La tecnologia attuale Un impianto idroelettrico è costituito da componenti civili e idrauliche (opere di presa, di convogliamento e di restituzione, centralina) e da opere elettromeccaniche (turbina, alternatore, quadri elettrici, sistemi di comando).
Le turbine idrauliche utilizzano l’energia potenziale trasformandola in energia meccanica per mezzo di turbine. A sua volta la potenza meccanica è impiegata per produrre energia elettrica collegando l’asse della turbina a un alternatore.
Gli impianti idroelettrici si suddividono in impianti a serbatoio, a bacino oppure ad acqua fluente. Tale classificazione dipende dalla durata di invaso dell’impianto ossia il tempo necessario per fornire al serbatoio un volume d’acqua pari alla sua capacità utile con la portata media annua del corso d’acqua che in esso si riversa.
Gli impianti a serbatoio e a bacino hanno un serbatoio di regolazione che permette di modulare il ciclo delle acque. Cosi non è per gli impianti ad acqua fluente, i quali non hanno serbatoio e sono in genere posizionati nei corsi d’acqua e la loro produzione dipende dalla portata del fiume senza capacità di regolare il flusso sia in entrata che in uscita.
Una distinzione fondamentale per gli impianti idroelettrici è in base alla potenza installata. Abbiamo impianti:
• Pico Idro P< 0,05 MW
• Micro Idro P< 0, 1 MW
• Mini Idro P< 1 MW
• Piccolo Idro P< 10 MW
• Grande Idro P>10 MW
La capacità installata mondiale
L’energia immagazzinata rappresenta una delle prime fonti energetiche sfruttate principalmente per la produzione di energia elettrica. È stato stimato che potendo sbarrare ogni fiume presente sulla Terra permetterebbe di ottenere circa 4,5 TW dei quali però solo 1,5 TW sono sfruttabili dal punto di vista idroelettrico (Smalley, 2005). Al momento la capacità installata è circa 900 GW e quindi grosso modo poco meno di 1 TW.
Tenendo presente quindi la capacità installata e il potenziale di circa 0,5 TW, risulta già da ora chiaro che non è poi così vero che lo sfruttamento del potenziale idroelettrico vada ad esaurirsi, considerando anche il buon aumento di produzione mondiale dagli anni ’60 ad oggi che è sostanzialmente triplicato passando da 1.000 TWh a 3.200 TWh annui. Al 2009 è il 20% la quota di produzione di energia elettrica derivante da fonte idroelettrica su scala mondiale.
Va detto però che soprattutto in alcune aree del pianeta non si può prevedere un sostanziale incremento di capacità. La tecnologia rimane oltremodo matura poiché le principali tipologie di turbine, dalla Pelton che è usata per salti di grandi dimensioni dai bacini, alle Kaplan impiegate negli invasi ad alta portata d’acqua, passando alle medie Francis, sono note da più di un secolo.
In Europa principalmente il mercato del grande idroelettrico appare saturo tanto è vero che in molti Paesi la produzione si mantiene sugli attuali livelli già da diversi anni con un leggere aumento, come nel caso dell’Italia, degli impianti ad acqua fluente non autoregolati.
Nel complesso l’Europa come continente è uno dei leader nel settore con ben 280 TWh di produzione annue a cui vanno ad aggiungersi altri 30 TWh derivati dagli impianti a pompaggio, ovvero quegli impianti idroelettrici che prelevando energia elettrica dalla rete, possono pompare acqua nel serbatoio in quota con conseguente stoccaggio di energia che in un periodo successivo può essere riconvertita e reimmessa in rete.
Ma il primato per potenza e produzione di energia idroelettrica spetta alla Cina. I grandi fiumi cinesi assicurano al paese quasi 500 TWh di produzione annua.
Attualmente la Diga delle Tre Gole sul fiume Yangtze è la più grossa centrale idroelettrica mondiale e a regime completo nel 2011 avrà una potenza massima esprimibile pari a 25000 MW. Per capire la grandezza dell’opera basti pensare che nel 2008 ha prodotto intorno ai 85 TWh di energia, più del doppio di quanto fornisce l’intero parco idroelettrico italiano. La mole dell’opera non deve impressionare. I 26 Miliardi di dollari del costo della centrale sono ampiamente coperti. L’investimento si ripagherà infatti in 6-8 anni, molto più velocemente rispetto a opere di grandezza paragonabile per dimensioni.
Nonostante i grossi progetti in via di sviluppo comunque la Cina rimane leader mondiale anche per quanto riguarda i piccoli impianti di potenza minore ai 30MW che rappresentano ancora la metà della produzione annua cinese di energia derivante dall’acqua. A parte la nota facilità di costruzione e gestione degli impianti in quanto spesso il produttore di tutta la componentistica è uno solo, a differenza delle grandi centrali, non richiedono iter autorizzativi lunghi e requisiti ambientali particolarmente stringenti. Per questo, non solo in Cina ci si sta sempre più orientando verso questo genere di impianti di piccola taglia.
La diga di Itaipu al confine tra Brasile e Paraguay sul fiume Paranà è la seconda centrale idroelettrica al mondo con una potenza installata pari a 14000 MW. Costruita nel 1971 è stata frutto di un accordo tra Brasile, Paraguay e Argentina che ne hanno regolato il flusso e la costruzione del lago artificiale dove sorge la diga. Rispetto alla diga delle Tre Gole lavora un numero molto più elevato di ore, data la facilità di gestione dell’impianto. Nel 2008 ha toccato i 95 TWh di produzione di energia risultando la prima centrale idroelettrica mondiale per energia elettrica fabbricata.
La diga di Guri è la terza centrale idroelettrica per potenza installata. È situata sul fiume Caroni, e garantisce al Venezuela 10200 MW di potenza capaci di generare 80 TWh all’anno di energia elettrica. Da sola produce il 75% di fabbisogno di energia elettrica al Paese, anche se è del mese scorso la notizia che il Governo di Ugo Chavez ha imposto un black-out di quattro ore giornaliere a buona parte del Paese per il blocco della centrale, dovuto ai livelli di acqua troppo bassi della diga causa siccità.
Progetti in corso
Per quanto riguarda i progetti in fase di costruzione c’è da registrare che la sola Cina ha attualmente più di una ventina di centrali superiori ai 2000 MW di potenza in fase di costruzione da qui al 2015. Alcuni progetti in corso di realizzazione vi sono anche negli Stati Uniti, in Russia e in Canada, anche se meritano più di una parola i due progetti colossali che stanno affascinando le cronache da qualche anno.
La Diga del Mar Rosso, proposta nel 2007 da un pool di scienziati e ingegneri, dovrebbe secondo alcuni studi portare alla costruzione di un impianto che garantirebbe 50.000 MW di potenza, e circa 400 TWh all’anno di produzione di energia elettrica. Progettata nella zona dello stretto di Bab Al-Mandab garantirebbe elettricità a buona parte dell’Africa. Il progetto però è ancora sulla carta vista la complessità dell’opera in un punto di non facile transito come il Mar Rosso, e le critiche che ha ricevuto da più parti, principalmente per l’enorme impatto di tipo ambientale e biologico che ricadrebbe nelle zone circostanti.
Merita sicuramente più attenzione invece il progetto che dovrebbe ampliare il bacino di Inga del fiume Congo già attualmente in funzione con due dighe, Inga I e II e una in fase di sviluppo, Inga III la cui capacità installata sarà di 4.300 MW quando entrerà in funzione.
Il progetto richiede la costruzione di una quarta grande diga, la Grande Inga. Il bacino idrografico ha un’ampiezza di 3.680.000 kmq e ha portate di acqua enormi. Queste caratteristiche uniche del fiume hanno catturato gli interessi delle istituzioni finanziarie internazionali, degli investitori e soprattutto dei paesi interessati a potenziare e diversificare le forniture energetiche. Il bacino di Inga presenta infatti grandi potenzialità per la costruzione di una quarta centrale idroelettrica capace di produrre 40.000 MW, corrispondenti a più di 300 TWh annue.
Il progetto Inga aveva lo scopo originario di produrre energia per tutta l’area del Western Power Corridor, cui partecipano Congo, Angola, Botswana, Namibia e Sudafrica, sistema di interconnessione realizzato dalle compagnie nazionali elettriche dei paesi coinvolti.
L’Occidente ha però messo le mani sul progetto fin dagli anni ’70 con i primi studi preliminari di EDF, e poi di Enel che nel 1990 ha presentato un vero e proprio progetto sulla costruzione della Grande Inga in cui l’obbiettivo sarebbe quello di esportare energia tramite il Marocco e l’Egitto direttamente fino all’Europa.
Banca Mondiale e Fondo Monetario hanno supportato in questi anni questo progetto, e anche l’Unione Europea recentemente ha preso in mano il dossier della grande diga di Inga.
Conclusioni
Come risulta dall’ultimo grafico proposto l’Europa è ormai satura a livello di capacità installata. Per il futuro si prevedono massicci investimenti in Cina e in America Latina, il tutto aspettando l’Africa che rappresenta il vero e proprio terreno di sviluppo per il settore idroelettrico. Accanto ai due mega-progetti già visti della Grande Inga e della Diga del Mar Rosso, si registrano progetti in Etiopia, in Angola e in Kenya.
Detto questo però le grandi centrali idroelettriche, seppur meritevoli di produrre grandi quantità di energia a basso costo, visti anche gli investimenti non eccessivi per la costruzione, lasciano perplessi per altri ordini di problemi, principalmente ambientali e sociali.
Molto spesso queste grandi dighe rischiano di provocare disagi agli ecosistemi che circondano le zone di costruzione delle centrali, tenendo presente anche che le economie della maggior parte dei Paesi coinvolti sono prevalentemente agricole e basate sulla pesca.
A questo si sommano problemi di ordine sociale. Si calcola che gli sfollati per la costruzione delle dighe ammontino a 60-80 milioni di persone a livello mondiale. Si registrano inoltre numerosi problemi per le popolazioni che ricevono energia elettrica dalle centrali.
Casi recenti come il black-out del 10 Novembre 2009 che ha tolto la luce a 60 milioni di persone in Brasile e a quasi tutto il Paraguay sono dovuti proprio a causa di guasti alle centrali idroelettriche. In questo caso la centrale di Itaipu ha smesso per quasi un giorno di funzionare.
Oppure il guasto alla centrale di Sayano-Shushenskaya in Russia dell’17 Agosto 2009 che oltre al black-out provocato, ha causato la morte di 75 operai per l’esplosione di due turbine.
A questo si aggiungano incidenti epocali come la tragedia di Banqiao in Cina del 1975 con 170.000 morti causa alluvione e inondazione dei villaggi sottostanti per straripamento della diga.
Detto questo, i progetti in corso sono ancora numerosi, anche se la tendenza è sempre più quella di progettare impianti di piccola taglia, sia per quanto si diceva precedentemente in chiave di maggiori garanzie dal punto di vista ambientale e tecnico, sia per quanto riguarda le ore di lavoro. Gli impianti più piccoli lavorano mediamente a 4.000 h/anno rispetto ai grandi impianti che non arrivano a 2.500.
