Come funziona una centrale idroelettrica?

L’energia idroelettrica viene utilizzata per produrre elettricità nelle centrali idroelettriche utilizzando la forza dell’acqua. È la più importante fonte di energia rinnovabile molto economica nel lungo periodo e ha il vantaggio di non produrre gas serra.

La forza idraulica dipende sia dall’altezza della cascata (centrali ad alta o media caduta), sia dal flusso di fiumi e torrenti (centrali ad acqua fluente) o dal mare. In questo articolo capiremo il funzionamento della centrale idroelettrica.

Come si genera l’energia idroelettrica?

Le centrali idroelettriche catturano l’energia dell’acqua in caduta o in movimento per generare elettricità. Una massa d’acqua che si sposta lungo un dislivello contiene energia che può essere raccolta utilizzando una ruota idraulica o una turbina. L’acqua in movimento aziona la ruota idraulica e questa rotazione aziona direttamente i macchinari o è accoppiata a un generatore che produce energia elettrica. Una turbina converte l’energia cinetica dell’acqua in energia meccanica, quindi un generatore converte l’energia meccanica dalla turbina in energia elettrica.

Una centrale idroelettrica comprende un insieme di strutture e apparecchiature elettromeccaniche utilizzate per trasformare l’energia potenziale dell’acqua in energia elettrica e può funzionare costantemente. L’energia elettrica disponibile è proporzionale alla portata e al dislivello. La maggior parte degli impianti idroelettrici convenzionali include quattro componenti principali:

• Serve ad innalzare il livello dell’acqua del fiume per potenziare l’energia dell’acqua, controllandone il flusso. Il bacino d’acqua che si forma è, in effetti, energia immagazzinata.
• La forza dell’acqua in caduta contro le pale della turbina aziona la turbina. Una turbina ad acqua è molto simile a un mulino a vento, tranne per il fatto che l’energia è fornita dall’acqua che cade invece che dal vento. La turbina converte l’energia cinetica dell’acqua in energia meccanica.
• Collegato alla turbina tramite alberi ed eventualmente ingranaggi, viene azionato dal movimento della turbina, convertendo l’energia meccanica della turbina in energia elettrica. I generatori nelle centrali idroelettriche funzionano proprio come i generatori in altri tipi di centrali elettriche.
• Linee di trasmissione. Conducono l’elettricità dalla centrale idroelettrica alle case e alle imprese.

La quantità di elettricità prodotta da una centrale idroelettrica dipende da due fattori:

1. Altezza di caduta dell’acqua. Più l’acqua scende, maggiore è la sua potenza. In genere, la distanza di caduta dell’acqua dipende dalle dimensioni della diga. Più alta è la diga, più l’acqua scende e più potenza ha. Gli scienziati direbbero che la potenza dell’acqua che cade è “direttamente proporzionale” alla distanza dalla quale cade. In altre parole, ad una doppia altezza corrisponde il doppio dell’energia.
2. Quantità di acqua che cade. La quantità di acqua influisce sulla potenza. I fiumi più grandi hanno più acqua corrente e possono produrre più energia. La potenza è anche “direttamente proporzionale” alla portata del fiume. Un fiume con una quantità d’acqua doppia rispetto a un altro fiume può produrre il doppio dell’energia.

Nella maggior parte dei casi la domanda di energia elettrica varia considerevolmente nelle diverse ore del giorno. Per uniformare il carico sui generatori, occasionalmente vengono costruite centrali idroelettriche di pompaggio. Durante i periodi di minor richiesta, parte della potenza extra disponibile viene fornita al generatore che funziona come un motore, azionando la turbina per pompare l’acqua in un serbatoio sopraelevato. Quindi, durante i periodi di picco della domanda, l’acqua viene lasciata rifluire attraverso la turbina per generare energia elettrica. I sistemi di stoccaggio con pompa sono efficienti e forniscono un modo economico per soddisfare i picchi di carico.

L’energia idroelettrica offre un potenziale significativo di produzione di energia rinnovabile. Nel 2009 la produzione di elettricità da energia idroelettrica è stata di circa il 16% della produzione globale di elettricità.