Come funziona una centrale idroelettrica: breve storia e meccanismi di base

Gli esseri umani hanno a lungo sfruttato l'energia dell'acqua per azionare macchinari. Fino ad oggi, l'energia idroelettrica rimane una fonte significativa di energia elettrica in tutto il mondo. Per garantire sicurezza ed efficienza, le moderne centrali idroelettriche si affidano a una serie di strumenti di misura per monitorare livello, portata, pressione e temperatura durante i processi.
Per migliaia di anni l'acqua è stata la principale fonte di energia per gestire sistemi di macinazione dei cereali, irrigazione dei campi e lavorazione del legname. Alla fine del 1800, le persone hanno iniziato a utilizzare l'energia idroelettrica per generare elettricità. La prima grande centrale idroelettrica italiana venne attivata nel 1895 a Paderno, costruita sull'Adda da Edison, società nata nel 1884 dal Comitato di Giuseppe Colombo, che aveva già creato nel 1883 a Milano la prima centrale termica destinata a illuminare la città. I continui miglioramenti hanno reso le centrali idroelettriche più sicure e più efficienti che mai.
La diga delle Tre Gole, sul fiume Yangtze nella Cina centro-orientale, è la più grande centrale elettrica del mondo.
L'energia idroelettrica rappresenta oggi una fonte importante e affidabile di energia elettrica. Inoltre, è pulita e rinnovabile. Poiché sono indipendenti dalle condizioni meteorologiche (tranne che dalla siccità), le centrali idroelettriche possono fornire un servizio più affidabile rispetto agli impianti solari o eolici. Inoltre, la capacità di controllarne la portata consente ad ogni impianto di adattare la propria produzione per soddisfare le richieste di mercato. Non c'è da meravigliarsi se 9 dei 10 impianti di produzione di energia più grandi al mondo sono alimentati dalla potenza dell'acqua. (Kashiwazaki-Kariwa in Giappone, il sesto più grande, è una centrale nucleare).
Come funziona una centrale idroelettrica
diagramma di una centrale idroelettrica
Fondamentalmente, una moderna centrale idroelettrica è composta da un bacino idrico, una diga, condotte forzate, turbine e generatori. Il bacino immagazzina il "carburante" e consente agli operatori di controllare quanta acqua viene alimentata alle turbine. Serve anche come bacino di decantazione: la maggior parte dello sporco e dei detriti nell'acqua si depositano sul fondo e lontano dalla zona di aspirazione.
L'acqua proveniente dal bacino viene convogliata alle turbine attraverso un ingresso (diga a saracinesca) e una condotta forzata. Un sistema di filtraggio in ingresso pulisce ulteriormente l'acqua per garantire che sia relativamente priva di solidi sospesi, che potrebbero danneggiare le pale della turbina. I sistemi idraulici (il regolatore, i freni, i comandi della saracinesca e così via) lavorano insieme per aprire e chiudere le saracinesche che consentono all'acqua di fluire a valle del bacino.
La ruota idraulica del passato si è evoluta nella moderna turbina. A differenza della forma e della configurazione della pala, i tre principali tipi di turbina sono la Francis, la Kaplan e la Pelton, che prendono il nome dai loro inventori. Indipendentemente dal tipo di progettazione, la turbina converte l'energia cinetica del movimento o della caduta dell'acqua in energia meccanica. La turbina è collegata attraverso l'albero al rotore di un generatore che converte l'energia meccanica in elettricità. Per la massima efficienza, le turbine sono realizzate su misura per ogni impianto idroelettrico.
Mentre i concetti di energia idroelettrica sono semplici e diretti, il funzionamento è tutt'altra cosa. Ogni moderna centrale idroelettrica si basa su una moltitudine di sistemi complessi che monitorano, controllano e migliorano le condizioni per garantire il corretto funzionamento. I cuscinetti e i sistemi di lubrificazione minimizzano l'attrito e l'usura delle parti in movimento. I filtri intrappolano il particolato che può abradere le pale della turbina. Potenti sistemi idraulici aprono e chiudono le saracinesche. I sistemi di raffreddamento mantengono le temperature sotto controllo per prevenire il surriscaldamento e gli incendi nei trasformatori, nei cavi, nei quadri e in altri meccanismi elettrici e meccanici.