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L’importanza dell’energia pulita

Il Viadotto di Millau

novembre 20, 2018 Commenti (3) Ingegneria, Ingegneria Energetica Tempo di Lettura: 7'

L’energia idroelettrica

L’energia idroelettrica è una fonte di energia alternativa e totalmente rinnovabile, che nasce dalla trasformazione dell’energia potenziale gravitazionale posseduta da una certa quantità di massa d’acqua, in energia cinetica. Quest ‘ultima viene poi trasformata in energia elettrica tramite un alternatore e una turbina. In pratica la produzione di energia elettrica nell’idroelettrico non è altro che un’opera di trasformazione di diverse tipologie di energia.

energia potenziale gravitazionale -> energia cinetica -> energia elettrica

 

 

 

L’energia potenziale

L’energia potenziale gravitazionale è l’energia che possiede un corpo relativa all’interazione gravitazionale con un altro corpo. In pratica ogni corpo avente una massa esercita ed è soggetto all’attrazione gravitazionale dovuta alla presenza di un altro corpo. Per capire meglio il concetto possiamo immaginare lo spazio che ci circonda come un lenzuolo teso, se noi poggiassimo due masse, per esempio sferiche, sul lenzuolo; la presenza delle masse andrebbe ad alterare la conformazione del lenzuolo tendendo a farle avvicinare fino al contatto (se non ci sono forze esterne che lo impediscono) delle stesse.

 

 

 

A dimostrare la teoria della gravitazione universale fu Newton, che ipotizzò che la stessa potesse dipendere da una costante G detta di gravitazione universale, dalle due masse e dall’inverso del quadrato della distanza tra le stesse secondo la relazione:

 

Funzionamento

Per ricavare l’ energia idroelettrica viene convogliata l’acqua del corso di laghi e fiumi mediante la creazione di condotte forzate e dighe. Le dighe possono essere di varia tipologia sulla base dello sfruttamento di grandi altezze di caduta come nelle regioni montane o sulla base dello sfruttamento di grandi masse di acqua fluviale.

Tramite un bacino idroelettrico, che serve a raccogliere le acque nella conca artificiale della diga e farne alzare la quota, l’acqua di un fiume o di un lago viene convogliata con velocità a valle tramite delle condutture forzate, trasformando la propria energia potenziale in energia di pressione e cinetica mediante distributori e turbine. L’energia meccanica subisce quindi una successiva trasformazione in elettricità attraverso un generatore elettrico e può essere sfruttata grazie alle centrali idroelettriche.

Il suo sfruttamento, insieme alla conseguente produzione energetica, dipende dal rifornimento di acqua del bacino e dalle precipitazioni nel bacino idrografico degli immissari. L’energia idroelettrica può anche essere generata senza l’utilizzo di una diga, attraverso un processo noto come produzione ad acqua fluente (utilizzato già dai romani nei tempi passati). In questo caso, il volume e la velocità dell’acqua non vengono aumentati da una diga. Rimane quindi il vantaggio di utilizzare un bacino di raccolta poiché permette alle centrali idroelettriche di controllare i tempi e il flusso dell’acqua che raggiunge le turbine e quindi è in grado di ottimizzare gli stessi per una maggiore produzione di energia elettrica.

 

 

Riassumendo

L’acqua viene convogliata attraverso opere quali dighe, nei condotti, che la costringono ad affrontare una caduta, che fornirà energia cinetica al fluido e che sarà convertita in energia elettrica. Per evitare possa finire l’acqua contenuta nella diga, durante la notte, in alcune centrali idroelettriche, viene pompata parte dell’acqua caduta precedentemente, nel bacino.

Il video di seguito spiega in maniera chiara il funzionamento della centrale idroelettrica.

Tipologia di turbine

Ci sono diverse varietà di tipologie di turbine che vengono utilizzate negli impianti idroelettrici e il loro uso dipende dalla misura del salto idraulico (distanza verticale tra la diga superiore e la turbina, al netto delle perdite che si manifestano come cadute di pressione) presso lo stabilimento e dalla portata di acqua che si vuole far scorrere contro la turbina. I più comuni sono la Kaplan, la Francis e la Pelton.

  • La turbina Kaplan è simile ad un’elica di una barca, con il rotore (cioè la parte che ruota in una turbina) che ha dalle tre alle sei pale, e può fornire fino a più di 2000 kW di potenza. Si differenzia dagli altri tipi di turbine idroelettriche in quanto le sue prestazioni possono essere migliorate modificando il passo delle pale e cioè la distanza tra di esse.
  • La turbina Francis ha un rotore con nove o più palette fisse. In questo particolare design di turbina, che può arrivare a produrre fino a 800 kW di potenza, le pale della girante dirigono l’acqua in modo che questa si muova in un flusso assiale (lungo l’asse di rotazione) alla turbina.
  • La turbina Pelton consiste di un insieme di segmenti di forma speciale che sono montati sulla parte esterna di un disco circolare, facendola apparire simile ad una ruota dei mulini ad acqua. Le turbine Pelton sono tipicamente utilizzate in siti in cui il salto netto è molto grande, a discapito della portata d’acqua che risulta essere inferiore rispetto alle altre due tipologie e possono avere una potenza nominale di quasi 5000 kW.

Turbina Kaplan. L’acqua colpisce le pale della turbina dall’alto le quali collegate al rotore iniziano a girare e a produrre energia elettrica

Vantaggi e svantaggi dell’idroelettrico

L’energia idroelettrica è diventata la più grande fonte di produzione di energia rinnovabile e a basse emissioni di inquinanti, diffusa in tutto il mondo( più del 15% di energia elettrica del mondo). Sebbene la generazione di energia tramite l’idroelettrico non emetta alcun tipo di sostanze causanti l’inquinamento atmosferico o emissioni di gas ad effetto serra, può avere conseguenze ambientali e sociali negative. Ad esempio bloccare i fiumi con le dighe, può causare il degrado della qualità dell’acqua, delle strutture naturali che indirizzano i corsi d’acqua e quindi l’habitat di molte specie animali e vegetali: i blocchi migratori causati dall’ impossibilità dei pesci di scavalcare le barriere architettoniche e il conseguente spostamento delle comunità locali sono due dei problemi più gravi che legano la biodiversità e le dighe.

Di conseguenza, per poter approvare un progetto di una centrare idroelettrica è fondamentale uno studio sull’impatto ambientale della stessa sull’ambiente circostante. Se realizzata in maniera consona, una centrale idroelettrica può essere una fonte sostenibile e non inquinante di energia elettrica che ci può aiutare a diminuire la nostra dipendenza dai combustibili fossili e a ridurre la minaccia del riscaldamento globale.

 

Diga di Karakaya

 

Fonti

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3 Responses to L’energia idroelettrica

  1. Gilberto ha detto:

    Nel leggere l’articolo, non mi sembra venga approfondito il discorso sul mini-idroelettrico, il cui mercato in Italia negli ultimi anni ha raggiunto valori interessanti.
    Potreste parlarne in un prossimo articolo?
    Grazie

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