la centrale elettrica - Istituto Comprensivo "San Leone IX"

ISTITUTO COMPRENSIVO SAN LEONE IX – SESSA AURUNCA (CASERTA)
SCUOLA SEC. DI 1° GR. “F. DE SANCTIS”
La centrale elettrica
Corso di Tecnologia
Prof. Giuseppe Sciacca
1
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 com2
merciali, i grandi condomini utilizzano la media tensione (tra 1.000 e 30.000 V).
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
4
acquisisce una notevole pressione.
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.
5
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.
7
L’ ELETRODOTTO
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.
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.
8
Riassumendo …
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.
Nell'alternatore,
grazie
al
fenomeno
TRAFORMAZIONI ENERGETICHE
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
Una
centrale
termoelettrica
Considerazioni finali
“tradizionale” utilizza i combustibili
fossili, carbone, gas o petrolio, per
produrre energia elettrica
La 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.
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 e
10
recuperato come acqua calda da rimandare alla caldaia per un nuovo ciclo.
IL RENDIMENTO
Energia goduta = energia immessa – energia dispersa
Rendimento = energia goduta / energia immessa
11
FINE ARGOMENTO …
… non vi resta che studiare!
12