Se hai mai osservato un fiume che scorre giù da una montagna o giocato con le onde in spiaggia, hai sentito che l’acqua in movimento contiene molta energia. Un fiume può spingere te e il tuo kayak a valle, a volte molto rapidamente, e le onde che si infrangono su di te in spiaggia possono respingerti o addirittura rovesciarti.
C’è una lunga storia dietro lo sfruttamento dell’energia nelle acque che scorrono nei fiumi. Per secoli, le persone hanno usato la forza dell’acqua per macinare il grano per fare farina. Nei tempi moderni, le persone usano l’energia idrica per generare elettricità pulita per alimentare edifici, fabbriche e persino automobili.
Energia nelle acque correnti
L’energia in queste acque in movimento proviene dalla gravità. Come parte del ciclo dell’acqua terrestre, l’acqua evapora dalla superficie terrestre o viene rilasciata dalle piante. Quando il vapore acqueo rilasciato viene trasportato ad altitudini più fredde e più elevate come le regioni montuose, si condensa in goccioline di nuvole. Quando queste goccioline di nuvole diventano abbastanza grandi, cadono dal cielo come precipitazione, sia come liquido (pioggia) o, se fa abbastanza freddo, come solido (neve). Sulla terraferma, le precipitazioni tendono inizialmente a cadere sulle zone di alta quota.
La forza di gravità fa scorrere l’acqua. Se l’acqua cade sotto forma di pioggia, parte di essa scorre a valle in canali naturali che diventano fiumi. Se l’acqua cade sotto forma di neve, si scioglierà lentamente in acqua man mano che le temperature si riscaldano e seguiranno gli stessi percorsi. I fiumi che si formano sono costituiti da acqua proveniente dalle precipitazioni che iniziano ad alta quota e scorrono lungo i ripidi pendii delle montagne.
Conversione dell’acqua corrente in elettricità
Gli impianti di energia idroelettrica catturano l’energia nell’acqua corrente utilizzando un dispositivo chiamato turbina. Quando l’acqua scorre sulle pale di una turbina, un po’ come una gigantesca girandola, queste iniziano a ruotare. Questa turbina rotante è collegata a un albero che gira all’interno di un dispositivo chiamato generatore, che utilizza un effetto chiamato induzione per convertire l’energia nell’albero rotante in elettricità.
Esistono due tipi principali di impianti di energia idroelettrica. Il primo tipo è chiamato impianto idroelettrico ad acqua fluente. Queste strutture sono costituite da un canale per deviare il flusso d’acqua da un fiume a una turbina. La produzione di elettricità dalla turbina segue la tempistica del flusso del fiume. Quando un fiume scorre in piena con molta acqua di disgelo primaverile, significa che la turbina può produrre più elettricità. Più avanti in estate, quando la portata del fiume diminuisce, diminuisce anche la produzione di elettricità della turbina. Queste strutture sono in genere piccole e semplici da costruire, ma la capacità di controllarne l’output è limitata.
Il secondo tipo è chiamato impianto idroelettrico “serbatoio” o “diga”. Queste strutture utilizzano una diga per trattenere il flusso di un fiume e creare un lago artificiale dietro la diga. Le dighe idroelettriche hanno dei fori che controllano la quantità di acqua che scorre attraverso i passaggi all’interno della diga. Le turbine in fondo a questi passaggi convertono l’acqua che scorre in elettricità.
Per produrre elettricità, il gestore della diga scarica l’acqua dal lago artificiale. Quest’acqua accelera mentre cade dai fori vicino alla parte superiore della diga fino alle turbine vicino al fondo. L’acqua che esce dalle turbine viene poi reimmessa nel fiume a valle. Questi impianti idroelettrici di riserva sono generalmente grandi e possono influenzare gli habitat fluviali, ma possono anche produrre molta elettricità in modo controllabile.
Il futuro dell’energia idroelettrica
L’energia idroelettrica dipende dalla disponibilità di acqua nei fiumi. Poiché il cambiamento climatico influisce sul ciclo dell’acqua, alcune regioni potrebbero avere meno precipitazioni e di conseguenza meno produzione di energia idroelettrica.
Inoltre, produrre elettricità non è l’unica cosa a cui gli operatori delle dighe devono pensare quando decidono quanta acqua far passare. Devono assicurarsi di mantenere un po’ d’acqua dietro la diga affinché le persone possano usarla e far passare abbastanza acqua per preservare l’habitat fluviale sotto la diga.
L’energia idroelettrica può anche svolgere un ruolo nel limitare il cambiamento climatico perché è una forma di elettricità rinnovabile. Gli impianti idroelettrici possono aumentare e diminuire la loro produzione di elettricità per colmare le lacune nella generazione eolica e solare.
Autore
Brian Tarroja, Università della California, Irvine
