Le centrali idroelettriche trasformano l'energia dell'acqua in elettricità, un processo affascinante che unisce ingegneria e fisica.
Le centrali idroelettriche rappresentano una sofisticata applicazione dell'ingegneria, in grado di convertire l'energia dell'acqua in movimento in elettricità. Questo processo, centrale per la produzione energetica, si basa su principi fisici e tecnologici che permettono di sfruttare una delle risorse naturali più abbondanti: l'acqua.

Come funziona una centrale idroelettrica?
Tutto inizia con l'acqua in movimento, solitamente canalizzata da un fiume o accumulata in un bacino tramite una diga. Quest'acqua viene guidata attraverso delle turbine, le cui pale girano sotto la forza dell'acqua. Questa rotazione attiva un generatore collegato alla turbina, che trasforma l'energia meccanica in energia elettrica. L'acqua, dopo aver mosso la turbina, prosegue il suo percorso naturale o viene ricondotta nel ciclo.

Quali tipi di centrali idroelettriche esistono?
Le centrali idroelettriche si distinguono per il loro approccio nella gestione dell'acqua:

A Bacino: Utilizzano l'energia potenziale dell'acqua immagazzinata in alte dighe, liberandola verso le turbine per produrre energia.
A Flusso: Direttamente collocate sui corsi d'acqua, sfruttano la corrente naturale per muovere le turbine senza necessità di accumulo.
Di Pompaggio: In periodi di minore domanda energetica, pompano acqua in serbatoi elevati; l'acqua viene poi rilasciata per generare energia nei momenti di picco di consumo.

Il Cuore della Tecnologia: La Turbina
Il componente chiave di una centrale idroelettrica è la turbina, il motore che trasforma l'energia idraulica in energia meccanica. Esistono vari tipi di turbine, ognuna ottimizzata per specifiche condizioni di flusso e caduta d'acqua, che assicurano la massima efficienza nella conversione energetica.
Una volta che l'energia meccanica viene convertita in energia elettrica dal generatore, questa viene trasmessa attraverso la rete elettrica. Le centrali idroelettriche possono variare la quantità di energia prodotta in base alla domanda, regolando la quantità d'acqua che passa attraverso le turbine.
Quante centrali idroelettriche ci sono in Italia?
Alla fine del 2022, l'Italia contava 4.783 impianti idroelettrici, con la maggior parte situata nel Nord del paese, in particolare nelle zone dell'arco alpino. La regione del Piemonte si posiziona al primo posto per numero di centrali, con 1.066 impianti, seguita da altre aree come il Trentino-Alto Adige e la Lombardia.

Qual è la centrale idroelettrica più grande del mondo ?

La centrale idroelettrica più grande del mondo è la Diga delle Tre Gole, situata sul fiume Yangtze nella provincia di Hubei, in Cina. Completata nel 2012, dopo più di una decade di costruzione, la Diga delle Tre Gole ha una capacità di produzione energetica di oltre 22.500 megawatt (MW), rendendola non solo la più grande centrale idroelettrica in termini di capacità produttiva ma anche uno dei più significativi progetti di ingegneria del mondo.
La diga serve molteplici scopi oltre alla produzione di energia, inclusi il controllo delle inondazioni e il miglioramento della navigazione sul fiume Yangtze. Tuttavia, il progetto ha anche sollevato questioni sociali, a causa dello spostamento di milioni di persone ed ha avuto un impatto significativo sugli ecosistemi locali.

Quanta energia può produrre una centrale idroelettrica?

La capacità energetica di una centrale idroelettrica si calcola tenendo conto di diversi elementi chiave, tra cui il volume d'acqua che fluisce attraverso le turbine, l'altezza dalla quale l'acqua cade, e l'efficienza del sistema composto da turbine e generatori. La formula per determinare la potenza prodotta in watt (W) è la seguente:

Potenza = p * g * Q * H * e

Dove: p: rappresenta la densità dell'acqua, che per l'acqua dolce è approssimativamente 1000 kg/m³.
g: è l'accelerazione dovuta alla gravità, il cui valore standard è 9.81 m/s².
Q: indica il flusso volumetrico dell'acqua, misurato in metri cubi al secondo (m³/s).
H: è l'altezza del salto idraulico, ovvero la differenza di quota tra l'acqua a monte e a valle della centrale, espressa in metri (m).
e: (eta) rappresenta l'efficienza del sistema, un valore senza unità di misura che riflette le perdite energetiche nel processo di conversione. Se l'efficienza è del 90%, per esempio, ? sarà 0.9.
Ad esempio, consideriamo una centrale idroelettrica con un flusso d'acqua di 10 m³/s e un salto idraulico di 20 metri, operante con un'efficienza del 90% (e = 0.9). La potenza generata sarà:

Potenza = 1000 kg/m³ * 9.81 m/s² * 10 m³/s * 20 m * 0.9 = 1,764,180 W, o circa 1.76 MW.

Le dimensioni delle centrali idroelettriche possono variare notevolmente. Le micro-centrali idroelettriche, ad esempio, possono produrre solo alcuni kilowatt di potenza, sufficienti per una casa o una piccola comunità, mentre grandi impianti, come la Diga delle Tre Gole in Cina, raggiungono una capacità di oltre 22,000 MW (MegaWatt).