Energia idroelettrica
Energia idroelettrica è un termine usato per definire l'energia elettrica ottenibile a partire da una caduta d'acqua, convertendo con apposito macchinario l'energia meccanica contenuta nella portata d'acqua trattata. Gli impianti idraulici, quindi, sfruttano l'energia potenziale meccanica contenuta in una portata di acqua che si trova disponibile ad una certa quota rispetto al livello cui sono posizionate le turbine. Pertanto la potenza di un impianto idraulico dipende da due termini: il salto (dislivello esistente fra la quota a cui è disponibile la risorsa idrica svasata e il livello a cui la stessa viene restituita dopo il passaggio attraverso la turbina) e la portata (la massa d'acqua che fluisce attraverso la macchina espressa per unità di tempo).
In base alla taglia di potenza nominale della centrale, gli impianti idraulici si suddividono in:
  1. Micro-impianti: P < 100 kW;
  2. Mini-impianti: 100 < P (kW) < 1000;
  3. Piccoli-impianti: 1000 < P (kW) < 10000;
  4. Grandi-impianti: P > 10000 kW.
Gli impianti possono essere poi:
  1. ad acqua fluente;
  2. a bacino;
  3. di accumulo a mezzo pompaggio.
Centrali idroelettriche di grande potenza

Impianti a deflusso regolato (a bacino)

Sono provvisti di una capacità di invaso alla presa del corso d'acqua atta a modificare il regime delle portate utilizzate dalla centrale, in genere queste centrali sono superiori ai 10 MW di potenza e arrivano a potenze enormi come ad esempio nell'impianto di Itaipu in Brasile, ha un bacino con un estensione di 1460 Kmq (4 volte il lago di Garda )

Per azionare le turbine sfruttano l'acqua accumulata nei bacini, sono caratterizzate da grandi dislivelli e quindi da alte pressioni, ma da portate d'acqua che possono essere anche modeste. A seconda del bisogno, le centrali ad accumulazione possono essere messe in esercizio e arrestate nel giro di pochi minuti, questo le rende particolarmente preziose per la regolazione dei flussi di energia elettrica in rete in base alla richiesta di energia.

Bacino artificiale

Schema bacino artificiale

Impianti ad acqua fluente

Non dispongono di alcuna capacità di regolazione degli afflussi, per cui la portata sfruttata coincide con quella disponibile nel corso d'acqua (a meno di una quota detta deflusso minimo vitale, necessari per salvaguardare l'ecosistema); quindi la turbina produce con modi e tempi totalmente dipendenti dalla disponibilità del corso d'acqua.

Le centrali ad acqua fluente coprono il fabbisogno elettrico di base della Svizzera

Le turbine delle centrali ad acqua fluente sono azionate dall'acqua di un fiume. Il dislivello tra l'alto e il basso corso del fiume è minimo se paragonato a quello delle centrali ad accumulazione. Per contro la quantità d'acqua disponibile è maggiore.

Le centrali ad acqua fluente funzionano ininterrottamente, coprendo la domanda di base: sono quindi centrali di base. La produzione di elettricità dipende dalla portata del fiume: di norma in Italia queste centrali producono più energia nelle stagioni piovose
Alcuni esempi di centrali ad acqua fluente in Svizzera:

 Impianto ad acqua fluente

Impianto ad acqua fluente

Schema di centrale ad acqua fluente

Centrali a pompaggio

Dispongono di un bacino di accumulazione superiore e uno inferiore. Nei periodi di basso consumo, l'acqua è ripompata nel bacino superiore: può così essere riutilizzata per la produzione di elettricità quando aumenta la domanda, in pratica con energia di basso valore (ad esempio quella in eccesso prodotta nelle ore notturne ) si produce energia di alto valore economico come quella richiesta nelle ore di punta, è il miglior sistema attualmente in uso per l'accumulo di energia.
Serbatoio

Piccoli sistemi idroelettrici

In genere molti impianti di piccola taglia si trovano realizzati in aree montane su corsi d'acqua a regime torrentizio o permanente e l'introduzione del telecontrollo, telesorveglianza e telecomando ed azionamento consentono di recuperarli ad una piena produttività, risparmiando sui costi del personale di gestione, che in genere si limita alla sola manutenzione ordinaria con semplici operazioni periodiche (ad es. la sostituzione dell'olio per la lubrificazione delle parti). Molti impianti di piccola taglia possono attuare un recupero energetico. I sistemi idrici nei quali esistono possibilità di recupero sono assai diversi e possono essere indicativamente raggruppati nelle seguenti tipologie: 

  1. acquedotti locali o reti acquedottistiche complesse;
  2. sistemi idrici ad uso plurimo (potabile, industriale, irriguo, ricreativo, etc.); 
  3. sistemi di canali di bonifica o irrigui;
  4. canali o condotte di deflusso per i superi di portata;
  5. circuiti di raffreddamento di condensatori di impianti motori termici.

In linea generale, nei sistemi idrici in cui esistono punti di controllo e regolazione della portata derivata o distribuita all'utenza, come pure dei livelli piezometrici, attraverso organi del tipo di paratoie, valvole, opere idrauliche (vasche di disconnessione, sfioratori, traverse, partitori), cioè sistemi di tipo dissipativo, è possibile installare turbine idrauliche che siano in grado di recuperare salti altrimenti perduti.
Si può dire che esiste la convenienza a realizzare impianti di piccola taglia sopratutto dove le condotte già esistano insieme a salti e portate interessanti, sotto questo punto di vista gli acquedotti rappresentano una delle più significative possibilità di sfruttamento, senza trascurare tutte le altre realtà idriche.

Le Turbine Banki o Flussi Incrociati

Sono adatte a salti da 6m a 60m e portate da 20 l/s a 800 l/s. Risultano un'ottima soluzione per conciliare qualità, prestazioni e prezzo.

 Turbina banki o a flussi incrociati

 

Le Turbine Pelton

Sono adatte per salti da 20m a 180m e portate da 0,5 l/s a 100 l/s.

micro turbina pelton 

Alcune ditte che producono microcentrali idroelettriche:

 Impianto micro idroelettrico

Aspetti economici

Il costo medio del kWh degli impianti mini-hydro varia da 0,045 a 0,065 €, in funzione delle caratteristiche del sito (salto e portata).

Alcune turbine Banki, realizzate in Italia, per impianti micro-hydro hanno costi compresi fra 800 e 1300 Euro/kW nella classe da 10 a 60 kW.
Un possibile incentivo alla realizzazione degli impianti, ipotizzati per le aree urbane e/o suburbane, potrebbe venire dalla loro integrazione in sistemi DPS (piccoli impianti distribuiti di accumulo a mezzo pompaggio) del tipo proposti da REYNOLDS (1995) ed in questo caso tali impianti potrebbero, significativamente, partecipare al miglioramento della qualità del sistema di distribuzione elettrica a livello locale, specie nelle aree appenniniche della penisola.