Green energy e sostenibilità ambientale: il ruolo delle risorse idriche

TW.

9 turbomacchina motrice idonea per raccogliere energia cinetica da trasformare in energia meccanica. 14

Fig.5 - Impianto idroelettrico a caduta.

Fonte: http://servizi.enel.it/visitacentrali/it/idroelettrica/idroelettrica.asp

Legenda

Bacino Diga Turbina

Condotta forzata Valvola Opera di Restituzione

Trasformatore Alternatore

idroelettrico ad invaso

Nell’impianto nelle ore notturne e in quei periodi in cui si verifica una

richiesta bassa di energia, viene bloccato il flusso di acqua che arriva agli impianti per poterlo

per utilizzare l’acqua raccolta nelle ore di punta(1).

dirigere verso un bacino serbatoio, di quest’ultimi

Esistono anche degli impianti con un doppio invaso. La caratteristica consiste

nell’utilizzare l’eccedenza di energia presente sulla rete nazionale, in quanto tutte le centrali sono

Quest’ultime aspirano l’acqua che è stata

interconnesse, per poter alimentare delle elettropompe(1).

raccolta in un bacino inferiore, situato al livello della centrale, per portarla ad un bacino superiore,

l’energia elettrica in

situato ad una quota più alta, per poter essere riutilizzata. In questo modo,

eccesso, viene trasformata in energia idraulica, che verrà poi ritrasformata ed utilizzata come

energia elettrica nelle ore di punta.

Gli impianti idroelettrici ad acqua fluente(9), infine, prevedono un sistema di sbarramento lungo il

corso d’acqua. Lo sbarramento viene creato nei pressi della centrale, per poter regolare la quantità 15

di energia da produrre. Di solito, i livelli produttivi di questo tipo di impianto sono inferiori rispetto

ai livelli produttivi di un impianto a caduta(9).

Si possono classificare gli impianti idroelettrici in base alla taglia, cioè in base alla loro potenza

nominale. Essi sono suddivisi in: micro impianti, con una potenza inferiore ai 100kW; mini

impianti, con una potenza compresa tra i 100 kW e 1MW; piccoli impianti, con potenza compresa

tra 1 MW e 10 MW e grandi impianti, con una potenza superiore ai 10 MW(9).

L’energia idroelettrica dipende dall’intensità delle piogge e dalla disponibilità, sul territorio in cui

che l’uso dell’acqua all’interno di questi

sono situate, di risorse idriche abbondanti(16). Da notare,

impianti, non comporta dei consumi idrici veri e propri, ma riduce semplicemente la disponibilità

idrica negli altri settori(16).

Un’ ultima considerazione sugli impianti idroelettrici, riguarda quelli con potenza elevata, in quanto

impatta fortemente sull’ambiente a causa delle opere

la loro costruzione di sbarramento che

vengono operate.

Per risolvere il problema dell’impatto ambientale, dovuto agli impianti ad alta potenza, sono stati

creati i mini-idro(15). Essi, a differenza degli impianti con una potenza maggiore, non impattano

sull’ambiente in quanto non hanno bisogno né della costruzione di dighe né di bacini artificiali.

Il loro funzionamento ricorda quello dei mulini, però in chiave high-tech.

oltre ad avere impatto zero sull’ambiente,

Essi presentano numerosi vantaggi: non inquinano

l’ecosfera, in quanto non immettono all’interno di essa polveri, calore e gas ad effetto serra,

contribuendo alla riduzione dell’inquinamento locale e del riscaldamento globale.

L’obiettivo è quello di aumentare il numero di questi impianti, non solo per il contributo apportato

alla produzione di energia elettrica, ma anche per il rispetto delle norme stringenti dettate a livello

europeo per la riduzione delle emissioni climalteranti.

l’acqua viene utilizzata

Oltre ad essere utilizzata negli impianti idroelettrici, anche in altri tipi di

impianti. Nelle centrali termoelettriche tradizionali(1), quelle che usano le turbine a vapore, sono

necessarie grandi quantità di acqua per raffreddare i condensatori. Per permettere il raffreddamento

con un’ che prendono l’acqua dal

dei condensatori, vengono costruiti dei canali, elevata portata,

corpo idrico e la immettono nella centrale; dopodiché avviene la sua restituzione a valle.

Nel momento in cui l’acqua viene restituita al corpo idrico, essa non viene restituita con la

temperatura originaria, ma bensì ad una temperatura leggermente superiore, il che provoca

l’inquinamento termico del corpo idrico con le relative conseguenze su flora e fauna(1).

l’acqua viene utilizzata anche all’interno delle centrali nucleari(1).

Infine, Il suo è un duplice ruolo:

oltre ad essere utilizzata come moderatore della velocità dei neutroni (rallentando la velocità degli

stessi), ha anche una funzione refrigerante. Il calore generato dal nocciolo, cioè dalla parte centrale

10

del reattore nucleare, viene condotto nei reattori PWR grazie ad un sistema di raffreddamento e

successivamente ceduto ad un circuito secondario utilizzato per la produzione di vapore.

Il vapore, dopo aver azionato le turbine presenti nel circuito, collegate ad alcuni generatori di

elettricità, viene condensato e recuperato per poter essere riutilizzato successivamente.

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Discorso diverso per i generatori BWR , dove non sono presenti due circuiti atti al raffreddamento

introdotta all’interno della centrale,

del nocciolo, ma bensì ve ne è uno soltanto, in quanto l’acqua,

bolle e genera vapore, che viene immediatamente utilizzato dalla turbina(1).

oltre all’uso dell’acqua in altri tipi di centrali,

I diversi impianti di cui si è parlato, fanno intuire che

sono delle tecnologie ormai consolidate e soprattutto molto conosciute(9).

10 Pressuring Water Reactor (PWR),reattore ad acqua pressurizzata,è un tipo di reattore nucleare a fissione.

11 Boiling Water Reactor (BWR)reattore nucleare ad acqua bollente. 16

Esistono, però, altre tecnologie, che, tuttavia, hanno un rilievo minore, in quanto poco conosciute e

anche poco sviluppate, ma che in futuro potrebbero avere un maggior rilievo.

Queste tecnologie sono legate ad alcuni fenomeni marini che permettono, con determinate

innovazioni, di poter ricavare energia elettrica, anche se in quantità minore rispetto ad una centrale

idroelettrica.

Il primo fenomeno riguarda le maree(17). Le maree consistono nel ritmico alzarsi (flusso) ed

dovuto all’azione gravitazionale di

abbassarsi (riflusso) del livello del mare, Terra e Luna.

L’elevazione massima del mare e il suo livello minimo vengono definiti come alta e bassa marea,

mentre il dislivello che si crea tra questi due estremi è detta escursione della marea.

Giornalmente avvengono due cicli di alta e bassa marea(17), grazie all’escursione di questi due cicli

L’impianto mareomotore,

viene prodotta energia elettrica. che genera quest’energia, funziona come

si raccoglie l’acqua in un bacino di

un impianto idroelettrico; durante i periodi di alta marea,

sfruttando successivamente l’energia cinetica dei

raccolta, bacino ottenuto costruendo una diga,

flussi di caduta nel momento di bassa marea.

Con l’energia cinetica (energia maremotrice) prodotta dal dislivello, si opera una prima

trasformazione in energia meccanica e successivamente in energia elettrica(18).

l’energia può essere

Oltre cha dal movimento delle maree, ricavata anche dalle onde.

Esse si formano grazie all’azione del vento sulla superficie del mare: il vento toccando la superficie,

d’acqua in superficie,

cede una parte della sua energia cinetica spingendo lo strato che assume una

velocità maggiore rispetto allo strato sottostante. L’energia cinetica delle onde dipende da numerosi

il più importante è l’azione del vento,

fattori: o meglio la sua velocità e la sua durata; poi seguono la

profondità del bacino e le condizioni presenti sul fondo marino.

L’energia cinetica delle onde è definita come essa, come l’energia

energia del moto ondoso; anch’

cinetica prodotta dalle maree, viene prima convertita in energia meccanica e poi in energia

elettrica(17).

Esistono diversi sistemi che sfruttano il moto ondoso; essi sono: i sistemi con impianti sommersi; i

sistemi con apparati galleggianti e i sistemi OWC(17).

I sistemi con impianti sommersi presentano una struttura sommersa fissata al fondo marino. La

parte superiore della suddetta struttura è un cilindro cavo, che con un movimento verticale sfrutta il

cambiamento di pressione idrostatica dovuto al passaggio delle onde.

I sistemi con apparati galleggianti sono costituiti da una struttura tubolare, fissata al fondo marino,

all’interno del quale sono presenti dei pistoni idraulici, collegati ad un generatore elettrico, che

vengono azionati dall’acqua che vi entra grazie al moto ondoso.

I sistemi OWC producono l’energia elettrica grazie al movimento dell’onda ascendente e

discendente che provocano una compressione e una decompressione d’aria all’interno della camera

in cui viene installata la turbina. Questi impianti sfruttano un processo di tipo pneumatico abbinato

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al principio di funzionamento delle turbine Wells .

Molti sono gli impianti, caratterizzati sia da tecniche già affermate sia da tecniche innovative,

quindi presenti in quantità minore, che grazie alla risorsa acqua, riescono a produrre energia

Il settore dell’energia idroelettrica,

elettrica. tuttavia, non si limita solo a queste strutture o a queste

tecniche, bensì la ricerca è sempre molto attiva.

Un primo esempio è dato dalla coltivazione in acqua di microalghe, utilizzate per numerosi usi.

Le microalghe sono microrganismi vegetali unicellulari acquatici, che grazie alla presenza di sali

flusso d’aria che l’attraversa provenga dall’alto

12 Turbina che gira sempre su sé stessa in senso orario o antiorario,indipendentemente dal fatto che il

o dal basso. Le pale hanno una forma ad ala. 17

nutritivi, luce e anidride carbonica, crescono molto più velocemente delle pianti presenti sulla Terra.

La loro caratteristica principale è l’assorbimento della CO , caratteristica che le rende ottimo

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strumento per la produzione di biocombustibili, oltre che per altri numerosi usi, come la

depurazione dei reflui civili. 13 14

Esse vengono coltivate in bacini, vasche, fotobioreattori e fermentatori seguendo le tecniche

adatte ad ogni specie di alga.

Nonostante i numerosi usi, per cui sono coltivate, la nuova frontiera è quella della produzione di

biodisel. Producendo dalle microalghe il biodisel, non solo si riducono le emissioni di CO dovute

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all’uso di combustibili fossili, ma si evita di sottrarre risorse alle coltivazioni terrestri per la

produzione di alimenti.

Dopo aver estratto il biocombustibile, la biomassa delle microalghe è ancora utilizzabile per

però deve tener conto dell’impatto

produrre biogas. La suddetta produzione, su l