LE CENTRALI ELETTRICHE (a combustibili fossili)
L’ENERGIA ELETTRICA Le fonti di energia, sia quelle non rinnovabili (carbone, petrolio, gas naturale, uranio), che quelle rinnovabili (sole, vento, acqua, geotermia, biomasse), sono utilizzate dall’uomo per la produzione di energia elettrica. L’energia elettrica può essere facilmente trasportata a grandissime distanze e distribuita in modo capillare a un costo modesto e in maniera praticamente istantanea. La produzione di energia elettrica avviene trasformando altre forme di energia, come l’energia chimica dei combustibili, l’energia meccanica delle acque o del vento ecc., con un insieme di macchinari e apparecchiature che costituiscono un impianto elettrico di produzione, detto centrale elettrica.
LA CENTRALE TERMOELETTRICA Una centrale termoelettrica è un impianto che usa i combustibili fossili per produrre energia elettrica. CALDAIA – Il combustibile fossile, stoccato in grandi serbatoi, viene bruciato e sprigiona sotto forma di energia termica tutta la sua energia chimica. SERPENTINA – All’interno della caldaia c’è una tubatura a serpentina nella quale circola acqua che passa allo stato di vapore, ad alta temperatura e pressione, dotato di una grande energia cinetica. TURBINA – Il vapore in pressione giunge alle pale di una turbina, mettendola in movimento: l’energia cinetica viene trasformata in energia meccanica. ALTERNATORE – La turbina trasmette il suo movimento all’alternatore, che trasforma l’energia meccanica trasmessa in energia elettrica.
TRASFORMATORE – L’energia elettrica prodotta dall’alternatore è trasmessa al trasformatore, che ne innalza la tensione prima di immetterla nella rete di distribuzione. CONDENSATORE – Il vapore che esce dalla turbina è riportato allo stato liquido nel condensatore, in modo da essere reintrodotto nella caldaia per iniziare nuovamente il ciclo. CAMINO – I fumi provocati dalla combustione vengono espulsi attraverso il camino, dopo essere stati filtrati per eliminare i residui più inquinanti.
TRASFORMAZIONI DI ENERGIA ENERGIA CHIMICA
•All’interno della caldaia l’energia chimica del combustibile diventa energia termica.
ENERGIA TERMICA
•L’energia termica trasforma l’acqua in vapore, che si muove ad alta velocità, quindi con grande energia cinetica
ENERGIA CINETICA
•L’energia cinetica del vapore fa muovere le pale della turbina, che, a loro volta, mettono in funzione l’alternatore
ENERGIA MECCANICA
•L’energia meccanica prodotta dalle turbine viene trasformata in energia elettrica dall’alternatore.
ENERGIA ELETTRICA
CALDAIA E’ un edificio metallico alto circa 50 m, in cui si trovano molti fasci di tubi che si snodano a serpentina. Da un lato entra il combustibile e i bruciatori producono fiamme potenti che scaldano i tubi bollitori, dove l’acqua che circola all’interno si trasforma in vapore (450 °C) ad alta pressione. Dalla caldaia esce il tubo che va alle turbine, nella cosiddetta sala macchine della centrale.
SALA MACCHINE E’ l’edificio vero e proprio della centrale. All’interno c’è il macchinario rotante, cioè un gruppo «turbina-alternatore». La macchina cilindrica a sinistra è un alternatore da 660 MW, che genera potenza elettrica per una città di 300.000 abitanti. La macchina a destra, con due tubi sopra, è la turbina a vapore che lo tiene in rotazione.
TURBINE Le turbine sono macchine che trasformano l’energia cinetica posseduta da un fluido (acqua corrente o vapore) in energia meccanica, che viene a sua volta trasformata in energia elettrica da un generatore (alternatore), accoppiato all’asse rotante della turbina. Le turbine che sono azionate dall’acqua sono dette turbine idrauliche, quelle azionate dal vapore di una caldaia sono dette turbine a vapore. Turbine a vapore – La turbina possiede un organo fisso, detto distributore e uno mobile, detto girante. La girante è costituita da una serie di grandi ruote metalliche che recano numerose «palette». L’energia cinetica del vapore mette in moto le palette, che, a loro volta, fanno girare l’asse rotante della turbina collegato all’alternatore. La turbina a vapore è divisa in due (o tre) settori: nel primo il vapore arriva ad alta pressione e bastano palette di piccole dimensioni per mettere in moto l’albero rotante; nel settore successivo si sfrutta l’energia cinetica residua del vapore, che, quindi ha bisogno di palette più grandi per mantenere in azione l’albero rotante. Quando il vapore non ha più energia cinetica viene espulso dalla turbina tramite dei condotti di scarico.
ALTERNATORE L’alternatore è un generatore di corrente elettrica. È costituito da due parti fondamentali, una fissa e l’altra rotante, dette rispettivamente statore e rotore, su cui sono disposti avvolgimenti di rame isolati. L’alternatore riesce a trasformare l’energia meccanica di una turbina in energia elettrica a corrente alternata, ad una tensione compresa tra 6000 e 25000 V.
TRASFORMATORE Il trasformatore innalza la tensione della corrente prodotta dall’alternatore (600025000 V) fino a 500000 V (corrente ad alta tensione) perché così è più facilmente trasportabile per mezzo delle linee elettriche degli elettrodotti.
PERCORSO DEI FUMI I fumi che escono dalla caldaia non vanno direttamente alla ciminiera, ma seguono il percorso dei filtri di depurazione: a) il denitrificatore abbatte il 60% degli ossidi di azoto; b) il captatore di polveri, trattiene il 75% delle particelle solide; c) il desolforatore abbatte l’80% dell’anidride solforosa (responsabile delle piogge acide).
Dopo questo procedimento, i fumi che vanno alla ciminiera ed escono nell’atmosfera sono meno inquinanti.
MINITEST 1) Quale differenza c’è tra la corrente alternata e la corrente continua? 2) Se il circuito primario di un trasformatore ha 500 spire e quello secondario 4000 spire, qual è la corrente di uscita se la corrente in ingresso è pari a 800 V? 3) In quale macchina della centrale termoelettrica avviene la trasformazione da energia cinetica ad energia meccanica? 4) Come è strutturata una turbina a vapore? 5) Quali sono le parti del sistema di depurazione dei fumi?