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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 un 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 ambientalea

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Una diga è uno sbarramento artificiale permanente atto a regolare il deflusso di un corso d'acqua naturale, di creare un invaso, oppure di proteggere un tratto di costa o un porto.  Si tratta di un'opera importante in fase di progettazione e realizzazione nell'ambito dell' ingegneria civile.Sono strutture massicce in calcestruzzo generalmente di geometria semplice.

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L'energia idroelettrica è l'elettricità generata dall'acqua in movimento.Quest'energia è stata sfruttata per secoli. Gli agricoltori dell'antica Grecia hanno usato ruote idrauliche per macinare il grano e fare la farina.  L'energia cinetica del fiume fa girare la ruota e viene convertita in energia meccanica che aziona il mulino. Nel tardo XIX secolo, l'energia idroelettrica divenne una fonte per generare elettricità. Una centrale idroelettrica è un sistema costituito da tre parti: un impianto elettrico dove si produce elettricità  una diga che può essere aperta o chiusa per controllare il flusso dell'acqua; e un bacino in cui l'acqua può essere conservata. La quantità di energia che può essere generata dipende dalla portata del fiume. L'elettricità può essere trasportata, attraverso linee elettriche a lunga distanza.
Oggi, l'energia idroelettrica è il modo più economico di generare energia. Questo perché una volta che una diga è stata costruita e l'impianto installato, la fonte di energia, l'acqua, è gratuita. È una fonte di energia pulita e rinnovabile ogni anno grazie a precipitazioni nevose e pioggia.Ma i fiumi con dighe possono distruggere o sconvolgere la fauna e la flora e altre risorse naturali. Alcuni pesci, possono essere ostacolati quando nuotano controcorrente per raggiunere le sedi dove depongono le uova. Gli impianti idroelettrici possono anche causare bassi livelli di ossigeno disciolto nell'acqua che sono dannosi per l'habitat del fiume.

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L' energia idroelettrica è considerata una fonte di energia alternativa e rinnovabile, che sfrutta la trasformazione dell' energia potenziale gravitazionale, posseduta da una certa massa d' acqua ad una certa quota altimetrica, in energia cinetica, al superamento di un certo dislivello; tale energia cinetica viene infine trasformata in energia elettrica in una centrale idroelettrica grazie ad un alternatore accoppiato ad una turbina.

I greci e i romani furono le prime civiltà nel Mondo, ad utilizzare la potenza dell'acqua, o più precisamente dell' energia cinetica prodotta da essa; si deve però specificare che queste due antiche civiltà sfruttarono questo tipo di energia rinnovabile solo per azionare semplici mulini ad acqua per macinare il grano.

Si deve aspettare il Basso Medioevo e le scoperte portate dal popolo degli Arabi del Nord Africa, per avere altri metodi di sfruttamento dell'energia contenuta in un flusso d'acqua: furono sempre più utilizzate, sia per l'irrigazione dei campi sia per la bonifica di vaste zone paludose, la ruota idraulica, schematizzabile come un mulino senza pale che ruotava su un punto fisso per azione della forza esercitata dall'acqua stessa.

Un progresso tecnico di enormi proporzioni si è avuto alla fine dell' Ottocento, circa all'inizio della Seconda Rivoluzione Industriale avvenuta in Europa e non solo, in seguito all'evoluzione della ruota idraulica in turbina, macchina motrice costruita da una ruota a pale imperniata su un asse, che all'inizio erano grossolane e schematizzate, ma con le innovazioni tecnologiche, soprattutto della prima metà del Novecento, divenne sempre più perfezionata e funzionale.

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 centrale: 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.

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 domanda, 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.

Nonostante i notevoli vantaggi per quanto riguarda l'inquinamento, 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.

Bacino idroelettrico

Il bacino idroelettrico serve a raccogliere le acque di un fiume in una conca artificiale, il cui elemento principale è la diga, e farne alzare la quota, per poterne in seguito utilizzare il dislivello per la generazione di energia elettrica. Dal bacino alla centrale dove sono situati i generatori, è presente una condotta forzata, ovvero un tubo che ha l'imbocco iniziale largo e quello terminale stretto, per favorire la velocità di uscita sulle pale delle turbine.

Centrale idroelettrica

Per centrale idroelettrica si intende una serie di opere di ingegneria idraulica posizionate in una certa successione, accoppiate ad una serie di macchinari idonei allo scopo di ottenere la produzione di energia elettrica da masse di acqua in movimento. L'acqua viene convogliata in una o più turbine che ruotano grazie alla spinta dell'acqua. Ogni turbina è accoppiata a un alternatore che trasforma il movimento di rotazione in energia elettrica.

Lo sfruttamento dell'energia idroelettrica e la conseguente produzione di energia elettrica non è costante nel tempo, ma dipende dal rifornimento d'acqua del bacino d'acqua artificiale a sua volta dipendente dal regime degli immissari/fiumi e quindi dal regime precipitativo del bacino idrografico.

Una pratica diffusa in alcuni paesi/zone è quella di pompare acqua nei bacini idroelettrici durante la notte quando l'energia da spendere costa meno e riutilizzare l'energia idroelettrica accumulata di giorno quando la richiesta è maggiore e conseguentemente il prezzo risulta maggiore ottenendo così un guadagno netto.

Particolarmente nelle aree montuose si tende a sfruttare più volte la stessa acqua facendola passare da varie centrali idroelettriche poste a quote sempre più basse laddove la morfologia del territorio non rende possibile o comunque conveniente avere un unico grande salto. Nelle Alpi italiane è facile trovare situazioni in cui la stessa acqua è passata da 4 o 5 diverse centrali idroelettriche prima di arrivare al fiume Po.

Col termine asta si intende il complesso di opere idrauliche e centrali idroelettriche interconnesse che interessano il medesimo flusso idrico, in maniera sequenziale oppure articolata, generalmente operate dallo stesso gestore.

A titolo d'esempio un'asta articolata può essere composta da alcune captazioni che convogliano acqua ad una centrale idroelettrica AA le cui acque in uscita alimentano una centrale idroelettrica BB posta alcune centinaia di metri più in basso. Le acque in uscita da quest'ultima confluiscono in un lago artificiale assieme alle acque di scarico di una terza centrale CC alimentata dalle proprie captazioni, ed a sua volta il lago alimenta una centrale DD posta ovviamente ad una quota ancora più bassa.

L'energia idroelettrica è la principale risorsa alternativa alle fonti fossili usata in Italia e garantisce circa il 15% del fabbisogno energetico italiano. La sua importanza in passato fu molto più grande perché dagli inizi del XX secolo sino al primo dopoguerra l'energia idroelettrica rappresentava la grande maggioranza dell'energia prodotta in Italia arrivando anche a toccare punte di poco inferiori al 100%. Gli sviluppi futuri dell'idroelettrico riguarderanno il miglioramento della flessibilità degli impianti, ossia la capacità di mantenere efficienze elevate anche al variare della portata (ricordiamo che al momento gli impianti idroelettrici sono molto più efficienti degli impianti eolici e solari- circa 3-5 volte di più). Sono previsti anche sviluppi del settore micro idroelettrico, specialmente di impianti con ruota idraulica e Vite di Archimede, nonché impianti di pompaggio (che producono energia durante il giorno e che ripompano l'acqua nel bacino della diga di notte), e impianti che utilizzano l'energia delle onde e delle maree. Grandi sforzi sono in corso per minimizzare gli impatti ambientali (scale per pesci, turbine fish-friendly).

1. ^ Quaranta, Idroelettrico | Orizzontenergia , su orizzontenergia.it. URL consultato il 19 gennaio 2017 (archiviato dall'url originale il 28 settembre 2017).

2. ^ Emanuele Quaranta, Idroelettrico: Future sfide e trend tecnologici nel settore , su Orizzontenergia, 4 dicembre 2019. URL consultato il 17 dicembre 2019.

3. ^ News - Mini idroelettrico: Non bisogna essere per forza grandi per emergere | Emanuele Quaranta, Orizzontenergia , su orizzontenergia.it. URL consultato il 4 marzo 2018 (archiviato dall'url originale il 31 gennaio 2017).

4. ^ () Emanuele Quaranta, Water Wheels: Bygone Machines or Attractive Hydropower Converters?, Prescouter - Custom Intelligence, On-Demand , 3 ottobre 2016. URL consultato il 4 marzo 2018.

5. ^ () Emanuele Quaranta, Hydrodynamic Screws: From Archimedes to Electricity -Prescouter - Custom Intelligence, On-Demand , 29 novembre 2016. URL consultato il 4 marzo 2018.

6. ^ Emanuele Quaranta and Roberto Revelli, CFD simulations to optimize the blade design of water wheels, in Drinking water engineering and science, 10, 27-32.

7. ^ () Emanuele Quaranta, Can these turbines make hydropower more fish friendly? -Prescouter - Custom Intelligence, On-Demand , 24 gennaio 2018. URL consultato il 4 marzo 2018.

8. ^ () E. Quaranta, C. Katopodis, R. Revelli, Comoglio, C., Turbulent flow field comparison and related suitability for fish passage of a standard and a simplified low-gradient vertical slot fishway , in River Research and Applications, vol. 33, n. 8, 1º ottobre 2017, pp. 1295-1305, DOI:10.1002/rra.3193. URL consultato il 4 marzo 2018.

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L' energia idroelettrica è considerata una fonte di energia alternativa e rinnovabile, che sfrutta la trasformazione dell' energia potenziale gravitazionale, posseduta da una certa massa d' acqua ad una certa quota altimetrica, in energia cinetica, al superamento di un certo dislivello; tale energia cinetica viene infine trasformata in energia elettrica in una centrale idroelettrica grazie ad un alternatore accoppiato ad una turbina.

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L'energia idroelettrica è l'elettricità generata dall'acqua in movimento. Le piogge e la neve sciolta, che si originano generalmente nei rilievi e nelle montagne, creano corsi d'acqua e fiumi che possono scorrere fino all'oceano. L'energia di quest'acqua in movimento può essere considerevole, come sanno tutti quelli che hanno fatto rafting nelle acque bianche.

Quest'energia è stata sfruttata per secoli. Gli agricoltori dell'antica Grecia hanno usato ruote idrauliche per macinare il grano e fare la farina. Installata in un fiume, una ruota idraulica trasporta il flusso d'acqua in una serie di contenitori posti intorno alla ruota. L'energia cinetica del fiume fa girare la ruota e viene convertita in energia meccanica che aziona il mulino.

Nel tardo XIX secolo, l'energia idroelettrica divenne una fonte per generare elettricità. La prima centrale idroelettrica fu costruita presso le cascate del Niagara nell'autunno del 1879. Nel 1881, i lampioni nella città di Niagara Falls furono alimentati dall'energia idroelettrica. Nel 1882 la prima centrale idroelettrica mondiale cominciò ad essere operativa negli Stati Uniti ad Appleton, Wisconsin.

Una tipica centrale idroelettrica è un sistema costituito da tre parti: un impianto elettrico dove si produce elettricità; una diga che può essere aperta o chiusa per controllare il flusso dell'acqua; e un bacino in cui l'acqua può essere conservata. L'acqua dietro la diga scorre attraverso una condotta e spinge contro le pale della turbina, facendole girare. La turbina fa ruotare un generatore che produce elettricità. La quantità di energia che può essere generata dipende dalla portata del fiume. L'elettricità può essere trasportata, attraverso linee elettriche a lunga distanza, in case, fattorie e imprese. L'energia idroelettrica fornisce quasi un quinto dell'energia mondiale. Nel 2004, la Cina, il Canada, il Brasile, gli Stati Uniti e la Russia erano i cinque maggiori produttori di energia idroelettrica.

Una delle più grandi centrali idroelettriche è la Diga dele Tre Gole sul fiume Yangtze in Cina. Il bacino di questo impianto ha cominciato a essere riempito nel 2003, ma non sarà pienamente operativo prima del 2009. La diga è larga 2.3 km e alta 185 m. La più grande centrale idroelettrica degli Stati Uniti è la Diga della Grand Coulee sul fiume Columbia nella parte settentrionale dello stato di Washington. Più del 70% di elettricità prodotta nello Stato di Washington è fornita da impianti idroelettrici.

Oggi, l'energia idroelettrica è il modo più economico di generare energia. Questo perché una volta che una diga è stata costruita e l'impianto installato, la fonte di energia, l'acqua, è gratuita. È una fonte di energia pulita e rinnovabile ogni anno grazie a precipitazioni nevose e pioggia. L'energia idroelettrica è anche disponibile velocemente. Gli ingegneri possono controllare il flusso dell'acqua attraverso le turbine per produrre elettricità su richiesta. Inoltre, i bacini possono offrire opportunità ricreative, come il nuoto e la nautica. Ma i fiumi con dighe possono distruggere o sconvolgere la fauna e la flora e altre risorse naturali. Alcuni pesci, come il salmone, possono essere ostacolati quando nuotano controcorrente per raggiunere le sedi dove depongono le uova.

Alcune tecnologie come la scala di monta aiutano i salmoni a superare le dighe e a entrare, nuotando controcorrente, nelle aree dove depongono le uova, ma la presenza di dighe per l'energia idroelettrica muta le loro abitudini migratorie e danneggia la popolazione dei pesci. Gli impianti idroelettrici possono anche causare bassi livelli di ossigeno disciolto nell'acqua che sono dannosi per l'habitat del fiume.

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L'energia idroelettrica è l'elettricità generata dall'acqua in movimento. Le piogge e la neve sciolta, che si originano generalmente nei rilievi e nelle montagne, creano corsi d'acqua e fiumi che possono scorrere fino all'oceano. L'energia di quest'acqua in movimento può essere considerevole, come sanno tutti quelli che hanno fatto rafting nelle acque bianche.

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A seconda dei materiali impiegati per la costruzione la diga fissa può essere di calcestruzzo (o muratura), in terra, di pietrame, di materiale misto. Gli sbarramenti in calcestruzzo possono essere del tipo a gravità (anche alleggerita), ad arco o di tipologie miste (arco-gravità, volte multiple, ecc.).