La centrale elettrica

ISTITUTO COMPRENSIVO SAN LEONE IX – SESSA AURUNCA (CASERTA)

SCUOLA SEC. DI 1° GR. “F. DE SANCTIS”

Corso di Tecnologia Prof. Giuseppe

Sciacca

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L'energia elettrica prima di arrivare nelle nostre case subisce varie trasformazioni: esce dalla centrale a 380.000 volt e viene spedita attraverso i cavi ad alta tensione dappertutto, fino alle porte delle città; qui, in cabine primarie di trasformazione viene abbassata a 10.000 volt. L'ultimo passaggio avviene nelle cabine secondarie che si trovano in tutti i quartieri; qui viene trasformata in 220 volt per le famiglie e 380 volt per le fabbriche. Le grandi industrie, però, utilizzano anche l'alta tensione (superiore ai 30.000 V); le industrie medie, i centri com- merciali, i grandi condomini utilizzano la media tensione (tra 1.000 e 30.000 V). 2

CENTRALE TERMOELETTRICA TRADIZIONALE

Una centrale termoelettrica è generalmente composta da tre sezioni fondamentali:• la caldaia che effettua la conversione dell’energia chimica contenuta nei combustibili in energia termica del vapore;• la turbina meccanica che converte l’energia termica del vapore in energia meccanica;• l’alternatore che converte l’energia meccanica in energia elettrica. 3

LA CALDAIA

La caldaia è un combustore, cioè un sistema atto alla realizzazione della combustione allo scopo di produrre energia sotto forma di calore. È il sistema che effettua la conversione dell’energia chimica contenuta nei combustibili in energia termica del vapore;Alimentata automaticamente dal deposito che contiene il combustibile e attraversata da una serpentina nella quale circola l'acqua. L'acqua, grazie alla combustione e all'energia termica conseguente, viene riscaldata fino a 300°C e si trasforma in vapore; questo viene ulteriormente riscaldato fino a 450°C ed acquisisce una notevole pressione. 4

LA TURBINA

La turbina è una macchina motrice rotante che converte in energia meccanica l'energia cinetica di un fluido in movimento. 

L'elemento essenziale della turbina è la girante che può essere costituita da un'elica oppure da una ruota con alette o pale variamente profilate. L'energia meccanica acquisita dalla girante viene poi trasmessa a un albero motore che viene utilizzato per azionare un generatore elettrico. 

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IL GENERATORE (ALTERNATORE)

Il generatore di corrente alternata o alternatore, trasforma l'energia meccanica prodotta dalla turbina in energia elettrica, sfruttando il fenomeno dell'induzione elettromagnetica (cioè la produzione di corrente elettrica in un conduttore per azione di un campo magnetico in movimento). L'alternatore è composto da due elementi: il rotore e lo statore.Lo statore è formato da 2 magneti, il rotore è collegato all’asse proveniente dalla turbina ed è avvolto da un filo di rame (avvolgimento) Lo statore è fisso e il rotore ruota trasmettendo il moto. I poli del rotore sono attratti da quelli opposti dello statore, innescando il moto, le polarità vengono invertite di continuo così il moto continua  (se i poli si allineassero non si avrebbe più spinta). 6

IL TRASFORMATORE

È una macchina elettrica che serve a trasferire, energia elettrica a corrente alternata da un circuito ad un altro modificandone le caratteristiche. E’ formato da un nucleo di ferro a cui sono avvolte spire di rame in due diversi avvolgimenti, dei quali uno riceve energia dalla linea di alimentazione, mentre l’altro è collegato ai circuiti di utilizzazione.Il trasformatore serve ad alzare il voltaggio della corrente in uscita dall'alternatore per evitare eccessive perdite di energia elettrica in linea.

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L’ ELETRODOTTO

L'insieme degli elettrodotti costituisce la rete elettrica primaria, sulla quale vengono amministrate la trasmissione dell'energia elettrica (trasferimento di energia ad alta tensione su grandi distanze) e la distribuzione dell'energia elettrica (trasferimento di energia a media-bassa tensione su una rete capillare) sul territorio fino agli utenti finali.

È l'infrastruttura di rete destinata al trasporto di energia elettrica, comprendendo in tale definizione sia le linee elettriche aeree, sia le linee interrate in cavo, ovvero i cavidotti.

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Le centrali termoelettriche, sostanzialmente, sono costituite da sistemi di conversione che utilizzano l'energia chimica dei combustibili per trasformarla in energia elettrica.Le centrali termoelettriche sono caratterizzate da una caldaia, alimentata automaticamente dal deposito che contiene il combustibile e attraversata da una serpentina nella quale circola l'acqua.L'acqua, grazie alla combustione e all'energia termica conseguente, viene riscaldata fino a 300°C e si trasforma in vapore; questo viene ulteriormente riscaldato fino a 450°C ed acquisisce una notevole pressione.Il vapore convogliato sulla turbina, cede la sua energia cinetica facendo ruotare la stessa. La turbina, collegata all'asse dell'alternatore lo trascina in rotazione.

Riassumendo …

TRAFORMAZIONI ENERGETICHENell'alternatore, grazie al fenomeno dell'induzione elettromagnetica, l'energia meccanica trasmessa dalla turbina, viene trasformata in energia elettrica. L'energia elettrica prodotta dall'alternatore viene trasmessa al trasformatore che ne innalza la tensione, per evitare perdite, prima di immetterla nella rete di distribuzione.Il vapore che esce dalla turbina viene riportato allo stato liquido nel condensatore e ripompato nella caldaia.Il camino provvede ad espellere nell'atmosfera i fumi della combustione. 9

Le grandi centrali termoelettriche sono utilizzate per “coprire” il fabbisogno di base della domanda di energia elettrica in Italia poiché hanno un funzionamento poco flessibile e hanno lunghi tempi per la messa in funzione e lo spegnimento. In un impianto termoelettrico convenzionale solo il 35-40 % circa dell'energia termica liberata dalla combustione nella caldaia viene convertita in energia elettrica. Il restante 60-65 % viene dissipato nelle successive conversioni dell'energia (da chimica a termica, da termica a meccanica, da meccanica a elettrica) e come calore residuo dei fumi della ciminiera e del vapore avviato alla condensazione erecuperato come acqua calda da rimandare alla caldaia per un nuovo ciclo.

Una centrale termoelettrica “tradizionale” utilizza i combustibili fossili, carbone, gas o petrolio, per produrre energia elettricaLa combustione di fonti fossili nelle centrali termoelettriche libera in atmosfera notevoli quantità di anidride carbonica (CO2) e altri gas (effetto serra).Una centrale termoelettrica, risolto il problema dell’approvvigionamento del combustibile, può funzionare e produrre energia indipendentemente dai fattori meteorologici.

Considerazioni finali

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Energia goduta = energia immessa – energia dispersa

Rendimento = energia goduta / energia immessa

IL RENDIMENTO

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FINE ARGOMENTO …

… non vi resta che studiare!

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