Centrale elettrica: Cos'è? (& i tipi di centrali elettriche)
Cos'è una centrale elettrica?
Una centrale elettrica (nota anche come stazione di produzione elettrica o stazione generatrice di energia elettrica), è un luogo industriale utilizzato per la generazione e la distribuzione di energia elettrica su larga scala. Molte centrali elettriche contengono uno o più generatori, una macchina rotante che converte l'energia meccanica in energia elettrica trifase (questi sono anche noti come alternatori). Il movimento relativo tra un campo magnetico e un conduttore elettrico genera una corrente elettrica.
Queste sono generalmente situate in zone sub-urbane o a diversi chilometri dalle città o dai centri di carico, a causa delle esigenze come la grande quantità di terreno e acqua, nonché di diverse limitazioni operative come lo smaltimento dei rifiuti, ecc.
Per questo motivo, una stazione di produzione elettrica deve non solo preoccuparsi della generazione efficiente di energia, ma anche della sua trasmissione. Per questo motivo, le centrali elettriche sono spesso accompagnate da stazioni di commutazione di trasformatori. Queste stazioni aumentano la tensione di trasmissione dell'energia, il che permette di trasmetterla in modo più efficiente su lunghe distanze.
La fonte di energia utilizzata per far ruotare l'albero del generatore varia ampiamente e dipende principalmente dal tipo di combustibile utilizzato. La scelta del combustibile determina ciò che chiamiamo la centrale elettrica, ed è così che vengono classificate le varie tipologie di centrali elettriche.
Tipi di centrali elettriche
I diversi tipi di centrali elettriche sono classificati in base al tipo di combustibile utilizzato. A scopo di generazione di energia elettrica su larga scala, le termoelettriche, nucleari e idroelettriche sono le più efficienti. Una stazione di produzione elettrica può essere classificata in larghe linee nei tre tipi sopra menzionati. Esaminiamo questi tipi di stazioni elettriche in dettaglio.
Centrale termoelettrica
Una centrale termoelettrica o una centrale termoelettrica a carbone è, fino ad oggi, il metodo più convenzionale per generare energia elettrica con un'efficienza ragionevolmente elevata. Utilizza il carbone come combustibile primario per bollire l'acqua disponibile a vapore surriscaldato per azionare la turbina a vapore.
La turbina a vapore è poi accoppiata meccanicamente al rotore dell'alternatore, la cui rotazione genera l'energia elettrica. In genere in India, viene utilizzato come combustibile del boiler il carbone bituminoso o bruno, che ha un contenuto volatile compreso tra l'8% e il 33% e un contenuto di cenere compreso tra il 5% e il 16%. Per migliorare l'efficienza termica della centrale, il carbone viene utilizzato nel boiler in forma polverizzata.
Nella centrale termoelettrica a carbone, il vapore viene ottenuto a pressione molto alta all'interno del boiler a vapore bruciando il carbone polverizzato. Questo vapore viene poi surriscaldato nel super riscaldatore a temperature estremamente elevate. Questo vapore surriscaldato viene quindi fatto entrare nella turbina, facendo ruotare le pale della turbina a causa della pressione del vapore.
La turbina è accoppiata meccanicamente all'alternatore in modo che il suo rotore si muova con la rotazione delle pale della turbina. Dopo essere entrato nella turbina, la pressione del vapore diminuisce improvvisamente, causando un aumento corrispondente del volume del vapore.
Dopo aver fornito energia ai rotori della turbina, il vapore viene fatto passare fuori dalle pale della turbina nel condensatore di vapore della turbina. Nel condensatore, l'acqua fredda alla temperatura ambiente viene circolata con l'aiuto di una pompa, il che porta alla condensazione del vapore umido a bassa pressione.
Questa acqua condensata viene poi ulteriormente fornita al riscaldatore d'acqua a bassa pressione, dove il vapore a bassa pressione aumenta la temperatura di questa acqua di alimentazione, che viene nuovamente riscaldata ad alta pressione. Questo descrive la metodologia di base del funzionamento di una centrale termoelettrica.
Vantaggi delle centrali termoelettriche
Il combustibile utilizzato, ovvero il carbone, è abbastanza economico.
Il costo iniziale è inferiore rispetto ad altre stazioni di produzione.
Richiede meno spazio rispetto alle centrali idroelettriche.
Svantaggi delle centrali termoelettriche
Inquina l'atmosfera a causa della produzione di fumo e gas.
Il costo di esercizio della centrale elettrica è maggiore rispetto a quella idroelettrica.
Centrale nucleare
Le centrali nucleari sono simili alle centrali termoelettriche in molti modi. Tuttavia, l'eccezione qui è che elementi radioattivi come uranio e torio vengono utilizzati come combustibile primario al posto del carbone. Inoltre, in una centrale nucleare, il forno e il boiler sono sostituiti dal reattore nucleare e dai tubi scambiatori di calore.
Per il processo di generazione di energia nucleare, i combustibili radioattivi vengono fatti sottostare a una reazione di fissione all'interno dei reattori nucleari. La reazione di fissione, si propaga come una reazione a catena controllata e viene accompagnata da un'energia prodotta senza precedenti, manifestata sotto forma di calore.
Questo calore viene poi trasferito all'acqua presente nei tubi scambiatori di calore. Come risultato, viene prodotto vapore surriscaldato a temperature molto elevate. Una volta completato il processo di formazione del vapore, il processo rimanente è esattamente simile a quello di una centrale termoelettrica, poiché questo vapore farà ruotare ulteriormente le pale della turbina per generare elettricità.
Centrale idroelettrica
Nelle centrali idroelettriche, l'energia dell'acqua in caduta viene utilizzata per far ruotare la turbina, che a sua volta fa girare il generatore per produrre elettricità. La pioggia che cade sulla superficie terrestre ha un'energia potenziale rispetto agli oceani verso cui scorre. Questa energia viene convertita in lavoro assiale quando l'acqua cade attraverso un'apprezzabile distanza verticale. L'energia idraulica è, quindi, un'energia rinnovabile naturalmente disponibile data dall'equazione:
P = gρ QH
Dove, g = accelerazione dovuta alla gravità = 9,81 m/sec 2
ρ = densità dell'acqua = 1000 kg/m3
H = altezza di caduta dell'acqua.
Questo potere viene utilizzato per far ruotare l'albero dell'alternatore, per convertirlo in energia elettrica equivalente.
Un punto importante da notare è che le centrali idroelettriche hanno una capacità molto inferiore rispetto alle loro controparti termiche o nucleari.
Per questo motivo, le centrali idroelettriche vengono generalmente utilizzate in programma con le centrali termiche, per servire il carico durante gli orari di punta. In un certo senso, assistono la centrale termica o nucleare a fornire energia in modo efficiente durante i periodi di orari di punta.
Vantaggi delle centrali idroelettriche
Non richiede combustibile, l'acqua viene utilizzata per la generazione di energia elettrica.
È un'energia pulita e pulita.
La costruzione è semplice, richiede meno manutenzione.
Aiuta anche nell'irrigazione e nel controllo delle inondazioni.
Svantaggi delle centrali idroelettriche
Comporta un costo iniziale elevato a causa della costruzione della diga.
La disponibilità dell'acqua dipende dalle condizioni meteorologiche.
Richiede un costo di trasmissione elevato poiché la centrale si trova in aree montuose.
Tipi di generazione di energia elettrica
Come menzionato in precedenza, a seconda del tipo di combustibile utilizzato, le stazioni di produzione elettrica e i tipi di generazione di energia elettrica vengono classificati. Pertanto, le 3 principali classificazioni per la produzione di energia su larga scala sono:
Generazione termica
