Una centrale idroelettrica funziona grazie alla fonte energetica “pulita” più antica e diffusa al mondo. Da secoli la forza dell’acqua viene sfruttata dall’uomo, un tempo con le pale dei mulini, oggi mediante moderni impianti che possono garantire il fabbisogno di intere città, tramite una risorsa che si rigenera naturalmente attraverso il ciclo idrologico. Attualmente, in Italia, l’elettricità così ottenuta costituisce la principale alternativa ai combustibili fossili.
Durante il 2024, nel nostro Paese la produzione da fonti rinnovabili ha fatto registrare il dato più alto di sempre in termini di copertura della domanda, dicono i dati di Terna, società che gestisce la rete nazionale di trasmissione in alta e altissima tensione. A trainare il settore è stato in particolare l’idroelettrico, con una crescita a due cifre rispetto all’anno precedente (+30,4%), maggiore anche del fotovoltaico (+19,3%), che ha comunque segnato il suo record storico.
Dalle condotte alla turbina: come funziona una centrale idroelettrica
Ma come funziona il processo di una centrale idroelettrica? Strutture di questo tipo si possono trovare lungo il corso dei fiumi oppure nei pressi di laghi o invasi artificiali creati mediante dighe. Sfruttando il dislivello tra il bacino e l’impianto, l’acqua viene convogliata in condotte forzate e fatta passare all’interno di turbine idrauliche, il “cuore” di tutto il sistema. Dopodiché, tramite un canale di scarico, viene reintrodotta nell’ambiente.
Potremmo considerare questi macchinari l’evoluzione moderna delle pale degli antichi mulini o addirittura delle prime ruote idrauliche ideate nel 100 a.C. La rotazione genera energia meccanica, convertita in elettricità grazie a un alternatore (generatore elettrico rotante). Si tratta di dispositivi dal rendimento molto elevato: si stima che una turbina possa convertire in energia meccanica oltre il 90% dell’energia cinetica generata dal passaggio dell’acqua.
I tipi di turbina e il trasporto dell’energia rinnovabile
Le principali tipologie di turbina idroelettrica prendono il nome dagli esperti che hanno sviluppato queste tecnologie:
- Turbina Francis,a flusso centripeto, è la più usata per dislivelli medi e portate di acqua da 2 a 100 metri cubi al secondo;
- Turbina Pelton,con pale a forma di cucchiai sagomati, rispecchia il funzionamento della ruota a pale dei vecchi mulini. È usata per i grandi dislivelli e portate sotto i 50 metri cubi al secondo;
- Turbina Kaplan, di tipo assiale, ha un funzionamento simile a quello dell’elica di una nave e ha un buon rendimento anche nel caso di piccoli dislivelli o con grandi portate, da 200 metri cubi al secondo in su.
Prima di essere immessa nella rete e trasmessa su lunga distanza, la corrente elettrica originata attraverso la turbina passa da un trasformatore che ne abbassa l’intensità, elevando la tensione. Per essere consumata, una volta arrivata a destinazione, l’energia transiterà nuovamente da un trasformatore per ridurre la tensione e renderla adatta ai diversi usi, industriali o domestici.
Come funzionano i diversi tipi di centrale idroelettrica
Esistono tre tipologie di centrale idroelettrica, classificate in base al loro funzionamento. Tutte sfruttano la forza di gravità per infondere un’accelerazione alla caduta dell’acqua e ottenere il massimo rendimento energetico.
- Centrale ad acqua fluente – utilizza direttamente il flusso naturale di un fiume o di un torrente. L’acqua viene indirizzata verso le turbine e poi reimmessa nel corso di origine;
- Centrale a bacino (chiamata anche “a salto”) – l’acqua di uno o più fiumi viene accumulata in un bacino, naturale o creato artificialmente con una diga, per azionare le turbine grazie a una consistente differenza di quota. Successivamente viene reimmessa nel fiume;
- Centrale ad accumulo o di pompaggio – prevede due bacini di accumulo, uno a monte e uno a valle. L’acqua, che in caduta genera energia, può essere riportata in quota mediante il pompaggio, grazie alle stesse turbine, in una sorta di “sistema chiuso”, che può funzionare anche impiegando l’elettricità in eccesso prodotta dalla centrale.
Un bacino idroelettrico svolge principalmente la funzione di “serbatoio”, permettendo di rilasciare acqua in modo controllato, in base alle necessità. Tuttavia, questa soluzione può essere combinata con altri obiettivi: ad esempio, un invaso progettato per l’approvvigionamento idrico può essere valorizzato pure per fini idroelettrici. Un esempio virtuoso di integrazione tra produzione di energie rinnovabili, territorio e infrastrutture del sistema idrico si trova nella Città metropolitana di Firenze: la centrale idroelettrica del Lago di Bilancino, operativa dal 2006 in Mugello.
I vantaggi dell’energia idroelettrica
La prima centrale idroelettrica al mondo è entrata in funzione nel 1882, ad Appleton, negli Stati Uniti, presso le Cascate del Niagara, e nel corso dei secoli il funzionamento di queste strutture si è perfezionato grazie a costanti innovazioni che le hanno rese sempre più efficienti e anche rapidamente adattabili a nuove esigenze. Oggi la più grande è quella delle Tre Gole in Cina, realizzata lungo il corso del Fiume Azzurro (Yangtze), mentre una delle più imponenti in Europa si trova in Italia. È intitolata a Luigi Einaudi ed è entrata in funzione nel 1982 a Entracque, in provincia di Cuneo.
I vantaggi di questa soluzione sono rappresentati soprattutto dai benefici ambientali (come l’abbattimento delle emissioni di anidride carbonica) e dalla riduzione dei costi di produzione dell’energia. Nonostante inizialmente siano richiesti investimenti considerevoli, strutture di questo tipo hanno una vita operativa potenziale di circa un secolo: sul lungo periodo le risorse economiche impiegate per la costruzione sono compensate dalla bassa spesa per generare elettricità pulita, grazie a una risorsa rinnovabile come l’acqua. Un tesoro da gestire in modo responsabile.
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