Energia elettrica: il viaggio dalle centrali alle utenze

Le centrali elettriche vengono costruite in luoghi ben precisi, che possono essere anche molto distanti dai centri di utilizzazione. Per questa ragione, l’energia elettrica deve “viaggiare”, e per fare ciò sfrutta quello che viene generalmente chiamato sistema elettrico, ovvero l’insieme di tutte le macchine, apparecchiature e linee destinate alla alla trasmissione e alla distribuzione dell’energia elettrica fino alle utenze.

Produzione di energia elettrica

L’energia elettrica viene prodotta, per la maggior parte, in centrali di grande potenza (fino ad alcune migliaia di MW). La produzione avviene in corrente alternata per mezzo di generatori sincroni trifase in media tensione (MT: 3-30 kV). Per permettere il trasporto dell’energia elettrica per lunghe distanze contenendo le perdite associate alla trasmissione, il livello di tensione viene successivamente aumentato attraverso dei trasformatori (trasformatori elevatori di centrale, o Step-up Transformers).

La necessità dell’innalzamento di tensione

Considerando l’espressione della potenza apparente (N=3VI), risulta evidente come, a parità di potenza N, maggiore è la tensione V minore sarà la corrente elettrica I. L’innalzamento di tensione, dunque, ha lo scopo di limitare il valore della corrente a parità di potenza elettrica. In particolare, l’obiettivo è quello di contenere le cadute di tensione, le perdite di potenza attiva e i consumi di potenza reattiva. I rendimenti di trasmissione, in questo modo, raggiungono valori dell’ordine del 96-97%.

Trasmissione dell’energia elettrica: le linee di altissima tensione

L’energia elettrica prodotta dalle centrali di grande potenza, dunque, viene  trasformata in altissima tensione (AAT, in Italia: 220 kV / 380 kV) attraverso i trasformatori elevatori di centrale e viene poi immessa nella rete di trasmissione nazionale (RTN). Le reti esercite a 380 kV e 220 kV rappresentano la struttura principale del sistema elettrico. Queste ultime, infatti, hanno il compito di trasportare grandi quantità di energia elettrica su grandi distanze. In Italia, le reti di trasmissione ad altissima tensione sono gestite da Terna, che svolge il ruolo di unico Trasmission System Operator (TSO). La maggior parte della rete AAT è costituita da:

• 19.000 km di linee aeree
• una piccola percentuale di cavi interrati (500 km circa).

Sono inoltre presenti due linee in cavo sottomarino in corrente continua, per un totale di 1.400 km.

Le linee di alta tensione

La RTN presenta in realtà tre livelli di tensione aggiuntivi (150 kV, 132 kV, 60 kV) riservati alle reti di sub – trasmissione ad alta tensione. Le reti AT hanno un’estensione di tipo regionale e consentono di rendere la distribuzione dell’energia elettrica capillare sul territorio. La rete di sub – trasmissione ad AT (< 150 kV) è molto estesa, ed è costituita da:

• 44.000 km di linee aeree
• 1.300 km di linee in cavo interrato
• 70 km di linee in cavo sottomarino.

Oltre alle linee elettriche, il sistema elettrico di trasmissione è costituito da circa 870 stazioni di trasformazione AAT/AT. Queste stazioni, visto il basso rapporto di trasformazione, sono solitamente realizzate attraverso autotrasformatori.

La rete di distribuzione dell’energia elettrica

Le reti di sub – trasmissione ad alta tensione alimentano le reti di distribuzione pubblica a media tensione attraverso cabine di trasformazione AT/MT (cabine primarie). Le reti di distribuzione pubblica a MT sono costituite da:

• linee aeree (prevalentemente nelle zone rurali)
• cavi interrati.

Queste reti alimentano alcuni grandi utilizzatori (ad esempio utenze industriali che assorbono potenze fino a una decina di MW). Inoltre, dalle reti MT a media tensione si diramano le reti di distribuzione a bassa tensione. Entrambe le reti di distribuzione (sia di media che di bassa tensione) non sono gestite da un unico ente come nel caso delle reti di trasmissione. A livello nazionale sono presenti vari Distribution System Operators (DSO) che operano su concessione.

L’alimentazione delle utenze civili

Il collegamento tra la rete a MT e quella a BT è realizzato attraverso stazioni di trasformazione MT/BT (cabine secondarie). Le reti di distribuzione pubblica a BT (230 V / 400 V) forniscono l’energia elettrica alle utenze civili, al settore terziario e ai piccoli impianti industriali. Questi ultimi, in particolare, sono alimentati in basse tensione se hanno valori di potenza richiesta fino a 100-200 kW.

Interscambio con l’estero ed energie rinnovabili

L’interscambio con l’estero avviene attraverso la rete di trasmissione nazionale, collegata per mezzo di linee di interconnessione AAT/AT ai sistemi elettrici dei paesi confinanti. Per quanto riguarda gli impianti di produzione da fonte rinnovabile, i generatori eolici vengono collegati per la maggior parte sulle reti di sub – trasmissione AT. Gli impianti fotovoltaici, invece, sono generalmente connessi alle reti a media e a bassa tensione.