Come nasce l’energia idroelettrica: dagli impianti al sistema elettrico

L’energia idroelettrica è una delle energie rinnovabili più antiche e diffuse al mondo, che sfrutta la forza dell'acqua in movimento per generare elettricità. 

L'acqua, proveniente da fiumi o laghi, dopo essere stata accumulata in un bacino idrico (nel caso di produzione regolata e programmabile), oppure direttamente derivata dal corpo idrico (nel caso di produzione “a fluente”), viene derivata tramite canalizzazioni, gallerie e condotte, trasformando l'energia potenziale gravitazionale in cinetica. Questa energia viene poi utilizzata per far girare le turbine collegate agli alternatori, che convertono l'energia meccanica in elettricità.

  • Cos’è
  • Come funziona
  • Tipi di centrali
  • Vantaggi
  • Mitigare gli impatti
  • Quadro nazionale
  • Integrazione con solare ed eolico
  • Futuro sostenibile
  • FAQ

Cos’è l’energia idroelettrica? Definizione e principi

L’energia idroelettrica è una fonte rinnovabile che trasforma la dinamica naturale dell’acqua in elettricità. La risorsa si rinnova grazie al ciclo idrologico, alimentato dal sole e dalle precipitazioni, che rende l’acqua nuovamente disponibile nel tempo.

Con il termine idroelettrico si indica precisamente l’insieme delle tecnologie e degli impianti deputati alla conversione dell’energia così prodotta che viene poi immessa nella rete elettrica nazionale. Rappresenta una colonna portante della transizione energetica il processo di produzione non comporta l'uso di combustibili fossili, rendendo questa fonte pulita e sostenibile. Grazie alla sua efficienza e affidabilità, è una delle principali fonti di energia rinnovabile utilizzate nel mondo.

Inoltre, a differenza di altre rinnovabili, l’energia idroelettrica da impianti con invasi di accumulo è una fonte programmabile: l'acqua può essere accumulata e rilasciata quando serve, rendendo la produzione governabile e non soltanto dipendente dalle condizioni del momento.

Come funziona l’energia idroelettrica? Dal salto d’acqua alla produzione

L'energia idroelettrica funziona sfruttando il dislivello dell'acqua e la gravità. Più precisamente, all’interno di un impianto idroelettrico, l'acqua, possiede energia potenziale grazie alla sua posizione a quota elevata. Quando viene rilasciata, l’energia potenziale si trasforma in energia cinetica, che viene poi convertita in energia meccanica dalle turbine.

Infine, questa viene trasformata in elettricità dagli alternatori. Questo ciclo di trasformazione avviene senza emissioni di gas serra, il che rende l'energia idroelettrica particolarmente vantaggiosa per l'ambiente.

La centrale idroelettrica: componenti principali

Nella centrale idroelettrica tipica, la caduta dell'acqua dall'alto verso il basso viene trasformata in elettricità attraverso una sequenza di componenti.

L'acqua del bacino idrico realizzato tramite una diga viene fatta scendere attraverso derivazioni e incanalata in condotte forzate, lungo le quali acquista velocità e pressione. Raggiunge così le turbine, che la trasformano in energia meccanica, e successivamente gli alternatori, che la convertono in energia elettrica pronta per la rete. La turbina idroelettrica è il cuore dell’impianto: riceve l’acqua in pressione che la fa ruotare, convertendo l’energia idraulica in energia meccanica. L’alternatore, collegato alla turbina, trasforma il movimento rotatorio in corrente alternata, che viene poi trasportata e distribuita attraverso la rete elettrica. Prima dell'immissione in rete, un trasformatore ne eleva la tensione, riducendo le perdite nel trasporto a lunga distanza.

Di seguito, una tabella che riassume le funzioni dei principali componenti di una centrale idroelettrica:

ComponenteFunzione
Bacino idricoRaccoglie l’acqua e permette di gestire la risorsa disponibile
DigaPermette la formazione del bacino idrico
DerivazioneRegola il rilascio dell’acqua verso l’impianto
Condotte forzateConvogliano l’acqua verso le turbine aumentando pressione e velocità
Turbina idroelettricaTrasforma la forza dell’acqua in energia meccanica
AlternatoreConverte il movimento della turbina in energia elettrica
TrasformatoreEleva la tensione prima dell’immissione nella rete

Tipi di centrali idroelettriche: ad acqua fluente, a bacino e a pompaggio

È possibile distinguere diverse tipologie di centrali idroelettriche, in base alle caratteristiche specifiche, alle dimensioni e alla capacità installata.

Ad Acqua fluente: continuità e vincoli

Le centrali ad acqua fluente utilizzano il flusso naturale dei fiumi, senza grandi invasi. Sono caratterizzate da una produzione continua ma dipendente dalle condizioni idrologiche stagionali, che può essere soggetta a variazioni significative durante periodi di siccità o piena.

A bacino: programmazione e gestione della risorsa

Le centrali a bacino utilizzano dighe e serbatoi per accumulare grandi quantità d’acqua, permettendo di programmare la produzione in base alla domanda elettrica. Nei momenti in cui la domanda di elettricità è bassa l’acqua viene conservata nel serbatoio. Questi impianti offrono maggiore flessibilità e stabilità al sistema, ma richiedono una gestione attenta delle risorse idriche e dei sedimenti.

A Pompaggio idroelettrico: come funziona l’accumulo

Le centrali a pompaggio sono sistemi avanzati che permettono di accumulare energia: nei momenti di bassa domanda, l’acqua viene pompata verso il bacino superiore e viene rilasciata quando serve più energia. Questo meccanismo contribuisce in modo determinante alla flessibilità e alla stabilità della rete elettrica, soprattutto in presenza di altre fonti rinnovabili variabili come il solare e l’eolico.

Le centrali spesso vengono raggruppate in aste idroelettriche, ovvero più impianti collegati tra loro attraverso condotte e canali, per massimizzare a produzione di energia e ottimizzare l'utilizzo dell'acqua.

Ecco uno schema riassuntivo delle diverse tipologie di centrali idroelettriche:

TipologiaCome funzionaPunto di forzaAspetto da gestire
Ad acqua fluenteSfrutta il flusso naturale dei corsi d’acqua, senza grandi bacini di accumulo.Produce in modo continuo quando la portata del fiume è sufficiente.Dipende dalle condizioni idrologiche e dalle variazioni stagionali della portata.
A bacinoAccumula l’acqua in un serbatoio e la rilascia quando serve produrre elettricità.Permette una maggiore programmazione della produzione in base alla domanda elettrica e consente la mitigazione delle piene naturaliRichiede una gestione attenta della risorsa idrica, dei sedimenti e degli ecosistemi.
A pompaggioSposta l’acqua tra due bacini a quote diverse: la pompa verso l’alto nei momenti di bassa domanda e la rilascia quando serve energia.Funziona come sistema di accumulo utilizzabile in momenti di elevato fabbisogno e contribuisce alla stabilità della rete elettricaRichiede condizioni geografiche adatte e infrastrutture dedicate.

Vantaggi dell’energia idroelettrica: perché è strategica nel mix energetico

L'energia idroelettrica offre numerosi vantaggi che la rendono una delle fonti di energia rinnovabile più apprezzate. Innanzitutto, è una fonte di energia flessibile, che può adattarsi alle variazioni della domanda e integrare altre fonti di energia intermittenti, come l’eolico e il fotovoltaico.

Gli impianti idroelettrici sono altamente efficienti e possono operare per decenni con una manutenzione minima. Possono essere utilizzati per la produzione continua di energia o per fornire energia di picco durante periodi di alta domanda, con rapidissimi tempi di avviamento e arresto, seguendo quindi ottimamente le richieste di consumo. La loro affidabilità li rende una componente essenziale della rete elettrica, contribuendo a garantire un approvvigionamento energetico stabile e sicuro.aGli impianti idroelettrici sono altamente efficienti e possono operare per decenni con una manutenzione minima. Possono essere utilizzati per la produzione continua di energia o per fornire energia di picco durante periodi di alta domanda, con rapidissimi tempi di avviamento e arresto, seguendo quindi ottimamente le richieste di consumo. La loro affidabilità li rende una componente essenziale della rete elettrica, contribuendo a garantire un approvvigionamento energetico stabile e sicuro.

Oltre ai benefici ambientali, l'energia idroelettrica offre significativi vantaggi economici. Può ridurre i costi energetici a lungo termine e creare posti di lavoro nella costruzione e manutenzione degli impianti. Inoltre, gli impianti idroelettrici possono favorire lo sviluppo delle comunità locali e l’espansione del mercato, grazie alla cooperazione tra i paesi produttori e consumatori di elettricità.

Mitigare gli impatti: tecnologie e gestione per un idroelettrico sostenibile

Ridurre gli impatti ambientali dell'idroelettrico è oggi un obiettivo concreto, perseguibile combinando interventi tecnici e scelte gestionali. Sul piano tecnico, le soluzioni di mitigazione mirano a ripristinare la continuità dei fiumi: dal passaggio della fauna ittica all’ottimizzazione del trasporto dei sedimenti trattenuti dalle dighe.

In questo quadro, il rinnovo delle concessioni idroelettriche rappresenta un'occasione strategica: l'aggiornamento degli impianti esistenti può diventare il momento per introdurre interventi di miglioramento della produzione e di modernizzazione degli impianti, nonché di mitigazione e riqualificazione ambientale, senza occupare nuovi siti.

Quadro nazionale sull'idroelettrico: ruolo e potenziale

L’Italia è tra i principali produttori europei di energia idroelettrica, con una lunga tradizione e un parco impianti diffuso soprattutto nelle regioni alpine e appenniniche. Tuttavia, il potenziale di ulteriore espansione è limitato dalla disponibilità di siti adatti e dalle restrizioni ambientali, mentre la variabilità idrologica e le recenti siccità pongono nuove sfide alla gestione e alla programmazione della produzione.

Negli ultimi anni, la frequenza di eventi siccitosi ha messo in evidenza la vulnerabilità della produzione idroelettrica ai cambiamenti climatici. La gestione flessibile dei bacini e l’adozione di tecnologie innovative sono sempre più cruciali per garantire la continuità della produzione e la sicurezza della rete.

Idroelettrico e transizione energetica: flessibilità e integrazione con solare ed eolico

L'energia idroelettrica gioca un ruolo cruciale nella transizione energetica verso un mix energetico basato su fonti rinnovabili. Contribuisce a diversificare l'approvvigionamento energetico privilegiando risorse naturali presenti sul territorio nazionale e a stabilizzare la rete elettrica.

Grazie alla sua capacità di coprire rapidamente i picchi di domanda, l'energia idroelettrica facilita l'integrazione di altre fonti rinnovabili variabili, come l'energia solare e eolica, migliorando l'affidabilità del sistema energetico complessivo.

Oltre alla produzione di elettricità, alcuni impianti idroelettrici regolabili possono contribuire ai servizi di rete, come:

  • la riserva di potenza
  • la regolazione della frequenza
  • il bilanciamento tra produzione e consumi. 

Questa funzione rafforza il ruolo dell’idroelettrico come infrastruttura utile non solo alla generazione rinnovabile, ma anche alla sicurezza e alla stabilità del sistema elettrico.

Futuro sostenibile: repowering, digitalizzazione e resilienza alla siccità

L'energia idroelettrica è una fonte di energia pulita che è coerente con i criteri stabiliti dalla tassonomia europea per le attivià ecosostenibili e quindi, contribuisce significativamente alla lotta contro l'inquinamento e i cambiamenti climatici.

La prospettiva di un futuro sostenibile per l’idroelettrico passa attraverso:

  • il repowering e la modernizzazione degli impianti esistenti
  • l’introduzione di tecnologie digitali per la gestione intelligente delle risorse
  • lo sviluppo di soluzioni resilienti agli effetti della siccità. 

L’innovazione nel settore, dalla sensoristica all’intelligenza artificiale, può migliorare l’efficienza e ridurre l’impatto ambientale nonché il presidio in sicurezza dei territori nei confronti di eventi metereologici intensi, rafforzando il contributo dell’idroelettrico al sistema elettrico nazionale.

Domande frequenti sull’energia idroelettrica

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A cura di

Roberto Castellano
Responsabile impianti idroelettrici - Gruppo A2A

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