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Scienze Fonti Energetiche L'Idroelettrica |
SCIENZE - FONTI ENERGETICHE - L'IDROELETTRICA... trapaninfo.it TweetL'IDROELETTRICALa produzione e la distribuzione su vasta scala dell'energia elettrica sono ormai diventate dei fattori indispensabili alla vita dell'uomo moderno. Per renderci conto dell'estrema importanza di questa fonte di energia, proviamo per un attimo ad immaginare come sarebbe la nostra vita senza l'elettricità: innanzitutto non potremmo disporre della luce artificiale prodotta dalle lampadine e, in secondo luogo, non avremmo la possibilità di servirci di tutta quella serie di apparecchi che utilizzano la corrente elettrica per il loro funzionamento. Quindi niente telefoni, né televisori, né radio, tram, filobus, ascensori, metropolitane, frigoriferi, ecc. Persino la medicina e la chirurgia sarebbero costrette a regredire di molti secoli. Una volta stabilita la sua importanza, cerchiamo di capire come mai l'uomo si è tanto legato a questa fonte di energia. I vantaggi sono molteplici: la sua produzione, in primo luogo, non comporta una grandissima difficoltà, è conveniente in quanto sfrutta una forza naturale (la corrente dell'acqua), è sufficientemente sicura (cioè non provoca danni all'ambiente) e il suo trasporto può coprire, con il minimo spreco, grandissime distanze per mezzo dei fili conduttori.Come abbiamo accennato, per la produzione di energia elettrica viene sfruttata la corrente (o meglio la caduta libera) dell'acqua. Proprio per questo motivo l'uomo ha realizzato le centrali idroelettriche, cioè delle costruzioni in grado di trasformare l'energia idrica in energia elettrica. Prima di addentrarci nei sistemi di funzionamento delle centrali idroelettriche, vorremo farvi notare che esistono parecchi tipi di centrali elettriche. Oltre alle già citate stazioni idroelettriche vanno ricordate: le centrali termoelettriche, che si basano sul principio della trasformazione in energia elettrica dell'energia calorifica prodotta da un combustibile ad alto potenziale; e le centrali elettriche nucleari, dove si giunge alla produzione di energia elettrica sfruttando le reazioni atomiche e basandosi quindi sull'uranio, elemento radioattivo assai prezioso ed importante nella vita e ricchezza dei popoli moderni. Ma veniamo ora al funzionamento delle centrali idroelettriche: questi impianti generalmente ricevono l'acqua da un lago artificiale, realizzato cioè dall'uomo, per lo più in alta montagna. Questi bacini devono rispondere ad alcuni importanti requisiti: da un lato infatti devono essere posti il più in alto possibile, e dall'altro devono essere in grado di raccogliere la più grande massa d'acqua che scenda dalle montagne circostanti. Ecco perché di solito il bacino trova la sua collocazione naturale in una valle che, chiusa da una diga, diviene in tal modo una sorta di enorme vasca in cui confluiscono ruscelli, torrenti, piogge e soprattutto le nevi che si sciolgono.
Poiché i grandi freddi e l'estate determinano una scarsità d'acqua nei ruscelli e torrenti montani, ricchi soprattutto in primavera e in autunno, è evidente che il bacino assolve anche alla funzione di enorme serbatoio in cui l'acqua raccolta in abbondanza viene conservata per i periodi meno favorevoli. L'acqua di questi bacini viene fatta confluire attraverso delle tubature, dette condotte forzate, fino ad una turbina che, ruotando, trasforma l'energia idrica in energia meccanica. Dove è possibile, specie in alta montagna, le turbine sono poste molto in basso rispetto al bacino di raccolta; in questo caso l'acqua, portata dalle condotte forzate, arriva alle turbine con un'energia cinetica elevatissima acquistata durante la caduta libera. Altre volte le turbine sono addirittura piazzate alla base della parete della diga: è il caso dei grandi bacini marini olandesi e delle dighe poste alle foci dei fiumi. Alle turbine sono collegati dei generatori elettrici che, trasformando l'energia meccanica in energia elettrica, producono una corrente alternata. Per essere distribuita a chilometri di distanza, la tensione dell'elettricità prodotta, prima di essere portata ai fili dell'alta tensione, deve essere a questo punto portata a 130.000-220.000 volt, cioè deve essere diminuito il valore della corrente; conviene infatti elevare la tensione per limitare la dispersione di energia causata dall'effetto Joule. Infatti, un conduttore percorso da una corrente elettrica si riscalda e parte dell'energia trasportata si disperde sotto forma di calore; questa perdita di energia è direttamente proporzionale alla corrente e inversamente proporzionale al diametro dei fili conduttori. Più piccola è la corrente trasportata e più grande possibile è la sezione del conduttore, minore sarà il calore prodotto. L'elettricità viene quindi convogliata verso appositi trasformatori statici dove la tensione viene elevata. I trasformatori hanno dimensioni e pesi ragguardevoli per l'enorme quantità di materiale isolante che protegge le spire degli avvolgimenti e di olio minerale impiegato per il raffreddamento. Come abbiamo detto sopra la tensione raggiunge i 130.000 volt e anche i 220.000 volt; per valori superiori di tensione, i problemi che riguardano l'isolamento diventano di difficile e dispendiosa soluzione. Infatti, intorno a valori di tensione di 300.000-400.000 volt, diventano sensibili le perdite di energia dovute all'effetto corona, cioè allo stabilirsi di scariche elettriche non visibili tra la linea e i gas atmosferici. Specie quando l'aria è secca, nelle vicinanze dei tralicci si avverte chiaramente il rumore delle scariche e l'odore tipico di ozono. I cavi di grande sezione sono composti da fili di alluminio, ottimo conduttore, intrecciati intorno ad una robusta anima di acciaio. Un cavo, infatti, è sollecitato da forze notevoli: prima di tutto dal suo stesso peso, poi dal vento e dal ghiaccio nelle stagioni fredde. I cavi sono sostenuti da tralicci metallici; l'isolamento tra cavo e traliccio è ottenuto mediante isolanti in vetro o porcellana dalla forma caratteristica di piatti sovrapposti, ideati per evitare la formazione di una superficie umida e conduttrice in caso di pioggia. Alla fine del trasporto dell'energia elettrica la tensione deve essere abbassata, per cui esistono delle prime stazioni di trasformazione, vicinissime alle zone di utenza, dove grossi trasformatori statici, simili a quelli della centrale, abbassano la tensione a 11.000 volt. La corrente continua il suo viaggio sottoterra verso altre stazioni di trasformazione sempre più vicine all'utilizzatore finale. In seguito, da 11.000, la tensione viene ridotta a circa 3.000 volt e viene diretta alle cabine di distribuzione o sottostazioni, vicinissime al gruppo di edifici che devono servire, per evitare grosse dispersioni ora che la corrente è di nuovo cresciuta. In queste cabine avviene l'ultima riduzione di tensione a 380 volt per l' utilizzo domestico. Quanto è stato detto per la distribuzione dell'energia elettrica vale anche per centrali termoelettriche, geotermiche, nucleari. Bisogna sempre ricordare che la produzione di energia è subordinata a fattori di carattere geografico, come la presenza di importanti corsi d'acqua (centrali idroelettriche, termoelettriche e nucleari) o di giacimenti di combustibile (centrali termoelettriche a carbone). In ogni caso, il trasporto dell'energia elettrica via cavo è il più delle volte conveniente; molte centrali termiche sono state costruite in prossimità dei porti dove fanno scalo petroliere, perché trasformare subito l'energia del petrolio in elettricità distribuibile via rete è meno costoso che trasportare con camion-cisterne tonnellate e tonnellate di combustibile. Per servire grandi zone di utenza con insediamenti urbani ed industriali, ad una stessa rete di distribuzione sono connesse più centrali elettriche di tipo diverso. L'intensità del "traffico" di corrente lungo i cavi e attraverso i nodi è controllata da complesse apparecchiature elettroniche; laddove occorre più energia si provvede a deviare il flusso di energia elettrica. Naturalmente, il consumo di energia elettrica non è costante durante il giorno e dipende anche dal periodo dell'anno. I produttori di energia elettrica hanno disegnato grafici in cui si riporta il consumo medio di un certo tipo di utente sull'arco dell'anno intero; per esempio, in una casa e per l'illuminazione pubblica si consuma più elettricità di notte (dal tramonto all'alba); aziende e industrie medie concentrano l'utilizzo di energia elettrica dal mattino al tardo pomeriggio; le sole industrie che hanno una curva di consumo piatto, cioè costante durante le 24 ore giornaliere, sono quelle elettro-siderurgiche che non fermano mai gli impianti. In inverno i consumi sono più alti perché si spende più energia per il riscaldamento e per l'illuminazione (le ore di luce sono poche); in estate si registrano per contro i consumi più bassi anche per la tradizionale fermata di industrie e attività commerciali in occasione delle ferie.
Queste curve di consumo si chiamano diagrammi di carico e servono per decidere quando ridurre o fermare l'attività delle centrali. Infatti sarebbe inutile far funzionare le turbine e sprecare l'acqua dei bacini quando non serve tanta energia; i costi di controllo e manutenzione di una centrale elettrica sono infatti molto elevati. Inoltre il continuo scorrere dell'acqua a velocità altissime provoca danni da usura notevoli. Studiando i diagrammi di carico per i vari tipi di utenza si può dedurre il periodo durante il quale il consumo è minimo, cioè è ridotto al solo carico di base; le turbine delle centrali idroelettriche vengono fermate e la produzione necessaria è assicurata dalle sole centrali termiche (a carbone, olio combustibile e combustibile nucleare). Infatti, per fermare una turbina ad acqua basta interrompere il flusso idrico; per fermare o avviare una centrale termica occorrono molto tempo e parecchie cautele.
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