Impianti idraulici sono attuabili ovunque esista un flusso d’acqua costante e sufficiente, nel rispetto di quello che è indicato come il minimo deflusso vitale, (indice della diminuzione massima nella portata di un corso d’acqua a valle dell’opera di presa) necessario per salvaguardare l’ecosistema. Il suo valore è calcolato intorno ai 2 litri/sec per km2 di bacino imbrifero utilizzato. L’installazione di una centralina idroelettrica è ovviamente successiva ad una fase di progettazione, i cui studi riguardano le caratteristiche geomorfologiche del sito, la valutazione della risorsa idrica e del suo potenziale, la scelta di turbine e generatori appropriati, oltre naturalmente, agli studi riguardanti l’aspetto economico e l’impatto ambientale.
Nell’ambito delle energie rinnovabili l’utilizzo della tecnologia idroelettrica sta registrando nuovi input d’interesse, in particolare per ciò che concerne l’idroelettrico in piccola scala. Impianti mini e micro-hydro, pur essendo di limitata potenza unitaria, presentano notevoli vantaggi sia dal punto tecnico che da quello economico. La piccola taglia può utilizzare corsi d’acqua di modeste dimensioni e richiede modalità costruttive ed organizzative di basso impatto sul territorio, oltre al fatto di poter esser gestiti anche da piccole comunità o semplici nuclei familiari. Inoltre i costi di realizzazione e manutenzione degli impianti sono contenuti.
TECNOLOGIE
Una prima divisione sommaria può essere operata fra gli impianti che utilizzano una *caduta d’acqua* attraverso un dislivello e quelli che sfruttano la *velocità* delle correnti. Nel primo caso la potenza del sistema dipende da due termini: il salto (differenza di livello tra la quota dove è disponibile la risorsa idrica svasata e quella in cui, la stessa, è restituita all’ambiente dopo il passaggio in una turbina) e la portata ( massa d’acqua che fluisce attraverso la macchina per unità di tempo).
Nel secondo caso la potenza è determinata in base alla velocità stessa della massa e dalla superficie attiva della turbina.
La classificazione degli impianti avviene, convenzionalmente, in base alla potenza installata.
*I*. Grandi impianti P>10000 kW
*II*. Piccoli impianti 1000< P< 10000 kW
*III*. Mini impianti 100< P< 1000 kW
*IV*. Micro-impianti P< 100 kW
Un’ulteriore distinzione tra le centraline idroelettriche è stilata in base alla diversa tipologia:
*A*. ad acqua fluente
*B*. a bacino (a deflusso regolato)
*C*. ad accumulo a mezzo pompaggio
*D*. in condotta idrica
Le centrali del tipo *A* sono posizionate sui corsi d’acqua. Non possiedono alcuna capacità di regolare gli afflussi, pertanto la produzione di elettricità è totalmente dipendente dalla portata del fiume: ciò normalmente determina una variazione della produzione su base stagionale. Funzionando ininterrottamente sono in grado di coprire il fabbisogno elettrico di base.
Le centrali di tipo *B* sfruttano l’acqua raccolta nei bacini naturali o artificiali.. Sono in grado di regolare gli afflussi e, data la loro facilità di arresto-avvio nel giro di pochi minuti, possono essere utilizzate come accumulatori di energia per coprire il carico durante il periodo di maggiore richiesta di potenza. Generalmente, gli impianti a bacino possiedono una potenza maggiore rispetto alle altre tipologie, ma di contro un maggior impatto ambientale.
Gli impianti di tipo *C* possiedono un serbatoio di accumulo superiore, detto bacino di svaso, ed uno inferiore o bacino di invaso. Nelle ore di basso consumo, in cui le tariffe energetiche sono più economiche (ore notturne), l’acqua viene sollevata dal serbatoio inferiore a quello superiore tramite una pompa, per poi essere riutilizzata in una turbina per la produzione d’energia elettrica nelle ore di maggior richiesta. La validità di questo tipo di centrali risiede proprio nella differenza del valore commerciale dell’elettricità adoperata nel pompaggio (basse tariffe notturne) e quella prodotta dall’impianto (alte tariffe diurne) quando aumenta la domanda. In questo modo l’uso dell’energia elettrica per il pompaggio è restituita quasi totalmente con un valore maggiore.
I sistemi di tipo *D* costituiscono una categoria recente. Consistono nell’inserimento di una turbina all’ingresso di impianti per il trattamento delle acque, per il recupero dell’energia diversamente dissipata.
Ogni centralina presenta:
*1. Opere di presa e/o di accumulo*
*2. Opere di adduzione:* canali e condotte forzate
*3. Turbina:* dispositivo di conversione dell’energia potenziale (di pressione) e cinetica in energia meccanica
*4. Generatore:* dispositivo di trasformazione dell’energia meccanica in elettrica
*5. Trasformatore:* innalza la tensione in uscita dal generatore al livello della linea elettrica
*6. Sistemi di controllo*
*7. Opere di scarico*
Le *turbine* sono costituite da un distributore fisso regolabile e da un girante mobile. L’elemento fisso ha il compito di regolare ed indirizzare la portata verso la girante e trasformare l’energia potenziale in energia cinetica. A seconda che il processo avvenga parzialmente o totalmente le turbine sono distinte in Turbine ad azione e turbine a reazione. L’organo mobile completa la conversione, trasformando l’energia cinetica/potenziale in energia meccanica.
La tipologia delle turbine dipende principalmente dalla portata e dal salto della massa d’acqua.
* *Turbina Pelton* ad azione, per salti tra i 50-1300m.
* *Turbina Turgo* ad azione, per salti tra i 15 e 300m.
* *Turbina Cross-Flow ( Banki-Michell o Ossberger)* per salti tra 5-200m, lavora in due stadi, il primo con un piccolo grado di reazione, il secondo totalmente ad azione.
* *Turbina Kaplan* a reazione, per salti bassi tra i 2-20m.
* *Turbina a bulbo* derivata dalla precedente, impiegata per grandi portate e salti molto bassi e negli impianti che utilizzano il moto delle maree.
* *Turbina Francis* a reazione, per salti tra 10-350m.
* *Peace Turbine* progettata per lavorare con correnti d’acqua, senza pertanto dover utilizzare l’energia potenziale di un salto; fa parte della classe delle turbine cinetiche, settore in fase iniziale di sviluppo.
A cura di: *Ing. Luigi La Pegna*
