Energia dell'acqua
ENERGIA IDROELETTRICA
Definizione
L'energia idroelettrica è una risorsa energetica rinnovabile, ovvero una fonte di energia che non si esaurisce con l'uso. E' basata sullo sfruttamento dell'energia cinetica dell'acqua disponibile ad una certa quota rispetto alla posizione degli impianti idroelettrici.
Funzionamento
Per produrre energia idroelettrica l'uomo ha costruito dighe e condotti che convogliano l’acqua alle centrali, dove l'energia cinetica (l'energia del movimento) viene trasformata in energia elettrica, grazie al fenomeno dell'autoinduzione e alle turbine collegate con dinamo.
La turbina è una macchina motrice che ha la funzione di trasformare l'energia dell'acqua in energia meccanica.
Tipologia e Applicazioni
L'impianto a bacino è il più diffuso e potente. Il bacino può essere naturale, oppure artificiale.
Un altro tipo d'impianto è quello ad accumulo, caratterizzato dalla presenza di due serbatoi posti a quote diverse. Nelle ore di maggior richiesta avviene un passaggio dai due serbatoi in modo tale da garantire una produzione continua di energia.
Un'altra applicazione è quella degli impianti ad acqua fluente, i quali però non garantiscono una continua produzione d'energia, in quando la corrente del fiume non può essere regolata.
Recentemente sono stati fatti studi per poter sfruttare anche la forza del mare, infatti il mare può fornire diverse fonti da cui poter attingere energia le quali sono per esempio le maree, le onde, le correnti e il gradiente termico. Per il momento solo la Francia possiede un impianto marino.
Componenti
Un impianto idroelettrico tipico consta delle seguenti parti o strutture:
- Opere di sbarramento: intercettano l'acqua per alimentare un invaso nella località prescelta per la presa. Le dighe sono opere di altezza notevole (fino a centinaia di metri); oltre a fermare il flusso di un fiume o elevare la quota di un lago naturale già esistente, creano un serbatoio utile per la regolazione delle portate. Le traverse sono invece opere di altezza modesta (al massimo qualche decina di metri) che operano uno sbarramento di un fiume entro limiti precisi (solitamente sono costruite in maniera da essere tracimate dall'acqua in caso di elevate portate). Forma e dimensioni di un bacino idrografico sono generalmente determinati dalle caratteristiche geologiche della zona.
- Opere di presa, filtraggio e derivazione dell'acqua: le opere di presa consentono di trasportare l'acqua dallo sbarramento alla centrale; sono costituite da un manufatto di presa (dotato di griglie e di organi di intercettazione) seguito da un'opera di derivazione, cioè un condotto che può essere del tipo:
- canale a pelo libero: l'acqua è a contatto superiormente con l'atmosfera; ha solitamente sezione trapezoidale e può essere scavato nel terreno e dotato di un rivestimento in calcestruzzo
- condotta in pressione: ha sezione circolare ed è realizzata mediante tubazioni di acciaio.
- Vasca di carico e pozzo piezometrico: il condotto di derivazione termina con una vasca di carico, se il canale è a pelo libero, oppure con un pozzo piezometrico (per contenere i colpi d'ariete che si manifestano durante i transitori), nel caso di condotte in pressione.
- Condotte forzate e organi di intercettazione: sono le tubazioni che portano l'acqua dalla vasca di carico o dal pozzo piezometrico alla centrale. Il flusso è regolato tramite opportuni sistemi di intercettazione (valvole a sfera, a farfalla, a bulbo...).
- Centrale: edificio nel quale avviene la trasformazione dell'energia e nel quale sono presenti i vari apparati di comando, controllo, ausiliari:
- Turbina idraulica: dispositivo meccanico che trasforma l'energia potenziale e/o cinetica dell'acqua in energia meccanica, resa all'albero motore
- Alternatore: macchina elettrica rotante, collegata direttamente alla turbina, in grado di trasformare in energia elettrica l'energia meccanica ricevuta dalla turbina
- Trasformatore: macchina elettrica statica utilizzata per rendere le caratteristiche della corrente elettrica prodotta idonee al convogliamento nelle linee di trasmissione a grande distanza, attraverso l'abbassamento dell'intensità e innalzamento della tensione a migliaia di volts
- Sistemi di controllo e automazione: dispositivi che regolano il funzionamento dell'impianto, tramite la misura dell'energia elettrica prodotta, il controllo dei parametri funzionali dell'impianto, la gestione delle fasi di avvio e fermata, l'interfaccia con la rete. Molte centrali elettriche operano attualmente senza la presenza permanente di personale, grazie ai sistemi automatizzati
- Opere di restituzione: sistema di trasporto dell'acqua in uscita dalla turbina, e la restituzione al corso d'acqua, a valle, delle portate prelevate a monte. Solitamente sono costituite da un canale o galleria e un opportuno manufatto di sbocco.
Vantaggi
I vantaggi dell'energia idroelettrica sono principalmente due:
- questa energia è ricavata da una fonte rinnovabile, l'acqua presente in grande quantità sul nostro pianeta
- è una fonte di energia pulita: per la sua produzione non sono rilasciate nell'atmosfera sostanze inquinanti.