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Tecnologia

Energia idroelettrica è un termine usato per definire l'energia elettrica ottenibile a partire da una caduta d'acqua, convertendo con apposito macchinario l'energia meccanica contenuta nella portata d'acqua trattata.

Gli impianti idraulici, quindi, sfruttano l'energia potenziale meccanica contenuta in una portata di acqua che si trova disponibile ad una certa quota rispetto al livello cui sono posizionate le turbine. Pertanto la potenza di un impianto idraulico dipende da due termini: il salto (dislivello esistente fra la quota a cui è disponibile la risorsa idrica svasata e il livello a cui la stessa viene restituita dopo il passaggio attraverso la turbina) e la portata (la massa d'acqua che fluisce attraverso la macchina espressa per unità di tempo).

In base alla taglia di potenza nominale della centrale, gli impianti idraulici si suddividono in:

  • I. Micro-impianti: P < 100 kW;
  • II. Mini-impianti: 100 < P (kW) < 1000;
  • III. Piccoli-impianti: 1000 < P (kW) < 10000;
  • IV. Grandi-impianti: P > 10000 kW.

 

Gli impianti possono essere poi:

  • A. ad acqua fluente;
  • B. a bacino;
  • C. di accumulo a mezzo pompaggio.

 

In funzione del salto gli impianti idraulici possono essere:

  • 1. a bassa caduta (H > 50 m);
  • 2. a media caduta (H = 50 ÷ 250 m);
  • 3. ad alta caduta (H = 250 ÷ 1000 m);
  • 4. ad altissima caduta ( H > 1000 m).

 

Mentre in funzione della portata si parla di:

  • I. piccola portata (Q > 10 m³/s);
  • II. media portata (Q = 10 ÷ 100 m³/s);
  • III. grande portata (Q = 100 ÷ 1000 m³/s);
  • IV. altissima portata (Q > 1000 m³/s).

 

Non tutti gli impianti Mini-Hydro sono catalogabili fra quelli con i più bassi livelli di caduta e portata, dal momento che la taglia è individuata dal prodotto di queste due grandezze come meglio evidenziato più avanti dalla relazione (1).

Una centrale è composta in genere da un'opera di derivazione (contenente uno sbarramento), un'opera di adduzione (condotte di collegamento), una condotta forzata, una centrale elettrica che contiene il macchinario di conversione e generazione e un'opera di restituzione.

La derivazione di acque è regolata per legge sulla base di apposite concessioni governative che risultano sempre a titolo oneroso e che sono soggette a rinnovo con durata, in genere, almeno ventennale. La portata derivata da un bacino deve essere tale da rispettare l'ambiente e l'idrologia del corpo idrico intercettato. Il cosiddetto Deflusso Minimo Vitale (DMV) rappresenta il limite posto alla portata derivabile affinché l'impianto sia compatibile con l'ambiente.

La potenza effettivamente ritraibile da un impianto idraulico si esprime secondo la seguente formula: P = µ * Q * H * 9,81 (1); ove µ rappresenta il rendimento globale dell'impianto, Q la portata espressa in m³/s e H il salto geodetico espresso in m.

Una delle particolarità salienti di questi impianti è legata al fatto che per tipologia impiantistica e taglia si prestano ad essere del tutto automatizzati. L'impiego di macchinario elettromeccanico realizzato ad hoc consente in qualche modo di ottimizzarne i costi ma va comunque tenuto presente che i costi legati a questa voce non superano in genere il 10-15% del totale.

Il macchinario è costituito in genere da piccole turbine Francis e Pelton per gli impianti con maggiori salti.

Nel campo delle portate più elevate e dei salti contenuti, si sono assai diffuse le turbine dette Banki-Mitchell che in un prossimo futuro potrebbero essere sostituite da nuovi prototipi studiati e progettati presso l'Università degli Studi di Roma "La Sapienza" da Carmelo Caputo.