Energie energetiche rinnovabili Idroelettrico

Idroelettrico L'energia idroelettrica è stata la prima fonte rinnovabile ad essere utilizzata su larga scala, il suo contributo alla produzione mondiale di energia elettrica è, attualmente, del 18%. L'energia del sole fa evaporare l'acqua dei bacini idrici presenti sulla terra (in gran parte dagli oceani),  il vapore, sottoforma di pioggia o neve cade sulla terraferma, accumulandosi in bacini sopraelevati. L’acqua, fluendo verso un bacino più basso per effetto della forza di gravità, acquista energia cinetica che viene sfruttata per la produzione di energia meccanica ed elettrica. Si può dire che l'acqua è il fluido di un’enorme macchina termica alimentata dal Sole. L’idroelettrico viene considerato rinnovabile su scala ridotta a causa dell'impatto negativo delle grandi dighe sull'ecosistema.

Centrale idroelettrica La centrale idroelettrica trasforma l'energia idraulica di un corso d'acqua, naturale o artificiale, in energia elettrica. In linea generale lo schema funzionale comprende l'opera di sbarramento, una diga o una traversa, che intercetta il corso d'acqua creando un invaso che puo' essere un serbatoio, o un bacino, dove viene tenuto un livello pressoche' costante dell'acqua. Attraverso opere di adduzione, canali e gallerie di derivazione l'acqua viene convogliata in vasche di carico e, mediante condotte forzate, nelle turbine attraverso valvole di immissione (di sicurezza) e organi di regolazione della portata (distributori) secondo la domanda d'energia. L'acqua mette in azione le turbine e ne esce finendo poi nel canale di scarico attraverso il quale viene restituita al fiume.

Centrale idroelettrica Direttamente collegato alla turbina, secondo una disposizione ad asse verticale o ad asse orizzontale, e' montato l'alternatore, che e' una macchina elettrica rotante in grado di trasformare in energia elettrica l'energia meccanica ricevuta dalla turbina. L'energia elettrica così ottenuta deve essere trasformata per poter essere trasmessa a grande distanza. Pertanto, prima di essere convogliata nelle linee di trasmissione, l'energia elettrica passa attraverso il trasformatore che abbassa l'intensità della corrente prodotta dall'alternatore, elevandone però la tensione a migliaia di Volts. Giunta sul luogo di impiego, prima di essere utilizzata, l'energia passa di nuovo in un trasformatore che questa volta, alza l'intensità di corrente ed abbassa la tensione così da renderla adatta agli usi domestici.

Turbine Una turbina idraulica e' essenzialmente costituita da un organo fisso, il distributore, e da uno mobile, la ruota o girante. Il primo indirizza e regola il flusso d'acqua, la seconda trasferisce all'albero su cui e' montata l'energia cinetica sottratta all'acqua. Dal punto di vista costruttivo si hanno 3 diversi tipi di Turbine: Pelton: costituite da un distributore a "spina" e una girante a "cucchiai" che vengono investiti dal flusso d'acqua che gli conferisce il moto; Francis: costituite da un distributore a spirale, a pale orientabili, che avvolge la girante, a pale fisse, che viene investita dall'acqua in uscita dal distributore; Kaplan: costituite da un distributore a spirale, a pale orientabili, che avvolge la girante, a pale orientabili, che viene investita dall'acqua in uscita dal distributore. La scelta dei diversi tipi di turbine viene effettuata in base al salto e alla portata d'acqua disponibili.

Turbina Pelton Turbina idraulica utilizzata di solito con alti salti (50-1300 metri) e piccole portate. Le turbine Pelton sono costituite da un distributore a uno o più ugelli (fino a 6) in relazione alla portata da inviare alla girante e da una ruota, calettata sull'albero motore che trasmette la rotazione all'alternatore elettrico. Ogni ugello crea un getto, la cui portata è regolata da una valvola a spillo.

Turbina Francis Turbina idraulica con pale della girante fisse, utilizzata di solito con medi o bassi salti (da 10 a 250 metri) e con portate medie. Le turbine Francis sono caratterizzate da un ingresso dell'acqua nella girante, che è annegata, in direzione radiale centripeta e da uno scarico assiale. Nelle turbine Francis veloci, l'alimentazione è sempre radiale, mentre lo scarico dell'acqua è solitamente assiale; in queste turbine l'acqua si muove come in una condotta in pressione: attraverso il distributore (organo fisso) perviene alla ruota (organo mobile) alla quale cede la sua energia, senza entrare in nessun momento in contatto con l'atmosfera.

Turbina Kaplan Turbina idraulica con pale della girante regolabili utilizzata di solito con grandi portate e bassi salti (da 5 a 30 metri). Sono turbine a flusso assiale, utilizzate generalmente per bassi salti (2-20 metri). Le pale della ruota nella Kaplan sono sempre regolabili, mentre quelle del distributore possono essere fisse o regolabili. Quando sia le pale della turbina sia quelle del distributore sono regolabili, la turbina è una vera Kaplan (o a doppia regolazione); se sono regolabili solo le pale della ruota, la turbina è una semi-Kaplan (o a singola regolazione).

Centrale idroelettrica Effetti collaterali La produzione di energia idroelettrica, tradizionalmente considerata “pulita”, ha drasticamente modificato il tracciato e la qualità di numerosi corsi d’acqua in molte regioni dell’arco alpino. Anche la cementazione dell’alveo ha effetti negativi sull’ecosistema di difficile valutazione: si considerino le conseguenze dell’impermeabilizzazione sulle falde freatiche. Va poi osservato come l’alterazione dell’acqua turbinata abbia come principale risultato il calo di fecondità dei pesci a valle delle centraline. Ma una delle più gravi conseguenze dello sfruttamento indiscriminato delle acque fluviali a fini energetici è rappresentata senza dubbio dalla modifica della portata dei fiumi che subiscono frequenti interruzioni dovute alla presenza delle dighe.

Centrale idroelettrica Effetti collaterali Di fatto, esse interrompono la continuità del corso d’acqua rendendo la vita impossibile sia ai pesci che alla fauna invertebrata. Infatti, un fiume in condizioni normali ospita moltissimi microorganismi che trasformano numerose sostanze da tossiche a innocue. Non va poi dimenticato che la diluizione delle sostanze inquinanti immesse dall’uomo dipende fortemente dalla portata del fiume. Una sostanziale riduzione di questa ultima accresce l’importanza relativa dei prodotti nocivi.

Impianti di sfruttamento delle maree Nelle centrali mareomotrici l'energia elettrica viene prodotta sfruttando l'energia sviluppata dall'alternarsi delle maree. Da diversi anni è in funzione in Francia, alla foce del fiume Rance sulla Manica, una centrale mareomotrice che sfrutta l'energia prodotta dal dislivello dell' acqua che si forma tra l' alta e la bassa marea e che ha una potenza di 240 MW. In questa località il dislivello elevato raggiunto dalle maree consente la caduta di grandi masse d'acqua di alcuni metri, permettendo così di trasformare l'energia cinetica delle maree in energia elettrica.

Impianti di sfruttamento delle maree L'acqua affluisce e defluisce in un bacino di alcuni chilometri quadrati, passando attraverso una serie di tunnel nei quali, acquistando velocità, fa girare delle turbine collegate a generatori (alternatori). Durante la bassa marea l'acqua del bacino defluisce verso il mare aperto, mettendo in rotazione la turbina; quando il livello del mare comincia a salire e l'onda di marea è sufficientemente alta, si fa fluire l'acqua del mare nel bacino e la turbina si mette nuovamente in rotazione. Una particolarità di questo sistema è la reversibilità delle turbine che perciò possono funzionare sia al crescere sia al calare della marea. Se si sommano i contributi delle più favorevoli località si arriva a una potenza di circa 50000 MW di cui al massimo il 25% può essere convertito in energia elettrica. I costi degli impianti sono elevati e possono essere usati solo come fonte alternativa data la discontinuità della produzione. L'impatto ambientale potrebbe essere costituito dal disturbo per i pesci e dalla variazione delle coste limitrofe.

Impianti di sfruttamento delle maree

Impianti di sfruttamento delle maree

OWC (colonna d'acqua oscillante) I dispositivi a colonna d’acqua oscillante sfruttano le variazioni del profilo d’onda che si crea all’interno di un condotto per creare una variazione di pressione nell’aria presente al di sopra della superficie dell’acqua. Le variazioni di pressione dell’aria fanno ruotare una turbina che genera la corrente elettrica. Se si opera al largo, su fondali di almeno 40 metri, l'energia convogliata da ogni metro lineare del fronte ondoso è elevata, pari a 70 kilowatt; nei pressi della costa, invece, ne sono disponibili solo venti per la successiva trasformazione. Esistono ad oggi vari progetti e diverse implementazioni sperimentali che sfruttano questo principio: Impianti in mare aperto su piattaforme galleggianti su piattaforme ancorate sul fondo (anche riutilizzando vecchi impianti di estrazione petrolifera) Impianti costieri

OWC (colonna d'acqua oscillante)

Sistemi con impianti sommersi

Sistemi con apparati galleggianti