Energia idroelettrica: cos’è, come e perché utilizzarla

Gli uomini sfruttano l’energia idroelettrica da tempo immemore.

Non è una novità! Spesso, quando parliamo di energia rinnovabile e risorse naturali ci troviamo a raccontare la storia della nostra evoluzione sul pianeta.

In questo caso raccontiamo di una forma di energia che sfrutta la potenza dell’acqua in movimento, come l’acqua che scorre rapida da una cascata o quella delle correnti fluviali.

L’acqua, un bene di inestimabile valore.

Più di duemila anni fa, gli abitanti della Grecia pensarono a come impiegare a loro beneficio quella che scorreva liberamente. Non solo il vento ci aiuta a spostare le pale dei mulini.

Ruote idrauliche, girando grazie alla forza dei fiumi, sono state adoperate per lavorare con cereali e tessuti, per trasformare il grano in farina.

Poi abbiamo iniziato a convertire questa risorsa per generare corrente elettrica e oggi, l’energia idroelettrica, fornisce circa il 16% di elettricità al mondo.

Oggi, viviamo anche nell’epoca del cambiamento climatico, dovuto all’inquinamento e all’utilizzo di energia non rinnovabile.

Aumenta il rischio di siccità e questo ha un impatto negativo anche sulle centrali idroelettriche.

Le emissioni di anidride carbonica, per esempio negli Stati Uniti occidentali, secondo uno studio del 2018 sono state 100 megatoni più alte di quanto avverrebbe normalmente.

Lo studio ha considerato un periodo di 15 anni, durante il quale i servizi pubblici hanno dovuto supplire con carbone e gas alla mancanza di acqua (per le centrali idroelettriche).

Bisogna considerare, poi, che il megatone è un’unità di misura non appartenente al Sistema internazionale di unità di misura. Serve ad indicare l’energia emanata da esplosioni di ordigni nucleari.

Riflettiamo su questi dati anche quando ci interroghiamo sui limiti dell’idroelettrico e sull’impatto che ha sull’ambiente.

Diffusione dell’energia idroelettrica

L’energia idroelettrica è la fonte rinnovabile di elettricità più usata nel mondo.

Circa il 71% di tutta l’elettricità rinnovabile generata sulla Terra proviene dall’energia idroelettrica.

Esistono circa 50.000 grandi dighe attualmente in funzione e sono milioni le dighe più piccole in tutto il globo.

Le dighe contribuiscono a fornire quasi il 20% di elettricità nel mondo, grazie anche ai mix di energia rinnovabile.  

In alcuni Paesi, come in Brasile, si arriva a circa il 70%.

Attualmente, in prima posizione tra i maggiori produttori di energia idroelettrica c’è l’Asia.

Segue l’Europa con l’84% di energia pulita sul totale dell’energia rinnovabile generata allo scopo di produrre il più possibile energia sostenibile ed energia circolare.

In Italia l’energia rinnovabile derivata dall’idroelettrico rappresenta la principale alternativa all’energia non rinnovabile e ai fossili.

Garantisce circa il 15% del fabbisogno nazionale. L’apporto di più di 2.000 centrali ad acqua fluente risulta davvero prezioso.

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Breve storia dell’idroelettrico

In Egitto, gli ingranaggi delle ruote idrauliche sospinte dalla forza dei fiumi, muovevano le macine già nel primo secolo a.C.

Nel Basso Medioevo e dopo le scoperte del popolo arabo del Nord Africa, nacquero diversi metodi per sfruttare l’energia contenuta nei flussi dell’acqua.

Furono sempre più utilizzate tecniche che aiutassero nell’irrigazione dei campi, per la bonifica delle zone paludose e…Poco a poco, dall’evoluzione della ruota idraulica siamo giunti alla turbina.

L’energia idroelettrica è stata convertita in elettricità alla fine del XIX secolo.

Poco dopo che l’ingegnere James Francis sviluppò la prima turbina moderna ad acqua.

La prima centrale idroelettrica prese a funzionare nel 1882. Negli Stati Uniti, lungo il Fox River nel Wisconsin.

Energia idroelettrica: come funziona

La maggior parte delle centrali idroelettriche funziona grazie al fatto che l’acqua guadagna energia potenziale appena prima di riversarsi oltre la cima di una diga o di scorrere giù per una collina.

L’energia potenziale, in ogni caso, è convertita in energia cinetica mentre l’acqua “scorre a valle”.

Esistono anche centrali idroelettriche che sfruttano il flusso dei corsi d’acqua senza ricorrere all’installazione di dighe.

Una serie di canali creano il sistema per cui l’acqua è indirizzata verso le turbine che alimentano il generatore.

L’impianto idroelettrico tipico è costituito da un sistema in tre parti:

• la centrale elettrica. Dove viene generata l’elettricità
• la diga che può essere aperta o chiusa in modo da controllare il flusso dell’acqua
• il serbatoio. In cui l’acqua viene immagazzinata

L’acqua che scorre dietro la diga spinge contro le pale di una turbina e le muove portandole a girare. La turbina a sua volta fa girare un generatore, ovvero “lo mette in moto” per trasformare tutto il processo in elettricità.

La quantità di energia generata (in forma elettrica) dipende dalla quantità e dalla forza dell’acqua posta in movimento attraverso il sistema.

Successivamente l’elettricità a disposizione viene trasportata, grazie alle linee della rete elettrica, verso case, fabbriche, imprese..

Le più grandi centrali idroelettriche

I cinque maggiori produttori di energia idroelettrica? Cina, Brasile, Canada, Stati Uniti e Russia.

Il più grande impianto del mondo in termini di capacità è quello cinese: Three Gorges (Sanxia) è largo 2,3 chilometri e alto 185 metri.

Mentre sul fiume Paraná tra Brasile e Paraguay si trova l’impianto che genera più elettricità all’anno, quello di Itaipu.

Washington, invece, possiede la più grande centrale idroelettrica degli Stati Uniti.

Grazie alla Grand Coulee Dam, sul fiume Columbia, lo stato viene rifornito per circa due terzi del suo fabbisogno dall’energia idroelettrica.

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Energia idroelettrica: vantaggi e svantaggi

L’energia idroelettrica, come qualsiasi altro tipo di risorsa, presenta vantaggi e svantaggi.

Benefici e limiti specifici.

In questo caso, per sviluppare il suo potenziale evitando danni alla natura, si sta lavorando molto.

Quando una diga viene costruita e le attrezzature sono installate, il gioco è fatto.

Trova il suo rinnovamento anche con la neve e la pioggia. Può fornire grandi quantità di elettricità! Relativamente facili da adattare alla domanda, tenendo sotto controllo pure il flusso dell’acqua.

Questi grandi progetti, però, possono troppo facilmente sconvolgere gli ecosistemi e la vita delle comunità circostanti.

La diga delle Tre Gole è un esempio di tali conseguenze: ha fatto sfollare circa 1,2 milioni di persone e ha inondato centinaia di villaggi.

La presenza di dighe spesso cambia i modelli di migrazione e danneggia le popolazioni dei pesci.

Quando le centrali idroelettriche causano bassi livelli di ossigeno nell’acqua, ciò si rivela dannoso per gli habitat fluviali.

In Indonesia, un progetto idroelettrico minaccia i rari oranghi Tapanuli, perché frammenta il loro habitat.

Il materiale organico in decomposizione nei bacini rilascia metano, quindi contribuisce al riscaldamento globale.

Tuttavia, alcuni sostengono che l’impatto ambientale dell’energia idroelettrica può essere mitigato e rimanere basso rispetto alla combustione dei fossili.

Un movimento crescente lavora, poi per l’abbattimento e la conversione delle dighe non più in funzione. L’obiettivo è quello di ripristinare i fiumi naturali e i tanti benefici che offrono alla fauna selvatica, non meno che alle persone.

Le centrali idroelettriche e il lavoro del WWF

Per garantire che l’energia idroelettrica e la sua produzione abbiano il minor impatto possibile sull’ambiente circostante, il WWF si sta dando da fare instancabilmente.

Promuove, per esempio, schemi di certificazione ecologica in tutte le Alpi.

L’idea alla base del lavoro è: visto che abbiamo bisogno di impianti idroelettrici, dovremmo sostenere la loro costruzione o la riqualificazione in modo che non danneggino o alterino in modo rilevante gli habitat.

Le dighe devono essere attentamente pianificate e gestite.

Secondo gli studi del Wwf queste sono, per esempio, una parte significativa dell’infrastruttura delle regioni dell’America Latina.

Quindi, mentre si spinge per una maggiore efficienza energetica e per l’uso di energie rinnovabili (come l’eolico e il solare) sembra probabile la costruzione di altre 277 dighe. In progettazione (solo) nel territorio dell’Amazzonia.

Risulta essenziale prendere in considerazione qualsiasi effetto sull’ambiente e per questo l’organizzazione ha creato un sistema di supporto decisionale per lo sviluppo dell’energia idroelettrica chiamato HIS-ARA.

Lo scopo è innanzitutto quello di identificare le aree di conservazione prioritarie e usare i dati sugli ecosistemi e i tipi di habitat, per aiutare la pianificazione in modo strategico e sostenibile.

HIS-ARA  è uno strumento open source, approvato dal governo brasiliano e utilizzato da varie associazioni interessate.

Recenti piani del governo includevano due dighe che avrebbero inondato ampie parti del Parco Nazionale Juruena (Brasile), il World Wide Fund for Nature (Wwf) ha lanciato una campagna internazionale di opposizione.

I piani sono stati ritirati!

Ora lavorano per supportare il piano decisionale nei bacini fluviali in Perù e Bolivia.

Incrociamo le dita…se è l’unica cosa che possiamo fare.

La ricerca sull’energia idroelettrica in Europa e nel mondo

L’energia idroelettrica è una fonte rinnovabile fondamentale, in particolare nell’Unione Europea.

L’energia idroelettrica annuale disponibile, il suo potenziale lordo, è stimato intorno ai 3260 TWh in Europa. Il potenziale sviluppato a circa 600 TWh.

L’idroelettrico, da fonte flessibile di energia che copriva carichi di picco in mix energetici dominati dai fossili, ha assunto funzione di supporto per le risorse solari ed eoliche.

Contemporaneamente, l’energia idroelettrica pompata e la piccola energia idroelettrica sono emerse come un’opzione chiave per lo stoccaggio e la valorizzazione dell’energia.

D’altro canto, abbiamo visto che gli aspetti eco-idraulici e ambientali diventano fattori da cui non si può prescindere, soprattutto per quanto riguarda la migrazione dei pesci e l’alterazione degli habitat.

In sintesi, è su questi punti che porta l’attenzione Emanuele Quaranta, dottore di ricerca in ingegneria idraulica.

Responsabile scientifico presso la Commissione europea, sul nesso acqua-energia-cibo-ecosistema, con particolare attenzione all’energia idroelettrica e alle soluzioni basate sulla natura, per la gestione delle acque.

Contribuire alla sostenibilità

Sul sito del ricercatore è possibile trovare numerosi approfondimenti inerenti il settore idroelettrico.

Nell’aprile 2020 invita a partecipare ad un numero speciale della rivista internazionale “Sustainability”.

Sul “giornale” online vengono accettati articoli di ricerca originali, recensioni e casi di studio innovativi nel settore idroelettrico.

Il titolo dello speciale è “The Future of Hydropower: Sustainable Goals, Planning, Practices, and Technologies”.

Lo scopo, anche in questo caso, è quello di metterci in gioco rispetto al futuro dell’energia idroelettrica sostenibile.

Contribuire alla comprensione e all’attuazione di soluzioni sostenibili.

A quanto pare, abbiamo bisogno di rendere l’energia idroelettrica “più attraente” dal punto di vista ambientale ed economico, sia da un punto di vista strategico che tecnologico.

Secondo il Dottor Quaranta, argomenti d’interesse globale sono:

• la riabilitazione di vecchi impianti
• l’ottimizzazione delle strutture idrauliche per aumentare la loro efficienza ed eco-sostenibilità
• la protezione dei pesci attraverso l’implementazione di soluzioni fish friendly (come turbine fish friendly e passaggi per i pesci)
• l’ottimizzazione degli schemi idroelettrici per ridurre l’impatto ambientale
• le pratiche sostenibili e la pianificazione strategica (sia su larga scala che locale) alla luce della direttiva quadro sulle acque
• le valutazioni di impatto ambientale delle centrali idroelettriche

L’energia idroelettrica e le sfide attuali

Sappiamo che in alcuni luoghi, piccoli progetti idroelettrici possono sfruttare i flussi d’acqua o le infrastrutture esistenti.

Attraverso speciali prese d’acqua e turbine possiamo fare in modo che l’acqua rilasciata da una diga abbia consoni livelli di ossigeno disciolto.

Le dighe possono essere pianificate in modo più strategico per permettere il passaggio dei pesci, per esempio, mentre i flussi d’acqua verso le dighe esistenti possono essere calibrati per dare agli ecosistemi più tempo di recupero dai cicli di inondazione.

La ricerca continua, per rendere i progetti idroelettrici più “amichevoli” per gli ecosistemi che li circondano… ma la questione è aperta!

Ci troviamo ad affrontare una situazione molto complessa: da una parte la domanda di energia è crescente, dall’altra la crisi climatica incombe.

Secondo l’Agenzia internazionale dell’energia (Iea) la crescita della capacità idroelettrica durante il 2023-25 potrebbe essere in media del 50% più alta ogni anno, accelerando lo sviluppo dei progetti.

Ciò richiederebbe una messa in funzione più rapida degli impianti di pompaggio attualmente in fase di sviluppo in Cina e meno interruzioni dei progetti in costruzione in Africa e in America Latina.

I tempi di sviluppo potrebbero anche essere accorciati con migliori condizioni di finanziamento, meno ritardi nella costruzione, permessi e licenze più efficienti all’interno delle linee guida di sostenibilità.

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