Accumulo idroelettrico, energia rinnovabile che soddisfa il mercato

Una nuova tecnologia si sta facendo strada all’interno del panorama idroelettrico. In Italia la produzione da energia idroelettrica è elevata e molti dei corsi d’acqua e dei bacini presenti sul nostro territorio sono sfruttati da centrali idroelettriche che portano elettricità a interi centri abitati. Sono gli impianti ad accumulo idroelettrico le nuove centrali che permettono di incrementare la produzione di energia e allo stesso tempo di abbattere i costi.

Fonti rinnovabili: la non programmabilità

Gli impianti alimentati da fonti rinnovabili non programmabili sono quelle infrastrutture di produzione dell’energia che utilizzano come fonte un’energia rinnovabile la cui continuità di flusso e disponibilità non è soggetta a preventiva decisione e programmazione da parte dell’uomo: si tratta, in particolare, degli impianti che impiegano l’energia solare, eolica.

Tutte le fonti rinnovabili sono caratterizzate da potenziale infinito, nel senso che, a differenza dei combustibili fossili e dell’energia nucleare, la loro disponibilità è potenzialmente a tempo indeterminato. Tuttavia, dal punto di vista della produzione di energia elettrica è importante tenere a mente che alcune fonti rinnovabili non presentano le medesime caratteristiche di continuità e disponibilità: infatti, esistono alcuni afflussi di materia prima che sono soggetti a fenomeni naturali o a cali di emissione tali da alterare o addirittura interrompere il processo di produzione dell’energia. La definizione specifica di energie rinnovabili non programmabili è stata fornita dal Gestore dei Servizi Energetici, che individua in questo gruppo quelle che vengono utilizzate da “impianti di produzione idroelettrici fluenti, eolici, fotovoltaici, biogas”.

La gestione dei picchi di domanda

L’imprevedibilità di un fenomeno atmosferico diventa un parametro molto importante. La mancanza di vento o di luce solare vanno ad influire sull’affidabilità della risorsa rinnovabile ed il paragone con una risorsa fossile diventa inevitabilmente scontato. In questa maniera, nonostante la cospicua incentivazione, i consumatori e le aziende non intraprendono investimenti di un certo calibro. Un altro aspetto da tenere in considerazione è la domanda del mercato. Un impianto rinnovabile non ha una produzione costante poiché dipende da molteplici fattori che non possono essere controllati. Alcuni esempi di questi fattori sono le condizioni metereologiche, l’esposizione solare e tanto altro. Il problema sorge quando la richiesta di energia è molto alta e la disponibilità energetica accumulata in un pannello fotovoltaico o prodotta da una turbina eolica non può soddisfarla. Questo è un problema molto frequente dovuto all’imprevedibilità di tanti parametri che influenzano in maniera considerevole la produzione di energia.

Idroelettrico in Italia

In Italia, negli ultimi decenni, l’acqua è stata molto sfruttata come risorsa rinnovabile, e l’energia idroelettrica ha compiuto grandi passi avanti, sia dal punto di vista della diffusione con la costruzione di tanti impianti idroelettrici a livello nazionale sia nell’ambito della ricerca e dell’innovazione. Ad oggi in Italia ben il 41% dell’energia elettrica da fonti rinnovabili è prodotta dal comparto idroelettrico. Nonostante ciò, l’efficienza di tali impianti risulta in declino a causa dell’età considerevole della maggior parte di essi. Infatti si potrebbero ottenere 4,4 TWh in più di elettricità rinnovabile l’anno semplicemente ammodernando il parco idroelettrico già esistente.

Impianti di accumulo idroelettrico

L’innovazione nel campo dell’idroelettrico ha portato alla costruzione di impianti ad accumulo o anche detti a pompaggio. È una tecnologia basata su un bacino artificiale a monte e un bacino di raccolta a valle. Nelle ore diurne l’acqua del bacino a monte viene fatta cadere verso il basso, alimentando le turbine e la produzione di energia elettrica. Viceversa, nelle ore notturne, quando la domanda di energia elettrica è molto bassa, l’acqua del serbatoio a valle viene trasportata nuovamente nel bacino a monte tramite le pompe elettriche e il ciclo si ripete di nuovo. In un impianto idroelettrico, il salto geodetico, ovvero la differenza di altezza tra il bacino superiore e la centrale, crea energia potenziale intrinseca all’acqua che cade. Questa energia potenziale è convertibile in energia elettrica grazie al lavoro delle turbine.

Turbine e configurazioni

Le turbine possono essere di diversi tipi, tra le più famose: Pelton, Kaplan, Francis. Ognuna di esse è caratterizzata da un salto geodetico, da una portata e da un quantitativo di energia elettrica che mediamente possono produrre. In base alle loro caratteristiche è possibile applicare la turbina corretta a qualsiasi impianto, sia ad accumulo che a un normale impianto sul letto di un fiume o in prossimità di una diga. Esistono diverse configurazioni che possono essere implementate in un impianto ad accumulo. Oltre alla sezione turbina-generatore, ognuna di queste è provvista di alternatori e trasformatori per immettere la corrente alla frequenza desiderata. Inoltre, nelle strutture più complete, è presente una macchina elettrica che cambia comportamento in base alle esigenze della rete. Nel caso in cui la rete necessiti energia elettrica, il comportamento assunto dalla macchina è quello del generatore.

Al contrario, se la rete non registra una domanda elevata e non è più necessaria un’ingente produzione di elettricità, allora la macchina elettrica inverte il moto di rotazione agendo da motore. Questo aziona le pompe e tramite esse permette lo stoccaggio d’acqua nel bacino superiore.

Accumulo idroelettrico: non solo in Italia

Al giorno d’oggi, in tutto il mondo si cerca sempre più di utilizzare quelle che sono le risorse rinnovabili a disposizione per la produzione di energia, a causa delle normative sempre più stringenti. In casi eccezionali, la grande disponibilità e qualità di terreno e di risorse permette di produrre una enorme quantità di energia. Ed è proprio quello che succede a Bath County, in Virginia (USA), dove è operativo un impianto idroelettrico ad accumulo che, con i suoi 3.000 MW di potenza nominale è il più grande del mondo. È anche uno fra gli impianti più efficienti, con un rendimento vicino all’80%. La capacità di stoccaggio del sistema è tale da consentire una capacità di produzione di energia elettrica per 11 ore al giorno.

Il bacino superiore della centrale di pompaggio di Bath County è grande più di un chilometro quadrato. Esso contiene quasi 14 milioni di metri cubi d’acqua. Quando le valvole sferiche sono aperte per il funzionamento della turbina, il livello dell’acqua nel bacino superiore scende di 32 metri. Nei periodi di punta, quando circa 500.000 case e aziende in Virginia hanno bisogno di energia elettrica, le valvole sferiche di intercettazione sono aperte. Così facendo più di 850 metri cubi d’acqua al secondo scorrono lungo i tubi sotterranei dal bacino superiore e attraverso le sei turbine situate nella parte inferiore dell’edificio. Questo è solo un esempio di come si possano conciliare produttività elevate ed ottime efficienze. Allo stesso tempo si può abbattere il concetto di non programmabilità delle risorse rinnovabili.

Articolo a cura di Marco MASETTI