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L'acqua come risorsa da cui ricavare energia
Energia idraulica
Forma di energia ottenuta mediante la
caduta d'acqua attraverso un dislivello; è una risorsa naturale, disponibile ovunque
esista un considerevole flusso costante d'acqua. Attualmente lo sfruttamento dell'energia
idraulica richiede costruzioni estese che includono bacini artificiali, dighe, canali di
derivazione, e l'installazione di grandi turbine e di generatori elettrici (vedi centrale idroelettrica di Cardano).
La produzione di energia idroelettrica richiede un grande investimento di capitali, e non
è pertanto economicamente conveniente in regioni che dispongono di carbon fossile o di
petrolio a relativamente basso prezzo; tuttavia, non va sottovalutato che il costo del
combustibile necessario per alimentare un impianto termoelettrico è maggiore del costo di
funzionamento di un impianto idroelettrico. Inoltre, le crescenti preoccupazioni
ambientali, che stanno focalizzando l'attenzione sulle fonti di energia rinnovabili, hanno
recentemente fatto aumentare l'interesse per questo tipo di energia.
Cenni storici
L'uso dell'energia idraulica risale all'antichità: già i
greci e i romani usavano ruote idrauliche per la macinazione del grano. Il basso costo del
lavoro degli schiavi e degli animali, tuttavia, ne frenò l'applicazione su larga scala
fino al XII secolo circa. Nel Medioevo furono costruite grandi ruote idrauliche di legno
con un rendimento massimo di circa 50 cavalli. L'energia idraulica moderna deve il suo
sviluppo all'ingegnere britannico John Smeaton, che per primo costruì ruote idrauliche di
ghisa di dimensioni notevoli.
All'inizio dell'Ottocento l'energia idraulica, che aveva giocato un ruolo importante nella
rivoluzione industriale, diede impulso alla crescita delle industrie tessile, conciaria e
meccanica. La macchina a vapore era già stata sviluppata, ma il carbone era scarso e la
legna era un combustibile poco soddisfacente. L'energia idraulica contribuì allo sviluppo
delle prime città industriali finché, dalla metà del XIX secolo, l'apertura dei canali
navigabili rese possibile l'approvvigionamento di carbone a buon mercato.
Sviluppo dell'energia idroelettrica
Il primo impianto idroelettrico fu costruito nel 1880, nel
Northumberland. La rivalutazione dell'energia idraulica coincise con lo sviluppo del
generatore elettrico accoppiato alla turbina idraulica e con la crescente domanda di
elettricità che caratterizzò l'inizio del XX secolo.
La tecnologia della maggior parte dei grandi impianti è rimasta la stessa per tutto il
secolo. Gli impianti sono serviti da un grande bacino di riserva,
a monte di una diga (se la centrale non è ad acqua fluente), dove il flusso dell'acqua
può essere controllato per mantenere un livello pressoché costante. Attraverso condotte forzate, controllate da valvole che regolano la
velocità del flusso secondo la domanda d'energia, l'acqua entra nelle turbine e ne esce
passando attraverso il canale di scarico. I generatori sono montati direttamente sotto le
turbine, su alberi verticali. Il tipo di turbina dipende dalla pressione dell'acqua,
ovvero dall'entità del dislivello: per alti dislivelli si usano turbine Francis, per
dislivelli relativamente bassi si preferiscono invece turbine Kaplan.
L'energia idraulica rappresenta approssimativamente un quarto dell'energia totale prodotta
nel mondo e negli ultimi anni sta considerevolmente aumentando d'importanza; in molti
paesi, quali ad esempio Norvegia, Repubblica democratica del Congo e Brasile, rappresenta
la fonte dominante di energia elettrica. L'impianto Itaipu sul Rio Paraná, tra Brasile e
Paraguay, ufficialmente inaugurato nel 1982, ha la più grande capacità del mondo (12.600
megawatt a pieno regime).
In alcuni paesi sono stati costruiti impianti idroelettrici di piccole dimensioni, con
capacità comprese tra un kilowatt e un megawatt. In molti distretti della Cina, ad
esempio, piccole centrali di questo tipo costituiscono la fonte principale di energia.
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