Centrale idroelettrica
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Per centrale idroelettrica si intende una serie di opere di ingegneria idraulica posizionate in una certa successione, accoppiate ad una serie di macchinari idonei allo scopo di ottenere la produzione di energia elettrica da masse di acqua in movimento.
L'acqua viene convogliata in una o più turbine che ruotano grazie alla spinta dell'acqua. Ogni turbina è accoppiata a un alternatore che trasforma il movimento di rotazione in energia elettrica .
La velocità impressa dall'acqua alle turbine viene generata attraverso un cosiddetto "salto", cioé dalla differenza di quota (che si traduce, in pratica, in una differenza di pressione idrodinamica) esistente tra la quota dell'opera di presa e quella in cui sono posizionate le turbine. In genere viene creato un lago artificiale per mezzo dello sbarramento di una gola fluviale con una diga. Da questo bacino l'acqua viene convogliata in una condotta che viene detta forzata in quanto nell'ultima parte l'acqua imbrigliata nell'opera di presa non é libera di espandersi e di fluire come in una normale condotta di adduzione, ma é obbligata ("forzata", per l'appunto) ad espandersi contro le pale delle turbine per imprimere loro l'energia cinetica necessaria a farle muovere e a generare, quindi, elettricità.
Tra il lago a monte e la turbina è necessario inserire sempre un pozzo piezometrico che assolve alla funzione di smorzare le enormi sovrapressioni dovute alla spinta "frenata" dell'acqua quando la turbina viene fermata, evitando così gli effetti (dirompenti, date le notevolissime pressioni in gioco) del fenomeno idraulico detto colpo d'ariete.
La classificazione principale che viene fatta è quella tra "centrali a bacino" e "centrali ad acqua fluente".
Le centrali idroelettriche hanno la peculiarità di poter essere attivate e disattivate in pochi minuti semplicemente "aprendo l'acqua", dando quindi la possibilità di coprire facilmente gli improvvisi picchi di richiesta che si possono verificare con la immediata apertura delle saracinesche idrauliche. Viceversa, gran parte delle centrali termoelettriche e nucleari devono prima "scaldare l'acqua" e sono pertanto una tipologia di impianti di tipo "sempre acceso" (o "di base").
Spesso le centrali idroelettriche sono dotate di un bacino di raccolta anche a valle: l'acqua che ha generato energia elettrica durante il giorno passando nelle turbine può essere riportata dal bacino di valle al bacino di monte durante le ore di minor richiesta di energia (ad esempio di notte), mediante pompaggio, utilizzando per questa operazione l'energia elettrica in eccesso (e a basso costo) prodotta dalle centrali di tipo "sempre acceso" e non diversamente accumulabile. In altre parole il bacino di monte viene "ricaricato" durante la notte e le masse d'acqua riportate a monte possono quindi essere riutilizzate nelle ore di maggiore richiesta energetica (i "picchi" nel consumo si verificano, di solito, a metà mattina e a metà pomeriggio).
Quest'ultimo tipo di centrali sono dette impianti ad accumulazione. In essi si realizzano gruppi ternari di macchine, ossia la turbina, la pompa e il macchinario elettrico che, essendo reversibile, funziona all'occorrenza da generatore o da motore. Nel caso l'impianto sia dotato esclusivamente di un bacino di monte e un bacino di valle (senza dunque una componente "fluente"), la centrale viene detta centrale idroelettrica a ciclo chiuso o anche stazione di pompaggio. In taluni impianti è altresì possibile sfruttare la reversibilità di talune turbine, come ad esempio la Turbina Kaplan, che nel suo funzionamento inverso funziona da pompa, riducendo i costi di impianto e di manutenzione, a fronte di una accettabile perdita di rendimento.
L'energia prodotta dalle centrali idroelettriche è da classificarsi a tutti gli effetti come energia rinnovabile in quanto, almeno in teoria, l'acqua può essere riutilizzata infinite volte per lo stesso scopo senza depauperamento. Tutto ciò é vero se si mantiene costante il volume degli afflussi integrali annuo negli anni che si susseguono. Tale volume dipende sia dalle precipitazioni meteoriche sia dall'entità dell'evaporazione che inevitabilmente il soleggiamento, soprattutto estivo, provoca sulla superficie degli invasi. Pertanto eventuali periodi di siccità potrebbero rivelarsi estremamente nocivi per la conservazione di questa preziosa risorsa che é l'acqua.
Altro problema, da questo punto di vista, può essere comportato dal progressivo interrimento cui inevitabilmente vanno incontro, nel tempo, i bacini di accumulo. Per evitare ciò, questi devono essere periodicamente dragati.
Problemi ambientali possono essere costituiti dal fatto che gli sbarramenti (dighe) creano il blocco del trasporto solido dei fiumi (sabbie e ghiaie) alterando l'equilibrio tra l'apporto solido e l'attività erosiva nel corso d'acqua a valle (erosione del letto del fiume e, talvolta, "taglio dei meandri" per la maggiore velocità) fino al mare dove, per il diminuito o nullo apporto solido si assiste al fenomeno dell'erosione delle coste. Grandi bacini idroelettrici inoltre possono in alcuni casi avere impatti ambientali e socio-economici di diversa entità o gravità sulle zone circostanti (modifica del paesaggio e distruzione di habitat naturali, spostamenti di popolazione, perdita di aree agricole, ecc.) e lo studio di fattibilità deve essere particolarmente accurato soprettutto per quanto concerne l'analisi puntuale della geologia dei versanti e delle "spalle" su cui si attesterà la diga non tralasciando alcun particolare. Solo così si potranno evitare tragedie quali quella che nell'autunno del 1963 sconvolse la valle del Vajont (cancellando la cittadina di Longarone e d altri due centri del fondovalle con oltre tremila vittime).
Il gestore di un impianto idroelettrico di potenza nominale superiore a 220 kW deve corrispondere agli enti pubblici locali (comuni, provincia e regione) i cosiddetti Canoni Idrici, per la concessione e lo sfruttamento di acque pubbliche.
