Come funziona una centrale idroelettrica?

La centrale idroelettrica produce energia idroelettrica, una delle più conosciute tra le energie rinnovabili.

Ma come funziona una centrale idroelettrica e quali sono le diverse tipologie?

Per capire come funziona una centrale idroelettrica, occorre prima di tutto sapere che è un’opera di ingegneria idraulica ideata allo scopo di produrre energia elettrica sfruttando il movimento delle masse d’acqua, come fiumi, ruscelli e cascate.

L’energia che viene prodotta da una centrale idroelettrica fa parte a tutti gli effetti delle energie rinnovabili dal momento che la sua fonte, l’acqua, è un elemento naturale, pulito e non soggetto a esaurimento.

Le centrali idroelettriche sono la seconda fonte energetica rinnovabile più utilizzata al mondo, dopo le centrali a biomasse.  Ma per produrre energia elettrica, l’acqua deve compiere un lungo percorso. Parte da un bacino (artificiale o naturale), passa per i canali di derivazione o condotte forzate a seconda del tipo di centrale idroelettrica, arriva alla turbina che si aziona grazie alla spinta dell’acqua e ritorna al fiume o al corso d’acqua da cui ha origine.

Come funziona una centrale idroelettrica

Ma come funziona una centrale idroelettrica esattamente?
Come fa l’energia potenziale dell’acqua a trasformarsi in energia elettrica?

Le centrali idroelettriche sono opere di ingegneria idraulica costruite per sfruttare l’energia meccanica potenziale che ha una massa d’acqua in movimento. Per essere in movimento, l’acqua deve trovarsi ad una quota superiore rispetto a quella dove si trovano le turbine, in modo che la pressione di caduta dell’acqua azioni la turbina e il trasformatore ad essa collegato.

La potenza dell’impianto idraulico si misura in base al dislivello tra la quota in cui si trova la massa d’acqua in origine e quella in cui si trova dopo essere passata dalla centrale idroelettrica.

A seconda della sua potenza, le centrali idroelettriche vengono classificate in:

• MICRO CENTRALI IDROELETTRICHE P<100 kW;
• MINI CENTRALI IDROELETTRICHE P<1.000 kW;
• PICCOLE CENTRALI IDROELETTRICHE P<10.000 kW;
• GRANDI CENTRALI IDROELETTRICHE P>10.000 kW.

Per sfruttare il più possibile l’energia dell’acqua, le centrali idroelettriche vengono costruite in modo che il volume dell’acqua cresca man mano che si scende verso valle, in modo da avere un apporto d’acqua sempre maggiore e impiegare la stessa massa d’acqua più volte all’interno dei diversi impianti situati ad altezze differenti.

Tipologie di centrali idroelettriche

Ora che sappiamo come funziona una centrale idroelettrica, vediamo quali sono le tre principali tipologie:

1. Centrale ad acqua fluente

Gli impianti idroelettrici ad acqua fluente sono quelli che per produrre energia elettrica sfruttano le risorse naturali disponibili, ovvero la portata naturale di un fiume o di un corso d’acqua che si trova a due livelli differenti. La potenza sviluppata dagli impianti idroelettrici ad acqua fluente dipende dalla portata del corso d’acqua.

2. Centrali a bacino

Gli impianti idroelettrici a bacino funzionano grazie all’utilizzo di un serbatoio che può essere di origine naturale, come un lago, ma anche creato dall’uomo per aumentare la portata dei bacini naturali. Sono centrali a bacino tutti quegli impianti che funzionano grazie alla presenza di dighe e sbarramenti, che possono essere costruiti in prossimità della centrale oppure ad alta caduta, ovvero quando la centrale idroelettrica si trova più in basso rispetto al serbatoio. Il vantaggio più importante di questa tipologia di impianti è il fatto che si riesce a regolare il flusso dell’acqua in base alle esigenze dei diversi periodi dell’anno o delle diverse ore della giornata.

3. Centrali con impianti di accumulazione

Gli impianti idroelettrici ad accumulo consentono di aumentare la produzione di energia delle centrali idroelettriche attraverso l’utilizzo di due serbatoi collocati a quote differenti, uno a monte e uno a valle. Grazie al sistema di pompaggio dell’acqua regolato dalla centrale, si riuscirà a spostare l’acqua nelle ore notturne dal bacino di valle al bacino di monte. Così nelle ore diurne, dove c’è maggior richiesta di energia elettrica, l’acqua immagazzinata nel serbatoio superiore verrà usata per la produzione di energia elettrica, mentre nelle ore notturne la stessa acqua verrà rimandata al serbatoio superiore, garantendo una maggior sicurezza dell’impianto.

Il vantaggio di questo tipo di impianto, oltre ad essere più efficiente in termini di produzione di energia, è la possibilità di attenuare i fenomeni alluvionali: nel caso di piogge abbondanti, i serbatoi si riempiranno da soli, senza la necessità di attivare il meccanismo di pompaggio dell’acqua, guadagnando così una maggior quantità di energia elettrica. Le centrali idroelettriche con impianti di accumulazione sono attualmente il miglior sistema per accumulare energia prodotta dal movimento dell’acqua.

In Italia questo tipo di energia rinnovabile e di impianti è molto comune, essendo il territorio del nostro Paese ricchissimo di montagne, fiumi, laghi e valli che fungono da serbatoi naturali per la raccolta dell’acqua. Già dagli inizi del Novecento l’energia idroelettrica era una delle principali fonti energetiche del nostro Paese ed anche oggi costituisce una delle più importanti risorse energetiche, specialmente al nord Italia. Lombardia, Piemonte e Trentino costituiscono l’asse portante della produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili, tra cui quella idrica.

Anche gli impianti di piccole e medie dimensioni (microidroelettrici) sono in crescita grazie agli incentivi statali, anche se l’iter burocratico lungo e complesso non agevola le piccole realtà locali e le aziende familiari che producono meno di 200 kw di energia.