L'ENERGIA IDRAULICA

in data
l'energia idroelettrica
OBIETTIVI DI QUESTA LEZIONE
Conoscere l'evoluzione nel tempo della produzione e dell'utilizzo di energia
Conoscere e classificare le fonti energetiche rinnovabili
Valutare le scelte e decisioni relative a problematiche (ambientali, sociali, economiche...) legate alla produzione di energia


COSA TI SERVE PER COMINCIARE?
Riconoscere i sistemi tecnologici e le relazioni che stabiliscono con l'ambiente
Riconoscere i principali processi di trasformazione delle risorse e delle materie prime e di produzione di beni
Riuscire a ipotizzare le conseguenze di scelte di tipo tecnologico

INDICE
6.ENERGIA DALL'OCEANO

1.UN'ENERGIA ANTICA

L'uomo ha da sempre utilizzato l'energia fornita dall'acqua in movimento. Sia gli antichi Greci che i Romani adoperarono le prime ruote idrauliche, per sostituire il lavoro manuale con quello meccanico nei mulini per la macina del grano. Lo sfruttamento dell’energia dell’acqua si diffuse poi nel Medioevo con le ruote idrauliche usate per il sollevamento dell’acqua per l’irrigazione dei campi e per la bonifica dei terreni paludosi o per muovere i telai per la produzione tessile.  

mulino ad acqua nella campagna inglese

Nel XIX secolo, in seguito alla scoperta dei fenomeni elettrici, apparve, molto chiaramente, la convenienza di modificare le ruote in turbine e trasformare l’energia potenziale posseduta dall’acqua in energia elettrica. I primi esperimenti per la produzione di elettricità sfruttando la forza dell’acqua si ebbero in Inghilterra nel 1881 e, nello stesso anno, venne inaugurato l’impianto di illuminazione elettrica del teatro alla scala di Milano l’11 gennaio 1881. 





2.COSA SONO LE TURBINE?

Le turbine sono delle macchine motrici che trasformano l’energia cinetica posseduta da un fluido (un liquido o un gas) in movimento in energia meccanica, legata al movimento d parti meccaniche, che, a sua volta, può essere trasformata in energia elettrica da un generatore collegato all’albero rotore della turbina. Le turbine si distinguono in idrauliche, se mosse dall’acqua, o a vapore se azionate dal vapore di una caldaia. Le turbine idrauliche sono dotate di due organi fondamentali: la girante (la parte mobile e fornita di pale sulle quali agisce la massa d’acqua) e il distributore (la parte fissa che invia l’acqua sulle pale della girante).





3.COME FUNZIONA UNA CENTRALE IDROELETTRICA

In una centrale idroelettrica, l’acqua presente nel bacino viene fatta passare in una condotta, detta condotta forzata, in modo che per la forza di gravità, l’acqua inizi a muoversi verso il basso sempre più velocemente. L’acqua in caduta viene inviata su una gigantesca turbina facendola ruotare. A sua volta la turbina è collegata a un generatore elettrico che trasforma il movimento in Energia Elettrica, completando il ciclo.
Portata e caduta sono i due fattori più importanti presi in considerazione per la realizzazione di una centrale idroelettrica. La portata è la quantità d’acqua che passa in un secondo all’interno di una certa sezione e dipende dalla dimensione del corso d’acqua, dalle precipitazioni stagionali, dalle dimensioni del bacino. La caduta è invece è la differenza di altezza tra il bacino e la centrale.


Una centrale idroelettrica, quindi, è costituita da un insieme di strutture di grandi dimensioni fondamentali per la trasformazione dell’energia. Queste sono: le opere di sbarramento, le opere idrauliche, le turbine, l’alternatore e il trasformatore.

1. OPERA DI SBARRAMENTO: una diga interrompe il corso d'acqua e crea un invaso che può essere un serbatoio, o un bacino, dove il livello dell’acqua è mantenuto pressoché costante .

opere di sbarramento di una centrale idroelettrica

diga della Malvaglia, in provincia di Chieti


2. OPERE IDRAULICHE : canali e gallerie di derivazione inviano l’acqua in vasche di carico e tramite condotte forzate, nelle turbine dotate di valvole di sicurezza e organi di regolazione della portata (distributori) secondo la domanda d'energia. 

3. TURBINE: vengono messe in movimento dal passaggio dell’acqua, che poi ne esce finendo nel canale di scarico dal quale viene restituita al fiume. La massa d’acqua che ha messo in azione le turbine non è inquinata, quindi ne possono beneficiare le aziende agricole che si trovano in prossimità della centrale

4. GENERATORE: macchina elettrica rotante in grado di trasformare in energia elettrica l'energia meccanica ricevuta dalla turbina cui è direttamente collegato tramite un “albero rotore”.

5. TRASFORMATORE: abbassa l'intensità' della corrente prodotta dall'alternatore, elevandone però la tensione a migliaia di Volt prima che sia convogliata nelle linee di trasmissione. Quando l’energia elettrica arriva al sito di impiego, prima di essere utilizzata passa di nuovo attraverso trasformatore che ha il compito inverso: alza l'intensità' di corrente ed abbassa la tensione per renderla adatta agli usi domestici.

5.ACQUA PRO E CONTRO

L’acqua è una fonte naturale presente sul nostro pianeta in grande quantità e per questo in grado di fornire grandi quantità di energia.

PRO – L’acqua è una fonte inesauribile di energia proprio per la sua quantità (circa i due terzi della superficie del nostro pianeta sono coperti d’acqua) e per questo è in grado di fornire grandi quantità di energia; è pulita, perché non provoca alcun tipo di inquinamento sul pianeta, è gratuita perché disponibile per tutti nei mari, laghi e fiumi o sotto forma di pioggia o neve senza dover pagare nulla per ottenerla.

CONTRO – una centrale idroelettrica, per i motivi detti primi, non presenta grandi aspetti negativi, ma genera inquinamento nel suo processo di trasformazione. Infatti, la costruzione di tutte le strutture che la compongono, modificano profondamente l’ambiente generando quello che si chiama Impatto Ambientale.

il lago di Resia in Alto Adige è in realtà un bacino artificiale realizzato nel 1950 sommergendo il preesistente villaggio di Curon
  

6.ENERGIA DALL’OCEANO

L’esaurimento delle riserve di combustibile fossile unito ad un sempre crescente interesse per la salvaguardia dell’ambiente, ha fatto sì che negli ultimi trenta anni crescesse l’interesse verso nuove fonti di energia alternative, ecocompatibili e rinnovabili. Queste nuove fonti di energia, sebbene ancora oggi non siano in grado di sostituire quelle tradizionali, rappresentano un valido supporto ad esse.
Tra queste fonti trova posto l’oceano, che racchiude grandi quantità di energia sia meccanica, dovuta alle correnti marine, alle maree e alle onde sia termica.

ENERGIA DALLE ONDE
Le onde sono create quando il vento soffia sull’acqua. Nell’oceano il vento è molto potente e agisce su centinaia di chilometri di acqua. Questo significa che molta energia è trasferita dall’aria all’acqua. La possibilità di sfruttare il moto delle onde del mare per ottenere energia elettrica, nonostante i problemi, non smette di solleticare la fantasia degli ingegneri. Ci sono allo studio ipotesi per concentrare le onde in modo da aumentarne l’altezza e la possibilità di trasformarne il movimento in energia elettrica. Altre ipotesi prevedono invece di utilizzare le variazioni di pressione che sì riscontrano al di sotto della superficie del mare, altre di utilizzare dei galleggianti che copiano il moto ondoso trasferendolo a dei generatori per mezzo di pistoni idraulici (progetto Pelamis).

produzione di energia elettrica dal moto ondoso: sistema OWC (Oscillation Water Column)


Di seguito un breve video sul progetto Pelamis per lo sfruttamento del moto ondoso per produrre energia elettrica.



ENERGIA DALLE MAREE 
La marea è il ritmico alzarsi (flusso) ed abbassarsi (riflusso) del livello del mare provocato dall’azione gravitazionale della Luna e del Sole. Oltre alla forza di gravitazione universale in questo fenomeno entra in gioco anche un’altra forza, quella centrifuga.
La tecnica energetica sfrutta il dislivello tra l’alta marea e la bassa marea: la cosiddetta ampiezza di marea. Nei siti dove quest’ampiezza è sufficiente, si possono realizzare le centrali di marea costiere, ossia grandi dighe di sbarramento sulla costa. Queste presentano però un grande limite dovuto all’erosione che esercitano sulle coste e nell’abbondante rilascio di sedimenti (cioè sabbia a e altri materiali trascinati dall'acqua) all’interno del bacino. Per questi motivi si sta pensando a degli impianti in mare aperto (offshore) con opportune griglie di sbarramento e data la non elevata velocità delle turbine si può anche garantire la salvaguardia della flora e della fauna marina.



ENERGIA TERMICA DALL'OCEANO

Sfrutta le differenze di temperatura tra la superficie marina (generalmente più calda) e le profondità oceaniche (nell’ordine delle centinaia di metri). Le centrali a conversione di energia termica dell'oceano, nominate con l’acronimo inglese OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion), sono formate da apparecchiature termiche molto sofisticate. Al loro interno un fluido con un basso punto di ebollizione, come ammoniaca o una miscela di acqua e ammoniaca viene riscaldato dalle acque di superficie calde. Quando questo fluido bolle, il gas risultante crea una pressione sufficiente a far girare una turbina collegata ad un generatore che produce energia elettrica. Una volta azionata la turbina, il vapore giunge in uno scambiatore di calore contrario dove viene a contatto con l’acqua fredda pompata dalle zone profonde ritornando allo stato liquido e venendo immesso nuovamente nel ciclo. Il modello di centrali OTEC hanno successo negli oceani tropicali, dove la temperatura superficiale può raggiungere i 30 °C mentre nelle zone più profonde può arrivare a 6 °C. 

schema di funzionamento del sistema OTEC