L’idroelettrico è il settore per eccellenza nel comparto delle energie rinnovabili. Più del 50% dell’energia proveniente da fonte rinnovabile è generata da impianti idroelettrici nel mondo, che, tra l’altro, sono anche stati i primi generatori di energia ad essere utilizzati dalla civiltà umana (le ruote idrauliche). L’idroelettrico riveste dunque un ruolo di spicco a livello mondiale e soprattutto in Italia che è tra i paesi più sviluppati in questo ambito. Nuove prospettive di sviluppo e di mercato continuano ad emergere, sia per gli impianti più grandi che per quelli più piccoli.

Un impianto idroelettrico converte l’energia contenuta nell’acqua in energia elettrica, grazie all’ausilio di una turbina e di un generatore. La turbina viene messa in rotazione dall’energia dell’acqua, mentre il generatore, azionato dalla turbina poiché è solidale ad essa, produce elettricità. L’energia contenuta nell’acqua si divide in energia cinetica (legata alla velocità del flusso d’acqua) e in energia potenziale (legata al salto d’acqua, dove il salto è la differenza tra la quota della superficie dell’acqua prima e dopo l’impianto).

Gli impianti idroelettrici possono essere classificati in impianti a bacino (o serbatoio), o in impianti ad acqua fluente. Gli impianti a serbatoio sono dotati di uno sbarramento, comunemente chiamato diga. La diga ha lo scopo di trattenere l’acqua, creando un lago artificiale. In questo modo, a bacino pieno è possibile regolare la quantità d’acqua che viene indirizzata verso la turbina, regolando quindi l’energia prodotta. Dunque, è possibile produrre più energia nei periodi in cui vi è più richiesta (ad esempio durante il giorno) e meno energia nei periodi restanti, come di notte. La capacità di regolare l’energia prodotta e di accumulare acqua nel bacino a monte della diga (quindi di accumulare energia sotto forma di energia potenziale) è ciò che avvantaggia l’idroelettrico rispetto alle altre fonti rinnovabili, come il solare e l’eolico. Invece, gli impianti idroelettrici ad acqua fluente non necessitano di una diga e utilizzano l’acqua direttamente fornita dal corso d’acqua. Gli eventuali sbarramenti presenti non hanno lo scopo di accumulare acqua (se non in minima parte) ma di regolazione del suo livello a monte dell’impianto.

Storia, evoluzione e trend futuri

I primi impianti idroelettrici erano azionati dalle ruote idrauliche e utilizzati per pompare l’acqua negli acquedotti e nei sistemi di irrigazione, o per azionare le macine e gli ingranaggi dei mulini. Le potenze generate erano al massimo di qualche decina di kW. Verso la fine del XIX secolo, con l’introduzione dell’energia elettrica e delle moderne turbine, gli impianti idroelettrici si sono evoluti e hanno assunto dimensioni mastodontiche, con dighe alte sino a 300 metri e potenze ad oggi sviluppate di qualche GW, ossia quasi 100.000 volte superiori ai primi esemplari. Al momento, in Italia circa il 12% dell’energia elettrica prodotta deriva da impianti idroelettrici.

Tuttavia, negli ultimi anni si sta assistendo ad un cambio di marcia. Mentre nei paesi in via di sviluppo (ad es. Cina, Brasile, Cile) i grossi impianti idroelettrici continuano a diffondersi, nei paesi più industrializzati, come in Italia, si sta assistendo a un rallentamento dei nuovi grandi impianti. Questo è dovuto soprattutto al fatto che i luoghi ideali per l’installazione si sono esauriti. Si sta quindi osservando la diffusione di impianti più piccoli, tipicamente in acqua fluente: se la potenza è al di sotto dei 1.000 kW vengono chiamati mini-impianti; se è inferiore ai 100 kW vengono definiti micro-impianti; al di sotto dei 5kW si parla invece di pico-impianti. I micro e mini impianti risultano essere meno invasivi per l’ambiente - non necessitando di dighe - e permettono la proliferazione di nuovi mercati, con ricadute positive anche per le piccole economie locali. Tuttavia, questi impianti non sono totalmente esenti da impatti ambientali. Pertanto, è necessario redigere piani per la gestione dei sedimenti e per la tutela della fauna ittica, ad esempio realizzando scale di risalita per i pesci, permettendo loro la risalita verso monte.

Tra i micro-impianti idroelettrici rivestono un ruolo interessante, e con impatti ambientali ridotti al minimo, le turbine installate in acquedotto. Queste consentono di produrre energia e contemporaneamente di regolare la pressione dell’acqua, svolgendo una duplice azione. Di notevole interesse sono anche le ruote idrauliche installate nei vecchi mulini, che possono essere recuperate e riutilizzate per produrre energia. Se ben dimensionate e progettate, raggiungono efficienze comparabili alle moderne turbine, ma sono più semplici, meno costose ed esteticamente/ambientalmente molto attraenti. In Italia esistono migliaia di strutture abbandonate che potrebbero essere così equipaggiate, o di canali di irrigazione dove nuove ruote idrauliche potrebbero essere installate. Questi impianti utilizzerebbero canali con poca acqua e poco salto, creando anche turismo e attività sociali e promuovendo la tutela del patrimonio culturale.

Ruota idraulica di nuova installazione per la generazione di elettricità (a sinistra). Mulino di Verolengo, con due ruote fuori uso che devono essere equipaggiate per generare elettricità pulita (a destra)

Fonte: foto scattate dall’autore

Per quanto invece riguarda i grandi impianti, l’obiettivo futuro nei paesi industrializzati sarà quello di migliorarne l’efficienza e la flessibilità, agendo ad esempio sulla turbina. Meritano anche un cenno gli impianti di pompaggio, che producono energia durante il giorno e ripompano l’acqua a monte della diga durante le ore notturne, con effetti benefici sulla stabilità delle rete elettrica nazionale.

Concludendo, si può affermare che nonostante l’idroelettrico sia il settore energetico più antico, più diffuso e più consolidato, rivestirà anche in futuro un ruolo di primaria importanza, con prospettive di sviluppo e innovazione.