Centrală electrică

Compoziția imaginilor NASA cu Pământul pe timp de noapte

O centrală electrică este o centrală pentru producerea de energie electrică prin intermediul unei conversii speciale pornind de la orice sursă primară de energie . Societatea modernă se bazează indisolubil pe utilizarea energiei electrice , prin urmare producția și centralele electrice au o importanță fundamentală tehnologică și strategică. Centralele electrice produc astăzi energie aproape exclusiv în curent alternativ produs de o mașină electrică numită alternator .

Există excepții de la Rusia, unde, pentru pierderea problemelor de tensiune pentru liniile electrice extrem de lungi, au fost create centrale electrice de curent continuu ^{[fără sursă ]} și rețele de transmisie de curent continuu HVDC ).

Principalele tipuri de centrale electrice

Centralele electrice se caracterizează prin două aspecte: puterea , adică energia pe unitate de timp pe care o centrală electrică o poate furniza și sursa primară utilizată pentru conversia în energie electrică.

Producția de energie electrică din combustibili fosili (lignit, păcură, gaze naturale, cărbune tare) nu este o sursă de energie regenerabilă, deoarece rezervele sunt limitate. Cu toate acestea, energia termică poate fi obținută și din alte surse de căldură, și anume din surse regenerabile de energie (cum ar fi căldura terestră a centralei geotermale și radiația solară a centralei solare). Pe de altă parte, utilizarea energiei de fisiune nucleară nu este considerată a fi strict regenerabilă, deoarece Uraniul 235 utilizat este o resursă disponibilă în cantități finite.

Centrale termoelectrice

Centrală termoelectrică pe cărbune

Același subiect în detaliu: centrală termoelectrică .

Centrala termoelectrică este cel mai răspândit tip de centrală electrică de pe planetă .

Funcționarea se bazează pe un element combustibil ( păcură , cărbune sau gaz , dar și biomasă , biogaz sau combustibil derivat din deșeuri (RDF) care este ars pentru a genera căldură ; această căldură este transmisă unui cazan , în care circulă apa. presiune (apa trebuie să fie supusă unei serii de tratamente pentru a fi purificată și filtrată pentru a nu deteriora plantele), această apă este astfel transformată în abur atingând o temperatură ridicată. Aburul este transportat către mașini rotative numite turbine cu abur în care aburul se extinde transformându-și conținutul de entalpie în energie mecanică. Conectați la arborele rotativ al acestor turbine sunt alternatoarele care convertesc energia mecanică de rotație în energie electrică. Cu alte cuvinte, aceste centrale își bazează funcționarea pe legea Faraday-Neumann-Lenz sau legile inducției electromagnetice : pornind de la o sursă de energie primară , energia termică dezvoltată prin arderea sursei primare este utilizată pentru obținerea aburului, acesta din urmă fiind transportat turbinelor a căror mișcare ( energie cinetică ) conectată la arborele de antrenare a alternatorului generează energie electrică .

O evoluție este centrala termoelectrică cu ciclu combinat : gazul este ars într-o turbină cu gaz care, conectată la un alternator, produce electricitate. Gazele de evacuare ale turbinei extrem de fierbinți sunt la rândul lor folosite pentru evaporarea apei, iar aburul astfel obținut este utilizat într-o turbină cu abur ca într-o centrală termoelectrică tradițională, generând mai multă energie electrică . Acest tip de centrale termoelectrice are o eficiență electrică mult mai mare decât cele tradiționale, ajungând chiar cu 60% mai mult.

Beneficii

În general, centralele termoelectrice furnizează puteri mari, de ordinul a sute sau mii de MW (1000000 W) și constituie coloana vertebrală a sistemului de producere a energiei electrice, deoarece centralele lor termice oferă randament maxim în condiții de producție constante; prin urmare, acestea sunt de obicei menținute în funcțiune pentru perioade lungi de timp, formând baza capacității de producție. Chiar dacă unele centrale termoelectrice pot fi multifuncționale, adică capabile să utilizeze diferite tipuri de combustibil, acest lucru se realizează în detrimentul eficienței termodinamice și, prin urmare, a costului general: pentru aceasta, în general, sunt construite centrale termoelectrice capabile să ardă cu maxim eficiența unui anumit combustibil, iar sistemele sunt reajustate în cazul în care devine necesară arderea unui combustibil diferit. În plus, deoarece funcționarea lor este o funcție a variabilelor ușor de controlat, cum ar fi combustibilul, ele joacă un rol implicit în reglarea frecvenței rețelei, pe care centralele regenerabile nu o pot asigura datorită variabilității fenomenelor care le reglează (prezența absenței soarelui, vânt, ... etc.) Reglarea frecvenței este fundamentală pentru a evita întreruperile.

Dezavantaje

Reziduurile de ardere a combustibilului generează o cantitate mare de produse poluante, cum ar fi fumurile irespirabile, particulele fine , oxizii de sulf și azot și hidrocarburile aromatice, care pot fi dispersate în mediu. Progresele tehnologice din ultimii ani au însemnat că numeroase măsuri pentru reducerea acestor produse au fost activate în centrale (pretratarea combustibilului, reducerea prafului, desulfuratori etc.), făcând aceste emisii mai puțin dăunătoare. În țările mai puțin dezvoltate, acest tip de plante sunt adesea foarte dăunătoare, deoarece datorită costului ridicat de construcție, instalațiile de purificare a fumului nu sunt construite și acest lucru le face surse periculoase de poluare.

Posibile îmbunătățiri

Este posibil să se reducă semnificativ impactul acestor plante asupra mediului. În primul rând, puteți utiliza pur și simplu un combustibil cu un nivel scăzut de poluare (cum ar fi gazul natural (cel care produce mai puține particule), motorina desulfurată și cărbunele recuperat). Este posibil să se reducă considerabil emisiile de poluanți prin montarea filtrelor speciale de reactivi și a catalizatorilor oxidanți. În loc să fie risipită prin introducerea ei în aer, căldura reziduală poate fi utilizată pentru încălzirea urbană în sezonul de iarnă (înlocuirea cazanelor private din casele din apropierea uzinei).

„Uzine de deșeuri energetice”

Același subiect în detaliu: Incinerator .

Instalație de incinerare situată în zona Forlì , capabilă să trateze 18 t / h de deșeuri menajere.

Așa-numitele „instalații de deșeuri în energie”, un termen care a înlocuit incineratorul de deșeuri cu recuperarea energiei. Căldura produsă prin arderea combustibilului derivat din deșeuri este utilizată pentru a produce electricitate într-un mod similar cu ceea ce se întâmplă în centralele termoelectrice, deși cu randamente extrem de reduse și o producție mai mare de poluanți.

Pentru ca combustibilul solid secundar (și mai ales piesa de plastic conținută) să ardă cu o producție mai mică de elemente toxice (de exemplu dioxine ) este necesar să se atingă temperaturi foarte ridicate (cel puțin 850 ° C) și să se utilizeze foarte sofisticate și sisteme costisitoare de reducere a poluanților; în orice caz, emisiile sunt în general mai mari și conțin mai multe substanțe nocive decât instalațiile termoelectrice tradiționale (de exemplu dioxine sau metale grele).

Mai mult, arderea la temperaturi ridicate produce o miniaturizare a prafului emis, proporțional cu temperatura însăși. Prin urmare, acest lucru poate duce la producerea de pulberi fine și ultra-fine și particule carbonice , care pot provoca diferite boli. Arderea materialelor rezultate din selectarea deșeurilor, amestecate cu aditivi, produce o cantitate considerabilă de praf, parțial filtrat înainte de emisia în coș, cel puțin în componentele mai mari reglementate de legi.

Centrale hidroelectrice

Centrală hidroelectrică din Rusia

Centrala hidroelectrică , împreună cu centralele termoelectrice, au fost primele tipuri de centrale date în folosință. Principiul de funcționare al acestora se bazează pe utilizarea energiei cinetice a apei, pentru a produce curent electric. Centralele hidroelectrice sunt împărțite în două tipuri:

• apă curgătoare;
• picătură (sau pelvis);

Primele exploatează energia cinetică a apelor râurilor sau jeturi naturale foarte puternice de apă, cum ar fi cascade sau cursuri ( energie hidroelectrică ), transportate în special turbine hidraulice rotite de fluxul de apă. Conectați la arborele rotativ al turbinelor sunt alternatoarele care transformă energia mecanică de rotație în energie electrică.

În timp ce acestea din urmă exploatează energia potențială a unor mase considerabile de apă plasate la o înălțime mai mare decât aportul (în acest caz vorbim de „rezervor”, natural sau artificial creat de baraje ). Energia potențială a apei este transformată în energie cinetică, făcând apa să curgă într-un canal . Apa este apoi făcută să curgă ca în cazul anterior în turbine conectate la alternatoare producând astfel energie.

Impactul centralelor hidroelectrice asupra mediului este mai mic decât cel al centralelor termoelectrice, datorită absenței vaporilor, și se referă în principal la regimul diferit al apei pe care îl exploatează: extracția energiei cinetice încetinește cursul de apă, crescând viteza de sedimentare; în cazul centralelor electrice alimentate gravitațional, este necesar să se țină seama de lucrările hidraulice necesare (baraje și conducte). Cea mai mare parte a impactului asupra mediului are loc în timpul construcției, datorită săpăturilor și lucrărilor majore necesare pentru crearea rezervoarelor și a sistemului de stocare. Centralele hidroelectrice pot avea puteri variind de la câțiva MW (centrale electrice fluviale) până la zeci sau sute de MW pentru centralele electrice de mare capacitate.

Schema unei turbine hidroelectrice

Beneficii

Principalul avantaj al hidrocentralelor este că, odată construite, acestea oferă energie la costuri foarte competitive și nu necesită combustibili sau materii prime; sunt o sursă total de energie regenerabilă și practic nelimitată. Mai mult, cu o manevră numită pompare (care constă în pomparea înapoi a apei din bazinele inferioare în rezervoare în timpul nopții, când cererea de energie este mai mică) este posibil să se acumuleze energie produsă de celelalte centrale electrice din rețea, pentru a returnează-l în timpul zilei.în cazul în care cererea de energie atinge maximul. Un alt avantaj este legat de faptul că variația producției de energie poate avea loc mult mai rapid decât într-o centrală termoelectrică sau nucleară, prin variația cantității de apă care este transportată turbinei. Utilizarea lor este, de fapt, în general maximă în orele cu cel mai mare consum de energie.

Dezavantaje

Mai presus de toate, centralele drop-down, care necesită o intervenție a clădirii de proporții enorme pentru construirea lacurilor artificiale pentru a acționa ca rezervoare, au un impact asupra mediului de proporții mari, atât în ​​faza de construcție a lucrărilor, cât și a posteriori în impactul vizual și estetic. Mai mult, faptul de a modifica debitul și distribuția apelor râurilor duce la o schimbare a microclimatului local, datorită umidității mai mari și a evaporării purtate de lac, care acționează și ca rezervor de căldură, nivelând temperaturile între zi și noapte. Acest lucru duce de obicei la variații ale florei și faunei locale; în cazul bazinelor montane, poate avea un impact și asupra oricărui ghețar din vecinătate. Un alt dezavantaj se datorează sedimentării naturale, care tinde să umple încet rezervorul și necesită dragare periodică: solul rezultat poate fi utilizat în scopuri de construcție, pentru umpluturi și terasamente.

Există, de asemenea, probleme de siguranță în cazul unor cutremure puternice sau alunecări de teren care au dus, de exemplu, la dezastrul de la Vajont din 1963, pe primul loc printre cele mai proaste cinci exemple de gestionare a terenurilor într-un document al ONU ilustrat la prezentarea „International 2008” Anul planetei Pământ " ^{[1] [2]} .

Centrale electrice cu fisiune nucleară

Ciclul materialului fisibil

Funcționarea fisiunii centralei centrale este similară cu cea a centralelor termice. Singura diferență constă în tipul de combustibil și procesul tehnologic care este utilizat pentru a furniza căldură și pentru a forma aburul care trebuie trimis către turbină în care acesta este obținut printr-un proces controlat al lanțului de fisiune nucleară din interiorul reactorului de fisiune nucleară .

Beneficii

Această intrare sau secțiune despre subiectele de inginerie electrică și energie nu menționează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor .

Acest tip de centrală produce o putere foarte mare pe metru pătrat ocupat de centrală și cu un cost pe kWh produs, dacă excludem costul eliminării deșeurilor,mai mult sau mai puțin egal cu cel al centralelor termice pe cărbune (care este în prezent tehnologie mai ieftină din punct de vedere economic), reprezentând astfel o soluție validă la dependența de combustibilii fosili.

În plus, acestea nu au nicio emisiune directă de CO2, deoarece nu există niciun fenomen de ardere chimică în ele, chiar dacă, în ansamblu, producția de uraniu și lanțul de eliminare a deșeurilor determină o producție de CO2 care nu este deloc neglijabilă.

Dezavantaje

Această intrare sau secțiune despre subiectele de inginerie electrică și energie nu menționează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor .

Standardele stricte de siguranță fac construcția acestor instalații costisitoare și lentă, datorită și variabilității acelorași standarde în timp.

O defalcare a sistemelor de izolare și refrigerare a instalației ar putea duce la dispersia materialului radioactiv în mediu: acest risc, practic absent pentru cele mai recente plante, este încă minim prezent pentru cele mai vechi centrale care funcționează încă în lume.

Eliminarea deșeurilor radioactive și dezmembrarea instalației în sine la sfârșitul ciclului său de viață (aproximativ 40-60 de ani) este o problemă care nu a găsit încă o singură soluție: Finlanda și Suedia , de exemplu, au identificat locuri sigure pentru eliminarea deșeurilor în teritoriile lor respective, grație prezenței unor zone stabile din punct de vedere geologic, în timp ce alte națiuni urmează deocamdată căi diferite (cum ar fi reprocesarea combustibilului nuclear uzat și reutilizarea ulterioară a acestuia sub formă de MOX ).

Implementarea comercială (deja în desfășurare) a reactoarelor avansate de a treia generație va rezolva unele dintre aceste aspecte negative.

Riscul proliferării nucleare, pe de altă parte, este o problemă falsă, întrucât reactoarele LWR nu produc plutoniu de calitate pentru arme, ci doar reactoare .

Centrale geotermale

Același subiect în detaliu: Centrală geotermală .

Centrala geotermală este aceeași cu centralele termice, dar ca fluid primar pentru încălzirea cazanelor, acestea folosesc căldura naturală a vaporilor geotermali conținuți în subsol ( energie geotermală ). Prin urmare, nu există un proces de ardere în acest tip de centrală electrică.

Beneficii

Odată construite, aceste centrale sunt extrem de curate deoarece exploatează o încălzire termică complet naturală și, prin urmare, nu au deșeuri sau reziduuri atmosferice (în afară de aceleași gaze provenite din subsol) și nici nu au nevoie de combustibil.

Dezavantaje

Aceste plante au costuri ridicate de întreținere datorită compoziției apelor provenite din subsol, care sunt bogate în săruri dizolvate și creează depozite și incrustări. Adesea există și depozite geotermale foarte mari, dar la o temperatură de 80/90 grade, prea scăzută și inutilizabilă cu tehnicile actuale; o posibilă exploatare a acestor câmpuri este pentru încălzirea centralizată.

Una dintre cele mai mari probleme ale acestor plante este construcția numai în situri specifice cu prezența activității geotermale, situri în mod normal destul de rare.

Există, de asemenea, dispute legate de pericolul erupțiilor geotermale, reducerea nivelului acviferului și a poluării acestuia, dar mai ales a poluării atmosferice cu gaze (dioxid de sulf) și metale grele (arsenic) legate de prezența plantelor geotermale.

Ferme de vant

Centrală eoliană germană

Parcurile eoliene utilizează viteza vântului pentru a produce electricitate. Modulul de bază al unei centrale eoliene este generatorul eolian . Acest echipament constă dintr-o elice (formată dintr-un număr variabil de palete) conectată la un arbore la care este conectat generatorul de curent.

Elicea și generatorul sunt plasate în mod normal la înălțimi mari, astfel încât să fie traversate de vânturi, care prin rotirea elicei activează generatorul care astfel produce energie.

turbina eoliană poate fi de diferite dimensiuni și poate fi utilizată atât pentru uz casnic rural, cât și în centralele electrice formate în mod normal din numeroși generatori. Puterile acestor generatoare variază de la sute de W la câțiva MW.

Beneficii

Ca și în cazul centralelor solare, parcurile eoliene nu au reziduuri, deșeuri sau necesități de combustibil. Vântul este un element natural, deci singura cheltuială este instalarea și întreținerea. Parcurile eoliene au un cost de construcție destul de scăzut, 1.000.000 de euro pentru o turbină eoliană de 1 MW, care totuși tinde să crească enorm pentru instalațiile de dimensiuni adecvate pentru producția industrială. La sol ocupă mai puțin de 100 de metri pătrați, deci nu elimină posibilitatea de a continua activitățile anterioare pe acel teren (de exemplu, creșterea ovinelor, agricultura, ...)

Dezavantaje

Pentru a produce cantități apreciabile de energie, parcurile eoliene trebuie să fie formate dintr-un număr substanțial de generatoare eoliene, care trebuie distanțate pentru a profita de vânt și pentru a evita aglomerarea care ar fi neplăcută. În plus, disponibilitatea producției este foarte redusă (25%) din cauza discontinuității vântului și, prin urmare, cu aceeași putere nominală instalată, o centrală eoliană produce un sfert din centrală nucleară și o treime din centrală cu gaz. , necesitând în compensare, prin urmare, o supradimensionare și un cost suplimentar egal cu 4 ori cel nominal pentru a obține aceeași performanță efectivă.

Ele pot fi instalate numai acolo unde este suficient vânt constant, sunt sisteme moderat zgomotoase. De asemenea, au un anumit pericol pentru păsările de pradă, atrase în mod natural de zgomot. Există, de asemenea, probleme ale peisajului în ceea ce privește prezența turnurilor de vânt care pot fi înalte de câteva zeci de metri.

Posibile îmbunătățiri

Există noi tehnici care fac posibilă instalarea turbinelor eoliene chiar și acolo unde, până de curând, era de neimaginat. Au fost create noi forme pentru palele turbinelor eoliene, pentru a limita dimensiunile globale, au fost creați arbori de transmisie lentă, pentru a limita semnificativ poluarea fonică și există diferite stimulente care permit amortizarea costului în foarte puțini ani. .

Centrale solare termodinamice

Centrală termodinamică solară la Daggett din California

Concentrator parabolic liniar

Același subiect în detaliu: centrală solară .

Sistemul solar termodinamic , care exploatează energia solară , nu trebuie confundat cu panoul fotovoltaic care, datorită eficienței sale, a cantității de energie produsă și a costurilor, nu poate fi considerat încă central astăzi.

Centralele solare termodinamice utilizează ca principiu de bază acela al centralelor termice clasice, diferența constă în metoda prin care este încălzită apa din cazan.

În mod normal, centrala electrică constă dintr-o suprafață în care sunt așezate sute de oglinzi care concentrează razele soarelui într-un singur punct central (numit foc) în care este amplasat cazanul. Acest lucru afectat de toate razele deviate de oglinzi se încălzește la temperaturi suficient de ridicate pentru a finaliza ciclul de abur până la turbină. Sau din câmpuri de concentratori parabolici liniari (în engleză parabolic trough), care încălzesc fluidul din interiorul conductelor care trec de-a lungul liniei de foc (vezi figura din lateral).

Beneficii

din această sursă de energie, nu există emisii poluante sau reziduale, transportul combustibililor nu este necesar, nu se produc deșeuri. Cu excepția costurilor de construcție și întreținere, energia este produsă fără a fi nevoie de materii prime, deoarece lumina soarelui este un element natural.

Dezavantaje

Acest tip de centrale electrice necesită o suprafață mare de expunere la soare, care crește în funcție de puterea care trebuie produsă. Evident, produc numai dacă sunt supuși unei radiații solare bune; cele mai moderne sisteme, de fapt, prevăd depozitarea fluidului la o temperatură ridicată în rezervoare izolate speciale, care permit turbinelor să funcționeze nu numai pe timpul nopții, ci cu o autonomie de câteva zile în caz de vreme rea. Cu toate acestea, aceste centrale au posibilitatea de a fi alimentate cu gaz, în cazul în care condițiile nefavorabile persistă. Centralele solare termice au o putere minimă, cei 20 de megawatti la care au ajuns tehnologiile solare la centrala de la Priolo sunt suficiente pentru un oraș de 20 000 de locuitori, o centrală termoelectrică obișnuită produce între 50 și 200 de ori mai mult. Costurile pentru punerea în funcțiune a centralelor solare sunt, de asemenea, foarte mari, datorită, de asemenea, necesității de a supradimensiona instalațiile de producție enorm pentru a compensa disponibilitatea redusă de producție generată de discontinuitatea iradierii, care se datorează ciclului solar și, prin urmare, nu poate fi ocolit, dar este întotdeauna destinat să fie o problemă structurală a tehnologiei.

Centralele solare la temperatură ridicată cu volant termic cu înlocuirea apei cu amestecuri (anhidre) de săruri topite la fierbere ridicată propuse în Italia de laureatul Nobel Carlo Rubbia reprezintă sursele acestui tip de energie cu cea mai mare comoditate propusă în prezent în experimentare. În 2006 Enel și Enea au semnat, în prezența ministrului mediului, memorandumul de înțelegere pentru realizarea proiectului „Archimede”, prima instalație solară termodinamică italiană și prima din lume care se integrează cu un ciclu combinat centrală electrică la gaz.

Posibile îmbunătățiri

La aceste plante, temperaturile necesare de 110 grade nu sunt adesea atinse în timpul anului (pentru a permite evaporarea apei). Prin urmare, în perioadele în care nu există suficientă insolație, o soluție bună ar fi utilizarea căldurii pentru a produce apă fierbinte simplă la 90 ° C, care, printr-o rețea de termoficare , poate fi utilizată pentru producerea de apă caldă menajeră., la alimentarea cazanelor cu schimbător de căldură și a unităților frigorifice de absorbție.

Centrale solare fotovoltaice

centrala fotovoltaică se bazează pe panoul fotovoltaic și transformă radiația solară în electricitate prin exploatarea efectului fotovoltaic .

Deși această tehnologie a fost stabilită mult timp în domeniul aerospațial, pentru aplicații ale utilizatorilor izolați sau pentru alte utilizări de nișă, construcția centralelor solare fotovoltaice este încă în faza de prototip sau nișă. În prezent, o instalație fotovoltaică este convenabilă pentru utilizatorii privați sau companiile mici, care, în acest fel, pot revinde energie companiei de electricitate și pot reduce costul energiei; în ultimii ani, noile celule fotovoltaice pe bază de siliciu amorf (sau polisilicon) au redus drastic prețul panourilor, făcând investiția inițială mai convenabilă.

Beneficii

Acest tip de centrale electrice necesită o întreținere redusă, deoarece nu sunt echipate cu sisteme complexe, ci doar cu panoul fotovoltaic care trebuie curățat periodic și orientat spre soare. De asemenea, reprezintă o sursă de energie "curată", deoarece nu produce niciun tip emisiile sau impactul asupra mediului, cu excepția celor necesare construcției instalației de producție.

Dezavantaje

Principalul dezavantaj al fotovoltaicii solare se datorează imprevizibilității cantității de energie disponibilă pentru alimentarea în rețea. „Paritatea rețelei”, care este comoditatea economică între cât costă o instalație și valoarea energiei puse pe rețea, a fost atinsă acum datorită scăderii prețurilor componentelor, atât de mult încât în ​​Germania sunt deja fabrici mari. fiind construit în ciuda faptului că radiația este decisiv mai mică decât cea prezentă pe solul italian. ^{[ fără sursă ]}

Evoluții viitoare

Cu siguranță, producția de energie electrică datorită importanței sale face obiectul unor studii și eforturi în multe domenii. Pe lângă fisiunea nucleară menționată mai sus, enumerăm o serie de experimente și posibilități care au apărut de mai multe ori în ultimii ani sau care sunt în curs de dezvoltare.

Centrale electrice cu fuziune nucleară

Același subiect în detaliu: Reactorul de fuziune nucleară .

În prezent, cea mai mare parte a finanțării mondiale pentru noi surse de energie se concentrează pe construirea centralelor nucleare bazate pe fuziunea nucleară . ^{[ citație necesară ]} Inițiativa majoră este proiectul ITER care implică fuziunea nucleară a doi nuclei de tritiu și deuteriu pentru a genera un nucleu mai greu (heliu) și o cantitate enormă de energie.

Proiectul ITER are în vedere generarea de plasmă stabilă care furnizează mai multă energie decât necesită generarea sa. Acest proiect nu poate produce electricitate: acesta va fi scopul proiectului DEMO ulterior. Proiectul DEMO își propune să transforme energia disponibilă din fuziunea nucleară în energie electrică și numai după finalizarea acestor proiecte vor fi construite centrale electrice de fuziune nucleară. Primele centre operaționale sunt programate pentru 2050.

Beneficii

Centralele de fuziune nucleară ar produce, ca principal tip de deșeuri, heliu 4, care este un gaz inert și neradioactiv; în plus, nu ar folosi sisteme de ardere și, prin urmare, nu ar polua atmosfera cu gaze modificatoare ale climei (de fapt nu ar avea emisii periculoase semnificative). În plus, aceștia ar trebui să poată obține cantități foarte mari de energie, precum plantele de fisiune de astăzi.

Dezavantaje

Topirea necesită temperaturi de lucru foarte ridicate, atât de ridicate încât nu poate fi conținută în niciun material existent. Il plasma di fusione viene, quindi, contenuto grazie all'ausilio di campi magnetici molto potenti, e le alte temperature vengono raggiunte con l'utilizzo di potenti laser o altri sistemi di riscaldamento. Il tutto rende il processo difficile, tecnologicamente dispendioso e complesso.

Altro problema è il materiale di ingresso in quanto, a differenza del deuterio , il trizio non è un materiale facilmente reperibile in natura e radioattivo a vita breve.

Centrali mareomotrici e sfruttamento degli oceani

Centrale America nelle Hawaii che sfrutta la differenza termica tra gli strati d'acqua dell' oceano per produrre corrente elettrica

Lo stesso argomento in dettaglio: Energia mareomotrice .

Le centrale mareomotrici sfruttano il movimento del mare dovuto alla marea . Queste centrali accumulano l'acqua in un bacino durante l'alta marea e poi la rilasciano durante la bassa marea.

L'acqua viene fatta passare in condotte forzate che la conducono in turbine collegate ad alternatori che consentono di produrre corrente elettrica . In alcune zone della Terra il dislivello tra alta e bassa marea può essere anche di 20 metri e può, quindi, rendere conveniente l'installazione di questi impianti.

Vantaggi

Sono impianti molto simili alle centrali idroelettriche e quindi la tecnologia è già disponibile e collaudata.

Svantaggi

Solo poche zone sono adatte per l'installazione di questi impianti e, comunque, la potenza generata è modesta rispetto alla superficie occupata dall'impianto.

Ulteriori possibilità

Una seconda tipologia di centrali è basata sullo sfruttamento delle correnti sottomarine, che opportunamente incanalate potrebbero generare corrente elettrica tramite delle turbine. Queste centrali sono attualmente degli esperimenti da laboratorio, anche se, in breve tempo, si potrebbe passare ad un loro utilizzo reale per la produzione di corrente elettrica.

Una terza tipologia di centrali basata sugli oceani vuole sfruttare la differenza termica dei diversi strati dell'oceano ( energia talassotermica ). Acqua a differenti profondità ha differenti temperature e queste centrali utilizzano questa differenza di temperatura per produrre elettricità. Essendo la differenza termica tra i vari strati ridotta queste centrali hanno sempre un'efficienza molto bassa, tra 1 e il 3%.

Ulteriori ipotesi allo studio prevedono di utilizzare meccanicamente il moto ondoso del mare per la produzione di energia elettrica (vedi energia del moto ondoso ). Una centrale di prova di questa tipologia è stata inaugurata il 1º ottobre 2007 a Agucadoura nei pressi di Lisbona in Portogallo. La centrale è dotata di 3 elementi Pelamis P-750, i Pelamis P-750 sono delle strutture galleggianti ancorate al fondo del mare, il movimento del mare provoca il movimento dei galleggianti, il movimento di questi viene trasformato in corrente elettrica e inviato a terra. Si ritiene che l'impianto potrà soddisfare le necessità di quasi 2000 famiglie. La centrale era considerata un impianto di prova per poter verificare la reale convenienza della tecnologia utilizzata. ^[3] Nel settembre del 2008 è stato inaugurato il primo impianto commerciale, derivato dall'impianto pilota. ^[4]

Centrali osmotiche

Una centrale osmotica sfrutta il mescolamento di acqua dolce e salata presso la foce di un fiume per creare una naturale differenza di pressione creata dal processo di osmosi : interponendo una membrana semipermeabile fra i due liquidi a differente grado di salinità si avrà una migrazione spontanea delle particelle di solvente verso la soluzione a maggiore concentrazione di soluto. In questo modo è possibile creare da un lato una pressione d'acqua utilizzabile per la produzione di corrente elettrica. Un primo progetto sperimentale di centrale "a osmosi" è stato portato avanti con successo in Norvegia, presso un fiordo vicino alla capitale. In questo primo esperimento è stata prodotta una potenza molto limitata (2-4 kW) ma l'impresa Statkraft, a capo del progetto, ha affermato di voler sviluppare la tecnologia rendendola appetibile per fini commerciali.

Vantaggi

Risorsa pressoché illimitata, impatto ambientale nullo

Svantaggi

Le potenze prodotte da un tale tipo di impianto sono per ora estremamente ridotte. Inoltre, ciascuna centrale necessita di essere realizzata presso la foce di un fiume o comunque nelle vicinanze di bacini idrici a differente grado di salinità che garantiscano un flusso osmotico costante nel tempo.

Celle a combustibile

Lo stesso argomento in dettaglio: Cella a combustibile .

Schema concettuale di una cella a combustibile

Una centrale basata su celle a combustibile potrebbe utilizzare idrogeno (o altri idrocarburi tipo metano ed etanolo), ed aria per produrre corrente elettrica e calore.

L'idrogeno e l'ossigeno combinandosi nella cella a combustibile generano corrente elettrica, calore , acqua ed eventualmente anidride carbonica, di particolare interesse questo quando la produzione o l'accumulo di CO2 avviene all'anodo. La corrente elettrica può essere utilizzata per azionare i motori elettrici di un veicolo.

Vantaggi

Bassissimo impatto ambientale.

Maggiore efficienza teorica, non essendo più presente il limite di Carnot.

Facilitazione della separazione dell'anidride carbonica dal processo essendo assente la diluizione con azoto all'anodo.

Svantaggi

L'assenza sulla terra di idrogeno gassoso pronto all'uso come fonte di energia.

L'idrogeno deve essere considerato un vettore energetico e non una sorgente di combustibile. L'idrogeno, infatti, molto abbondante nelle stelle, sulla terra esiste solo sotto forma di composto chimico, per lo più nella sua forma combusta, l'acqua.

L'estrazione dell'idrogeno dall'acqua, per ilSecondo principio della termodinamica non può mai essere un processo conveniente, ossia l'energia che si ricava dall'idrogeno è sempre inferiore a quella necessaria per estrarlo.

È invece possibile una produzione di idrogeno da idrocarburi, sia nella cella stessa sia in impianti distanti dalla centrale, consentendo di delocalizzare le eventuali emissioni.

Potrebbe essere conveniente, invece dell'immissione in rete laddove non ci sia richiesta, usare i surplus di produzione da fonti non controllabili come solare ed eolico, o qualora vi sia una quota di produzione elettrica non utilizzata, generare con questo surplus idrogeno da destinare alle celle a combustibile per l'alimentazione di automobili elettriche.

Centrale a idrogeno

Lo stesso argomento in dettaglio: Centrale a idrogeno .

Tecnologie non ancora realizzate

Fusione nucleare fredda

Lo stesso argomento in dettaglio: Fusione nucleare fredda .

Si fece un gran parlare della Fusione nucleare fredda nel 1989 , quando due scienziati statunitensi, Martin Fleischmann e Stanley Pons , annunciarono di essere riusciti a trarre energia pulita, ovvero energia che non rilasciava alcun tipo di scoria radioattiva , dalla fusione di due nuclei atomici di Deuterio o in certi casi di Idrogeno , tramite un procedimento che sfrutta l'effetto catalitico di particolari metalli e con l'ausilio di una corrente elettrica.
Probabilmente, in quanto la reale esistenza del fenomeno fa ancora parte di un vivace dibattito scientifico, questo procedimento elettro chimico può produrre grandi quantità di energia tramite una reazione nucleare a temperature e pressioni vicine a quelle ambientali, invece delle elevatissime temperature e pressioni normalmente necessarie affinché si possano abitualmente innescare tali tipi di processi. Per questo motivo, a tale tipo di processo, è stato chiamato " fusione fredda ".

Però, dopo gli entusiasmi iniziali, i due scienziati cominciarono ad essere sommersi da varie accuse secondo cui la reazione nucleare, di cui essi parlavano, fosse in realtà dovuta ad una messa in scena o ad un errore di laboratorio. Infatti, in quegli anni, furono pochi i laboratori, spesso con risultati non del tutto chiari, in grado di replicare con un certo successo l'esperimento di Fleischmann e Pons.

Solo dopo 10 anni, nel 1999 Carlo Rubbia , allora presidente dell' ENEA , decise che era ora di fare un esperimento che potesse chiarire la natura nucleare del fenomeno, per questo incaricò alcuni ricercatori dell'ente ad intraprendere un programma di ricerca di 36 mesi. Terminati i quali, nel 2002 i ricercatori capeggiati da Antonella Del Ninno confermarono la natura nucleare di tale reazione ^[5] .

Nei primi anni, dopo l'annuncio del 1989, per molti fisici i fenomeni di Fusione Fredda vennero considerati non reali, o peggio come il prodotto di una sorta di " Scienza patologica " ^[6] , situazione giustificata anche dal fatto che molti degli esperimenti di fusione fredda, erano difficili da riprodurre e con forte variabilità nei risultati.
Solo negli ultimi anni, da parte della piccola comunità degli scienziati che stanno studiando il fenomeno, è venuta forte l'esigenza di concentrarsi più che sulle performance degli esperimenti, sulla capacità di questi di essere costantemente riprodotti e per questo sono in corso vari tipi di esperimenti, che permetteranno, si spera presto, di dare una più chiara visione del fenomeno.

Vantaggi

Le attuali sperimentazioni richiedono impianti economici e di ridotte dimensioni. A differenza della fissione nucleare e della fusione nucleare , in molte tipologie di reazioni di fusione fredda non vengono prodotte scorie radioattive , e solo raramente vi vengono rilevate emissioni di raggi gamma .

Nel caso che si dimostri la possibilità di sfruttamento del fenomeno, è ipotizzabile la realizzazione di sistemi di generazione compatti che potrebbero eliminare o quantomeno ridurre la necessità di una rete di distribuzione elettrica.

Svantaggi

Gli esperimenti più interessanti, a livello di quantità di energia termica prodotta e ridotto consumo dei componenti, hanno una riproducibilità abbastanza bassa (10-20% degli esperimenti), assolutamente inaccettabile per poter essere presa in considerazione a livello industriale.

Alcune reazioni di fusione fredda, potrebbero produrre, per mezzo di reazioni di Trasmutazione LENR a bassa energia, nuovi elementi atomici assolutamente non presenti nei prodotti inizialmente partecipanti alla reazione ^{[7] [8]} . Essendo allo stato attuale, tali fenomeni del tutto sconosciuti ed imprevedibili, questo fatto, se verificato, potrebbe essere causa di potenziali problemi nell'utilizzo generalizzato di tale tecnologia.

Centrale solare orbitale

Raffigurazione artistica

La Centrale solare orbitale dovrebbe ottenere energia elettrica con l uso del pannello fotovoltaico costruito in orbita. L'energia ottenuta dovrebbe essere trasmessa sulla Terra tramite microonde . Le microonde verrebbero ricevute tramite un'estesa schiera di antenne e convertite in corrente elettrica immessa nella rete di distribuzione. Una seconda alternativa prevede la trasmissione a Terra dell'energia tramite potenti laser . A Terra ricevitori composti da pannelli fotovoltaici dovrebbero nuovamente convertire la luce del laser in corrente elettrica che verrebbe inviata nelle linee ad alta tensione per la distribuzione.

Vantaggi

Essendo in orbita i pannelli sarebbero sempre illuminati e fornirebbero una corrente costante, la mancanza di atmosfera consentirebbe ai pannelli fotovoltaici una maggior efficienza rispetto ad un'installazione a Terra.

Svantaggi

La costruzione in orbita è molto costosa e le continue conversioni (da luce a corrente, a microonde e nuovamente a corrente) deprimerebbero le prestazioni dell'impianto dissipando buona parte della potenza prodotta.

Materia e antimateria

Ad oggi non ci sono studi che si muovono verso tale direzione; si può però affrontare l'argomento sotto un punto di vista teorico. Gli studi scientifici legati al mondo microscopico hanno da anni non solo prodotto antimateria (da notare che parlando di antimateria ci si riferisce ad antiparticelle o di singoli antiatomi, e non a quantità di materia macroscopiche), ma dimostrato ampiamente che l' annichilazione della materia con l'antimateria converte l'intera massa in energia (E=mc ² ), sviluppando grandi quantità di energia. Quindi, si potrebbe affermare che un ipotetico reattore che sfrutti questi due elementi sarebbe in grado di generare enormi quantità di energia. Naturalmente, siamo gran lungi dall'essere in grado di fare ciò. Attualmente, l'antimateria viene prodotta principalmente nei ciclotroni per uso scientifico e non si conoscono mezzi tecnologici per produrne quantità rilevanti; ma soprattutto, la sua produzione richiede l'utilizzo di quantità di energia enormemente superiori a quelle che si potrebbero ricavare dalla sua conversione in energia.

Note

Voci correlate

• centrale a gas
• Produzione di energia elettrica
• Centrali elettriche in Italia
• Trasmissione di energia elettrica
• Distribuzione di energia elettrica
• Lignite
• generatore di vapore
• olio combustibile

Altri progetti

• Wikizionario contiene il lemma di dizionario « centrale elettrica »
• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su centrale elettrica

Collegamenti esterni

• Centrale elettrica , su Treccani.it – Enciclopedie on line , Istituto dell'Enciclopedia Italiana .
• ( EN ) Centrale elettrica , su Enciclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
• Sito ufficiale di "Terna" - Rete Elettrica Nazionale SpA , su terna.it . URL consultato il 16 dicembre 2005 (archiviato dall' url originale il 7 dicembre 2005) .
• ENIScuola: Centrali Idroelettriche e mareomotrici , su eniscuola.net (archiviato dall' url originale il 17 maggio 2006) .
• La centrale in fondo al mare: elettricità grazie alla luna , su repubblica.it .
• La prima centrale a osmosi in Norvegia , su genitronsviluppo.com . URL consultato il 15 dicembre 2009 (archiviato dall' url originale il 18 dicembre 2009) .

Portale Elettrotecnica

Portale Energia