Come si carica la gigantesca batteria africana

Dal corrispondente di “Svegliatevi!” nella Repubblica Sudafricana

VI MERAVIGLIEREBBE sapere che esiste una batteria o un accumulatore così potente da soddisfare il fabbisogno elettrico di una grande città? E che, cosa ancora più sorprendente, “sovraccaricando” questa batteria si provvede al fabbisogno idrico di una zona industriale? Ovviamente un simile impianto non è mobile per cui, se vogliamo dargli un’occhiata, dobbiamo recarci nella pittoresca zona dei Monti dei Draghi o Drakensberg, vicino alla frontiera fra Lesotho e Repubblica Sudafricana.

Il nostro punto di osservazione è all’estremità della Grande Scarpata africana, a un’altezza di oltre 3.000 metri. L’aria è frizzante e lo spettacolo tale da mozzare il fiato. Dietro di noi abbiamo un vasto altopiano centrale che si estende verso l’interno del paese. Da un lato il Tugela precipita oltre la scarpata nelle verdi colline pedemontane: quello che all’inizio è un semplice ruscello diviene ben presto un grande fiume.

Guardando in basso dalla scarpata dei Monti dei Draghi, notiamo due linee elettriche. Non sono collegate con una centrale elettrica che vomita fumo nell’aria; queste linee elettriche invece finiscono bruscamente nella parete rocciosa di una collina pedemontana. Circa 400 metri più su delle linee elettriche e al di là della cresta di un colle c’è un grande lago artificiale. A circa cinque chilometri c’è un altro lago artificiale situato a un livello molto più basso. Stranamente i livelli di questi laghi artificiali cambiano di continuo. Non sono mai pieni o vuoti nello stesso tempo. E le loro fluttuazioni si possono prevedere di settimana in settimana. Il venerdì pomeriggio potete stare certi che quello inferiore è pieno, ma il lunedì l’acqua non c’è più e il bacino superiore è pieno fin quasi a traboccare!

Nel sottosuolo è nascosta una rete di gallerie e pozzi che collegano i due bacini. Le gallerie collegano quattro grandi macchine che funzionano o come pompe o come turbine per generare elettricità. Devono essere pompati ventisei milioni di metri cubi d’acqua per riempire il bacino superiore. Si può paragonare a una grande batteria che provvede non solo elettricità ma anche acqua all’arido altopiano. Si chiama “Impianto di accumulazione di energia tramite pompaggio” dei Monti dei Draghi.

I vantaggi superano i costi del pompaggio

Le batterie sono utili, ma di solito costano e ci vuole tempo per ricaricarle. Ci vuole elettricità anche per pompare l’acqua nel bacino idrico superiore, che impiega più di 35 ore per riempirsi. A questo si provvede nei fine settimana e di notte, sfruttando l’energia eccedente nelle ore di scarso carico.

Al presente il fabbisogno di elettricità della Repubblica Sudafricana viene soddisfatto principalmente da centrali elettriche che utilizzano l’energia fornita dal carbone, con una potenza di circa 19.000 megawatt. I megawatt extra accumulati nell’impianto dei Monti dei Draghi sono quindi un gradito supplemento nei periodi di emergenza o quando la domanda è forte. Si registra un enorme consumo di elettricità quando si preparano i pasti a mezzogiorno e nelle prime ore della serata.

Il funzionamento di un’ulteriore centrale elettrica che utilizza l’energia fornita dal carbone è costoso e per di più inquina l’aria. Ci vogliono anche parecchie ore per raggiungere la piena potenza di regime dall’avviamento. Le controverse centrali nucleari funzionano a potenza fissa, per cui risulta uno spreco di elettricità nelle ore di scarso carico. Con gli impianti di accumulazione di energia tramite pompaggio ci vogliono circa tre ore di pompaggio per avere due ore di elettricità. Ne vale la pena?

“Nonostante il basso rendimento in termini di energia pura”, dichiara un’enciclopedia (Encyclopædia Britannica), “tali impianti sono molto efficienti in pratica perché consentono l’impiego nelle ore di scarso carico di energia che altrimenti andrebbe sciupata”. L’impiego della potenza di generazione in eccesso e la trasformazione in energia quando occorre si può paragonare all’acquisto di azioni quando sono abbondanti e a buon mercato e alla proficua rivendita d’esse quando c’è forte richiesta.

L’impianto di accumulazione di energia tramite pompaggio dei Monti dei Draghi ha un ulteriore vantaggio: provvedere acqua a un’industria nazionale in espansione. Sono incluse le miniere d’oro, una delle maggiori fonti di reddito della Repubblica Sudafricana. Si estrae più oro qui che in tutte le altre parti del mondo messe insieme. È necessaria una sufficiente quantità d’acqua, indipendentemente dal costo. Nei fine settimana, quando il bacino superiore dell’impianto viene riempito, il pompaggio continua per altre dieci ore. Così milioni di metri cubi d’acqua vengono trasferiti settimanalmente dal bacino inferiore del Tugela al bacino del Vaal situato molto più in alto. Una piccola spesa in paragone con l’alto prezzo dell’oro!

Come funziona?

L’acqua del Tugela viene incanalata nel bacino inferiore di Kilburn, da dove viene pompata su nel cuore della montagna per riempire il bacino superiore di Driekloof. Quando è pieno, questo bacino superiore trabocca in un altro. È il bacino idrico più grande della Repubblica Sudafricana, e, quando sarà terminato, avrà una delle più grandi dighe in terra del mondo.

A intervalli settimanali regolari, quando la richiesta di elettricità è al massimo, il processo di pompaggio viene invertito. Si stacca la “spina” del bacino superiore. Mentre l’acqua precipita, le gigantesche pompe diventano turbine, avendo la capacità di generare 1.000 megawatt in meno di tre minuti primi. Se necessario, si può continuare a generare energia per 27 ore e mezzo prima che la batteria abbia bisogno d’essere ricaricata. In altre parole, il bacino superiore dev’essere nuovamente riempito. (Vedi figure qui sotto).

La centrale in caverna

Le quattro pompe-turbine reversibili sono sepolte a più di cento metri sotto la superficie del monte in una cavità scavata nella roccia. Questa grande caverna ha un volume pari a quello di un isolato di 13 piani con 77 appartamenti con due camere da letto per piano! Da una parte e dall’altra d’essa vi sono altre due grandi caverne che ospitano le valvole per regolare il riflusso dell’acqua e i trasformatori che convertono l’energia generata nel richiesto livello di trasmissione.

Ciascuna pompa-turbina può generare un massimo di 270 megawatt, l’equivalente di oltre 360.000 cavalli vapore, molto più della quantità di elettricità usata dal confinante stato del Lesotho. Sia quando pompano che quando generano elettricità, queste macchine gigantesche ruotano a 375 giri al minuto.

Le gallerie adduttrici rivestite di cemento hanno un diametro di sei metri. Prima di raggiungere il bacino inferiore si uniscono, formando una galleria ancora più grande. L’acqua vi scorre a fortissima velocità, raggiungendo circa 200 chilometri orari. Tutto questo avviene lontano dagli occhi, sotto il verde manto ondeggiante delle colline pedemontane dei Monti dei Draghi.

Da quando l’impianto di accumulazione di energia tramite pompaggio che si trova presso Zurigo, in Svizzera — il primo nel mondo — entrò in funzione nel 1892, l’apprezzamento per il valore di questo tipo di impianti è cresciuto. Pur essendo un ottimo metodo per accumulare energia, questi impianti non producono energia. Centrali elettriche situate in altri punti devono fornire la spinta per mettere in moto le pompe che solleveranno l’acqua. Solo quando l’acqua ricade, l’energia idraulica accumulata si trasforma in energia meccanica sull’albero motore per azionare i generatori, producendo nuovamente energia elettrica.

[Cartina/Immagine a pagina 17]

(Per la corretta impaginazione, vedi l’edizione stampata)

Driekloof

Stazione di generazione e pompaggio

Kilburn

[Immagine a pagina 18]

In funzione di generatore

Bacino di Driekloof

Bacino di Kilburn

[Immagine a pagina 18]

In funzione di pompa

Bacino di Driekloof

Bacino di Kilburn