Centrale elettrica
Come funziona una centrale elettrica?
Una centrale elettrica ha il compito di trasformare una fonte di energia primaria che si trova disponibile in natura in una forma di energia secondaria, in particolare energia elettrica.
L'energia elettrica è ormai essenziale nella nostra vita quotidiana. Gran parte delle nostre azioni di ogni giorno dipendono infatti oramai dalla disponibilità di questa fonte di energia che non si trova però direttamente prelevabile in natura bensì deve essere trasformata a partire da una fonte di energia primaria. Pensiamo ad esempio a quanto importante sia l'energia elettrica per l'illuminazione, il riscaldamento, la salute, la comunicazione…
La centrale elettrica è il luogo in cui avviene questa trasformazione di energia: essa può essere più o meno complessa nella sua forma ma in ogni caso è possibile individuare uno schema di base con alcuni dispositivi che si trovano in ogni centrale elettrica esistente ed hanno un ben preciso compito.
I principali tipi di centrali elettriche esistenti sono:
- Eoliche
- Geotermiche
- Termoelettriche
- Nucleari
- Solari
- Idroelettriche
In tutte queste centrali ad eccezione di quella di tipo solare, la produzione di elettricità è assicurata dalla presenza di un alternatore (o generatore) cioè di un dispositivo capace di trasformare energia meccanica, specialmente sotto forma di energia cinetica, in energia elettrica sfruttando il fenomeno dell'induzione elettromagnetica e regolata dalla legge di Faraday Neumann Lenz.
Ogni alternatore deve essere collegato ed accoppiato a una turbina che ne assicura il movimento rotatorio venendo a contatto con un fluido in moto. La turbina viene messa in movimento e tale movimento rotatorio viene sfruttato per far ruotare delle bobine attraverso grossi magneti e quindi creare corrente alternata nell'alternatore.
Nelle centrali idroelettriche la turbina è messa in rotazione dal movimento dell'acqua per cui è direttamente sfruttata la presenza di cascate o dighe in cui il dislivello a cui si trova naturalmente il bacino d'acqua fa si che l'acqua venga incanalata in percorsi particolari tali da mettere in funzionamento l'alternatore.
Nelle centrali geotermiche, termoelettriche e nucleari invece si fruttano rispettivamente il calore della Terra, il calore sprigionato bruciando combustibili fossili come gas e petrolio o l'energia proveniente dalla fissione nucleare di atomi come plutonio o uranio per riscaldare l'acqua trasformarla in vapore e sfruttarne il movimento per mettere in moto le turbine dell'alternatore.
Infine nelle centrali eoliche è sfruttato il movimento delle pale messe in rotazione dal vento e collegate direttamente all'alternatore.
Infine elemento essenziale presente in ogni centrale elettrica è il trasformatore; sappiamo infatti che la potenza dissipata per effetto Joule da un conduttore percorso da corrente è proporzionale al quadrato della corrente (P = V∙i2) e quindi immettendo nelle linee elettriche per il trasporto una corrente elevata equivarrebbe a dissiparne un gran quantitativo sotto forma di calore dopo pochi km di lunghezza.
Il trasformatore ha l'obiettivo dunque di ridurre l'intensità di corrente elettrica a valori molto bassi aumentando allo stesso tempo il valore della tensione (linee alta tensione) facendo rimanere costante la potenza (P=V∙i, tensione e corrente sono inversamente proporzionali).
Un trasformatore è costituito da anello con due diversi avvolgimenti costituenti il circuito primario e secondario. In particolare se N2 > N1 allora si avranno trasformatori elevatori che hanno l'obiettivo di fornire in uscita una tensione maggiore di quella in ingresso: è proprio il caso dei trasformatori che si trovano all'uscita di una centrale elettrica che aumentano la tensione a valori molto elevati per l'introduzione nelle "linee ad alta tensione" abbassando notevolmente la corrente e consentendo una minima dissipazione lungo il trasporto.
Schema di funzionamento di una centrale idroelettrica.
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