Centrale idroelettrica ad acqua fluente

Una centrale idroelettrica trasforma l’energia idraulica in energia elettrica. Ma come funziona? Viene impiegata l’energia potenziale di un corso d’acqua, naturale o artificiale, posto ad una quota più elevata rispetto agli organi meccanici di trasformazione dell’energia, cioè le turbine della centrale.

Come evidenziato nell’immagine sottostante, lo schema funzionale comprende una diga o una traversa, conosciute anche come opere di sbarramento, le quali intercettano il corso d’acqua, creando un invaso che può essere un serbatoio o un bacino idroelettrico. Successivamente, l’acqua viene convogliata in vasche di carico attraverso canali e gallerie di derivazione (opere di adduzione), e mediante condotte, viene indirizzata verso le turbine idroelettriche.

L’ energia meccanica esercitata dall’acqua aziona le turbine, e da queste fluisce fino a raggiungere un canale di scarico, attraverso il quale viene restituita al corso d’acqua. Collegato alla turbina vi è l’alternatore, cioè un generatore elettrico rotante, che trasforma in energia elettrica l’energia meccanica ricevuta dalla turbina. L’elettricità così ottenuta, prima di essere convogliata nelle linee di trasmissione, attraversa un trasformatore, il quale ne riduce l’intensità di corrente elevandone la tensione.

Una volta giunta sul luogo d’impiego, prima di essere utilizzata, l’energia passa di nuovo in un trasformatore, che questa volta alza l’intensità di corrente ed abbassa la tensione, per renderla adatta agli utilizzi industriali, commerciali o domestici.

Le centrali idroelettriche si dividono in tre macro categorie, a seconda della tipologia di impianto utilizzato: centrali ad acqua fluente, centrali a bacino e centrali ad accumulazione.

Analizziamo di seguito la tipologia di centrale idroelettrica ad acqua fluente.

Nelle centrali ad acqua fluente, come dice il nome stesso, viene utilizzata la portata naturale di un corso d’acqua situato su due livelli differenti. Si tratta di impianti che vengono posizionati nei pressi di un fiume o di un torrente, la cui acqua viene in parte o del tutto canalizzata verso un bacino di carico senza l’ausilio di condotte forzate. Da questo bacino, poi, l’acqua viene fatta defluire attraverso un canale e verso un piano posizionato un po’ più in basso dove raggiunge le turbine. Lungo il tragitto tra il punto più alto e quello più basso l’acqua attraversa la turbina idroelettrica, azionando le pale e producendo energia. Infine, l’acqua viene reimmessa nel fiume o nel torrente.

Ecco quindi, che la potenza di una centrale idroelettrica ad acqua fluente dipende principalmente dalla velocità dell’acqua nel passaggio da un livello all’altro, il cosiddetto salto, e dalla portata del corso d’acqua.

I progetti fluviali sono notevolmente diversi nel design e nell’aspetto rispetto ai progetti idroelettrici convenzionali. Infatti, le dighe idroelettriche tradizionali immagazzinano enormi quantità di acqua nei bacini idrici, a volte allagando vasti tratti di terra. Al contrario, i progetti ad acqua fluente non presentano gli svantaggi associati agli invasi e quindi causano minori impatti ambientali.

Il dimensionamento di un impianto ad acqua fluente dipende da molti fattori, primo tra tutti è la disponibilità della risorsa idrica, la quale può essere rilevata attraverso un’attenta lettura delle altezze d’asta, ovvero il livello dell’acqua rispetto alla soglia di uno stramazzo. Successivamente, è necessario valutare la taglia dell’impianto. Infatti, dimensionando l’impianto sulla massima portata del corso d’acqua si riuscirebbe a sfruttare interamente l’energia messa a disposizione, ma l’impianto lavorerebbe per molto tempo a carico parziale provocando un numero di ore equivalenti a funzionamento nominale molto basso.

Invece, dimensionando l’impianto per la portata minima del corso d’acqua questo lavorerebbe per buona parte dell’anno al massimo della sua potenza, ma così facendo si rinuncerebbe a buona parte del potenziale energetico del corso d’acqua.

In uno studio preliminare quindi, la portata nominale potrebbe essere scelta arbitrariamente cercando di massimizzare l’indice di redditività economica. In base al valore scelto verranno dimensionati i componenti dell’impianto e calcolati i corrispondenti costi, l’energia producibile, i ricavi, i flussi di cassa e infine il valore attuale netto (VAN).

Se sviluppati con attenzione, i progetti idroelettrici ad acqua fluente possono creare energia sostenibile riducendo al minimo l’impatto sull’ambiente circostante e sulle comunità vicine.

Ma quali sono le conseguenze principali?

Energia più pulita e meno gas serra

Come tutta l’energia idroelettrica, anche quella ad acqua fluente sfrutta l’energia potenziale naturale dell’acqua. Ciò elimina la necessità di bruciare combustibili per generare elettricità, evitando così di immettere in atmosfera gas come il metano e l’anidride carbonica causati dalla decomposizione della materia organica combusta.

Meno inondazioni

Con l’assenza di un bacino idrico, si evitano inondazioni. Di conseguenza, le eventuali comunità limitrofe possono continuare a vivere vicino al fiume e gli habitat esistenti non vengono modificati.

Per quanto riguarda i limiti di una centrale idroelettrica ad acqua fluente, primo fra tutti è la portata naturale del fiume. Essa, infatti, in alcuni periodi dell’anno sarà maggiore, e quindi si potrà produrre più energia, in altri sarà minore. Volendo sfruttare a pieno la risorsa, è necessario realizzare uno sbarramento in una opportuna sezione del fiume, in modo da generare un lago, che possa accumulare l’acqua nei periodi piovosi e averla poi disponibile nei periodi poco piovosi. L’energia non può coordinare la produzione di elettricità per soddisfare la domanda dei consumatori, ecco perché gli impianti ad acqua fluente sono considerati una fonte di energia “instabile”, avendo poca o nessuna capacità di accumulo. Infine, la deviazione di grandi quantità di acqua fluviale riduce le portate del fiume, influenzando la velocità e la profondità dell’acqua. Si riduce così la qualità dell’habitat per pesci e organismi acquatici causando flussi ridotti che, soprattutto in estate, portano un’acqua eccessivamente calda.