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Centrale idroelettrica

Dall’acqua all’energia rinnovabile: funzionamento e tipologie delle centrali idroelettriche.

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La centrale idroelettrica trasforma l'energia idraulica di un corso d'acqua, naturale o artificiale, in energia elettrica rinnovabile. Il processo avviene in diversi passaggi e prende il via dalla trasformazione dell'energia potenziale contenuta nelle masse d’acqua, poste a quote più elevate rispetto a quelle dove sono presenti le turbine della centrale.
 

Come funziona

In linea generale, lo schema funzionale comprende un’opera di sbarramento - una diga o una traversa - che intercetta il corso d'acqua, creando un invaso che può essere un serbatoio o un bacino idroelettrico. Attraverso opere di adduzione, canali e gallerie di derivazione, l'acqua viene convogliata in vasche di carico e, mediante condotte forzate, viene indirizzata verso le turbine idroelettriche, attraverso l’utilizzo di valvole di immissione (di sicurezza) e organi di regolazione della portata (distributori), a seconda della domanda di energia.

L'acqua mette in azione le turbine, generando energia meccanica, e ne esce finendo in un canale di scarico, attraverso il quale viene restituita al corso d’acqua. Direttamente collegato alla turbina è montato il generatore elettrico rotante (alternatore), che trasforma in energia elettrica l'energia meccanica ricevuta dalla turbina. L’elettricità così ottenuta deve essere trasformata per poter essere trasmessa a grande distanza: prima di essere convogliata nelle linee di trasmissione, l'energia elettrica passa quindi attraverso il trasformatore, che abbassa l'intensità della corrente prodotta dal generatore elettrico rotante, elevandone però la tensione.

Una volta giunta sul luogo d’impiego, prima di essere utilizzata, l'energia passa di nuovo in un trasformatore, che questa volta alza l'intensità di corrente ed abbassa la tensione, così da renderla adatta agli utilizzi industriali, commerciali o domestici. 

Centrali idroelettriche: 1. Pullinque (Chile) | 2. Rock Creek (USA) | 3. Moyopampa (Perù)

Tipologie

Le centrali idroelettriche si dividono in tre macro categorie, a seconda della tipologia di impianto utilizzato: centrali ad acqua fluente, centrali a bacino e centrali ad accumulazione.

Nelle centrali ad acqua fluente viene utilizzata la portata naturale di un corso d’acqua, posto su due livelli differenti. L’acqua viene convogliata attraverso un canale di derivazione senza l’ausilio di condotte forzate e raggiunge le turbine. La potenza della centrale dipende principalmente, quindi, dalla velocità dell’acqua nel passaggio da un livello all’altro, il cosiddetto salto, e dalla portata del corso d’acqua.

Nelle centrali a bacino viene invece utilizzato un serbatoio a monte, il bacino di carico, che può essere naturale - come nel caso di un lago - o realizzato tramite la creazione di una diga. L’acqua viene convogliata da condotte forzate dalla diga verso le turbine idrauliche, che ruotando generano energia meccanica, convertita poi in energia elettrica dal generatore elettrico rotante.

A valle è situato un bacino di calma, dove le acque turbolente che hanno appena attraversato le turbine vengono fatte placare, prima di essere reimmesse nel normale flusso del corso d’acqua. L’esistenza del bacino di monte, a differenza dei sistemi ad acqua fluente, permette di avere controllo sui flussi d’acqua e quindi sulla relativa produzione elettrica rinnovabile.

Le centrali ad accumulazione prevedono due serbatoi a quote differenti, uno a monte e uno a valle, il secondo dei quali funge da riserva energetica. Durante le ore o i momenti di minore richiesta energetica, l’acqua viene fatta risalire dal bacino a valle al bacino di monte tramite una stazione di pompaggio, permettendo così di far fronte in sicurezza ai momenti di maggiore richiesta energetica. In alcuni impianti è possibile utilizzare le caratteristiche di reversibilità delle turbine Francis per convertirle in pompe e riportare l’acqua nel serbatoio a monte. 

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