Energia idroelettrica
L'energia idroelettrica è quel tipo di energia che sfrutta la trasformazione dell'energia potenziale gravitazionale (posseduta da masse d'acqua in quota) in energia cinetica nel superamento di un dislivello, la quale energia cinetica viene trasformata, grazie ad un alternatore accoppiato ad una turbina, in energia elettrica.
L'energia idroelettrica viene ricavata dal corso di fiumi e di laghi grazie alla creazione di dighe e di condotte forzate. Esistono vari tipi di diga: nelle centrali a salto si sfruttano grandi altezze di caduta disponibili nelle regioni montane. Nelle centrali ad acqua fluente si utilizzano invece grandi masse di acqua fluviale che superano piccoli dislivelli; per far questo però il fiume deve avere una portata considerevole e un regime costante.
L'acqua di un lago o di un bacino artificiale viene convogliata, attraverso condutture forzate, a valle trasformando così la sua energia potenziale in energia di pressione e cinetica grazie al distributore e alla turbina. L'energia cinetica viene poi trasformata attraverso il generatore elettrico, grazie al fenomeno dell'induzione elettromagnetica, in energia elettrica.
Per centrale idroelettrica si intende una serie di opere di ingegneria idraulica posizionate in una certa successione, accoppiate ad una serie di macchinari idonei allo scopo di ottenere la produzione di energia elettrica da masse di acqua in movimento.
L'acqua viene convogliata in una o più turbine che ruotano grazie alla spinta dell'acqua. Ogni turbina è accoppiata a un alternatore che trasforma il movimento di rotazione in energia elettrica.
La velocità impressa dall'acqua alle turbine viene generata attraverso una differenza di quota, detta "salto", che si traduce in pressione idrodinamica alla quota in cui sono posizionate le turbine. In genere viene creato un lago artificiale per mezzo dello sbarramento di una gola fluviale con una diga. Da questo bacino l'acqua viene convogliata in una condotta forzata fino alle turbine, alle cui pale trasferisce l'energia cinetica.
Antesignane delle turbine idrauliche moderne sono le ruote idrauliche, di concezione antica, e divenute di grande uso a partire dal XVII secolo in concomitanza del passaggio dalla fase artigianale a quella industriale della produzione. Le ruote idrauliche, tuttavia, essendo basate quasi esclusivamente sullo sfruttamento dell'energia potenziale, non potevano fornire grandi potenze a causa della bassa altezza di caduta dell'acqua (nel caso di ruote da sotto) e delle limitate dimensioni delle camere (ruote da sopra). Un passo decisivo, che costituisce la nascita delle turbine moderne, fu lo sfruttamento dell'energia cinetica, realizzato con le turbine di tipo Pelton XIX secolo, in cui opportuni sistemi rendono l'acqua in ingresso alla turbina a velocità elevate in modo da sfruttare, in termini di quantità di moto, la velocità di ingresso piuttosto che la portata. Tuttavia, per ottenere le velocità desiderate, vi era la necessità di disporre di prevalenze, o altezze di caduta, molto rilevanti, cosa spesso difficile data la configurazione dei siti, e che obbligava alla costruzione di bacini artificiali alquanto costosi. Verso l'inizio del XX secolo si svilupparono così turbine per basse altezze di caduta, le Francis, adatte sia a bacini a bassa altitudine che all'installazione in corsi d'acqua, previa costruzione di sbarramenti di (relativamente) pochi metri d'altezza, contro le decine o centinaia necessari per le Pelton. Si svilupparono infine le turbine di tipo Kaplan, adatte a altezze di pochissimi metri (2 - 3), sostanzialmente delle eliche intubate.
Oggi le ruote idrauliche sono praticamente scomparse dall'uso pratico, e le turbine idrauliche sono usate nella grande maggioranza dei casi per la produzione (tramite generatori azionati dalle turbine stesse) di energia elettrica. I tipi Pelton, Francis e Kaplan costituiscono la maggioranza delle installazioni, ciascuno secondo le proprie caratteristiche di esercizio.