Trascurata alla fine del secolo scorso, sopraffatta dal nucleare e da prezzi dell’elettricità molto bassi, l’energia idroelettrica è oggi la madre di tutte le energie rinnovabili. Oggi l’energia idroelettrica è la madre di tutte le energie rinnovabili, rappresenta il 15% della produzione mondiale di elettricità ed è al primo posto tra le fonti prive di carbonio. In Svizzera supera addirittura tutte le altre, con una quota di quasi il 53%. È inoltre destinata a svolgere un ruolo decisivo in un sistema energetico globale a zero emissioni: l’Agenzia Internazionale dell’Energia stima che per raggiungere questo obiettivo, la potenza idroelettrica, attualmente pari a 1.400 GW, dovrà essere raddoppiata entro il 2050.
Il vantaggio principale dell’oro blu è la sua flessibilità: non solo le centrali producono elettricità su richiesta, ma possono anche facilitare l’integrazione di altre energie rinnovabili, immagazzinando le loro eccedenze attraverso lo stoccaggio con pompaggio. "L’idraulica ci permette di aumentare la produzione e la capacità di stoccaggio delle energie rinnovabili, in modo da avere più energia solare ed eolica", spiega Elena Vagnoni, project manager della Plateforme des machines hydrauliques (PTMH) dell’EPFL. Fondato nel 1969, questo laboratorio è diventato un centro di eccellenza nella ricerca e nello sviluppo di macchine idrauliche. In particolare, ha acquisito una competenza unica al mondo per il collaudo e la certificazione degli impianti idraulici.
Un cambio di paradigma
"Inizialmente le macchine idroelettriche non erano progettate per la flessibilità richiesta dalle reti di oggi, ma per funzionare nel modo più efficiente possibile", ricorda Mario Paolone, direttore del PTMH. "Questo cambiamento di paradigma significa che le macchine devono essere progettate e gestite in modo completamente diverso. Ovviamente non possiamo permetterci di cambiare il parco macchine esistente. Dobbiamo quindi trovare soluzioni per il retrofit degli impianti idroelettrici esistenti e progettare meglio quelli futuri".Stiamo studiando come rinnovare le strutture in modo che siano più rispettose della flora e della fauna e più resistenti agli effetti climatici degli aumenti e delle diminuzioni del livello dell’acqua.
Elena Vagnoni, Project Manager, Piattaforma Macchine Idrauliche, EPFL
In questo contesto, l’EPFL ha guidato il più grande progetto di idraulica d’Europa, XFLEX Hydro , appena concluso. "Abbiamo sviluppato una serie di tecnologie per massimizzare la flessibilità delle risorse idrauliche senza incidere sui costi di sviluppo e manutenzione", spiega Elena Vagnoni. Questo lavoro comprende l’ottimizzazione dell’uso delle macchine idrauliche, una migliore comprensione delle sollecitazioni a cui sono sottoposte le macchine in condizioni operative altamente dinamiche, la meccanica dei fluidi e il controllo dei flussi.
Guadagnare qualche megawatt
Esempio: in linea di principio, una centrale ad accumulo con pompaggio funziona in sequenza. Le turbine girano per produrre elettricità, mentre le pompe si attivano per sollevare l’acqua e immagazzinarla in un bacino più alto quando la produzione di elettricità supera la domanda. Il passaggio da una all’altra, cioè l’inversione delle macchine, richiede di solito un certo tempo, che può arrivare a decine di minuti. Per aumentare la flessibilità, gli scienziati hanno testato dei "cortocircuiti idraulici", che consentono di far funzionare contemporaneamente il pompaggio e la turbina. "In questo modo, possiamo invertire il flusso istantaneamente, proprio come in una batteria. L’abbiamo sperimentato con successo in diverse centrali elettriche in Europa", afferma entusiasta Mario Paolone.Per ottenere qualche megawatt di potenza, si stanno esplorando diverse strade. "È sempre meglio che dipendere dall’elettricità straniera a carbone", spiega Elena Vagnoni. Si tratta, ad esempio, di aumentare la capacità di stoccaggio installando impianti di pompaggio dove non ce ne sono, di testare microturbine nelle tubature per alimentare una frazione, di studiare la fatica del sistema, di migliorare la gestione dei sedimenti, di digitalizzare le operazioni di monitoraggio e manutenzione e i piani di produzione, di fare una pianificazione più dettagliata o di studiare fenomeni fisici ancora oscuri.
Infine, l’aspetto ambientale rimane altrettanto importante. "Stiamo studiando come rinnovare gli impianti in modo che siano più rispettosi della flora e della fauna e più resistenti agli effetti climatici dell’aumento e della diminuzione dell’acqua", sottolinea il ricercatore.
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