I diversi tipi di centrale elettrica

Le centrali elettriche sono impianti ove si produce energia elettrica che poi verrà distribuita verso le aziende e le vostre case. Ve ne sono di diverso tipo a seconda del tipo di energia originale, ma tutte hanno in comune tre dispositivi:

1. l’alternatore: un macchinario che produce energia elettrica alternata
2. il trasformatore: un macchinario che trasforma l’elettricità in modo da poter essere trasmessa lungo i cavi e tralicci elettrici.
3. la rete di distribuzione: che inizia dalla centrale.

Per distribuire l’elettricità occorre ridurre la possibilità che si disperda lungo la strada tanto da non far arrivare nulla al termine del suo percorso e per far ciò è necessario fare due cose:

1. elevare la tensione della corrente elettrica (la tensione viene portata a 10.000 Volt)
2. trasportare corrente elettrica in forma alternata (la tensione ha valore non costante ma che cambia periodicamente nel tempo).

Tutte le centrali elettriche producono subito energia elettrica alternata, solo quella fotovoltaica produce elettricità continua che deve essere modificata in alternata con un dispositivo detto INVERTER.

Alla base della produzione di energia alternata vi è la TURBINA che è una macchina che è capace di trasformare il moto rettilineo in rotatorio. Nelle centrali eoliche la turbina è proprio l’aerogeneratore. Nelle centrali idroelettriche le turbine trasformano il moto rettilineo dell’acqua in moto rotatorio.  Nelle centrali termiche ci sono le turbine a vapore che sfruttano il vapore ad alta pressione ottenuto dal riscaldamento dell’acqua. Il riscaldamento dell’acqua è ottenuto bruciando combustibile fossile, come il petrolio o il carbone. Nelle centrali nucleari il riscaldamento proviene dalla reazione di fissione nucleare.

Le Centrali Termoelettriche.

E’ il tipo di centrale più diffusa in Italia, un combustibile fossile (petrolio per esempio) viene bruciato per produrre calore ad alta temperatura con cui si riscalda una caldaia contenente acqua. Il vapore è usato per azionare una turbina a vapore che ruotando mette in funzione un alternatore che produce elettricità alternata. Un trasformatore eleva la tensione della corrente elettrica che viene poi inviata sull’elettrodotto.

1. Bruciatore: il petrolio viene bruciato per produrre calore
2. Caldaia: il calore surriscalda l’acqua contenuta in una caldaia
3. Turbina: l’acqua produce vapore che è spinto in una turbina e la turbina si mette a ruotare sotto la spinta del vapore
4. Albero: la turbina è calettata sull’asse (albero) di un alternatore
5. Alternatore: l’alternatore ruotando produce corrente elettrica alternata
6. Trasformatore: la corrente è inviata ad un trasformatore che la porta ad elevata tensione
7. Elettrodotto: la corrente è inviata all’elettrodotto.

Ognuna di queste macchine ha un suo proprio rendimento (efficienza) nel senso che ognuna restituisce una porzione più o meno elevata dell’energia che usa ma in altra forma. L’alternatore riceve energia meccanica rotatoria e restituisce una parte in energia elettrica (il resto è dispersa in calore ed altre forme di energia). Se ogni macchina restituisce solo una parte dell’energia che gli è data,  alla fine le 7 conversioni di energia hanno un rendimento complessivo basso.

Le centrali idroelettriche.

Qui la turbina non agisce sul vapore di acqua surriscaldata, ma sul moto di un corso d’acqua o di acqua in una condotta forzata.

Per avere molta produzione si fa in modo da raccogliere l’acqua di un fiume in un bacino con una  diga e poi la si indirizza in una condotta che la trasporta a valle superando un forte dislivello. Più è alto il dislivello maggiore è la pressione e velocità dell’acqua (l’energia potenziale è maggiore se il bacino è posto molto in alto).

Le turbine che si impiegano possono essere di diversi tipi: Kaplan, Pelton e Francis. A seconda del dislivello le pale della turbina sono diverse per funzionare meglio sotto un getto piccolo a forte pressione o un getto maggiore con acqua a pressione minore.

Le turbine Pelton sono adatte per gewtti d’acqua a forte pressione (forti dislivelli fino a 2000 metri), hanno molte pale piccole. Le turbine Kaplan sono adatte, al contrario, per flussi d’acqua lenta ma di grande portata ed hanno poche pale ampie (salti d’acqua di 10-40 metri). Anche qui la turbina è calettata sull’alternatore che produce corrente elettrica alternata la cui tensione viene elevata dal trasformatore prima di inviarla all’elettrodotto.

Sistema elettrico integrato.

Le reti di distribuzione elettriche di tutta Europa sono collegate fra loro in in SISTEMA INTEGRATO in modo da compensare eventuali cali di potenza locali o di sfruttare eccessi di produzione. Ove è prodotta più energia si effettua un invio verso altre zone con minore produzione. Le reti di distribuzione posseggono anche dei sistemi di accumulo di energia, anche in forme diverse da quella elettrica. In tal modo questa energia accumulata può essere utilizzata in altri momenti. Un modo di accumulare energia è quello di trasportare in alto l’acqua in modo da poi farla ricadere sulla turbina quando serve, queste stazioni sono dette “di pompaggio“.  Altre centrali hanno una produzione costante di energia (per esempio quelle nucleari che non possono essere spente facilmente)  per cui, quando si ha basso consumo (di notte o d’estate) si dirotta l’elettricità verso stazioni di accumulo / pompaggio o verso altre nazioni.

Le centrali Eoliche.

L’energia posseduta dal vento si può ritenere inesauribile perché legata all’azione del sole sull’atmosfera: l’aria riscaldata tende ad espandere ed a salire in alto ed al suo posto arriva aria fredda generando un vortice di vento.

L’energia del vento è incostante, dunque, i flussi del vento cambiano con il meteo, tra giorno e notte, nelle diverse stagioni, e pertanto è possibile utilizzare direttamente l’ettricità prodotto o immetterla in rete in modo che quando ne abbiamo di più la vendiamo e se ne abbiamo poca la ricompriamo.

L’aerogeneratore ( o pala eolica) è costituito da

1. una torre, ancorata a terra su una
2. fondazione,
3. e da un rotore posto in cima alla stessa torre.

Il rotore è un insieme di componenti:

1. le pale che raccolgono il flusso del vento,
2. la navicella,
3. il mozzo,
4. l’albero motore,
5. il generatore ,
6. i collegamenti elettrici.

Esiste un rapporto tra dimensione delle pale ed energia sviluppata: più lunga è la pala maggiore è l’energia prodotta.