Energia idroelettrica - Tutto quello che c'è da sapere !

L'energia idroelettrica converte l'energia potenziale dell'acqua in elettricità.
L'energia idroelettrica converte l'energia potenziale dell'acqua in elettricità.

Energia idroelettrica

L'energia idroelettrica è una forma di energia rinnovabile prodotta dalla conversione dell'energia potenziale dell'acqua in elettricità.

Viene generato utilizzando la forza dell'acqua in movimento, solitamente da torrenti, fiumi o laghi, per far girare le turbine che attivano i generatori elettrici.
Questa energia è ampiamente utilizzata in tutto il mondo per la produzione di energia su larga scala.

Centrali idroelettriche a bacino (o a sbarramento) :
Questi impianti sono dotati di una diga e di un serbatoio per immagazzinare l'acqua. L'acqua viene rilasciata dal serbatoio attraverso condotte forzate per far girare le turbine e generare elettricità. Le centrali elettriche a serbatoio possono essere di grandi dimensioni e di solito hanno una grande capacità di stoccaggio dell'acqua, che consente loro di regolare la produzione di elettricità in base alla domanda.

Centrali idroelettriche ad acqua fluente :
A differenza delle centrali a serbatoio, le centrali ad acqua fluente non hanno dighe o serbatoi. Sfruttano semplicemente il flusso naturale di torrenti o fiumi per far girare le turbine e generare elettricità. Questi impianti sono generalmente di dimensioni più piccole e dipendono dalle condizioni idrologiche per la loro produzione di energia elettrica.

Centrali idroelettriche ad accumulazione di pompaggio :
Le centrali di pompaggio sono progettate per immagazzinare energia utilizzando due serbatoi, un serbatoio superiore e un serbatoio inferiore. Durante i periodi di bassa domanda di elettricità, l'acqua viene pompata dal serbatoio inferiore a quello superiore per immagazzinare energia potenziale. Quando la domanda di elettricità è elevata, l'acqua viene rilasciata dal serbatoio superiore per far girare le turbine e generare elettricità.

Centrali micro-idroelettriche :
Le microcentrali idroelettriche sono piccoli impianti idroelettrici generalmente con una potenza inferiore a 100 kW. Possono essere installati su piccoli corsi d'acqua o fiumi, spesso per scopi locali, come la fornitura di elettricità a comunità remote o siti industriali.

Impianti mini-idroelettrici :
Le mini-centrali idroelettriche hanno una capacità di generazione leggermente superiore rispetto alle micro-centrali elettriche, di solito fino a pochi megawatt. Sono spesso utilizzati per alimentare piccole città, industrie o aree rurali remote.
Le centrali elettriche alimentate a gravità utilizzano il flusso d'acqua e un dislivello.
Le centrali elettriche alimentate a gravità utilizzano il flusso d'acqua e un dislivello.

Centrali elettriche a gravità

Le centrali elettriche alimentate a gravità sfruttano il flusso d'acqua e un dislivello. Possono essere classificati in base alla portata della turbina e alla loro altezza di prevalenza. Esistono tre tipi di centrali elettriche alimentate a gravità (elencate qui in ordine di importanza nel mix idroelettrico) :

- Le centrali elettriche ad acqua fluente utilizzano il flusso di un fiume e forniscono energia di base prodotta "ad acqua fluente" e immessa immediatamente nella rete. Richiedono sviluppi semplici che sono molto meno costosi delle centrali elettriche superiori : piccole strutture di deviazione, piccole dighe utilizzate per deviare il flusso disponibile dal fiume alla centrale elettrica, possibilmente un piccolo serbatoio quando la portata del fiume è troppo bassa (costante di svuotamento (2) inferiore a 2 ore). Di solito sono costituiti da una presa d'acqua, da un tunnel o da un canale, seguiti da una condotta forzata e da una centrale idroelettrica situata sulla riva del fiume. La bassa perdita di carico(3) nella galleria o nel canale permette all'acqua di guadagnare quota rispetto al fiume e quindi di acquisire energia potenziale;
- chiudere le centrali elettriche nei grandi fiumi con una pendenza relativamente ripida come il Reno o il Rodano, le dighe sul fiume o su un canale parallelo al fiume provocano una serie di cascate decametriche che non disturbano la valle nel suo insieme grazie a dighe parallele al fiume. Le centrali idroelettriche poste ai piedi delle dighe alimentano l'acqua del fiume. Un'attenta gestione dell'acqua immagazzinata tra due dighe permette di fornire energia di picco in aggiunta al carico di base;
- Anche le centrali elettriche lacustri (o centrali elettriche ad alta prevalenza) sono associate a un serbatoio d'acqua creato da una diga. Il loro ampio serbatoio (costante di svuotamento di oltre 200 ore) permette l'accumulo stagionale dell'acqua e la modulazione della produzione di energia elettrica : le centrali lacustri vengono chiamate nelle ore di maggior consumo e permettono di rispondere ai picchi. Ce ne sono molti in Francia. L'impianto può essere posizionato ai piedi della diga o molto più in basso. In questo caso, l'acqua viene trasferita attraverso i tunnel a carico del lago fino all'ingresso della centrale.
Hanno due vasche e un dispositivo reversibile che funziona come pompa o turbina.
Hanno due vasche e un dispositivo reversibile che funziona come pompa o turbina.

Stazioni di trasferimento dell'energia di pompaggio

Le stazioni di trasferimento dell'energia di pompaggio hanno due bacini, un bacino superiore (ad esempio un lago d'alta quota) e un bacino inferiore (ad esempio un bacino artificiale) tra i quali è posto un dispositivo reversibile che può funzionare come pompa o turbina per la parte idraulica e come motore o alternatore per la parte elettrica.

L'acqua del bacino superiore viene turbinata durante i periodi di forte richiesta per produrre energia elettrica. Quindi, quest'acqua viene pompata dal bacino inferiore al bacino superiore nei periodi in cui l'energia è a buon merca
RCA
La presa RCA, nota anche come fonografo o presa cinch, è un tipo molto comune di connessione elettrica. Creato nel 1940, si trova ancora oggi nella maggior parte delle case. Trasmette segnali audio e video. L'acronimo di RCA sta per Radio Corporation of America. Originariamente, la spina RCA è stata progettata per sostituire le vecchie prese telefoniche delle centrali telefoniche manuali.
to, e così via. Questi impianti non sono considerati in grado di produrre energia da fonti rinnovabili in quanto consumano energia elettrica per portare l'acqua della turbina.
Si tratta di impianti di stoccaggio dell'energia.
Intervengono frequentemente per interventi di breve durata su richiesta della rete e come ultima risorsa (dopo altre centrali idroelettriche) per interventi più lunghi, in particolare a causa del costo dell'acqua da sollevare. L'efficienza tra l'energia prodotta e l'energia consumata è nell'ordine del 70-80%.
L'operazione è redditizia quando la differenza nei prezzi dell'energia elettrica tra i periodi non di punta (acquisto di elettricità a basso costo) e i periodi di punta (vendita di elettricità a caro prezzo) è significativa.

Funzionamento tecnico

Le centrali idroelettriche sono costituite da 2 unità principali :

- un serbatoio o una presa d'acqua (nel caso di centrali ad acqua fluente) che consenta di creare una cascata, solitamente con un serbatoio di accumulo in modo che la centrale continui a funzionare, anche durante i periodi di bassa marea
Perché l'energia mareomotrice ? - È una fonte di energia rinnovabile, perché le maree sono prevedibili e continueranno ad esistere finché la Luna e il Sole eserciteranno la loro influenza gravitazionale sulla Terra.
- Produce poche o nessuna emissione di gas serra o inquinamento atmosferico.
.

- Un canale di deviazione scavato può essere utilizzato per deviare l'acqua in eccesso che arriva lateralmente a un laghetto della diga. Uno sfioratore permette alle piene del fiume di passare senza pericolo per le strutture;
la centrale elettrica, detta anche fabbrica, che permette di utilizzare la cascata per azionare le turbine e quindi per azionare un alternatore.

Le dighe


Di gran lunga le più frequenti sono le dighe in terrapieno o riprap ottenute in cava mediante brillamento. L'impermeabilizzazione è centrale (argilla o calcestruzzo bituminoso) o sulla superficie a monte (calcestruzzo cementizio o calcestruzzo bituminoso). Questo tipo di diga si adatta a un'ampia varietà di geologie;
dighe a gravità costruite prima in muratura, poi in calcestruzzo e più recentemente in calcestruzzo compattato con rullo BCR) che consente un notevole risparmio di tempo e denaro. La roccia di fondazione deve essere di buona qualità;
Le dighe ad arco in calcestruzzo si adattano a valli relativamente strette e le cui sponde sono fatte di roccia di buona qualità. La sottigliezza delle loro forme permette di ridurre la quantità di calcestruzzo e di costruire dighe economiche;
Le dighe a più archi e a contrafforte non vengono più costruite. Le dighe a gravità BCR le sostituiscono.
Le turbine trasformano l'energia del flusso d'acqua in rotazione meccanica
Le turbine trasformano l'energia del flusso d'acqua in rotazione meccanica

Turbine

Gli impianti sono dotati di turbine che trasformano l'energia del flusso d'acqua in una rotazione meccanica per azionare gli alternatori.

Il tipo di turbina utilizzata dipende dall'altezza della cascata :
- per altezze di prevalenza molto ridotte (da 1 a 30 metri) è possibile utilizzare turbine a bulbo;
- per basse prevalenze (da 5 a 50 metri) e portate elevate, si predilige la turbina Kaplan : le sue pale sono orientabili, il che consente di regolare la potenza della turbina all'altezza della testa mantenendo una buona efficienza;
- la turbina Francis viene utilizzata per prevalenze medie (da 40 a 600 metri) e portate medie. L'acqua entra attraverso la periferia delle pale e viene scaricata al loro centro;
- la turbina Pelton è adatta per cadute elevate (da 200 a 1.800 metri) e basse portate. Riceve l'acqua ad altissima pressione tramite un iniettore (impatto dinamico dell'acqua sul secchio).

Per le piccole centrali idroelettriche, turbine a basso costo (e meno efficienti) e concetti semplici facilitano l'installazione di piccole unità.

Questioni energetiche

Economicità e prevedibilità della produzione

La costruzione di dighe è caratterizzata da investimenti tanto più alti quanto più alta è l'altezza della caduta e quanto più ampia è la valle.
Queste spese in conto capitale differiscono notevolmente a seconda delle caratteristiche dello sviluppo e delle spese accessorie legate ai vincoli sociali e ambientali, in particolare il costo del terreno espropriato.
I vantaggi economici legati alla capacità di modulazione della produzione di energia elettrica permettono di rendere profittevoli questi investimenti perché la risorsa idrica è gratuita e i costi di manutenzione sono ridotti.

L'energia idroelettrica consente di soddisfare le esigenze di regolazione della produzione di elettricità, in particolare immagazzinando l'acqua in grandi bacini idrici per mezzo di dighe o dighe.
Tuttavia, le fluttuazioni annuali nella produzione di energia idroelettrica sono significative. Sono principalmente legati alle precipitazioni. La produzione può aumentare del 15% negli anni in cui le risorse idriche sono elevate e diminuire del 30% negli anni di grande siccità.

Impatto sociale e ambientale

L'energia idroelettrica è talvolta criticata per aver causato spostamenti di popolazione, con fiumi e torrenti che sono luoghi privilegiati per la creazione di abitazioni.
Ad esempio, la diga delle Tre Gole in Cina ha causato lo sfollamento di quasi due milioni di persone. A causa della modifica della regolazione delle acque, gli ecosistemi a monte e a valle delle dighe possono essere disturbati (compresa la migrazione delle specie acquatiche) sebbene siano installati dispositivi come i corsi per i pesci.

Unità di misura e cifre chiave

Misura dell'energia idroelettrica

La potenza di una centrale idroelettrica può essere calcolata con la seguente formula :

P = Q.ρ.H.g.r

Con :

  • P : potenza (espressa in W)

  • Q : portata media misurata in metri cubi al secondo

  • ρ : densità dell'acqua, cioè 1 000 kg/m3

  • H : altezza di caduta in metri

  • g : costante di gravità, cioè quasi 9,8 (m/s2)

  • A : Efficienza dell'impianto (tra 0,6 e 0,9)


Cifre chiave

Mondiale :

l'energia idroelettrica ha rappresentato quasi il 15,8% della produzione mondiale di energia elettrica nel 2018 (con una produzione annua di circa
RCA
La presa RCA, nota anche come fonografo o presa cinch, è un tipo molto comune di connessione elettrica. Creato nel 1940, si trova ancora oggi nella maggior parte delle case. Trasmette segnali audio e video. L'acronimo di RCA sta per Radio Corporation of America. Originariamente, la spina RCA è stata progettata per sostituire le vecchie prese telefoniche delle centrali telefoniche manuali.
4.193 TWh);
una dozzina di paesi, di cui quattro in Europa, producono più della metà della loro elettricità dall'energia idroelettrica. La Norvegia è in testa, seguita da Brasile, Colombia, Islanda, Venezuela, Canada, Austria, Nuova Zelanda e Svizzera.

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