L’idroelettrico in Italia: la rinnovabile più pregiata

Il funzionamento di un impianto idroelettrico si basa su alcuni principi fisici fondamentali. L'acqua, accumulata in un invaso, possiede un’energia potenziale derivante dalla sua posizione elevata. Quando viene rilasciata, questa energia potenziale si trasforma in energia cinetica e/o di pressione, che viene poi convertita in energia meccanica dalle turbine. Infine, l'energia meccanica viene trasformata in energia elettrica dagli alternatori. Questo ciclo di trasformazione energetica avviene senza emissioni di gas serra e/o inquinanti, il che rende l'energia idroelettrica particolarmente vantaggiosa per l'ambiente.

Come si produce l’energia idroelettrica? Il processo di produzione di energia idroelettrica si articola in 3 fasi:

Raccolta dell’acqua 

La raccolta dell’acqua, come prima fase nella produzione di energia idroelettrica, permette di catturare l’energia potenziale dell’acqua grazie a dighe o sbarramenti, che reindirizzano i flussi idrici verso gli impianti idroelettrici.

Conversione dell’energia

L’acqua viene convogliata verso le turbine attraverso condotte forzate, trasformando l’energia potenziale in cinetica e/o di pressione. A seconda della portata e del dislivello, possono essere utilizzate diverse tipologie di turbine; le più diffuse sono le turbine Francis, Pelton o Kaplan.

La turbina Pelton viene adoperata nel caso di basse portate (inferiori ai 50 metri cubi al secondo) ma grandi dislivelli (fino ai 1400 metri). Si distingue dalle altre turbine per la sua caratteristica forma delle pale a “doppio cucchiaio”. Viene definita come una turbina ad “azione”, in quanto tutta l’energia presente all’interno dell’acqua viene convertita in energia cinetica all’interno del distributore.

La turbina Francis è ampiamente utilizzata nel mondo dell’idroelettrico grazie alla sua capacità di funzionare in un ampio ventaglio di portate d’acqua (che possono andare da 2 a 100 metri cubi al secondo) e con dislivelli medi, che possono andare dai 10 fino ai 300/400 metri. È una turbina a “reazione” in quanto l’energia racchiusa nell’acqua viene convertita in energia cinetica in parte all’interno del distributore ed in parte all’interno della girante.

La turbina Kaplan invece è adoperata in casi di piccoli dislivelli (fino a qualche decina di metri) e grandi portate (dai 200 metri cubi per secondo a salire). Parlando anche in questo caso di turbina a “reazione”, la Kaplan si distingue per la sua forma caratteristica, molto simile a quella dell’elica di una nave.

Generazione di elettricità 

L’ultima fase è quella della generazione vera e propria dell’elettricità. L’energia meccanica delle turbine idroelettriche viene trasmessa tramite un albero rotante all’alternatore, composto da due parti fondamentali: rotore e statore.

Il rotore è la parte mobile e di solito contiene elettromagneti o magneti permanenti. Quando viene messo in rotazione dall'albero, il campo magnetico generato dai suoi magneti si muove nello spazio circostante. Questo campo magnetico rotante interagisce con lo statore, la parte fissa dell'alternatore, costituito da un insieme di avvolgimenti di filo conduttore, di solito rame, disposti in modo opportuno attorno al rotore e questo, secondo la legge di Faraday, induce una corrente elettrica.

L’energia elettrica prodotta dall’alternatore, però, non può essere trasferita così com’è alla rete. La sua tensione è troppo bassa, non sufficiente per percorrere lunghe distanze.

Per questo motivo viene convogliata ai trasformatori che la adattano alle tensioni richieste per il trasporto e la distribuzione.

Non tutte le centrali idroelettriche funzionano allo stesso modo. A seconda delle caratteristiche del territorio e delle esigenze energetiche, si distinguono diverse tipologie di impianti:

• Centrale idroelettrica a bacino (o serbatoio): utilizza una diga o uno sbarramento per accumulare l’acqua in un bacino artificiale e rilasciarla quando serve.
• Centrale idroelettrica ad acqua fluente: è un impianto idroelettrico che sfrutta il flusso naturale di un fiume, senza la presenza di un bacino di accumulo.
• Centrale idroelettrica a pompaggio: è una centrale in cui l’acqua dell’invaso di monte, una volta utilizzata, viene immagazzinata in un invaso di raccolta a valle della turbina. Questo permette, ri-pompando l’acqua nell’invaso di monte, di immagazzinare energia ed utilizzarla quando è più conveniente.
• Mini idroelettrico: soluzione su piccola scala ideale per valorizzare corsi d’acqua o ruscelli con basse portate e dislivelli, si sono molto diffusi negli ultimi anni in quanto richiedono investimenti contenuti, comportano bassi impatti ambientali e la possibilità di uno sviluppo di economie territoriali.

Oltre all’essere rinnovabile e a zero emissioni di CO₂, l’energia idroelettrica è vantaggiosa in quanto le centrali idroelettriche, grazie alle loro caratteristiche di affidabilità e programmabilità, hanno un ruolo chiave nel:

• permettere l’energy time shifting, ovvero lo spostamento della produzione di energia in ore del giorno o anche periodi dell’anno in cui la disponibilità della risorsa è più scarsa;
• bilanciamento della rete elettrica, attività non realizzabile da fonti intermittenti come il solare e l’eolico.

Va però detto che la costruzione di dighe e bacini può avere un impatto ambientale, significativo, seppur le tecnologie di oggi permettano una progettazione volta a salvaguardare gli ecosistemi.

Questo, unito al fatto che l’Italia vanta una lunga e comprovata esperienza nella valorizzazione della risorsa idroelettrica, rende complessa l’identificazione di nuovi siti adatti alla realizzazione di nuovi impianti di grande potenza.

Con una risorsa idrica al 2023, stimata in circa 112 miliardi di metri cubi d’acqua (fonte ISPRA), l’Italia possiede un patrimonio idrico inestimabile.

Eppure i cambiamenti climatici, l’aumento dei fenomeni estremi ed un contesto che non favorisce investimenti nel settore, sta rendendo la gestione di questa risorsa sempre più complessa.

Per garantire un futuro sostenibile, è fondamentale adottare strategie di gestione responsabile, investendo in innovazione e tecnologie per ottimizzare l’uso delle risorse idriche (come sottolineato dal nostro studio in collaborazione con The European House Ambrosetti). L’energia idroelettrica, con la sua flessibilità e il suo contributo alla transizione energetica, continuerà a giocare un ruolo centrale nel panorama italiano, purché sia valorizzata con un approccio lungimirante e attento all’ambiente.

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