Energia Idroelettrica

Energia Idroelettrica

L’energia idroelettrica (o energia dall’acqua) è la più importante fonte di energia rinnovabile al mondo, l’unica abbastanza competitiva da contendere il primato di energia più sfruttata ai combustibili fossili e all’energia nucleare. Negli ultimi trenta anni circa, la produzione di energia nelle centrali idroelettriche è triplicata, ma la quota di diffusione è stata aumentata solo del 50% (dal 2,2% al 3,3%). Le centrali nucleari nello stesso periodo facevano registrare una crescita di quasi cento volte più alta nella produzione ed una quota di 80 volte maggiore.

Questa disparità è stata causata delle restrizioni di cui soffre l’energia idroelettrica. Non può essere utilizzata in tutti i settori, perché ha bisogno di abbondanza di acqua che scorre veloce, e che deve essere sempre presente durante tutto l’anno, perché l’elettricità non può essere accumulata a buon mercato. Per alleviare l’effetto delle oscillazioni dei livelli d’acqua, sono state costruite alcune dighe, specialmente nei laghi.

Questo accorgimento aumenta in modo significativo le spese della centrale, e aumenta anche il livello delle acque sotterranee in prossimità dell’accumulo. Il livello dell’acqua sotterranea ha grande influenza sulla flora e sulla fauna, l’energia idroelettrica così non è del tutto innocua per l’ambiente. Un grande problema riguardante l’accumulo include il fattore protezione a rischio in caso di terremoti.

Si stima che venga usato solo il 25% del potenziale energetico idroelettrico del mondo. La maggior parte dei potenziali non utilizzati si trova in Paesi sottosviluppati, che però attualmente hanno condizioni favorevoli di sviluppo grazie alla crescita dei consumi energetici. Questi Paesi hanno già avviato alcuni dei più grandi progetti, in particolar modo in Cina, India, Malesia, Vietnam, Brasile e Perù. Il motivo è stato che, nel momento in cui queste nazioni hanno richiesto una quota crescente di energia, è sorta la preoccupazione per l’inquinamento, ed il bisogno di un ambiente più pulito ha favorito lo sviluppo di questa tecnologia. Le dimensioni di alcuni progetti stanno dando l’impressione che le prestazioni dell’idroelettrico saranno in grado, di superare quelle dei combustibili fossili.

Esistono tre tipi principali di centrale idroelettrica: fluida, ad accumulo (diga idroelettrica) e reversibile (impianti di pompaggio). Per definizione le centrali a fluido sono quelle che non hanno accumulo a monte o quelle in cui l’accumulo può essere svuotato per meno di due ore con la sua potenza nominale. Ciò significa che l’energia cinetica è utilizzata direttamente quando l’acqua si muove nella turbina. Queste centrali sono più facili da costruire, ma dipendono fortemente dalla fluidità dell’acqua. Il vantaggio di questo tipo è la scarsa influenza sull’ambiente e che non crea l’accumulo di acque sotterranee.

La centrale ad accumulo si basa sulla diga in grado di accumulare, comprimere e sfruttare la gravità dell’acqua. Ci sono due tipi di dighe idroelettriche: nei pressi della diga e derivazionali. La prima è situata sotto la diga stessa, l’altra si trova molto più a valle della diga, collegata tramite tubazioni. Le dighe idroelettriche sono per lo più utilizzate per ottenere l’elettricità dall’acqua. I problemi maggiori si verificano durante i mesi estivi, quando il flusso naturale diventa troppo scarso per il funzionamento. In tal caso la diga deve essere sigillata, ed è necessario mantenere il livello minimo biologico dell’acqua. Un grosso problema è anche il livello di crescita dell’acqua sotterranea.

Gli impianti di pompaggio sono molto simili alle dighe idroelettriche, ma la fluidità dell’acqua passa attraverso entrambe le direzioni in un canale derivazionale. Quando il consumo di energia è basso, le pompe dell’acqua si sversano in una vasca accumulandosi. Durante il giorno, quando il consumo di energia elettrica è maggiore, l’acqua precedentemente accumulata si svuota. Energicamente questa non è la soluzione migliore, ma è pur sempre meglio che costruire due centrali termiche per la copertura dei consumi energetici.

E poi ci sarebbe un quarto tipo di centrale idroelettrica, il mini-idroelettrico. Piccoli impianti sono in grado di convertire l’energia potenziale dell’acqua in energia cinetica sotto forma di acqua corrente, quindi in energia meccanica prodotta dalle turbine e, infine, in energia elettrica dal generatore. Negli ultimi anni le tendenze del mondo nel settore dell’energia si sono spostate verso le fonti energetiche rinnovabili, e per questo il mini-idroelettrico sta diventando sempre più popolare.

Mentre i grandi impianti idroelettrici provocano danni agli ecosistemi nelle vicinanze, hanno un’influenza negativa sul suolo, causano allagamenti, aumentano le emissioni di metano, e le emissioni globali connesse con la costruzione ed il trasporto, il mini-idroelettrico è ad impatto zero. Le enormi quantità di acqua nelle condotte di acqua potabile sono la scelta più logica come potenziale fonte di energia. Tenuto conto del fatto che il flusso passa attraverso le condutture dal sito della pompa dell’acqua, sfruttando la forza gravitazionale può attraversare una turbina ed un generatore elettrico senza conseguenze nell’approvvigionamento di acqua potabile, però producendo allo stesso tempo energia elettrica.

Il 22% della produzione elettrica mondiale proviene dagli impianti idroelettrici di piccole e grandi dimensioni. La differenza sostanziale tra le centrali idroelettriche grandi e piccole riguarda prevalentemente la potenza installata, la quale varia da Paese a Paese. Alcuni Stati come Portogallo, Spagna, Irlanda, Grecia e Belgio hanno accettato 10 MW per distinguere le piccole dalle grandi centrali idroelettriche. In Italia bastano 3 MW, in Svezia 1,5 MW, in Francia 8 MW, 15 MW in India, e 25 MW in Cina. Va detto che lo standard di 10 MW come potenza di uscita superiore sta diventando una norma generale in Europa, e presto la Commissione europea chiederà che venga accettato da tutti gli Stati membri.

Rispetto alle grandi centrali qui ci sono alcuni dei vantaggi del mini-idroelettrico:

• Nessun costo di distribuzione dell’energia elettrica;
• Nessun impatto negativo sugli ecosistemi nelle vicinanze;
• Manutenzione economica.

La turbina ad acqua è il dispositivo di propulsione in cui si converte l’energia potenziale dell’acqua in energia cinetica, e poi con il cambiamento di quantità del moto, in energia meccanica di rotazione. Il pergolato della ruota della turbina è collegato con il generatore che converte l’energia meccanica della rotazione in energia elettrica. I due tipi principali di turbine idrauliche sono le turbine a reazione e le turbine ad azione.

• Turbine ad acqua a reazione: sono quelle turbine ad acqua che hanno una maggiore pressione all’ingresso del rotore rispetto alla pressione alla sua uscita. In queste turbine una parte dell’energia potenziale viene trasferita in energia cinetica in parte nello statore ed in parte nel rotore. La rotazione della ruota è causata dai cambiamenti di quantità del moto e della forza di reazione (differenza di pressione, forza Coriolois, etc).
• Turbine ad acqua ad azione: la pressione all’ingresso del rotore è uguale alla pressione alla sua uscita, perché tutta l’energia potenziale viene trasferita nell’energia cinetica nello statore della turbina. La forza di rotazione è qui il risultato dei cambiamenti della quantità del moto a causa della rotazione del flusso nella ruota.

In generale, i grandi impianti idroelettrici hanno alcune difficoltà a competere con la generazione convenzionale, ma le piccole centrali idroelettriche, soprattutto quelle molto piccole e quelle con basso flusso, normalmente sono in grado di competere con i combustibili fossili e l’energia nucleare. I costi iniziali sono alti ma i costi di gestione sono estremamente limitati, in quanto non vi è necessità di carburante per far funzionare l’impianto. Il capitale necessario per le piccole centrali idroelettriche dipende dalla caduta e dal flusso dell’acqua, da caratteristiche geologiche e geografiche, dagli ingranaggi (turbine, generatori), dai lavori di costruzione e dalla continuità del flusso. Usare dighe, barriere, serbatoi e laghi già esistenti può notevolmente diminuire non solo i costi ma anche l’impatto ambientale.

Vantaggi:

• Il mini-idroelettrico è ecologicamente molto accettabile perché non emette CO2 durante la generazione di energia e non usa combustibili fossili;
• Diminuisce il consumo di combustibili fossili;
• Aiuta nella protezione dalle inondazioni, e non necessita di grandi aree;
• Garantisce un approvvigionamento sicuro e affidabile di energia elettrica, con efficienza fino al 90% e piccoli costi di gestione;
• Effetti sociali positivi nell’area (come creazione di nuovi posti di lavoro)

Una centrale da 1 GWh evita l’emissione di 480 tonnellate di anidride carbonica (CO2), fornisce abbastanza elettricità per la fornitura di 250 case nei Paesi sviluppati, e 450 case nei Paesi in via di sviluppo e fa risparmiare fino a 220 tonnellate di combustibile o 335 tonnellate di carbone.

Svantaggi: Benché esse non influenzino i corsi d’acqua come fanno le grandi centrali, influenzano leggermente la flora e la fauna locali (migrazione dei pesci, la qualità delle acque a valle). Al fine di ridurre tale impatto negativo possono essere adottate alcune misure:

• Extra flusso;
• Vie di passaggio per i pesci;
• Raccolta e conservazione della spazzatura;
• Unità multifunzione;
• Tecniche che riducono il rumore e le vibrazioni;
• Turbine fish-friendly;
• Bio-design.

L’Asia, ed in particolare la Cina, è diventata il leader mondiale nella produzione di energia idroelettrica. Oggi lo sviluppo in Australia e Nuova Zelanda è focalizzato principalmente sul mini-idroelettrico. Il Canada, Paese con una lunga tradizione di energia idroelettrica, con gli impianti idroelettrici di piccole dimensioni, mira a sostituire le centrali diesel situate in zone lontane che non sono collegate alla rete centrale. I Paesi in via di sviluppo come il Sud America, l’Unione Sovietica e l’Africa, hanno pure un enorme potenziale ma ancora inutilizzato. Nel 2000 nel mondo la potenza installata di mini-idroelettrico era di circa 37 GW. Solo nel 2005 c’è stato aumento dell’8% rispetto al 2004, salito a 66 GW. Più del 50% di questa capacità è stata installata in Cina (35,8 GW), seguita dal Giappone con 3,5 GW e dagli Stati Uniti con 3 GW. Eppure, questo numero è molto piccolo in confronto con il consumo di energia primaria mondiale di 15 TW, dunque solo lo 0,5%, mentre rappresenta il 5,12% dell’energia elettrica prodotta a livello mondiale (dati 2006).

L’Europa è al secondo posto nella produzione di energia elettrica da centrali piccole, proprio dietro l’Asia. L’energia idroelettrica da sola compone circa l’84% della quota di produzione totale di energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili nell’UE a 27. Nessuna delle altre fonti energetiche rinnovabili (eolico, biomasse, fotovoltaico) può competere con il mini-idroelettrico. Tra i Paesi dell’UE a 15 sono circa 14.000 le piccole centrali idroelettriche, con la potenza media installata di 0,7 MW, mentre i nuovi membri dell’UE (UE 10) hanno circa 2800 centrali con la potenza media di 0,3 MW.

Per approfondire:

• Costo idroelettrico;
• Idroelettrico in Italia;
• Idroelettrico in Usa;
• Mini-idroelettrico a Torino;
• Rinnovabili in Italia.

[Fonte: Our Energy]