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Energia idroelettrica

C’è un legame che unisce il mulino settecentesco di Cromford, in Inghilterra, e la Diga delle Tre Gole, in Cina. Anche se in apparenza non hanno nulla in comune, si tratta di due espressioni della stessa capacità: quella dell’uomo di ricavare energia dall’oro blu, l’acqua.

Cos’è l’energia idroelettrica

Tutta la forza dell’acqua

L’acqua è una delle più antiche fonti di energia usate dall’uomo: è fondamentale per vivere, per produrre il cibo, per l’igiene. Ma l’acqua è anche alla base di una delle tipologie di energia rinnovabile più diffuse: l’energia idroelettrica. In base ai dati del report 2019 dell’International Renewable Energy Agency (IRENA), la potenza complessiva degli impianti idroelettrici nel mondo è pari a 1.172 GW: circa il 50% del totale delle fonti rinnovabili.

Anche se tra le rinnovabili è la più “anziana”, nel corso degli anni la continua innovazione ha reso gli impianti idroelettrici sempre più efficienti. Grazie alle attuali tecnologie, è possibile trasformare in elettricità il 90% circa dell’energia dell’acqua, una percentuale quasi tre volte superiore al livello di efficienza delle fonti convenzionali.  

Basso impatto ambientale e alta efficienza sono due dei fattori che contribuiscono ad una eccellente resa finale: tra gli impianti rinnovabili più grandi del mondo, i primi cinque per energia prodotta sono alimentati dalla forza dell’acqua. 

La storia

Acqua ed energia, un racconto lungo più di duemila anni

Le prime ruote idrauliche

Già un secolo prima di Cristo, ad Alessandria d’Egitto, gli ingranaggi delle ruote idrauliche mosse dai fiumi spostano le macine. La ruota idraulica è un amplificatore di energia, una tecnologia semplice ma potente che permette di sfruttare la forza dell’acqua corrente e di ricavarne energia.

Un’energia per tanti usi

Nel IX secolo la forza motrice dell’acqua aiuta l’uomo a svolgere lavori molto diversi: la concia delle pelli, la preparazione del malto per la birra, la macinazione delle olive, dello zucchero e dei pigmenti per tingere.

L’epoca dei mulini ad acqua

Nel Medioevo si usano due tipo di mulino. Uno può essere azionato da una ruota ad acqua disposta in orizzontale, detto “ritrecine”, l’altro è mosso da una ruota ad acqua sistemata in verticale, detto “vitruviano”.

L’acqua incontra l’industria

Il Cromford Mill, in Inghilterra, è il primo filatoio industriale ad utilizzare la forza dell’acqua e contribuisce in modo decisivo all’espansione della produzione e dei commerci dell’impero britannico.

La turbina Francis

Si passa dalla ruota alla turbina idraulica, capace di trasformare l’energia cinetica dell’acqua in movimento in energia meccanica, successivamente convertibile in energia elettrica. A inventarla è James B. Francis, un ingegnere inglese. La turbina che prende il suo nome è stata la più utilizzata negli impianti idroelettrici. 

L’invenzione della dinamo

Antonio Pacinotti inventa la dinamo, una macchina che trasforma l’energia meccanica in energia elettrica a corrente continua. Non riesce però a brevettare la sua invenzione e, nel 1869, Zenobe Gramme registra un macchinario in cui l’anello di Pacinotti è il componente fondamentale. 

La svolta di Edison

All’Esposizione Internazionale dell’elettricità di Parigi Thomas Edison presenta il “Sistema Edison”, un impianto destinato alla produzione centralizzata di energia elettrica per illuminazione in corrente continua. 

La prima centrale idroelettrica

Nasce la prima centrale idroelettrica negli Stati Uniti, ad Appleton, Wisconsin. 

La Scala sfrutta l’energia dell’acqua

Giuseppe Colombo, ingegnere e promotore del progresso industriale, riesce a inaugurare a Milano la prima centrale elettrica dell’Europa continentale con “Sistema Edison”. La prova di illuminazione coinvolge anche il Teatro alla Scala, fino ad allora illuminato a gas con non pochi problemi per gli ambienti chiusi. 

La corrente alternata

Galileo Ferraris propone il primo esemplare di motore e di generatore in corrente alternata per uso industriale. La corrente alternata è più affidabile e permette di diminuire le perdite energetiche sulle grandi distanze. 

L’acqua illumina Roma

Entra in esercizio in Italia la centrale idroelettrica di Acquoria a Tivoli. Ha il merito di trasportare l’energia prodotta sulla prima linea a corrente alternata del mondo. E di illuminare la città eterna: Roma. 

Una nuova idea, la Turbina Kaplan

Il professore austriaco Viktor Kaplan inventa la turbina che porta il suo nome. La turbina è in grado di sfruttare al meglio i piccoli dislivelli, massimo qualche decina di metri, gestendo allo stesso tempo grandi portate d’acqua.

Record in USA

Negli Stati Uniti la mastodontica Hoover Dam, che sorge sulle acque del fiume Colorado, è la più grande centrale idroelettrica al mondo, capace di generare 1.345 MW di energia, successivamente saliti a 2.080 MW. La capacità dell’impianto viene superata qualche anno dopo dalla Grand Coulee Dam, sul fiume Columbia. 

L’Italia sul tetto d’Europa

Viene costruita la centrale idroelettrica di Belluno, che una volta completata si rivela la più grande d’Europa. 

A tutta acqua

L’idroelettrico arriva ad offrire circa il 65% della produzione totale di energia.

Il gigante cinese

Sullo Yangtze, in Cina, viene completata la mastodontica Diga delle Tre Gole. Con la capacità di 22,5 GW per 98,8 TWh generati ogni anno, è la centrale elettrica più potente al mondo.

La regina delle rinnovabili

L’energia idroelettrica rappresenta oggi circa il 90% della produzione mondiale da fonti rinnovabili e contribuisce per il 17% al totale della capacità installata globale.

Come funziona l’energia idroelettrica

Acqua e gravità, il mix perfetto

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L’energia idroelettrica ha due semplici ma fondamentali alleati: acqua e forza di gravità. Tutte le tipologie di centrale idroelettrica sfruttano infatti la forza di gravità per accelerare l’acqua e liberarne tutta l’energia potenziale conservata al suo interno.

Per sfruttare l’acqua producendo energia elettrica è necessario racchiuderne la forza potenziale all’interno di un bacino idrico, di solito un lago artificiale protetto da una diga posta a monte.

Una serie di grandi condotte hanno il compito di permettere all’acqua di scorrere fino a valle, dove la centrale vera e propria ospita le turbine. Grazie al dislivello creato dal percorso delle condotte, l’acqua aumenta progressivamente la sua energia e, una volta nella centrale, mette in movimento le turbine che - collegate meccanicamente ad un alternatore - producono energia elettrica. A quel punto l’elettricità viene fatta passare in un trasformatore, che abbassa l’intensità della corrente e innalza la tensione per favorirne l’immissione nella rete. 

Turbina idroelettrica

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Bacino idroelettrico

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Centrale idroelettrica

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Vantaggi dell’energia idroelettrica

Un’energia efficiente e duratura

Flessibilità ed efficienza

La potenza degli impianti può essere adattata velocemente alle nuove esigenze. Inoltre, l’energia prodotta ha un costo per kilowatt-ora molto competitivo.

Lunga durata

Una centrale idroelettrica ha una vita operativa potenziale di un secolo: un tempo sufficiente per produrre una grande quantità di energia sostenibile.

Meno CO2

Le centrali idroelettriche non producono anidride carbonica: un vantaggio per l’ambiente e la salute dell’uomo. 

Lo sapevi che?

Una cascata da 24 milioni di lampadine

Basta il nome: cascate del Niagara. Le Niagara Falls, situate al confine tra Canada e Stati Uniti, sono una delle meraviglie naturali più apprezzate e visitate al mondo. Non sono tra le più alte del pianeta, ma la loro spettacolarità è data dal vastissimo fronte d’acqua e dall’imponente portata: circa 168 mila metri cubi al minuto, in regime di piena. Una risorsa naturale dalle straordinarie potenzialità energetiche.

I lavori per la realizzazione di una centrale idroelettrica iniziarono a fine 1800, rispettando strenuamente la bellezza e l’importanza del luogo. Attualmente sono presenti due stabilimenti principali, il Robert Moses Niagara Power Plant e il Lewiston Pump-Generating Plant. La centrale idroelettrica nel suo complesso genera una quantità di energia pari a 2,4 milioni di kilowatt: una quantità sufficiente ad illuminare contemporaneamente 24 milioni di lampadine da 100 watt. 

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