma convessa e possono essere costruite solo per sbarrare valli non molto larghe con fianchi rocciosi a cui la diga è ancorata.
Come funziona? L’acqua viene prelevata dal bacino e fatta confluire in un sistema di condotte,
fino a raggiungere la sala macchine della centrale idroelettrica, dove la turbina comincia a ruotare grazie alla spinta dell’acqua.
Tipologia di turbina
In genere, la turbina che viene utilizzata è la Pelton: l’acqua viene convogliata nella condotta forzata,
alla fine della quale si trova un ugello, una strozzatura che fa aumentare la velocità dell’acqua,
indirizzandola verso le pale della girante, che hanno forma di cucchiai sagomati.
Viene utilizzata per grandi dislivelli (tra i 300 e i 1400 metri)
e portate di acqua inferiori ai 50 metri cubi al secondo, in modo tale da ottenere velocità più elevate.
In seguito, l’acqua viene fatta defluire in un canale di scarico e immessa nuovamente nel corso d’acqua.
Gli impianti idroelettrici a bacino permettono di avere un controllo sui flussi d’acqua,
riuscendo così a regolarne il deflusso in base alle esigenze in determinate ore della giornata o in determinati periodi dell’anno.
Per questo motivo sono conosciuti anche come impianti idroelettrici a deflusso regolato.
Impianto idroelettrico di pompaggio (o ad accumulo)
Prevede l’utilizzo di due serbatoi collocati a quote differenti, uno a monte e uno a valle.
Attraverso un sistema di pompaggio,
durante le ore in cui la richiesta di energia è minore, l’acqua viene trasferita dal bacino a valle al bacino a monte.
Come funziona? Dal bacino a monte, l’acqua viene prelevata e fatta confluire nella condotta forzata
e raggiunge la sala macchine della centrale idroelettrica, dove la turbina ruota grazie alla spinta dell’acqua.
Tipologia di turbina
In genere, la turbina che viene utilizzata è la Francis a flusso centripeto che, accoppiata ad un alternatore,
trasforma il movimento di rotazione in elettricità.
In seguito, l’acqua viene fatta defluire nel bacino a valle.
Durante il periodo in cui la richiesta di energia è molto bassa,
la centrale riporterà l’acqua nel bacino di monte mediante una turbina che funzionerà da pompa
assorbendo così energia dalla rete elettrica.
In questo modo si può far fronte, in sicurezza, alla maggiore richiesta di energia,
ad esempio delle ore diurne, potendo riutilizzare la stessa acqua pompata nelle ore a basso consumo
per ovviare ai cosiddetti picchi di domanda.
Si contribuisce in questo modo alla sicurezza del sistema elettrico.
L’idroelettrico è una delle tecnologie rinnovabili che offre un valido contributo alla regolazione della rete elettrica
riuscendo a rispondere istante per istante con efficacia a variazioni della domanda.
Ora siamo pronti a distribuire l’energia.
Attraverso un trasformatore viene abbassata l’intensità della corrente e innalzata la tensione.
In questo modo la corrente generata viene immessa direttamente nella rete di distribuzione che alimenterà case e aziende,
abbassando la tensione in base all’esigenza di chi la utilizzerà, utente residenziale o industriale.