Le Pelton sono delle ruote munite in periferia di pale a forma di cucchiaio sulle quali incide il getto d'acqua proveniente dalla condotta forzata. Le Francis assomigliano vagamente alle turbine a vapore in quanto il liquido si muove all'interno di un "recipiente" costituito da un rotore munito di pale a forma elicoidale e da uno statore che ha il compito di guidare la vena fluida. La Kaplan è l'opposto dell'elica delle navi, nel senso che ha la sua forma e, stando ferma, viene mossa dall'acqua in moto.
Ciascun tipo di turbina ha un campo di applicazione piuttosto vasto, ma in generale i parametri di scelta sono 1) il salto di quota (e quindi l'energia potenziale) e 2) la portata (e quindi l'energia cinetica). In prima approssimazione la Pelton è da preferire per piccole portate e grandi salti e la Kaplan per l'inverso, cioè piccoli salti e grandi portate; la Francis si inserisce fra le due. Se però nell'impianto ci sono più turbine in parallelo (come spesso accade) le scelte sono assolutamente intercambiabili.
Riprendiamo i parametri di scelta(1):
1) il salto: come si è detto dipende dalla conformazione del terreno; in Italia sono molto diffuse le dighe in montagna, alte e strette che racchiudono laghi relativamente piccoli. In diversi Paesi sono invece diffuse dighe molto lunghe che chiudono ampie distese di superficie. Come tipologia costruttiva ci sono dighe in calcestruzzo senza armatura (dighe a gravità), o anche in calcestruzzo armato (cioè con la struttura in acciaio) ad arco o a vela, ma si costruiscono anche dighe di sola terra; in questo caso la costruzione è sempre relativamente bassa. Esistono anche dighe (una è in Francia, in riva all'Atlantico) sul litorale marino, laddove la differenza di quota fra bassa e alta marea è piuttosto grande; in questo caso si usano le turbine Kaplan le quali ruotano in un verso quando la marea sale (e il lago si riempie) e nel verso opposto quando la marea scende (e il lago si vuota).
2) la portata: in Italia condiziona fortemente la gestione delle dighe in quanto la portata dei fiumi che alimentano i laghi artificiali è spesso limitata e variabile. Da ciò segue che sono possibili almeno tre diverse situazioni di gestione:
A) portata costante: è questa ovviamente la situazione più facile da gestire. Scelta la macchina adeguata al salto e alla portata a disposizione (tutta quella del fiume o una sua parte fissa), la turbina può funzionare a regime permanente giorno e notte. L'investimento finanziario per l'impianto è ben presto coperto dalla produzione di energia elettrica pulita.
B) portata poco variabile: in questo caso si possono scegliere diverse tipologie di impianto. Una potrebbe essere di dimensionare le turbine in funzione della portata minima, buttando via (scaricando a mare o per altri usi) l'acqua in eccesso degli altri periodi; un'altra potrebbe essere quella di avere più turbine in parallelo, da far funzionare tutte nei periodi di massima portata e mettendole a riposo a turno negli altri periodi. In questo secondo modo l'impianto produrrebbe sempre la massima energia disponibile, ma l'investimento finanziario non sarebbe sempre pienamente coperto(2).
C) portata molto variabile: per semplicità riferiamoci alla situazione in Sardegna. La piovosità è limitata in assoluto ma anche concentrata in 4 - 5 mesi, per cui gli impianti idroelettrici soffrono di due caratteristiche negative: 1) i laghi dovrebbero essere molto grandi per accumulare le acque di piena, e non sempre ciò è possibile, per cui una gran parte dell'acqua spesso deve essere scaricata in mare; 2) man mano che l'acqua viene utilizzata il livello nel lago diminuisce, perché non più reintegrato dai fiumi, e diminuisce l'energia a disposizione e di conseguenza anche il rendimento, fisico e finanziario, dell'impianto(3).

LO SCARICO A MARE

Lo scarico delle acque in eccedenza si effettua essenzialmente in tre modi:
1) canali laterali rispetto alla diga che ricevono le acque di piena portandole lontano dalla struttura sino a rimetterle nell'alveo naturale del fiume.
2) paratoie (grandi sprotelli) mobili, a comando manuale o meccanico o ancora automatiche, disposte nella parte più alta della struttura, utilizzate per far defluire l'acqua in eccesso in modo rapido. Anche in questo caso il liquido deve essere guidato attraverso opportuni scivoli lontano dalla diga, e in particolare dal suo piede.
3) scarico di fondo che viene utilizzato quando la diga deve essere vuotata per effettuare su di essa le operazioni di manutenzione.

LA MANUTENZIONE