Centrale idroelettrica

Energie energetiche rinnovabili
Idroelettrico
Idroelettrico
L'energia idroelettrica è stata la prima fonte rinnovabile ad
essere utilizzata su larga scala, il suo contributo alla
produzione mondiale di energia elettrica è, attualmente, del
18%.
L'energia del sole fa evaporare l'acqua dei bacini idrici presenti
sulla terra (in gran parte dagli oceani), il vapore, sottoforma di
pioggia o neve cade sulla terraferma, accumulandosi in bacini
sopraelevati.
L’acqua, fluendo verso un bacino più basso per effetto della forza
di gravità, acquista energia cinetica che viene sfruttata per la
produzione di energia meccanica ed elettrica.
Si può dire che l'acqua è il fluido di un’enorme macchina termica
alimentata dal Sole.
L’idroelettrico viene considerato rinnovabile su scala ridotta a
causa dell'impatto negativo delle grandi dighe sull'ecosistema.
Centrale idroelettrica
La centrale idroelettrica trasforma l'energia idraulica di un corso
d'acqua, naturale o artificiale, in energia elettrica.
In linea generale lo schema funzionale comprende l'opera di
sbarramento, una diga o una traversa, che intercetta il corso
d'acqua creando un invaso che puo' essere un serbatoio, o un
bacino, dove viene tenuto un livello pressoche' costante
dell'acqua.
Attraverso opere di adduzione, canali e gallerie di derivazione
l'acqua viene convogliata in vasche di carico e, mediante
condotte forzate, nelle turbine attraverso valvole di immissione
(di sicurezza) e organi di regolazione della portata (distributori)
secondo la domanda d'energia.
L'acqua mette in azione le turbine e ne esce finendo poi nel canale
di scarico attraverso il quale viene restituita al fiume.
Centrale idroelettrica
Direttamente collegato alla turbina, secondo una disposizione ad
asse verticale o ad asse orizzontale, e' montato l'alternatore,
che e' una macchina elettrica rotante in grado di trasformare in
energia elettrica l'energia meccanica ricevuta dalla turbina.
L'energia elettrica così ottenuta deve essere trasformata per poter
essere trasmessa a grande distanza.
Pertanto, prima di essere convogliata nelle linee di trasmissione,
l'energia elettrica passa attraverso il trasformatore che abbassa
l'intensità della corrente prodotta dall'alternatore, elevandone
però la tensione a migliaia di Volts.
Giunta sul luogo di 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 così da renderla
adatta agli usi domestici.
Turbine
Una turbina idraulica e' essenzialmente costituita da un organo
fisso, il distributore, e da uno mobile, la ruota o girante. Il primo
indirizza e regola il flusso d'acqua, la seconda trasferisce
all'albero su cui e' montata l'energia cinetica sottratta all'acqua.
Dal punto di vista costruttivo si hanno 3 diversi tipi di Turbine:
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Pelton: costituite da un distributore a "spina" e una girante a
"cucchiai" che vengono investiti dal flusso d'acqua che gli
conferisce il moto;
Francis: costituite da un distributore a spirale, a pale orientabili,
che avvolge la girante, a pale fisse, che viene investita dall'acqua
in uscita dal distributore;
Kaplan: costituite da un distributore a spirale, a pale orientabili,
che avvolge la girante, a pale orientabili, che viene investita
dall'acqua in uscita dal distributore.
La scelta dei diversi tipi di turbine viene effettuata in base al salto
e alla portata d'acqua disponibili.
Turbina Pelton
Turbina idraulica utilizzata di solito con alti salti (501300 metri) e piccole portate.
Le turbine Pelton sono costituite da un distributore a
uno o più ugelli (fino a 6) in relazione alla portata da
inviare alla girante e da una ruota, calettata
sull'albero motore che trasmette la rotazione
all'alternatore elettrico.
Ogni ugello crea un getto, la cui portata è regolata
da una valvola a spillo.
Turbina Francis
Turbina idraulica con pale della girante fisse, utilizzata di solito con
medi o bassi salti (da 10 a 250 metri) e con portate medie.
Le turbine Francis sono caratterizzate da un ingresso dell'acqua
nella girante, che è annegata, in direzione radiale centripeta e da
uno scarico assiale.
Nelle turbine Francis veloci, l'alimentazione è sempre radiale,
mentre lo scarico dell'acqua è solitamente assiale; in queste turbine
l'acqua si muove come in una condotta in pressione: attraverso il
distributore (organo fisso) perviene alla ruota (organo mobile) alla
quale cede la sua energia, senza entrare in nessun momento in
contatto con l'atmosfera.
Turbina Kaplan
Turbina idraulica con pale della girante regolabili utilizzata di
solito con grandi portate e bassi salti (da 5 a 30 metri). Sono
turbine a flusso assiale, utilizzate generalmente per bassi salti
(2-20 metri).
Le pale della ruota nella Kaplan sono sempre regolabili, mentre
quelle del distributore possono essere fisse o regolabili.
Quando sia le pale della turbina sia quelle del distributore sono
regolabili, la turbina è una vera Kaplan (o a doppia regolazione);
se sono regolabili solo le pale della ruota, la turbina è una semiKaplan (o a singola regolazione).
Centrale idroelettrica
Effetti collaterali
La produzione di energia idroelettrica, tradizionalmente
considerata “pulita”, ha drasticamente modificato il tracciato e
la qualità di numerosi corsi d’acqua in molte regioni dell’arco
alpino.
Anche la cementazione dell’alveo ha effetti negativi
sull’ecosistema di difficile valutazione: si considerino le
conseguenze dell’impermeabilizzazione sulle falde freatiche.
Va poi osservato come l’alterazione dell’acqua turbinata abbia
come principale risultato il calo di fecondità dei pesci a valle
delle centraline.
Ma una delle più gravi conseguenze dello sfruttamento
indiscriminato delle acque fluviali a fini energetici è
rappresentata senza dubbio dalla modifica della portata dei
fiumi che subiscono frequenti interruzioni dovute alla presenza
delle dighe.
Centrale idroelettrica
Effetti collaterali
Di fatto, esse interrompono la continuità del corso d’acqua
rendendo la vita impossibile sia ai pesci che alla fauna
invertebrata.
Infatti, un fiume in condizioni normali ospita moltissimi
microorganismi che trasformano numerose sostanze da
tossiche a innocue.
Non va poi dimenticato che la diluizione delle sostanze inquinanti
immesse dall’uomo dipende fortemente dalla portata del fiume.
Una sostanziale riduzione di questa ultima accresce
l’importanza relativa dei prodotti nocivi.
Impianti di sfruttamento delle maree
Nelle centrali mareomotrici l'energia elettrica viene
prodotta sfruttando l'energia sviluppata dall'alternarsi
delle maree.
Da diversi anni è in funzione in Francia, alla foce del
fiume Rance sulla Manica, una centrale
mareomotrice che sfrutta l'energia prodotta dal
dislivello dell' acqua che si forma tra l' alta e la bassa
marea e che ha una potenza di 240 MW.
In questa località il dislivello elevato raggiunto dalle
maree consente la caduta di grandi masse d'acqua di
alcuni metri, permettendo così di trasformare
l'energia cinetica delle maree in energia elettrica.
Impianti di sfruttamento delle maree
L'acqua affluisce e defluisce in un bacino di alcuni chilometri quadrati,
passando attraverso una serie di tunnel nei quali, acquistando
velocità, fa girare delle turbine collegate a generatori (alternatori).
Durante la bassa marea l'acqua del bacino defluisce verso il mare
aperto, mettendo in rotazione la turbina; quando il livello del mare
comincia a salire e l'onda di marea è sufficientemente alta, si fa
fluire l'acqua del mare nel bacino e la turbina si mette nuovamente
in rotazione. Una particolarità di questo sistema è la reversibilità
delle turbine che perciò possono funzionare sia al crescere sia al
calare della marea.
Se si sommano i contributi delle più favorevoli località si arriva a
una potenza di circa 50000 MW di cui al massimo il 25% può
essere convertito in energia elettrica.
I costi degli impianti sono elevati e possono essere usati solo
come fonte alternativa data la discontinuità della produzione.
L'impatto ambientale potrebbe essere costituito dal disturbo per i
pesci e dalla variazione delle coste limitrofe.
Impianti di sfruttamento delle maree
Impianti di sfruttamento delle maree
OWC (colonna d'acqua oscillante)
I dispositivi a colonna d’acqua oscillante sfruttano le variazioni del profilo
d’onda che si crea all’interno di un condotto per creare una variazione
di pressione nell’aria presente al di sopra della superficie dell’acqua.
Le variazioni di pressione dell’aria fanno ruotare una turbina che
genera la corrente elettrica. Se si opera al largo, su fondali di almeno
40 metri, l'energia convogliata da ogni metro lineare del fronte ondoso
è elevata, pari a 70 kilowatt; nei pressi della costa, invece, ne sono
disponibili solo venti per la successiva trasformazione.
Esistono ad oggi vari progetti e diverse implementazioni sperimentali che
sfruttano questo principio:
 Impianti in mare aperto
–
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
su piattaforme galleggianti
su piattaforme ancorate sul fondo (anche riutilizzando vecchi impianti di
estrazione petrolifera)
Impianti costieri
OWC (colonna d'acqua oscillante)
Sistemi con impianti sommersi
Sistemi con apparati galleggianti