Impianti Idroelettrici

Gli impianti idroelettrici attuali sfruttano l'energia potenziale meccanica contenuta in una portata d’acqua che si trova disponibile ad una certa quota rispetto al livello in cui sono posizionate le turbine. Pertanto la potenza di un impianto idraulico dipende da due fattori: il salto (dislivello esistente fra la quota a cui è disponibile la risorsa idrica svasata e il livello a cui la stessa viene restituita dopo il passaggio attraverso la turbina) e la portata (la massa d'acqua che fluisce attraverso la macchina espressa per unità di tempo).

Impianti a bacino (a deflusso regolato)

Sono impianti a bacino idrico naturale (laghi) o artificiale, come nel caso di molti serbatoi. A volte possono essere bacini naturali nei quali si aumenta la capienza con sbarramenti, in molti casi gli sbarramenti consistono in dighe alte molte decine di metri.

Sono ad oggi gli impianti idroelettrici più potenti e più sfruttati, hanno però un notevole impatto ambientale e possono essere usati come "accumulatori" di energia da utilizzare nelle ore di punta pompando acqua da valle a monte nelle ore notturne.

Sono provvisti di una capacità di invaso alla presa del corso d'acqua atta a modificare il regime delle portate utilizzate dalla centrale. In genere queste centrali sono superiori ai 10 MW di potenza e arrivano a potenze enormi. Ad esempio nell'impianto di Itaipu in Brasile, il bacino ha un'estensione di 1460 Kmq (4 volte il lago di Garda) e una potenza di circa 13.000 MW. In Cina sono in via di completamento i lavori per la centrale delle Tre Gole, sul fiume Yang-Tze, che una volta ultimati renderanno disponibile una potenza di oltre 17.000 MW.

Sono impianti con tutte le caratteristiche di quelli tradizionali ma ricavano la disponibilità di acqua nel serbatoio superiore mediante un sollevamento elettromeccanico (con pompe o con la stessa turbina di produzione). Questo tipo di impianto consiste in due serbatoi di estremità, collocati a quote differenti mediante i manufatti tipici di un impianto idroelettrico: nelle ore diurne di maggior richiesta (ore di punta) dell'utenza l'acqua immagazzinata nel serbatoio superiore è usata per la produzione di energia elettrica; nelle ore di minor richiesta (ore notturne) la stessa viene risollevata al serbatoio superiore. In questo modo l'uso della corrente elettrica per pompare l'acqua nel serbatoio superiore viene restituita quasi integralmente in una forma di maggior pregio perché restituita nelle ore di maggior richiesta.

La diffusione di un gran numero di questi impianti, anche se di dimensioni medie e piccole, permetterebbe da un lato una maggiore ritenzione di acqua nel territorio, cosa sempre utile, e da un altro lato la possibilità di attenuare i fenomeni alluvionali, nel caso di abbondanti piogge i serbatoi sarebbero infatti riempiti senza la necessità di pompare acqua da valle a monte e in questi casi si avrebbe un guadagno netto di energia elettrica.

Gli impianti idroelettrici a serbatoio o ad accumulo sono attualmente il miglior sistema di accumulo di energia. Se tali sistemi fossero adottati in un numero maggiore ciò permetterebbe da un lato la necessità di un minor numero di centrali termoelettriche, oggi necessarie per soddisfare i fabbisogni di punta, dall'altro lato il massimo rendimento delle stesse centrali termoelettriche e anche delle centrali ad acqua fluente nonché dei sistemi eolici, solari e dei sistemi derivati dalle fonti di energia rinnovabili in genere.

Questo tipo di impianti era molto più usato all'inizio del secolo scorso, sopratutto per azionare macchine utensili in piccoli laboratori. Oggi il loro potenziale è sotto utilizzato anche se l'impatto ambientale può essere contenuto e limitato.

Non dispongono di alcuna capacità di regolazione degli afflussi, per cui la portata sfruttata coincide con quella disponibile nel corso d'acqua (a meno di una quota detta deflusso minimo vitale, necessaria per salvaguardare l'ecosistema).Quindi la turbina produce con modi e tempi totalmente dipendenti dalla disponibilità del corso d'acqua, data la loro facilità di arresto-avvio sono utilizzati per regolare il sistema della rete di trasmissione dell'energia elettrica, cosa che però determina una considerevole dissipazione di energia.

In Svizzera le centrali ad acqua fluente coprono il fabbisogno elettrico di base del paese.

Un’interessante possibilità, presa in considerazione solo di recente dai tecnici progettisti, sono gli impianti inseriti in un canale o in una condotta per approvvigionamento idrico.

L'acqua potabile è approvvigionata ad una città adducendo l'acqua da un serbatoio di testa mediante una condotta in pressione. Solitamente in questo genere di impianti la dissipazione dell'energia all'estremo più basso della tubazione, in prossimità dell'ingresso all'impianto di trattamento acque, viene conseguito mediante l'uso di apposite valvole. Un'alternativa interessante è rappresentata dalla possibilità di inserire una turbina che recuperi l'energia che altrimenti verrebbe dissipata. Si ha così un riutilizzo energetico, che può essere effettuato anche in altri tipi di impianti: sistemi di canali di bonifica, circuiti di raffreddamento di condensatori, sistemi idrici vari.

 

Il micro-idro è una fonte rinnovabile ancora ampiamente da sfruttare e comprende gli impianti inferiori ai 100kW di potenza e fino a pochi kW.

E' sufficiente avere salti di 7/20 metri con poca o pochissima portata o piccoli salti con buona e costante portata d'acqua ed è possibile sfruttare anche la corrente dei corsi d'acqua.: Agli inizi del secolo scorso molti laboratori artigiani utilizzavano semplici canali per azionare macchine utensili con piccole pale/mulini accoppiati a pulegge tramite cinghie di trasmissione.

Esistono inoltre in commercio piccolissimi sistemi idroelettrici integrati, a partire da 0,2 kW di potenza, facilmente installabili in moltissime situazioni con salti e portate minime

Il vantaggio di questi piccolissimi sistemi è dato dal fatto che non è necessaria l’autorizzazione al prelievo delle acque e l’impatto ambientale è inesistente. Naturalmente devono essere utilizzati con un minimo di buon senso per evitare comunque uno spreco di acqua potabile che rimane una fonte preziosa.

Il potenziale di questi piccoli sistemi è completamente ignorato e quindi non esistono ricerche ufficiali in tal senso ma una valutazione empirica fatta da tecnici e liberi professionisti del settore rivela un potenziale tutt'altro che trascurabile.

In commercio esistono varie soluzioni per la micro generazione idroelettrica, come ad esempio www.ultraflexgroup.it