L’energia idroelettrica costituisce la principale fonte di produzione di energia di origine non fossile. Nel prossimo futuro, tale fonte pulita di produzione energetica continuerà a crescere ed a ricoprire un ruolo determinante. Ogni anno, in varie parti del mondo si assiste a continue e crescenti opere di ammodernamento o costruzione ex novo di dighe e sbarramenti sui principali corsi d’acqua e bacini idrici, al fine di raccogliere, convogliare e sfruttare la disponibilità idrica per gli impianti di produzione di energia. La maggior parte dell'incremento nella produzione di energia idroelettrica si sta verificando nei paesi emergenti, soprattutto in Cina, India e Brasile.
Dighe e centrali idroelettriche, se da un lato permettono a molti paesi di raggiungere la sufficienza energetica o, addirittura, di aumentare le esportazioni nazionali attraverso la vendita di energia ai paesi limitrofi, comportano, in alcuni, casi, fenomeni di squilibrio ecologico-ambientale e conseguenze di natura politico-sociale che ne limitano gli effetti positivi e provocano vere e proprie crisi umanitarie.
L'energia idroelettrica
Attualmente, il 19% dell’energia prodotta a livello internazionale proviene da fonti rinnovabili. Di queste, circa l’84% è prodotto da fonti idroelettriche (l’energia idroelettrica rappresenta 1/6 del totale dell’energia prodotta a livello mondiale).
L’energia idroelettrica rappresenta una fonte primaria di produzione di energia per diversi paesi, coprendo anche il 90% e oltre della produzione di energia nazionale (Percentuale di produzione di energia idroelettrica sul totale nazionale.
Secondo il “Renewables Energy Policy Network for the 21st Century” ed altre organizzazioni e centri studi internazionali che si occupano di aspetti energetici, nel 2013 (ultimo anno di cui sono disponibili dati certificati o stime attendibili) la produzione di energia idroelettrica a livello globale ha raggiunto i 3.750 TeraWatt orari (TWh=1 miliardo di KWh).
I principali produttori di energia idroelettrica a livello mondiale sono Repubblica Popolare Cinese (RPC), Brasile, Canada, Stati Uniti (USA) e Federazione Russa (Fed. Russa).
| Paese |
TWh nel 2013 |
| RPC | 905 |
| Brasile | 415 |
| Canada | 388 |
| USA | 269 |
| Fed. Russa |
175 |
In Europa, nel 2013, i principali paesi per produzione di energia idroelettrica sono stati: Norvegia, Francia, Svezia, Turchia e Italia (la produzione totale italiana è stata di circa 54 TWh, dei quali 1/5 è stato prodotto in Lombardia). La Germania, pur essendo il principale paese europeo per produzione di energia da fonti rinnovabili, ha una produzione di energia idroelettrica annuale di circa 20 TWh.
Per quanto riguarda la capacità installata a livello mondiale, nel 2013 è stata raggiunta la quota record di 1.000 GW da fonte idroelettrica (+4% rispetto al 2012), e tale quota è in costante crescita. Un quarto della capacità installata dipende dalla RPC (260 GW). RPC, Brasile, USA, Canada, Fed. Russa, India e Norvegia producono il 62% della capacità installata mondiale. (Primi 6 paesi per capacità installata di produzione di energia idroelettrica, nel 2013.
La Cina è anche il paese al mondo che negli ultimi anni ha contribuito maggiormente all’incremento di capacità installata di produzione di energia idroelettrica. Dei 40 GW di incremento di capacità installata sviluppati al mondo nel 2013, il 72,5% è stato realizzato in Cina. Seguono Turchia, Brasile, Vietnam, India e Fed. Russa. (Primi 6 paesi al mondo per incremento della capacità di generazione di energia idroelettrica nel 2013.
L’energia idroelettrica è sempre più utilizzata per affiancare altre fonti di energia rinnovabile. Le previsioni per il futuro vedono un incremento a livello mondiale della produzione di energia da fonti rinnovabili, soprattutto di quelle non idroelettriche. Nonostante una lieve diminuzione in termini percentuali (-1% nel periodo 2010-2030), la produzione di energia idroelettrica continuerà ad aumentare e rimarrà una componente fondamentale della produzione di energia elettrica (nel 2030, il 15% del totale dell’energia prodotta a livello mondiale).
L’energia idroelettrica (chiamata anche energia “idraulica” o “idrica”) è una fonte di energia pulita (ossia, senza emissioni di sostanze inquinanti) e rinnovabile (diversamente dalle fonti di origine fossili). L’energia idroelettrica sfrutta la trasformazione dell'energia potenziale gravitazionale in energia cinetica, utilizzando il movimento di grandi masse di acqua in caduta. L’energia cinetica viene trasformata in energia elettrica attraverso una centrale idroelettrica, tramite il lavoro di alternatori e turbine.
L'energia idroelettrica viene ricavata dal corso di fiumi e di laghi prevalentemente utilizzando due metodi: nelle centrali cosiddette “a salto”, vengono sfruttate grandi altezze di caduta, spesso nelle regioni montane o in prossimità di cascate; nelle centrali ad “acqua fluente”, vengono invece utilizzate le grandi masse d’acqua trasportate da un fiume, attraverso il superamento di piccoli dislivelli.
I principali problemi legati alla capacità di una diga e della centrale idroelettrica ad essa collegate riguarda la portata dei corsi d’acqua, spesso dipendente dalla stagionalità e dalle generali condizioni climatico-ambientali.
Proprio per permettere e favorire l’immagazzinamento di energia anche in momenti di scarso flusso idrico o di elevata richiesta energetica, sono state sviluppate centrali idroelettriche di pompaggio, in cui l'acqua viene pompata in serbatoi a monte sfruttando la stessa energia prodotta dalla centrale, conservata e rilasciata nei momenti di maggior richiesta di energia elettrica (di solito l’immagazzinamento viene fatto di notte).
Le dighe
Le centrali idroelettriche si trovano in prossimità di dighe o sbarramenti.
Tra gli scopi principali per cui queste infrastrutture vengono progettate e realizzate, oltre a quello di controllare il flusso delle acque dei bacini idrologici per evitare allagamenti, vi sono l’irrigazione dei terreni, il consumo umano, le attività industriali, le acquacolture, la navigazione e, non ultimo, la produzione di energia elettrica.
Una diga è un’opera di ingegneria, quasi sempre permanente, costruita su un corso d’acqua naturale al fine primario di creare un bacino idrico artificiale tramite lo sbarramento o il controllo del corso d’acqua stesso. In alcuni casi si tende a distinguere le dighe (“dam” in lingua inglese), ossia quelle strutture che vengono realizzate allo scopo principale di creare un bacino di contenimento e conservazione dell’acqua, dagli sbarramenti (“barrage”): in questo caso, chiuse, argini o terrapieni hanno il compito specifico di contenere o convogliare le acque ed evitare che il loro flusso invada determinati territori. Spesso gli sbarramenti, con le relative chiuse, sono posti su fiumi dalle grandi dimensioni ed i cui letti sono caratterizzati da ampi meandri.
Nella pratica, la distinzione primaria tra uno o l’altro tipo di opere è che, al di là di contesti particolari, le dighe hanno grandi dimensioni e vengono prevalentemente costruite per creare un bacino idrico ai fini dello sfruttamento energetico, attraverso la creazione e l’utilizzo di apposite centrali idroelettriche.
Esistono varie tipologie di dighe, principalmente classificabili sulla base dei materiali utilizzati e delle modalità di costruzione. A seconda dei materiali impiegati per la costruzione la diga può essere in calcestruzzo, in muratura, in terra, in pietrame o con materiale misto.
Per quanto riguarda le modalità di costruzione, le dighe in calcestruzzo possono essere costruite “a gravità”, ad “arco” o misti (ad es. quelli ad “arco-gravità”.
Una diga “a gravità” è una struttura massiccia e rigida generalmente a geometria semplice (di solito a forma triangolare) con una superficie esposta all’acqua verticale e leggermente inclinata, a volte con una lieve curvatura. Questo tipo di infrastruttura richiede la presenza, in fondazione, di rocce resistenti e poco deformabili. Per le loro caratteristiche, le dighe a gravità sono considerate particolarmente sicure in caso di eventi naturali estremi quali piene o terremoti. (Per approfondire la terminologia legata alle dighe, si veda la pagina disponibile sul sito del Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti).
Tra le più famose dighe a gravità vi sono la Grande Dixence, in Svizzera, alta 285 metri e con uno sviluppo al coronamento di quasi 700 metri.
figura 1 - DIga de La Grande Dixence
figura 2 - La Diga delle "Tre Gole"
Negli ultimi 20 anni questo tipo di dighe ha vissuto un notevole sviluppo grazie all’introduzione di un particolare materiale di invenzione italiana (il Calcestruzzo Rullato Compattato), che permette di abbattere i costi e i tempi di costruzione.
Una diga “ad arco” ha come caratteristica quella di dirigere il carico dell’invaso, ossia la spinta della acqua del bacino, verso le pareti rocciose della gola sulla quale è costruita, al fine di limitare la pressione sulle infrastrutture della diga stessa e permetterne una maggiore resistenza e stabilità. Principalmente per questa caratteristica, le dighe ad arco possono essere più “sottili” e leggere rispetto alle dighe a gravita. Un esempio di diga ad arco (a cosiddetta “doppia curvatura”) è quella del Vajont, in provincia di Pordenone, che costruita a fine anni Cinquanta è ancora una delle più grandi dighe ad arco al mondo, nonostante oggi non sia più attiva, a seguito del disastro del 9 ottobre 1963.
Negli ultimi anni una serie di grandi dighe ad arco sono state realizzate in varie parti del mondo e principalmente in RPC, come ad esempio la diga di Xiaowan sul fiume Mekong, che è attualmente la terza diga più alta al mondo (m. 292). (Lista delle dighe più alte al mondo)
Tra le altre tipologie di dighe, possono essere citate quelle “a terrapieno” (“embankment dam”), costruita grazie al posizionamento ed alla compattazione di un insieme di materiali plastici e di varie composizioni di terra, sabbia, argilla e roccia. Le caratteristiche di queste dighe sono l’impermeabilità e la resistenza all’erosione. Un esempio di diga a terrapieno è la Tarbela Dam in Pakistan: costruita nella metà degli anni Settanta, è attualmente la seconda più grande diga al mondo per struttura, dopo la canadese Syncrude Tailings Dam, sul bacino del lago Mildred. (Lista delle dighe più grandi al mondo)
collegamento consigliato
DIga de La Grande Dixence
La Diga delle "Tre Gole"
Le dighe costituiscono opere fondamentali ai fini del controllo, della regolamentazione, della gestione e dell’utilizzo dei flussi di fiumi e laghi ed hanno un valore strategico in termini di produzione di energia tramite le attività delle centrali idroelettriche.
Nel tentativo di garantire la sicurezza degli approvvigionamenti energetici e di limitare le emissioni di agenti inquinanti provenienti dallo sfruttamento delle fonti fossili, sempre più paesi ricchi di corsi d’acqua, come la Cina, l’India, il Brasile o altri paesi in via di sviluppo, vedranno aumentare il numero di dighe per la produzione di energia idroelettrica.
Gli investimenti in questo campo stanno crescendo, così come le iniziative poste in essere dai vari governi.
Tali progetti possono tuttavia generare anche una serie di ricadute negative, sia in termini di gestione delle dinamiche politico-sociali ed economiche interne (si pensi allo spostamento di intere popolazioni per la costruzione di tali impianti e dei costi economici elevati di alcuni progetti), sia in termini di relazioni diplomatiche, nel caso di interventi su fiumi e corsi d’acqua transfrontalieri, dove ai benefici ricavati da uno Stato “a monte” possono corrispondere restrizioni o, addirittura, danni, per gli Stato “a valle”.
Anche per questo motivo, oltre che per la tutela e la conservazione dei bacini idrologici e degli ecosistemi ad essi collegati, sono opportune forme di coordinamento internazionale.
International Energy Administration, Produzione di energia idroelettrica per paese
International Renewable Energy Agency
International Rivers, "World Commission on Dam"
Visita alle centrali idroelettriche. Come funziona una centrale idroelettrica - ENEL
