centrale elettrica

centrale elettrica

La fabbrica che produce la forma più usata di energia

Una centrale elettrica è un impianto in grado di generare un abbondante flusso di elettricità e di erogarlo attraverso una rete di distribuzione. Per produrre elettricità si usano varie forme di energia: per esempio, il calore ricavato dalla combustione degli idrocarburi, l'energia dei salti d'acqua, quella del vento, o quella trasportata dalla luce del Sole. In una centrale ci sono vari apparati termodinamici, meccanici ed elettronici che convertono energia da una forma all'altra fino a ottenere corrente elettrica. Le centrali elettriche comportano problemi di sicurezza e in alcuni casi liberano nell'atmosfera composti inquinanti; per questo sono sottoposte a severe norme di controllo

Una forma di energia facile da trasportare

L'elettricità alimenta e fa funzionare la maggior parte degli apparati civili e industriali delle società evolute ‒ dall'illuminazione agli elettrodomestici, dai telefoni (fissi e cellulari) ai tram ‒ e rappresenta la forma di energia più richiesta e più versatile. È un vettore energetico perché si può facilmente trasportare, grazie ad apposite reti di distribuzione, dove ve ne è bisogno. La domanda di energia elettrica è in continuo aumento, soprattutto nei paesi in via di sviluppo. Tuttavia, l'elettricità non è come l'acqua che zampilla spontaneamente da una sorgente naturale nel terreno, ma deve essere creata attraverso processi di trasformazione energetica, partendo dalle varie forme di energia oggi disponibili.

Nelle piccole pile che usiamo per alimentare gli apparecchi portatili, l'elettricità è prodotta mediante processi chimici, ma per il fabbisogno di case, città, e industrie sono necessari quantitativi di corrente elettrica ben più grandi. A tali quantitativi provvedono le centrali elettriche, vere e proprie fabbriche di elettricità, che possono essere di piccole o di grandi dimensioni, secondo le esigenze.

Nelle grandi centrali l'energia elettrica è solitamente prodotta a partire dal calore e dal movimento meccanico: quest'ultimo è necessario per mettere in funzione i generatori, sistemi che funzionano allo stesso modo della dinamo di una bicicletta, che produce luce grazie al movimento della rotellina connessa alla ruota.

L'energia prodotta viene poi distribuita sotto forma di corrente elettrica alternata grazie a linee ad alta tensione (per evitare che si disperda durante il trasporto) e poi ritrasformata a bassa tensione prima di raggiungere le utenze domestiche.

Esistono molti modi per produrre energia elettrica

Il calore necessario per alimentare alcuni tipi di centrali elettriche è ricavato dalla combustione degli idrocarburi, cioè carbone, olio combustibile e gas. In certe regioni di origine vulcanica, il calore può essere estratto direttamente dal sottosuolo, sotto forma di getti di gas ad alta temperatura.

Il movimento meccanico, a sua volta, può essere generato con macchine termiche, oppure ricavato direttamente da flussi naturali come l'azione del vento, lo scorrere delle acque superficiali e le stesse maree oceaniche. Ci sono generatori di elettricità che non hanno bisogno né di calore né di movimento, per esempio i pannelli fotovoltaici, che convertono direttamente la radiazione solare in corrente elettrica.

A seconda del tipo di energia iniziale impiegata, si parla di centrali nucleari, termoelettriche, idroelettriche, maremotrici, geotermiche, solari, eoliche, e altre ancora.

Centrale termoelettrica

In una centrale termoelettrica il calore si ottiene dalla combustione di idrocarburi. L'energia termica così sviluppata viene impiegata per trasformare l'acqua liquida in vapore a pressione e temperatura elevate. Il vapore è poi convogliato in una turbina, cioè un apparato rotante, il cui albero motore è collegato all'alternatore, un particolare tipo di generatore elettrico. L'alternatore consiste di un avvolgimento di filo rotante (rotore) e di uno fisso (statore) ed è in grado di erogare una corrente elettrica alternata.

Al termine del processo il vapore viene ritrasformato in acqua e restituito all'ambiente. Per questo motivo le centrali termoelettriche sono realizzate in prossimità di fiumi o bacini che forniscono l'acqua necessaria per alimentarle e che raccolgono gli scarichi. I fumi della combustione vengono espulsi nell'ambiente attraverso ciminiere, dopo essere stati filtrati e depurati di alcuni composti nocivi. Si valuta che circa il 63% dell'energia elettrica prodotta oggi nel mondo derivi da centrali termoelettriche.

Centrale idroelettrica

Le centrali idroelettriche sfruttano l'energia cinetica, cioè di movimento, che possiede l'acqua quando scende dai monti verso valle. Attraverso sbarramenti, bacini di raccolta e canali, l'acqua viene convogliata alle turbine della centrale per metterle in rotazione. Il movimento di rotazione delle turbine, trasmesso poi all'alternatore, permette di ricavare la corrente elettrica.

Le centrali idroelettriche non immettono sostanze inquinanti né nell'atmosfera né nel terreno. Tuttavia, quando la realizzazione di imponenti centrali idroelettriche comporta la costruzione di grandi invasi e dighe, l'impatto sul paesaggio può essere negativo e possono sorgere anche rischi per le modificazioni introdotte nel territorio. In Italia, la tragedia del Vajont (ottobre 1963, duemila morti a causa di una gigantesca ondata di acqua e fango), fu provocata dalla caduta di una frana nel grande invaso realizzato per una centrale idroelettrica.

Centrali maremotrici

Le centrali maremotrici permettono di ottenere energia elettrica dalle maree. Durante l'alta marea, l'acqua viene catturata in un bacino grazie a una paratia e poi liberata nelle fasi di bassa marea per azionare le turbine che alimentano il generatore di elettricità.

L'idea di sfruttare il movimento delle maree è antica. Già nella prima metà del 12° secolo in Francia, alla foce del fiume Adour sul Golfo di Biscaglia, erano comparsi i primi mulini a marea e anche oggi questi impianti sorgono spesso in corrispondenza degli estuari dei fiumi. Qui, infatti, la particolare conformazione dei fondali amplifica l'innalzamento e l'abbassamento delle acque dovuto alle maree.

Gli impianti di questo tipo sono potenzialmente in grado di erogare molta energia, ma presentano alcune controindicazioni importanti. Innanzitutto alternano periodi di inattività a periodi di massima produzione vista la ciclicità del fenomeno; poi sono convenienti solo in alcune località, in particolare laddove l'escursione in altezza della marea è notevole: in Europa queste zone si trovano tutte distribuite tra Francia, Gran Bretagna e Irlanda. Proprio in Francia si trova il maggior impianto oggi funzionante, la centrale maremotrice di La Rance, sul Golfo di Saint Malo, entrata in funzione nel 1966.

Centrali alimentate dal Sole e dal vento

I prezzi crescenti degli idrocarburi stanno rendendo economicamente competitive le centrali elettriche di tipo solare ed eolico, finora ritenute poco convenienti. Sono impianti privi di emissioni inquinanti e molti paesi stanno promuovendo la loro realizzazione allo scopo di differenziare le fonti di energia primaria, cioè quelle direttamente disponibili in natura.

Le centrali eoliche vengono di solito costruite su crinali montuosi o comunque in zone in cui soffiano venti costanti. Sono costituite da alte torri in cima alle quali ci sono aerogeneratori a una o a due pale che, girando, producono direttamente elettricità.

Esistono diversi tipi di centrali solari. Nelle centrali fotovoltaiche pannelli di silicio e di materiali analoghi convertono direttamente la radiazione solare in corrente elettrica. Negli impianti termici ad alta temperatura, invece, un campo di specchi concentra la luce solare verso un circuito. Qui scorre un fluido termodinamico che viene riscaldato allo scopo di cedere calore al sistema acqua-vapore-turbina-alternatore.

Sia le centrali eoliche sia quelle solari, anche se occupano vaste aree, erogano una potenza elettrica decisamente inferiore rispetto alle centrali termoelettriche e quindi possono fornire energia in quantità molto più ridotta.