Impianti Elettrici

Generazione dell'energia elettrica

SCELTA DEL SISTEMA TRIFASE IN CORRENTE ALTERNATA

L’energia elettrica viene generata, in Italia, a 50 Hz e in sistemi trifase.

Quando, tanti anni fa si iniziò la produzione di energia elettrica, questa venne prodotta inizialmente sotto forma di tensione continua, ma questa forma risultò subito pochissimo conveniente in quanto non era possibile aumentare o ridurre la tensione, senza gravi perdite.

La tensione risultava, in altri termini, fissa, e gli utilizzatori dovevano essere dislocati nelle immediate vicinanze dei generatori in quanto le linee, oltre una certa lunghezza, davano luogo a perdite assolutamente inaccettabili.

Ogni centro abitato, pertanto, doveva avere una sua centrale indipendente dalle altre, essendo quindi necessarie un grandissimo numero di centrali elettriche che, comunque, essendo del tutto indipendenti l’una dall’altra, non avrebbero in nessun modo potuto compensare le relative variazioni di richiesta d’assorbimento, né intervenire in reciproco aiuto in caso di interruzione o riparazione o manutenzione di una di esse.

Si passò quasi subito quindi alla generazione di energia elettrica sotto forma alternata trifase perché questa presentava molti vantaggi sulla continua.

Il primo vantaggio  è certamente dato dalla possibilità di elevare o abbassare la tensione senza alcuna difficoltà con i trasformatori statici, macchine, queste, ad altissimo rendimento, di lunghissima durata, di manutenzione quasi nulla.

Il secondo vantaggio è dato dalla possibilità di utilizzare due diverse tensioni, quella di fase e quella di linea in corrispondenza di uno stesso utilizzatore.

Il terzo vantaggio è dato dal maggiore rendimento di trasmissione in quanto una linea trifase senza neutro trasporta energia elettrica utilizzando solo tre quarti del rame necessario per una linea monofase o in continua.

Altro vantaggio è dato dalla possibilità di utilizzare i motori asincroni trifase che presentano ottime caratteristiche di compattezza,  costanza di velocità, alta coppia di spunto, ottimo rapporto potenza/peso, costo contenuto.

CENTRALI ELETTRICHE

L’energia elettrica viene prodotta nelle  centrali elettriche, per mezzo di opportune macchine elettriche rotanti denominate alternatori trifase che vengono portate in rotazione dalle turbine.

Il gruppo costituito dalle due macchine suddette collegate insieme e calettate sullo stesso asse prende il nome di turboalternatore.

In ogni centrale, di norma, esistono almeno tre gruppi indipendenti di turboalternatori, per motivi di sicurezza, al fine di garantire una continuità di esercizio in caso di guasto, manutenzione ordinaria o riparazione ad uno dei tre.

Le centrali elettriche, funzionanti oggi in Italia, sono di tipo termoelettrico, idroelettrico, geotermico, eolico, solare.

Ve ne erano tre di tipo nucleare, sul Garigliano, a Trino Vercellese e a Caorso che però  a seguito di un referendum popolare di alcuni anni fa, sono state chiuse.

Con le nuove disposizioni legislative si dovrebbero presto aprire nuove centrali nucleari in Italia, ma adesso non ce ne sono.

In Italia, essendo il nostro paese povero di materie prime, al contrario di molti altri paesi europei, dipendiamo fortemente dall’estero per l’approvvigionamento del combustibile usato nelle centrali.
Alcune centrali termoelettriche utilizzano, come fonte primaria di energia, l’olio combustibile, comunemente detto gasolio o nafta.

Altre centrali, sempre termoelettriche, invece usano il gas naturale, cioè il metano, come fonte di energia.

Le altre, che usano il carbone come fonte primaria, si vanno sempre più riducendo come numero in quanto questo è risultato troppo inquinante per l’ambiente sia durante la combustione, che durante il trasporto e l’immagazzinamento.

Dati  del 1990 riferivano che in Italia il 60% dell’energia elettrica era prodotta partendo dall’olio combustibile; il 20% dal metano; il 20% dal carbone; il 20% era di tipo idroelettrico o geotermico secondo il diagramma seguente.

DIAGRAMMA PERCENTUALE DELLE  FONTI ENERGETICHE

USATE DALL’ENEL IN ITALIA

Le centrali termoelettriche sono di solito situate sul mare per consentire il rifornimento tramite navi cisterna della materia prima, di solito la nafta  o il carbone.

Nelle centrali termoelettriche, il combustibile, sia che si tratti di gasolio  o di  metano, bruciando, fa girare le turbine a gas sul cui asse è calettato l’alternatore che genera l’energia elettrica sotto forma trifase, come è schematizzato in figura.ù

Le centrali idroelettriche, naturalmente, sono necessariamente situate in corrispondenza di corsi d’acqua dove vengono poi a costituirsi dei grandi bacini per la raccolta dell’acqua che, trattenuta da grandi dighe, viene fatta scendere lungo condotte forzate a valle dove pone in rotazione i turboalternatori che sviluppano l’energia elettrica.

Nella centrale solare di Montalto di Castro, invece, l’energia solare viene prodotta da celle fotovoltaiche.

La centrale geotermica di Larderello, anch’essa unica in Italia, invece, sviluppa l’energia elettrica costringendo i gas naturali, che si sprigionano con forza dal sottosuolo, a far girare una turbina a vapore che a sua volta pone in rotazione un alternatore.

Nel 1990 la suddetta centrale sviluppava il 5% del fabbisogno energetico nazionale corrispondente a quello destinato alla trazione ferroviaria.

TURBOALTERNATORI

L’energia elettrica viene sviluppata, dai turboalternatori, ad una  tensione che va, di norma, da 10KV a 30KV sotto forma trifase.

Nelle stesse centrali dove viene generata, l’energia elettrica viene portata alla tensione, di solito, o di 220 KV ovvero di 380 KV ed immessa negli elettrodotti ad alta tensione che la trasportano  a grande distanza nei punti di utilizzazione, che di solito sono le città o le industrie.
L’innalzamento suddetto avviene per mezzo di grandi trasformatori elevatori.

Nelle centrali elettriche sono presenti, naturalmente, molte altre apparecchiature per il controllo e la regolazione di tutto il sistema di produzione dell’energia.

Lo schema molto semplificato di una centrale elettrica comprendente tre gruppi di turboalternatori è rappresentato nella figura seguente.

Si vede come i tre alternatori possano essere connessi separatamente alla rete a seconda delle esigenza di esercizio e come le singole macchine elettriche, alternatori o trasformatori, possano sempre essere separati dalla rete per la necessaria manutenzione periodica.

Poiché la frequenza di rete in Europa è di 50 Hz, e quindi:

i generatori devono girare alla velocità di:

giri al minuto se la macchina è a p coppie polari.

Esistono pertanto degli alternatori che girano a 3.000 giri al minuto ed hanno una sola coppia polare, come spesso accade negli alternatori a rotore liscio delle centrali idrauliche che utilizzano grandi salti di quota, mentre ci sono alternatori a poli salienti, che girano ad esempio a 1.000 giri al minuto e che hanno tre coppie polari.

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