Nel 1886 è entrata in funzione la prima centrale idroelettrica a Littau, Lucerna, per alimentare la rete svizzera a corrente alternata. Oggi l’energia idroelettrica è il pilastro principale dell’approvvigionamento elettrico nazionale. Per mantenerla tale, questa forma di generazione di energia deve essere continuamente ammodernata. Un bilancio con l’esperto.
Ernesto Casartelli, la Svizzera è il castello d’acqua d’Europa. Le centrali idroelettriche sono un’invenzione svizzera?Per niente. L’uso dell’energia idrica è una tecnica culturale antica. Basti pensare all’uso delle ruote idrauliche nell’antichità. Tuttavia, la Svizzera ha svolto un ruolo importante nello sviluppo delle macchine che possono essere utilizzate per generare elettricità dall’energia idrica. Aziende come Escher-Wyss, Sulzer e Brown-Boveri/ABB erano produttori leader di turbine e generatori.
Che ruolo ha l’energia idroelettrica nella nostra fornitura di elettricità?
Come in Norvegia o in Austria, anche in Svizzera l’energia idroelettrica è molto importante. Attualmente copre circa i tre quinti del consumo elettrico della Svizzera. È ancora molto, anche se la percentuale è inferiore a quella di 50 anni fa. All’epoca non esistevano centrali nucleari e l’energia idroelettrica forniva praticamente tutta l’elettricità consumata dall’intero Paese. Da allora, il consumo di elettricità in Svizzera è raddoppiato. Tuttavia, la produzione di energia elettrica da fonte idroelettrica è aumentata solo leggermente. Sono state invece costruite centrali nucleari. Attualmente coprono circa un terzo della domanda di elettricità. Oggi l’energia nucleare è considerata in modo critico, ma l’energia idroelettrica rimane un pilastro indiscusso dell’approvvigionamento elettrico della Svizzera.
Quindi la Svizzera può continuare a fare affidamento sull’energia idroelettrica?
L’energia idroelettrica rimane importante, ma le Prospettive energetiche 2050+ dell’Ufficio federale dell’energia mostrano che il potenziale dell’energia idroelettrica in questo Paese è praticamente esaurito. Secondo le aspettative ufficiali, la produzione di energia idroelettrica può ancora essere leggermente aumentata entro il 2050. Questo obiettivo dovrebbe essere raggiunto rinnovando le piccole centrali idroelettriche esistenti e costruendone di nuove. Un altro fattore importante è l’aumento dell’uso dell’accumulo per pompaggio. I principali aumenti di produzione non verranno dall’energia idroelettrica, ma da quella solare ed eolica. Questa tendenza si osserva anche a livello mondiale: Secondo le stime dell’Agenzia Internazionale dell’Energia, la produzione di energia da fonte eolica e solare supererà presto quella da fonte idroelettrica.
Se l’energia solare si espande così tanto, l’energia idroelettrica diventerà prima o poi obsoleta?
Per niente, per due motivi: In primo luogo, i rendimenti dell’energia solare nel nostro Paese sono troppo bassi, anche a lungo termine, per sostituire l’energia idroelettrica. In secondo luogo, con l’espansione dell’energia solare ed eolica, l’energia idroelettrica sta assumendo un nuovo importante ruolo: deve fornire elettricità quando la disponibilità di energia solare ed eolica è insufficiente. Deve assorbire le fluttuazioni di produzione dovute alle condizioni atmosferiche e garantire così la stabilità della fornitura di energia elettrica. È probabile che anche le centrali di pompaggio tornino ad essere importanti: Possono utilizzare l’energia solare ed eolica in eccesso per pompare nuovamente l’acqua nei serbatoi e immagazzinare così l’energia che altrimenti andrebbe persa.
Lei lavora sulle turbine a pompa presso l’HSLU. Cosa dobbiamo immaginare con questo?
È una macchina che può essere utilizzata con una turbina per generare elettricità, ma anche per pompare l’acqua nel serbatoio. L’esperienza dimostra che le turbine a pompa non funzionano sempre in modo stabile, il che può causare problemi durante il funzionamento. Abbiamo cercato le cause e i miglioramenti nel nostro laboratorio e abbiamo utilizzato anche simulazioni di flusso. Ad esempio, abbiamo simulato al computer i flussi d’acqua nella turbina e li abbiamo esaminati sperimentalmente in laboratorio.
La maggior parte delle centrali idroelettriche ha ormai più di mezzo secolo. I segni dell’età sono evidenti?
I macchinari delle centrali idroelettriche devono, ovviamente, essere mantenuti sempre in forma. Turbine, generatori e altri componenti devono essere rivisti o sostituiti. La frequenza con cui queste cosiddette misure di retrofit sono necessarie dipende anche dalla regione: Negli impianti con piccoli serbatoi, l’acqua contiene molti sedimenti e l’usura delle pale delle turbine è quindi maggiore rispetto agli impianti con volumi di stoccaggio più grandi, ad esempio. Anche l’evaporazione locale dell’acqua, che a volte si può osservare nei corsi d’acqua, mette a dura prova le turbine.
Per i gestori delle centrali elettriche è importante conoscere i danni che i sedimenti causano alle turbine, anche perché ne riducono l’efficienza. L’Università di Scienze Applicate e Arti di Lucerna ha studiato questo aspetto insieme al Politecnico Federale di Zurigo e alle centrali elettriche di Goms in test sul campo a lungo termine. Per stimare meglio le perdite causate dalle turbine usurate, abbiamo ricostruito le turbine usurate su piccola scala in laboratorio e le abbiamo utilizzate per le misurazioni.
Cosa bisogna fare per modernizzare l’energia idroelettrica?
Un approccio consiste nel migliorare ulteriormente l’efficienza delle centrali elettriche durante le misure di rinnovo. Ciò può essere ottenuto, ad esempio, costruendo turbine con un design di pale all’avanguardia. Un’altra sfida deriva dal fatto che oggi le centrali idroelettriche sono gestite in modo più flessibile rispetto al passato, perché vengono utilizzate più frequentemente per mantenere in equilibrio la rete elettrica, cioè per adeguare la produzione di elettricità al consumo di elettricità. Ciò causa, ad esempio, frequenti arresti e riavvii delle turbine. Oppure significa che le centrali idroelettriche più spesso forniscono solo una parte della produzione tecnicamente possibile. Questo accadeva anche in passato, ma non in un intervallo così ampio tra il pieno funzionamento e la produzione molto bassa. La ricerca sta lavorando, ad esempio, per far funzionare le turbine ad alta efficienza anche a carico parziale. La digitalizzazione sta dando un contributo importante anche all’ottimizzazione delle operazioni e del monitoraggio.
In passato, l’energia idroelettrica ha talvolta avuto problemi di immagine. Può questa forma di energia ristabilirsi nella coscienza pubblica come vera energia "verde "?
Probabilmente alludono alla situazione in cui le centrali di pompaggio utilizzano l’energia nucleare per riempire i serbatoi. Questa pratica ha messo in passato in cattiva luce l’energia idroelettrica su larga scala. Tuttavia, se le capacità di produzione di energia solare vengono notevolmente ampliate e le eccedenze temporanee vengono temporaneamente immagazzinate in serbatoi, la situazione è vantaggiosa per tutti. Ecco perché vedo un ruolo centrale per l’energia idroelettrica in un approvvigionamento energetico neutrale dal punto di vista climatico.
Come ogni produzione di energia, anche la generazione di elettricità da fonte idroelettrica comporta un intervento sull’ecosistema. Si tratta di una questione delicata, come dimostra, ad esempio, la discussione sui volumi di acqua residua. C’è una grande sensibilità a questi temi quando si tratta di ampliare o addirittura costruire nuove centrali elettriche. Sono stati apportati miglioramenti anche per la migrazione dei pesci. Ricordo un bell’esempio a Friburgo. Lì, al Lac de Pérolles, c’è un impianto di risalita che permette a migliaia di trote e altri pesci di migrare ogni anno attraverso la diga in entrambe le direzioni. Questi esempi migliorano anche l’immagine dell’energia idroelettrica.
Anche le dighe hanno bisogno di cure
Anche le oltre 200 dighe presenti in Svizzera stanno invecchiando. "Normalmente sono progettati per durare fino a 100 anni", spiega Dieter Müller, esperto di ingegneria idraulica della HSLU. Gran parte delle dighe in Svizzera sono state costruite tra il 1950 e il 1970, quindi hanno ormai 50-70 anni. I costi di manutenzione aumentano con l’età. È quindi inevitabile che entro il 2050 dovremo affrontare ingenti spese per la manutenzione e la costruzione di nuove dighe. Questo è esattamente ciò che sta accadendo in questo momento al Grimsel Pass, dove si sta costruendo un nuovo muro direttamente davanti a quello esistente di Spitallamm, vecchio di 90 anni. "Per quanto riguarda i costi, stiamo parlando di importi a 2 o 3 cifre, a seconda delle dimensioni dell’impianto", spiega Müller.La sicurezza ha la massima priorità
Il cambiamento climatico pone nuove sfide all’energia idroelettrica: Una riguarda, in parte, gli sfioratori delle dighe, che devono essere ampliati a causa delle variazioni delle precipitazioni. Inoltre, Müller sottolinea che gli smottamenti di morene e valanghe che cadono in un bacino artificiale possono innescare piccoli tsunami.
Infine, viene svelata un’insidia che non era nota quando furono costruite le dighe più antiche: il rigonfiamento del calcestruzzo. Si tratta di una reazione chimica che gli aggregati speciali del calcestruzzo manifestano in relazione all’acqua. Ciò ha reso necessaria la ristrutturazione prematura di alcune pareti. "Per le nuove pareti, è necessario assicurarsi che la miscela di calcestruzzo abbia una composizione specifica che consenta di evitare questo problema", sottolinea Müller.
Il monitoraggio permanente di tali impianti critici è uno standard. "I proprietari degli impianti effettuano personalmente controlli continui. Ogni cinque anni viene effettuata un’ulteriore ispezione esterna da parte dell’Ufficio federale dell’energia (UFE)", spiega Müller. La sicurezza degli impianti in Svizzera è quindi buona. "Tuttavia, c’è sempre un piccolo rischio. Ecco perché un buon concetto di emergenza è necessario in ogni caso.
Intervista: Benedikt Vogel
Immagini: Contributo fotografico: Priska Ketterer, Spitallamm nuovo edificio: Dieter Müller
