LE CENTRALI IDROELETTRICHE

ELIA CORTASSA 3^A

Una centrale idroelettrica è un insieme 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'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 subire un processo di depurazione (CICLO DELL'ACQUA).
Il concetto di rinnovabilità è subordinato alla costanza del volume annuo degli afflussi integrali.



Gli elementi principali che compongono una centrale idroelettrica sono:


TURBINA
Produce energia meccanica grazie alla spinta dell'acqua
ALTERNATORE macchina elettrica rotante basata sulla legge fisica dell'induzione elettromagnetica (o di Faraday), che converte l'energia meccanica fornita dalla turbina in energia elettrica.
TRASFORMATORE

serve ad alzare il voltaggio della corrente in uscita dall'alternatore per evitare eccessive perdite di energia elettrica lungo le linee. Al punto di arrivo, i trasformatori abbassatori riducono il voltaggio ai livelli tipici degli usi residenziali o industriali, cioè generalmente intorno ai 220 V

 


Le centrali si classificano in base a diverse tipologie di impianto:


Centrali ad acqua fluente

L'acqua viene convogliata in un canale di derivazione (non una condotta forzata) e attraverso questo inviata alle turbine che ruotano grazie alla spinta dell'acqua, producendo così il movimento delle turbine, ognuna delle quali è accoppiata a un alternatore che trasforma il moto di rotazione in energia elettrica.

La velocità impressa dall'acqua alle turbine viene generata attraverso una differenza di quota, detta "salto", che si traduce in pressione idrodinamica alla quota in cui sono posizionate le turbine.


Casteldelfino

diga in terra di Hirakud (India)


                                                                                               

                        

Centrali a bacino

A differenza delle "centrali ad acqua fluente" viene creato un lago artificiale, detto bacino di carico, per mezzo dello sbarramento di una gola fluviale con una diga, da cui partono delle condotte forzate, le quali vengono arricchite da un pozzo piezometrico (interposto prima della turbina) che smorza ed evita gli effetti dirompenti del colpo d'ariete (enormi sovrappressioni che si generano quando la turbina viene fermata tramite la chiusa della condotta). A valle è presente un bacino di calma dove le acque turbolente appena uscite dalla centrale vengono fatte placare prima della reimmissione nel flusso normale del fiume.


Vallanta     Vallanta   Vallanta     

  Brossasco



Centrali con impianti ad accumulazione

A differenza delle "centrali a bacino" le centrali con impianti ad accumulazione 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 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.

In tali impianti ad accumulazione 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 inoltre possibile sfruttare la reversibilità di talune turbine, come ad esempio la turbina Francis, che nel suo funzionamento inverso funziona da pompa, riducendo i costi di impianto e di manutenzione, a fronte di una accettabile perdita di rendimento.


Entraque diga  Entraque rotore  Entraque statore Entraque sala valvole



Centrali a marea

La marea, il ritmico innalzamento e abbassamento del livello del mare provocato dall'azione gravitazionale della luna e del sole, di solito ha un'ampiezza (dislivello tra l'alta marea e la bassa marea) inferiore al metro, ma in alcune zone, per la particolare configurazione del sito, il dislivello può raggiungere valori elevati, interessanti per lo sfruttamento e la produzione di energia, ad oggi prevalentemente elettrica.
Durante la bassa marea l'acqua del bacino defluisce verso il mare aperto, mettendo nuovamente in rotazione la turbina.
Quando il livello del mare ricomincia 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.
Per ottenere la produzione di energia sia con marea crescente che calante, si utilizzano particolari turbine reversibili, che funzionano cioè con entrambe le direzioni del flusso.

In Francia, dal 1966, è attiva la prima centrale maremotrice (o centrale mareomotrice) al mondo che sfrutta proprio il dislivello dell’acqua che si forma tra l’alta e bassa marea. E’ la Rance Tidal Power Station, che si trova tra Saint Malò, sulla Manica, alla foce del fiume Rance.

Diga su fiume Rance


SCIENZE esperimento:VIDEO-FOTO