Usina Elétrica: O que são? (& os tipos de usinas elétricas)
O que é uma Usina de Energia?
Uma usina de energia (também conhecida como estação de energia ou estação geradora de energia) é um local industrial utilizado para a geração e distribuição de energia elétrica em larga escala. Muitas usinas de energia contêm um ou mais geradores, uma máquina rotativa que converte energia mecânica em energia elétrica trifásica (também conhecidos como alternador). O movimento relativo entre um campo magnético e um condutor elétrico cria uma corrente elétrica.
Estas geralmente estão localizadas em regiões suburbanas ou a vários quilômetros das cidades ou dos centros de carga, devido às suas exigências, como grande área de terra e demanda de água, além de várias restrições operacionais, como a disposição de resíduos, etc.
Por essa razão, uma estação geradora de energia não só deve se preocupar com a geração eficiente de energia, mas também com a transmissão dessa energia. É por isso que as usinas de energia são frequentemente acompanhadas por subestações de transformadores. Estas subestações aumentam a tensão de transmissão da energia, o que permite que ela seja transmitida de forma mais eficiente por longas distâncias.
A fonte de energia utilizada para girar o eixo do gerador varia amplamente e depende principalmente do tipo de combustível usado. A escolha do combustível determina o que chamamos de usina de energia, e é assim que os diferentes tipos de usinas de energia são classificadas.
Tipos de Usinas de Energia
Os diferentes tipos de usinas de energia são classificados dependendo do tipo de combustível usado. Para a geração de energia em larga escala, as térmicas, nucleares e hidrelétricas são as mais eficientes. Uma estação geradora de energia pode ser classificada em geral nos três tipos mencionados acima. Vamos examinar esses tipos de estações de energia em detalhes.
Usina Térmica
Uma usina térmica ou usina termelétrica a carvão é, até agora, o método mais convencional de geração de energia elétrica com eficiência relativamente alta. Ela usa carvão como combustível principal para ferver a água disponível e produzir vapor superaquecido para impulsionar a turbina a vapor.
A turbina a vapor é então acoplada mecanicamente ao rotor do alternador, cuja rotação resulta na geração de energia elétrica. Geralmente na Índia, o carvão betuminoso ou o carvão marron são usados como combustível da caldeira, que tem conteúdo volátil variando de 8% a 33% e teor de cinzas de 5% a 16%. Para aumentar a eficiência térmica da usina, o carvão é usado na caldeira em sua forma pulverizada.
Na usina termelétrica a carvão, o vapor é obtido em pressão muito alta dentro da caldeira a vapor pela queima do carvão pulverizado. Este vapor é então superaquecido no superaquecedor a uma temperatura extremamente alta. Este vapor superaquecido é então permitido entrar na turbina, fazendo com que as pás da turbina sejam giradas pela pressão do vapor.
A turbina está acoplada mecanicamente ao alternador de tal maneira que seu rotor girará com a rotação das pás da turbina. Após entrar na turbina, a pressão do vapor cai repentinamente, levando a um aumento correspondente no volume do vapor.
Após ter transferido energia aos rotores da turbina, o vapor é feito para passar pelas pás da turbina para o condensador de vapor da turbina. No condensador, água fria à temperatura ambiente é circulada com a ajuda de uma bomba, o que leva à condensação do vapor úmido de baixa pressão.
Em seguida, esta água condensada é fornecida a um aquecedor de água de baixa pressão, onde o vapor de baixa pressão aumenta a temperatura desta água de alimentação, que é novamente aquecida sob alta pressão. Isso resume a metodologia de funcionamento básica de uma usina termelétrica.
Vantagens das Usinas Térmicas
O combustível usado, ou seja, o carvão, é bastante barato.
O custo inicial é menor em comparação com outras estações geradoras.
Requer menos espaço em comparação com as estações hidroelétricas.
Desvantagens das Usinas Térmicas
Polui a atmosfera devido à produção de fumaça e gases.
O custo operacional da usina é maior do que a usina hidroelétrica.
Usina Nuclear
As usinas nucleares são semelhantes às usinas térmicas em muitos aspectos. No entanto, a exceção aqui é que elementos radioativos, como urânio e tório, são usados como combustível principal em vez de carvão. Além disso, em uma usina nuclear, o forno e a caldeira são substituídos pelo reator nuclear e pelos tubos trocadores de calor.
Para o processo de geração de energia nuclear, os combustíveis radioativos são feitos para sofrer uma reação de fissão dentro dos reatores nucleares. A reação de fissão se propaga como uma reação em cadeia controlada e é acompanhada por uma quantidade sem precedentes de energia produzida, que se manifesta na forma de calor.
Este calor é então transferido para a água presente nos tubos trocadores de calor. Como resultado, vapor superaquecido em temperatura muito alta é produzido. Uma vez concluído o processo de formação de vapor, o processo restante é exatamente o mesmo de uma usina termelétrica, pois este vapor irá impulsionar as pás da turbina para gerar eletricidade.
Usina Hidroelétrica
Nas usinas hidroelétricas, a energia da água em queda é utilizada para impulsionar a turbina, que por sua vez aciona o gerador para produzir eletricidade. A chuva que cai sobre a superfície da Terra tem energia potencial em relação aos oceanos para os quais flui. Esta energia é convertida em trabalho de eixo quando a água cai através de uma distância vertical apreciável. A energia hidráulica, portanto, é uma energia renovável naturalmente disponível dada pela equação:
P = gρ QH
Onde, g = aceleração devida à gravidade = 9,81 m/s²
ρ = densidade da água = 1000 kg/m³
H = altura de queda da água.
Esta energia é utilizada para girar o eixo do alternador, convertendo-a em energia elétrica equivalente.
Um ponto importante a ser notado é que as usinas hidroelétricas têm capacidade muito menor em comparação com seus contrapartes térmicas ou nucleares.
Por essa razão, as usinas hidroelétricas são geralmente usadas em agendamento com usinas térmicas, para atender à carga durante os horários de pico. Elas, de certa forma, auxiliam as usinas térmicas ou nucleares a fornecer energia de forma eficiente durante períodos de horas de pico.
Vantagens das Usinas Hidroelétricas
Não requer combustível, a água é usada para geração de energia elétrica.
É uma geração de energia limpa e clara.
A construção é simples, requer menos manutenção.
Ajuda na irrigação e controle de inundações também.
Desvantagens das Usinas Hidroelétricas
Envolve alto custo de capital devido à construção da barragem.
A disponibilidade de água depende das condições climáticas.
Requer alto custo de transmissão, pois a usina está localizada em áreas montanhosas.
Tipos de Geração de Energia
Como mencionado acima, dependendo do tipo de combustível usado, as estações geradoras de energia bem como os tipos de geração de energia são classificados. Portanto, as 3 principais classificações para a produção de energia em escala relativamente grande são:
Geração de energia térmica
Geração de energia nuclear
Geração de energia hidroelétrica
Além desses principais tipos de geração de energia, podemos recorrer a técnicas de geração em pequena escala também, para atender às demandas discretas. Essas são frequentemente referidas como
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