Energia idraulica

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Introduzione

Energia idraulica Forma di energia ottenuta mediante la caduta dell’acqua attraverso un dislivello; è una risorsa naturale, disponibile ovunque esista un considerevole flusso costante d’acqua. Attualmente lo sfruttamento dell’energia idraulica richiede costruzioni estese che includono bacini artificiali, dighe, canali di derivazione, e l’installazione di grandi turbine e di generatori elettrici (vedi Produzione di energia elettrica).

La produzione di energia idroelettrica richiede un grande investimento di capitali, e non è pertanto economicamente conveniente in regioni che dispongono di carbon fossile o di petrolio a relativamente basso prezzo; tuttavia, non va sottovalutato che il costo del combustibile necessario per alimentare un impianto termoelettrico è maggiore del costo di funzionamento di un impianto idroelettrico. Inoltre, le crescenti preoccupazioni ambientali, che stanno focalizzando l’attenzione sulle fonti di energia rinnovabili, hanno recentemente fatto aumentare l’interesse per questo tipo di energia.

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Cenni storici

L’uso dell’energia idraulica risale all’antichità: già i greci e i romani usavano ruote idrauliche per la macinazione del grano. Il basso costo del lavoro degli schiavi e degli animali, tuttavia, ne frenò l’applicazione su larga scala fino al XII secolo. Nel Medioevo furono costruite grandi ruote idrauliche di legno con un rendimento massimo di circa 50 cavalli. L’energia idraulica moderna deve il suo sviluppo all’ingegnere britannico John Smeaton (1724-1792), che per primo costruì ruote idrauliche in ghisa di dimensioni notevoli.

All’inizio dell’Ottocento l’energia idraulica, che aveva giocato un ruolo importante nella rivoluzione industriale, diede impulso alla crescita delle industrie tessile, conciaria e meccanica. La macchina a vapore era già stata sviluppata, ma il carbone era scarso e la legna era un combustibile poco soddisfacente. L’energia idraulica contribuì allo sviluppo delle prime città industriali finché, dalla metà del XIX secolo, l’apertura dei canali navigabili rese possibile l’approvvigionamento di carbone a buon mercato.

L’installazione di ruote idrauliche in serie, su un dislivello di almeno 5 metri, richiede la costruzione di condotte e di grandi dighe di sbarramento difficilmente realizzabili. Questi svantaggi, uniti alla scarsità dell’afflusso d’acqua durante l’estate e l’autunno, e alle gelate invernali, portarono alla sostituzione di quasi tutte le ruote idrauliche con turbine a vapore, non appena la disponibilità di carbone lo rese possibile.

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Sviluppo dell’energia idroelettrica

Il primo impianto idroelettrico fu costruito nel 1880, nel Northumberland, in Inghilterra. La rivalutazione dell’energia idraulica coincise con lo sviluppo del generatore elettrico accoppiato alla turbina idraulica e con la crescente domanda di elettricità che caratterizzò l’inizio del XX secolo (vedi Motori e generatori elettrici).

La tecnologia dei grandi impianti è rimasta praticamente la stessa per tutto il Novecento. Gli impianti sono serviti da un grande bacino di riserva, a monte di una diga, dove il flusso dell’acqua può essere controllato per mantenere un livello pressoché costante. Attraverso condotte forzate, controllate da valvole che regolano la velocità del flusso secondo la domanda d’energia, l’acqua entra nelle turbine e ne esce passando attraverso il canale di scarico. I generatori sono montati direttamente sotto le turbine, su alberi verticali. Il tipo di turbina dipende dalla pressione dell’acqua, ovvero dall’entità del dislivello: per alti dislivelli si usano turbine Francis, per dislivelli relativamente bassi si preferiscono invece turbine Kaplan.

Nel 2003 l’energia idraulica rappresentava il 16,7% dell’energia totale prodotta nel mondo; in alcuni paesi, quali ad esempio Norvegia, Repubblica Democratica del Congo e Brasile, costituisce la fonte dominante di energia elettrica; in Italia, nel 2003, forniva il 13,4% dell’energia totale prodotta. L’impianto idroelettrico di Itaipú sul Rio Paraná, tra Brasile e Paraguay, inaugurato nel 1982, ha la più grande capacità del mondo (12.600 megawatt a pieno regime).

In alcuni paesi sono stati costruiti impianti idroelettrici di piccole dimensioni, con capacità comprese tra 1 kilowatt e 1 megawatt. In molti distretti della Cina, ad esempio, piccole centrali di questo tipo costituiscono la fonte principale di energia.