Che cos'è l'energia idroelettrica?

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Che cos'è l'energia idroelettrica e come funziona?
Che cos'è l'energia idroelettrica e come funziona?

L'energia idroelettrica è una fonte energetica alternativa, rinnovabile e pulita, che sfrutta l'energia cinetica generata da una massa d'acqua che cade da un'altezza. Vediamo insieme come viene prodotta, quali vantaggi offre e qual è il suo sviluppo in Italia.

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Energia idroelettrica: che cos'è?

L'energia idroelettrica è una fonte energetica alternativa – in quanto non utilizza fonti fossili – e totalmente rinnovabile che viene prodotta sfruttando la trasformazione in energia cinetica dell’energia potenziale gravitazionale posseduta da masse d’acqua.

In altre parole, l'energia idroelettrica non è altro che la trasformazione dell'energia cinetica prodotta dall'acqua nel momento in cui, convogliata attraverso opere come dighe o condotti, affronta una caduta: la forza di gravità accelera l'acqua, permettendo di liberarne tutta l'energia potenziale.

Per produrre energia elettrica dall'acqua, dunque, generalmente viene racchiusa all'interno di un bacino idrico, che può essere naturale, come per esempio un lago, o artificiale, qualora sia presente un'opera di sbarramento nel corso d'acqua, come una diga.

Attraverso una serie di condotte, l'acqua viene fatta scorrere fino a valle, dove raggiungerà la centrale che ospita la turbina. Le condotte sono poste in dislivello, così che l'acqua aumenti progressivamente la sua velocità.

Per accrescere l'energia prodotta dall'acqua è quindi fondamentale sfruttare la differenza di quota tra il livello iniziale del bacino e quello delle turbine. Raggiunta la centrale, il liquido metterà in moto le turbine: quest'ultime, collegate a un alternatore, potranno finalmente produrre energia elettrica.

Come si produce?

Abbiamo detto che l'acqua, attraverso una serie di condotte, arriva in centrale, che può essere di tre tipi:

  • Centrali ad acqua fluente: sfruttano la portata naturale di un corso d'acqua posto su livelli differenti. La potenza dipende dalla portata del corso d’acqua e dal "salto".
  • Impianti idroelettrici a bacino: impianti a bacino idrico naturale o artificiale. Talvolta, si tratta di bacini naturali cui capienza viene aumentata attraverso sbarramenti. Questo tipo di impianti permette di controllare e regolare il flusso.
  • Impianti idroelettrici di pompaggio (o ad accumulo): incrementano la produzione delle centrali con impianti a bacino attraverso due serbatoi collocati a quote differenti: tramite un sistema di pompaggio, l'acqua viene trasferita dal bacino di valle a quello a monte. Permette di accumulare energia per le fasce orarie a maggior richiesta.

Giunta in centrale, l'energia dell'acqua metterà in moto le turbine che produrranno energia elettrica.

Le turbine idroelettriche sono dei dispositivi meccanici che trasformano l'energia cinetica dell’acqua in energia meccanica: sono in grado di convertirne oltre il 90%.

Una turbina idroelettrica è composta da una parte fissa (il distributore) e da una ruota (girante). Entrando nella turbina, l'acqua viene regolata dal distributore per poi mettere in moto le pale della girante. In base alle modalità di funzionamento riconosciamo due tipi di turbine:

  • turbine ad azione: l’energia dell’acqua in uscita dal distributore è completamente cinetica;
  • turbine a reazione: l’energia dell’acqua in uscita dal distributore è parzialmente cinetica e parzialmente di pressione.

Negli impianti idroelettrici vengono usate principalmente 3 tipi di turbine:

  • turbina Francis: sviluppata nel 1848 da James B. Francis, è il tipo di turbina idraulica più utilizzato;
  • turbina Pelton: inventata nel 1879 da Lester Allan Pelton, il principio di funzionamento è quello della classica ruota a pale dei vecchi mulini, ma reso più efficiente;
  • turbina Kaplan: elaborata nel 1913 da Viktor Kaplan, il principio di funzionamento è invece quello dell’elica di una nave.

Vantaggi e svantaggi dell'energia idroelettrica

Quella idroelettrica è un'energia pulita, con basse emissioni di gas serra. Tra le rinnovabili è quella più produttiva, riuscendo a generare molta energia in poco tempo. Inoltre, gli impianti idroelettrici permettono anche di abbattere i costi per la produzione di energia: a fronte, infatti, di un alto investimento iniziale, le spese per ottenere elettricità sono tra le più basse in assoluto.

Si tratta inoltre di una fonte energetica molto versatile, che può generare energia elettrica su larga scala attraverso grandi centrali, ma anche produrre elettricità in ambito locale.

Rispetto alle altre energie rinnovabili, quella idroelettrica ha anche il vantaggio di essere maggiormente costante: potenzialmente rinnovabile all'infinito, la pioggia garantisce la disponibilità della materia prima.

Certamente, in condizioni di siccità come quelle che hanno interessato il nostro Paese nei mesi estivi può rendere meno scontata la costanza dell'approvvigionamento di questa importante risorsa. Tuttavia, l'energia idroelettrica permette di coprire eventuali cali delle altre energie green, come fotovoltaico ed eolico, maggiormente legate alle condizioni atmosferiche e alla stagionalità.

  • Svantaggi dell'energia idroelettrica
  • Danno estetico del paesaggio, causato dai disboscamenti e dalle altre attività necessari alla realizzazione della centrale che modificano l'aspetto visivo del luogo.
  • Inquinamento acustico delle centrali.
  • Impatto ambientale delle centrali (legato alla modifica dei corsi d'acqua, al rischio alterazione degli ecosistemi e alla mortalità della fauna ittica, causata soprattutto dalle turbine).

Proprio nella direzione di supportare lo sviluppo dell'energia idroelettrica mitigando al contempo l'impatto ambientale, nel 2016 è stato avviato il progetto FIThydro (Fishfriendly Innovation Technologies for Hydropower), con il sostegno dell’Unione Europea, che si è concluso nel 2020.

Il gruppo di lavoro – composto da 26 Istituti di ricerca – si è posto come obiettivo quello di studiare sul campo gli effetti delle centrali sugli ecosistemi, individuando i più urgenti campi d'intervento per armonizzare produzione di energia idroelettrica e conservazione naturale.

Energia idroelettrica in Italia

Secondo i dati ENEA, in Italia l'energia idroelettrica pesa per il 42% nel mix energetico nazionale proveniente da fonte rinnovabile: l'energia solare rappresenta invece il 20%, le bioenergie il 17%, l'energia eolica il 16% e infine quella geotermica il 5%.

L'energia rinnovabile nel nostro Paese è in forte crescita e, secondo le rilevazioni Terna datate maggio 2022, provvedono per il 37% al fabbisogno elettrico nazionale. In questo contesto, dunque, notiamo come l'energia idroelettrica sia quella più consumata tra le fonti green.

Una tecnologia dalla lunga storia

L'energia idroelettrica è la più antica tra le fonti energetiche rinnovabili. Già le prime civiltà stanziate sulle rive dei fiumi avevano intuito il potenziale dell'acqua come fonte di energia. Gli egizi sono stati tra i primi a sfruttare l'invenzione della ruota idraulica per muovere le macine, già nel 100 a.C.

È però con la seconda rivoluzione industriale che l'energia idrica iniziò a essere utilizzata per produrre energia elettrica, segnando così la nascita dell'energia idroelettrica: le prime centrali videro la luce negli ultimi anni dell'800, sia negli Stati Uniti che in Europa.

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