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SONO SERBATOI DI ENERGIA POTENZIALE.
In figura è rappresentato uno schema assolutamente elementare lago - condotta forzata - centrale elettrica. Le soluzioni impiantistiche sono varie e spesso originali e uniche. La centrale può essere dentro la diga, oppure in caverna. La condotta può prendere origine da un canale che si trova affiancato alla diga oppure essere scavata nella montagna, anche per lunghe distanze (in Sardegna se ne trovano alcune di questo tipo). A valle può esserci il fiume che riprende il suo corso, oppure un'altra diga: in questo caso le macchine nella centrale funzionano di giorno come turbine (motori idraulici) e di notte come pompe(*) per riportare il liquido nel lago superiore. Ecc. Ecc.
Le paratoie sono pesanti sportelli d'acciaio che si aprono in caso di pericolo per la diga consentendo il deflusso dell'acqua nell'alveo del fiume. Le dighe hanno anche uno scarico di fondo attraverso il quale è possibile vuotare completamente il lago per poter fare la manutenzione. L'ingresso della condotta forzata è protetto da filtri per evitare il passaggio di corpi estranei che potrebbero rovinare le pale delle turbine; lungo di essa si trovano inoltre una o più valvole "a farfalla" per regolare o annullare la portata e anche uno o più "pozzi piezometrici" (di grande diametro) che hanno la funzione di assorbire eventuali colpi d'ariete e di costituire serbatoi supplementari di rapido impiego. Con tutti gli accorgimenti, le centrali idroelettriche possono entrare in funzione in pochi secondi ed essere collegate alla rete elettrica in pochissimi minuti, sopperendo in tal modo ai carichi di punta nella richiesta di energia.
L'energia a disposizione (salvo le perdite di carico!) è quella potenziale rappresentata dalla differenza di quota fra la superficie del lago e l'asse della turbina e può raggiungere valori di centinaia di metri. All'inverso si trovano impianti con differenze di quota ridotte a pochi metri, ma con portate molto grandi. Tutto ciò si spiega ricordando l'espressione della potenza di una corrente liquida:
Come si vede la potenza dipende da due quantità: la portata q e il carico H; è naturale quindi che esistano due possibilità opposte: grandi e grandissime portate con poco carico e dall'altra parte grandi e grandissimi carichi anche con piccole portate. La prima soluzione può essere sfruttata con grandi fiumi di pianura, la seconda con piccoli fiumi di montagna: è questa la soluzione generale in Italia. Soluzione estrema del primo tipo fu adottata in Francia costruendo una diga sulla riva dell'oceano Atlantico, nella quale si sfrutta la differenza di quota dovuta alla marea.
(*) In Italia oltre il 70 % dell'energia elettrica è prodotta in centrali termiche che non possono essere fermate; le centrali idrauliche vengono "accese" nelle ore di punta. Di conseguenza, di notte, quando cala la domanda di energia elettrica da parte degli utenti "normali", le turbine idrauliche si trasformano in pompe, assorbendo energia elettrica, ma, ricostituendo la riserva di acqua nel lago superiore, producono energia potenziale.
Nonostante tutto l'Italia importa dall'estero (in modo particolare dalla Francia, che la produce in grandi centrali atomiche) gran parte dell'energia elettrica (negli ultimi anni oltre il 20 %).