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Distribuzione delle centrali idroelettriche nel mondo

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Distribuzione delle centrali idroelettriche nel mondo

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Secondo il “Renewables Energy Policy Network for the 21st Century” ed altre organizzazioni e centri studi internazionali che si occupano di aspetti energetici, nel 2013 (ultimo anno di cui sono disponibili dati certificati o stime attendibili) la produzione di energia idroelettrica a livello globale ha raggiunto i 3.750 TeraWatt orari (TWh=1 miliardo di KWh).
I principali produttori di energia idroelettrica a livello mondiale sono Repubblica Popolare Cinese (RPC), Brasile, Canada, Stati Uniti (USA) e Federazione Russa (Fed. Russa).
In Europa, nel 2013, i principali paesi per produzione di energia idroelettrica sono stati: Norvegia, Francia, Svezia, Turchia e Italia (la produzione totale italiana è stata di circa 54 TWh, dei quali 1/5 è stato prodotto in Lombardia). La Germania, pur essendo il principale paese europeo per produzione di energia da fonti rinnovabili, ha una produzione di energia idroelettrica annuale di circa 20 TWh.
Per quanto riguarda la capacità installata a livello mondiale, nel 2013 è stata raggiunta la quota record di 1.000 GW da fonte idroelettrica (+4% rispetto al 2012), e tale quota è in costante crescita. Un quarto della capacità installata dipende dalla RPC (260 GW). RPC, Brasile, USA, Canada, Fed. Russa, India e Norvegia producono il 62% della capacità installata mondiale. (Primi 6 paesi per capacità installata di produzione di energia idroelettrica, nel 2013.
La Cina è anche il paese al mondo che negli ultimi anni ha contribuito maggiormente all’incremento di capacità installata di produzione di energia idroelettrica. Dei 40 GW di incremento di capacità installata sviluppati al mondo nel 2013, il 72,5% è stato realizzato in Cina. Seguono Turchia, Brasile, Vietnam, India e Fed. Russa. (Primi 6 paesi al mondo per incremento della capacità di generazione di energia idroelettrica nel 2013.

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L'approfondimento sintetico sulla centrale di Fener

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L'approfondimento sintetico sulla centrale di Fener

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I lavori di realizzazione della centrale idroelettrica di Fener (BL), situata nell’ambito dei manufatti di sbarramento e presa del canale Derivatore Brentella dal fiume Piave a Fener di Alano di Piave (BL), hanno avuto inizio nel febbraio del 2009. Si tratta di un intervento molto atteso ed assai importante per l’entità ed i benefici attesi, completamente finanziato dal Consorzio di Bonifica Piave con risorse proprie, in parte derivanti da alienazione di immobili di proprietà, in parte dall’accensione di un mutuo.
L’attuale opera di presa di Fener deriva dal Fiume Piave una portata massima di 35,8 m3/s e minima di 16,2 m3/s, assicurando acqua a paesi e campagne dell’alta pianura Trevigiana, e fino ad un massimo di 14 m3/s per conto dell’ENEL a fini idroelettrici, restituiti in Piave a Nervesa.
La derivazione ha luogo in destra idraulica del fiume, immediatamente a monte di una traversa di sbarramento che consente di derivare in un apposito bacino di calma la portata concessa.
Nello stesso bacino confluisce la portata turbinata dalla Centrale ENEL di Quero e dallo stesso bacino il canale Derivatore Brentella preleva a sua volta la portata di concessione.

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Tipologie di turbine utilizzabili nelle centrali idroelettriche

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Tipologie di turbine utilizzabili nelle centrali idroelettriche

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Dal punto di vista costruttivo, la turbina è l’elemento più importante della centrale. Per realizzare il massimo rendimento possibile vengono costruiti differenti tipi di turbine idrauliche. I parametri considerati nella loro costruzione sono due: l’altezza e la portata (quantità di fluido che attraversa una sezione di area A nell’unità di tempo). Si realizzano quindi 5 tipi di turbine idrauliche:

Turbina Pelton

Utilizzata di solito con alti salti (50-1300 metri) e piccole portate. Sono costituite da un distributore a uno o più ugelli da dove viene iniettata l’acqua (max 6) in relazione alla portata da inviare alla girante e da una ruota. Ogni ugello crea un getto, la cui portata è regolata da una valvola a spillo.

Turbina Francis

Utilizzata di solito con medi o bassi salti (da 10 a 250 metri) e con portate medie. In queste turbine l’acqua raggiunge la girante tramite un condotto a chiocciola, poi un distributore, ovvero dei palettamenti sulla parte fissa, indirizzano il flusso per investire le pale della girante.

Turbine Kaplan

Utilizzata di solito con grandi portate e bassi salti (da 5 a 30 metri). Le pale della ruota nella Kaplan sono sempre regolabili, mentre quelle del distributore possono essere fisse o regolabili. Quando sia le pale della turbina sia quelle del distributore sono regolabili, la turbina è una vera Kaplan (o a doppia regolazione); se sono regolabili solo le pale della ruota, la turbina è una semi-Kaplan.

Turbine a coclea di Archimed

Le turbine a coclea sono utilizzate persalti da 1 a 10 metri e portate d’acqua da 0,5 a 6 m3/sec. La caratteristica più importante di queste turbine è che, diversamente da Kaplan e Francis, continuano a funzionare anche con minime portate d’acqua. Ciò le rende particolarmente adatte a corsi d’acqua con portate irregolari. Non necessitano inoltre di grandi opere civili per le operazioni di filtrazione e grigliatura. Hanno rendimenti relativamente bassi (70%) ma costi inferiori rispetto ad altre tipologie di turbine di potenza simile.

Turbine Cross Flow o Banki

Questa turbina ad azione, conosciuta anche come turbina Banki – Michell (gli inventori), utilizza una gamma molto ampia di portate (tra 20 l/s e 10 m3/s) e salti tra 5 m e 200 m. Il suo rendimento massimo è inferiore ad altre macchine ad azione (circa l’87%) però si mantiene quasi costante fino a portate molto basse (16% della portata nominale). L'acqua entra nella turbina attraverso un distributore e passa nel primo stadio della ruota. Il flusso che abbandona il primo stadio, cambia direzione al centro della ruota e si infila nel secondo stadio. La ruota, caratterizzata da un notevole sviluppo longitudinale e divisa in due o più sezioni, è costituita da semplici lamiere al posto delle pale e pertanto si configura come una tecnologia molto semplice adatta anche per la costruzione in paesi in via di sviluppo.

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La costruzione di un bacino artificiale o la presenza di uno naturale, consente di accumulare l’acqua. L’energia contenuta dall’acqua prende il nome di

Energia Potenziale. In una centrale idroelettrica, l’acqua viene convogliata in una condotta, detta forzata, in modo che per la pressione e per la forza di gravità, l’acqua inizi a muoversi verso il basso sempre più velocemente. L’energia potenziale dell’acqua diventa così Energia Cinetica. L’acqua cadendo impatta contro una gigantesca turbina facendola ruotare. L’Energia Cinetica cambia il suo stato diventando Energia Meccanica. La turbina è collegata a un generatore elettrico, l’Alternatore che, trasforma l’Energia Meccanica della turbina in Energia Elettrica, completando il ciclo.
Per realizzare il processo sopra descritto, una centrale idroelettrica deve essere realizzata con alcuni elementi fondamentali. L’immagine qui sopra ci aiuta a capirne meglio il funzionamento. Gli elementi costituenti per una centrale idroelettrica sono:

1. Bacino o serbatoio (è un invaso d’acqua ottenuto mediante lo sbarramento del corso di un fiume. Può essere naturale (lago) o artificiale e la sua forma)

2. Diga (è l'opera di sbarramento di un corso d'acqua e consente di formare il bacino o serbatoio.E' dotata di opere di imbocco, di gallerie, di opere di sfioro dell'acqua in eccesso e di opere di scarico.Le dighe si possono dividere in due grandi categorie:

Diga a gravità (sono strutture massicce a geometria semplice con asse rettilineo e sezione di forma triangolare.La resistenza alla spinta dell'acqua è dovuta essenzialmente al peso della costruzione stessa.)

Dighe ad arco (resistono alla spinta idrostatica delle acque d’invaso, trasferendola sulle pareti laterali della struttura. In questo caso hanno forma convessa e possono essere costruite solo per sbarrare valli non molto larghe con fianchi rocciosi a cui la diga è ancorata.)

3. Condotta forzata (è costituita essenzialmente da tubazioni che possono essere realizzate in metallo o calcestruzzo armato. Queste, generalmente, sono costruite all’interno della montagna (in galleria) o possono scorrere anche all’esterno sul crinale della stessa. All’imbocco, sono munite di organi di chiusura e di sicurezza che servono a regolare la portata dell’acqua, e alla base le paratoie di intercettazione delle acque che hanno garantiscono il funzionamento delle turbine filtrando o rallentando la spinta dell’acqua. Ancora più in basso sono posti appositi organi di regolazione, connessi direttamente con le turbine che, hanno lo scopo di regolare la portata dell’acqua.
In una centrale idroelettrica, gli organi di chiusura utilizzati possono essere di tre tipi: valvole a farfalla, valvole a rotativa e valvole a fuso.)

4. Turbina (è la macchina che converte l’energia cinetica e/o potenziale di un fluido, ad esempio acqua o vapore acqueo, in energia meccanica. Può essere utilizzata direttamente come ad esempio in un classico mulino ad acqua che fa funzionare una macina, oppure nel caso delle vecchie filande per far funzionare le macchine tessili. E’ costituita da un complesso detto generalmente stadio, formato da una parte fissa chiamata distributore e una parte mobile detta girante o rotore. Il fluido in movimento entra nella turbina, regolato mediante il distributore e agisce sulle pale del rotore mettendolo in movimento. Il movimento rotatorio del girante viene trasferito mediante un asse detto albero a un alternatore che produce energia elettrica.)

5. Generatore (L’alternatore e’ un generatore di corrente elettrica. È costituito da due parti fondamentali, una fissa e l’altra rotante, dette rispettivamente statore e rotore, su cui sono disposti avvolgimenti di rame isolati. Normalmente l’alternatore lo ritroviamo in tutti i tipi di centrali per la produzione di energia elettrica perché riesce a trasformare l’energia meccanica di una turbina (idraulica, eolica, a vapore, ecc.) in energia elettrica.)

6. Trasformatore ( è una macchina elettrica che serve a trasferire, energia elettrica a corrente alternata da un circuito ad un altro modificandone le caratteristiche. E’ formato da un nucleo di ferro a cui sono avvolte spire di rame in due diversi avvolgimenti, dei quali uno riceve energia dalla linea di alimentazione, mentre l’altro è collegato ai circuiti di utilizzazione.)

7. Opere di restituzione (sono costituite da un canale o galleria, che attraverso uno sbocco, restituiscono le portate utilizzate al corso d’acqua.)

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Siamo tra le principali società di energia in Italia ed Europa. Operiamo nell'approvvigionamento, produzione e vendita di elettricità e gas, nei servizi energetici e ambientali e nell'esplorazione e produzione di idrocarburi.

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Tipologie di centrali a fonti rinnovabili

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Tipologie di centrali a fonti rinnovabili

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Sono fonti di energia rinnovabile I’ energia geotermica, solare, eolica, da biomasse, termovalorizzazione.

Energia geotermica

E' l'energia della Terra, che consente di produrre energia, termica o elettrica, sfruttando il calore delle profondità terrestri che deriva dai vulcani, i geyser e le sorgenti di acqua calda. L’Italia è tra i primi produttori al mondodi energia elettrica dalla geotermia. La produzione di energia geotermica ha un impatto positivo per quanto riguarda la riduzione delle emissioni di gas-serra, infatti i più recenti impianti emettono solo 136 g/kWh di CO² per kWh di elettricità prodotta contro i 453 g/kWh degli impianti a gas naturale e i 1042 g/kWh degli impianti a carbone. L’Unione Europea intende incrementare lo sfruttamento dell’energia geotermica, passando dal 6% al 12% entro il 2010. In Italia alla fine del 1996 la potenza geotermoelettrica era poco superiore ai 500 MW e si stima che nel 2010 la potenza complessiva per la produzione di energia elettrica possa giungere ai 1000 MW.

Energia idroelettrica:

L'energia idroelettrica viene ricavata dal corso di fiumi e di laghi grazie alla creazione di dighe e di condotte forzate. Esistono vari tipi di diga: nelle centrali a salto si sfruttano grandi altezze di caduta disponibili nelle regioni montane. Nelle centrali ad acqua fluente si utilizzano invece grandi masse di acqua fluviale che superano piccoli dislivelli; per far questo però il fiume deve avere una portata considerevole e un regime costante.
L'acqua di un lago o di un bacino artificiale viene convogliata a valle attraverso condutture forzate, trasformando così la sua energia potenziale in energia di pressione e cinetica grazie al distributore e alla turbina. L'energia meccanica viene poi trasformata attraverso il generatore elettrico, grazie al fenomeno dell'induzione elettromagnetica, in energia elettrica. Per permettere di immagazzinare energia e di averla a disposizione nel momento di maggiore richiesta, sono state messe a punto centrali idroelettriche di generazione e di pompaggio. Nelle centrali idroelettriche di pompaggio, l'acqua viene pompata nei serbatoi a monte sfruttando l'energia prodotta e non richiesta durante la notte cosicché di giorno, quando la richiesta di energia elettrica è maggiore, si può disporre di ulteriori masse d'acqua da cui produrre energia. Questi impianti permettono di immagazzinare energia nei momenti di disponibilità per utilizzarla nei momenti di bisogno.
L'energia idroelettrica è una fonte di energia pulita (non vi sono emissioni), integrativa ,(da non confondere con alternativa) e rinnovabile, tuttavia la costruzione di dighe e grandi bacini o invasi artificiali, con l'allagamento di vasti terreni, apporta sempre e comunque un certo impatto ambientale che nei casi più gravi può provocare lo sconvolgimento dell'ecosistema della zona con grandi danni ambientali, come è successo con la grande diga di Assuan in Egitto, oppure rischi di tipo idrogeologico come accaduto nel disastro del Vajont.
La produzione di energia idroelettrica può avvenire anche attraverso lo sfruttamento del moto ondoso, delle maree e delle correnti marine. In questo caso si parla di energia mareomotrice.

Energia marina

si intende l'energia racchiusa in varie forme nei mari e negli oceani.
L'energia presente nei mari e negli oceani può essere estratta con diverse tecnologie: fluidodinamiche (correnti, onde, maree) e di gradiente (termico e salino). Ad oggi sono stati sperimentati molti sistemi di estrazione di questa energia ed alcuni sono già in uno stadio precommerciale.
Diversi ricercatori indicano come l’energia oceanica possa provvedere ad una parte sostanziale della energia rinnovabile a livello globale.

Energia solare

E' l'energia che permette di sfruttare l'irraggiamento del Sole verso la Terra utilizzandolo per esempio per produrre energia termica o elettrica. Essa può essere utilizzata grazie ai pannelli solari, utili per produrre acqua calda per scopi igienico - sanitari che vanno solo a integrare l'impianto di riscaldamento ad acqua calda, o con le celle fotovoltaiche che invece possono sostituire l'impianto elettrico e garantire anche la vantaggiosa opzione del conto energia.

Energia eolica

L'eolico è una tecnologia che è in grado di convertire in energia elettrica, l'energia cinetica del vento. Il suo principio di funzionamento è tra i più antichi del mondo, basti pensare ai mulini a vento, con la differenza che oggi è stato migliorato.

Molti Paesi del Nord Europa sfruttano l'energia eolica, prima fra tutti la Danimarca.
Gli impianti eolici possono essere installati sia su mare (impianti off shore) che su terra (impianti on shore).

Energia da biomasse

Con biomassa si intende la quantità di sostanza costituita da organismi viventi per unità di superficie o di volume.
L'energia prodotta dalle biomasse consente di eliminare i rifiuti prodotti nelle attività umane e costituisce una fonte di energia pulita e rinnovabile. Tecnicamente, dalle biomasse e dai combustibili da esse derivati viene emessa nell’ atmosfera una quantità di anidride carbonica più o meno corrispondente a quella che viene assorbita in precedenza dai vegetali durante il processo di crescita. L’ impiego di biomasse ai fini energetici non provoca quindi il rilascio di nuova anidride carbonica, principale responsabile dell’ effetto serra.
A titolo di esempio si può portare la fermentazione dei vegetali ricchi di zuccheri come canna da zucchero, barbabietole e mais, spesso prodotti in quantità maggiori al fabbisogno e da cui si può ricavare I’ etanolo o alcool etilico, che può essere utilizzato come combustibile per i motori endotermici, in sostituzione della benzina. Dalle biomasse oleaginose (ad esempio la colza o la soia) si può ricavare per spremitura e trans esterificazione il cosiddetto biodiesel.

Termovalorizzazione

Gli inceneritori sono impianti principalmente utilizzati per lo smaltimento dei rifiuti mediante un processo di combustione ad alta temperatura (incenerimento) che dà come prodotti finali un effluente gassoso, ceneri e polveri.
Negli impianti più moderni il sviluppato durante la combustione dei rifiuti viene recuperato e utilizzato per produrre vapore poi utilizzato per la produzione di energia elettrica o come vettore di calore (ad esempio per il teleriscaldamento) con tecnologie per il recupero vengono indicati col nome di inceneritori con recupero energetico, o più comunemente termovalorizzatore.