Le energie rinnovabili rappresentano ormai il futuro del pianeta, con investimenti e sviluppi che accelerano sempre più specialmente nei mercati emergenti. La necessità è quella di diversificare le fonti d’energia per avviarsi verso la completa decarbonizzazione, aggirando i rischi d’inquinamento e surriscaldamento globale.
Tra le varie fonti naturali vi è l’energia idroelettrica, rinnovabile, inesauribile e pulita, che deriva dall’acqua, considerata una delle più antiche. Superiore per potenza installata e produzione ad altre fonti rinnovabili, per capire come funziona l’energia idroelettrica anche in Italia occorre comprenderne rendimento, vantaggi e svantaggi. Conviene davvero?
Cos’è l’energia idroelettrica e come funziona?
Chiamata anche energia idrica, parlando di energia idroelettrica si intende una delle principali fonti d’energia primarie del pianeta Terra proveniente direttamente dall’acqua. Rispetto alle fonti non rinnovabili, come tutte le energie sostenibili quella idroelettrica è:
- Inesauribile
- Rinnovabile
- Sempre disponibile
- Pulita
Essa si genera attraverso il naturale flusso dei corsi d’acqua, a impatto zero e in modo costante grazie alle centrali idroelettriche, impianti che permettono di convertirne l’energia cinetica in elettricità tramite sistemi di alternatori e turbine. Ne esistono tre tipologie:
- Ad acqua fluente, situati presso fiumi o torrenti, canalizzano l’acqua verso un bacino di carico per convogliarla verso turbine idroelettriche che generano energia, facendola poi defluire nei fiumi o torrenti stessi evitando sprechi; il loro rendimento dipende dalla portata del fiume durante l’anno
- A bacino, situati presso laghi naturali o dighe di sbarramento, canalizzano l’acqua verso condotte forzate dirette alle turbine idroelettriche, che producendo energia elettrica reimmettono il flusso nel suo bacino naturale; si possono posizionare alla stessa altezza del bacino o superiore fino a 50 metri
- A pompaggio, struttura a doppio senso su due bacini d’acqua ad altezze differenti, collegati da condotte forzate con turbine alle estremità, che generano energia a ogni passaggio; la velocità di produzione è maggiore rispetto alle altre varianti ed è ottimale per stabilizzare la rete elettrica
Il principio di funzionamento dell’energia idroelettrica deriva dall’antichità, partendo dagli antichi egizi che fruivano dell’acqua per muovere i mulini, seguiti dai romani che la impiegarono per costruire acquedotti, fino agli arabi che implementarono irrigazione e bonifica grazie alla ruota idraulica, divenuta poi turbina motrice in Europa alla fine dell’Ottocento. La prima centrale idroelettrica della storia è stata completata nel 1879, sulle Cascate del Niagara.
Con capacità flessibili in base alle esigenze territoriali, le turbine idroelettriche hanno rendimenti tra 90% e 95% dell’energia potenziale dell’acqua.
Quanto costa un impianto idroelettrico domestico?
In passato competenza industriale e territoriale, dai primi anni 2000 l’energia dell’acqua entra anche negli ambienti domestici grazie a mini-impianti idroelettrici: con potenza generata solitamente fino a 100 KW, sono ideali per immobili senza allaccio alla rete elettrica o per implementare il rendimento di quelli allacciati. Richiedono un flusso d’acqua costante anche di solo 0,5 litri al secondo.
Dalla manutenzione semplice grazie ad automatismi e controlli a distanza, in Italia il loro utilizzo è regolato da ARERA ed ENEA ed il loro costo si aggira tra 1.500 e 3.000 euro/KWh, trasporto e montaggio esclusi.
Energia idroelettrica, la situazione italiana
Per la sua conformazione geologica, l’Italia si presta perfettamente alla presenza di impianti idroelettrici, specialmente sulle catene montuose del nord. Difatti, la prima centrale italiana sorge nel 1895 a Paderno d’Adda, seguita da quella a Vizzola Ticino, entrambe in Lombardia.
La più grande centrale italiana si trova a Entracque, piccolo comune in provincia di Cuneo, Piemonte. Entrata in funzione nel 1982 dopo forti rallentamenti nei lavori a causa delle condizioni meteo, la Luigi Einaudi è un impianto a pompaggio a due dislivelli che unisce:
- Diga del Chiotas, a quasi 2.000 metri d’altezza con un bacino di 27,3 milioni di m3
- Lago della Rovina, a circa 1.500 metri d’altezza
- Diga della Piastra, a circa 1.000 metri d’altezza con un bacino di 9 milioni di m3
La struttura è scavata interamente nella roccia, con i bacini d’acqua collegati da condotte forzate verso le turbine. E’ proprietà dell’Enel e la sua potenza netta è di 1.065 MW, pari al fabbisogno elettrico dell’intera provincia di Torino, con portata di 128 m3/secondo.
Secondo Terna, al 2019 (ultimi dati disponibili) l’energia idroelettrica in Italia rappresenta circa il 41% delle fonti rinnovabili totali, segnando una produzione annuale di 46 TW, circa il 16,5% dell’elettricità totale prodotta. Con oltre 15.000 persone che vi lavorano, sono presenti sul territorio nazionale 4.300 impianti, numero approssimativo, di cui:
- Oltre 3.000 di potenza minore a 1 MW
- Meno di 1.000 di potenza tra 1 e 10 MW
- Circa 300 di potenza superiore a 10 MW
Al 2021 l’Italia vive un momento assolutamente favorevole, con potenza installata di +10% rispetto al 2015 e numero di installazioni a +78%, collocandosi al quarto posto in Europa per energia idroelettrica generata, preceduta da Norvegia, Svezia e Francia.
Occorre però ricordare che più del 50% degli impianti italiani risale agli anni ’50 e ’60, presentando quindi segni del tempo e rendimenti ridotti. Stando al rapporto Il Contributo Economico e Ambientale dell’Idroelettrico Italiano di Althesys per l’associazione Utilitalia, con opportuni interventi di manutenzione e ricostruzione si potrebbe avere un aumento di potenza di quasi 6.000 MW entro il 2030.
L’energia idroelettrica conviene?
Esaminando nel dettaglio le caratteristiche dell’energia idroelettrica in Italia e non solo, è necessario ricordare che come tutte energie rinnovabili è anch’essa un investimento per la decarbonizzazione del pianeta. Tra i principali punti di forza degli impianti si notano:
- Elevata velocità di produzione, con potenze massime raggiunte in poche decine di minuti
- Manutenzione minima, ridotta a interventi di restauro periodici
- Disponibilità illimitata, grazie a flussi idrici e precipitazioni di pioggia e neve
- Riduzione inquinamento, senza emissioni di gas serra
Tra i loro punti di debolezza si notano invece:
- Dipendenza da agenti atmosferici, non prevedibili
- Alterazione ambiente naturale, attraverso disboscamento o scavi
- Degrado qualità dell’acqua, con danni per l’habitat idrico
- Impossibilità di costruzione ovunque, ma solo in luoghi idonei
- Rischio frane, in caso di costruzione in luogo inadatto
- Riduzione valore territoriale, con spostamento di comunità locali
A conti fatti, la costruzione di una centrale idroelettrica è strettamente connessa all’impatto sentito da flora e fauna del territorio, quest’ultimo è perciò un fattore cruciale da valutare prima di avviare qualsiasi progetto, indifferentemente dalla qualità ingegneristica: si pensi ai gravi disastri che hanno colpito il territorio italiano, tra tutti, quello del Frejus nel 1959 e del Vajont nel 1963.
D’altro canto, è indubbiamente un’energia naturale e non inquinante, tanto che secondo l’istituto Ember rappresenta al 2020 circa il 16% delle energie rinnovabili totali in Europa, segnando un +12% rispetto all’anno precedente.
Storia dell’energia idroelettrica in Usa
L’energia idroelettrica è stata utilizzata negli Stati Uniti dalla fine del 1800 e le origini della tecnologia risalgono a migliaia di anni fa. Le antiche culture dai Greci alla Roma imperiale alla Cina usavano mulini ad acqua per attività essenziali come la macinazione del grano.
Il precursore della moderna idro turbina fu sviluppato a metà del XVIII secolo. Cento anni dopo, gli inventori stavano migliorando costantemente l’efficienza di queste tecnologie. Nel 1849, un ingegnere di nome James Francis sviluppò la Francis Turbine, il tipo di turbina più utilizzato oggi.
Pietre miliari dell’energia idroelettrica
- 1849: Invenzione della turbina Francis.
- 1882: La prima centrale idroelettrica al mondo inizia le operazioni ad Appleton, Wisconsin, sul fiume Fox.
- 1887: Viene aperta la prima centrale idroelettrica in Occidente, a San Bernadino, in California.
- 1907: l’ energia idroelettrica rappresenta il 15% della produzione elettrica degli Stati Uniti.
- 1920: l’ energia idroelettrica rappresenta il 25% della produzione elettrica degli Stati Uniti.
- 1931: Inizia la costruzione della diga di Hoover, che alla fine impiega un totale di oltre 20.000 lavoratori durante la Grande Depressione.
- 1937: La diga di Hoover inizia a generare energia elettrica sul fiume Colorado.
- 1941-1945: le dighe del Bureau of Reclamation aumentarono la produzione di energia per sostenere gli sforzi dell’America nella seconda guerra mondiale, producendo elettricità sufficiente per realizzare 69.000 aeroplani e 5.000 navi e carri armati durante un periodo di cinque anni.
- 1980: la capacità idroelettrica convenzionale è quasi tripla rispetto al livello del 1920.
Oggi: una vasta espansione del potenziale idroelettrico è possibile attraverso nuove tecnologie per progetti convenzionali, di stoccaggio con pompaggio e progetti marini e idrocinetici, modernizzando gli impianti idroelettrici esistenti e aggiungendo generazione alle dighe esistenti non alimentate.