In tutto il mondo, le centrali idroelettriche producono circa il 24% dell'elettricità mondiale e forniscono energia a più di 1 miliardo di persone.Secondo il National Renewable Energy Laboratory, le centrali idroelettriche del mondo producono un totale combinato di 675.000 megawatt, l'equivalente energetico di 3,6 miliardi di barili di petrolio.Ci sono più di 2.000 centrali idroelettriche in funzione negli Stati Uniti, rendendo l'energia idroelettrica la più grande fonte di energia rinnovabile del paese.
In questo articolo, daremo un'occhiata a come l'acqua che cade crea energia e impareremo a conoscere il ciclo idrologico che crea il flusso d'acqua essenziale per l'energia idroelettrica.Potrai anche dare un'occhiata a un'applicazione unica dell'energia idroelettrica che potrebbe influenzare la tua vita quotidiana.
Quando si guarda un fiume scorrere, è difficile immaginare la forza che sta trasportando.Se hai mai fatto rafting, allora hai sentito una piccola parte della potenza del fiume.Le rapide di acque bianche sono create come un fiume, trasportando una grande quantità di acqua in discesa, strozzature attraverso uno stretto passaggio.Quando il fiume viene forzato attraverso questa apertura, il suo flusso accelera.Le inondazioni sono un altro esempio di quanta forza può avere un enorme volume d'acqua.
Le centrali idroelettriche sfruttano l'energia dell'acqua e utilizzano semplici meccanismi per convertire quell'energia in elettricità.Le centrali idroelettriche si basano in realtà su un concetto piuttosto semplice: l'acqua che scorre attraverso una diga trasforma una turbina, che trasforma un generatore.
Ecco i componenti di base di una centrale idroelettrica convenzionale:
Diga – La maggior parte delle centrali idroelettriche si basa su una diga che trattiene l'acqua, creando un grande bacino idrico.Spesso, questo bacino viene utilizzato come lago ricreativo, come il lago Roosevelt presso la diga di Grand Coulee nello stato di Washington.
Aspirazione - I cancelli della diga si aprono e la gravità tira l'acqua attraverso la condotta forzata, una conduttura che conduce alla turbina.L'acqua accumula pressione mentre scorre attraverso questo tubo.
Turbina – L'acqua colpisce e fa girare le grandi pale di una turbina, che è collegata a un generatore sopra di essa tramite un albero.Il tipo più comune di turbina per le centrali idroelettriche è la Francis Turbine, che si presenta come un grande disco con pale curve.Una turbina può pesare fino a 172 tonnellate e girare a una velocità di 90 giri al minuto (rpm), secondo la Foundation for Water & Energy Education (FWEE).
Generatori – Quando le pale della turbina girano, anche una serie di magneti all'interno del generatore.Magneti giganti ruotano oltre le bobine di rame, producendo corrente alternata (AC) spostando gli elettroni.(Imparerai di più su come funziona il generatore in seguito.)
Trasformatore: il trasformatore all'interno della centrale prende la corrente alternata e la converte in corrente a tensione più elevata.
Linee elettriche - Da ogni centrale elettrica escono quattro fili: le tre fasi di alimentazione prodotte contemporaneamente più un neutro o terra comune a tutte e tre.(Leggi come funzionano le reti di distribuzione dell'energia per saperne di più sulla trasmissione della linea elettrica.)
Deflusso - L'acqua utilizzata viene trasportata attraverso condotte, chiamate tailraces, e rientra nel fiume a valle.
L'acqua nel serbatoio è considerata energia immagazzinata.Quando i cancelli si aprono, l'acqua che scorre attraverso la condotta forzata diventa energia cinetica perché è in movimento.La quantità di elettricità generata è determinata da diversi fattori.Due di questi fattori sono il volume del flusso d'acqua e la quantità di prevalenza idraulica.La prevalenza si riferisce alla distanza tra la superficie dell'acqua e le turbine.All'aumentare della prevalenza e del flusso, aumenta anche l'elettricità generata.La testa dipende solitamente dalla quantità di acqua nel serbatoio.
C'è un altro tipo di centrale idroelettrica, chiamata centrale di pompaggio.In una centrale idroelettrica convenzionale, l'acqua del serbatoio scorre attraverso l'impianto, esce e viene portata a valle.Un impianto di pompaggio ha due serbatoi:
Serbatoio superiore - Come una centrale idroelettrica convenzionale, una diga crea un serbatoio.L'acqua in questo serbatoio scorre attraverso la centrale idroelettrica per creare elettricità.
Invaso inferiore - L'acqua che esce dalla centrale idroelettrica scorre in un serbatoio inferiore anziché rientrare nel fiume e fluire a valle.
Utilizzando una turbina reversibile, l'impianto può pompare l'acqua al serbatoio superiore.Questo viene fatto nelle ore non di punta.In sostanza, il secondo serbatoio riempie il serbatoio superiore.Pompando l'acqua al serbatoio superiore, l'impianto ha più acqua per generare elettricità durante i periodi di picco dei consumi.
Il generatore
Il cuore della centrale idroelettrica è il generatore.La maggior parte delle centrali idroelettriche ha molti di questi generatori.
Il generatore, come avrai intuito, genera l'elettricità.Il processo di base per generare elettricità in questo modo consiste nel far ruotare una serie di magneti all'interno di bobine di filo.Questo processo sposta gli elettroni, che producono corrente elettrica.
La diga di Hoover ha un totale di 17 generatori, ognuno dei quali può generare fino a 133 megawatt.La capacità totale della centrale idroelettrica di Hoover Dam è di 2.074 megawatt.Ogni generatore è composto da alcune parti fondamentali:
Lancia
Eccitatore
Rotore
statore
Quando la turbina gira, l'eccitatore invia una corrente elettrica al rotore.Il rotore è una serie di grandi elettromagneti che ruotano all'interno di una bobina di filo di rame avvolta strettamente, chiamata statore.Il campo magnetico tra la bobina e i magneti crea una corrente elettrica.
Nella diga di Hoover, una corrente di 16.500 ampere si sposta dal generatore al trasformatore, dove la corrente sale a 230.000 ampere prima di essere trasmessa.
Le centrali idroelettriche sfruttano un processo naturale e continuo, il processo che provoca la caduta della pioggia e l'innalzamento dei fiumi.Ogni giorno, il nostro pianeta perde una piccola quantità di acqua attraverso l'atmosfera poiché i raggi ultravioletti rompono le molecole d'acqua.Ma allo stesso tempo, nuova acqua viene emessa dalla parte interna della Terra attraverso l'attività vulcanica.La quantità di acqua creata e la quantità di acqua persa è più o meno la stessa.
In qualsiasi momento, il volume totale di acqua del mondo è in molte forme diverse.Può essere liquido, come negli oceani, nei fiumi e nella pioggia;solido, come nei ghiacciai;o gassoso, come nel vapore acqueo invisibile nell'aria.L'acqua cambia stato quando viene spostata intorno al pianeta dalle correnti del vento.Le correnti del vento sono generate dall'attività di riscaldamento del sole.I cicli di corrente d'aria sono creati dal sole che splende più sull'equatore che su altre aree del pianeta.
I cicli di corrente d'aria guidano l'approvvigionamento idrico della Terra attraverso un ciclo proprio, chiamato ciclo idrologico.Quando il sole riscalda l'acqua liquida, l'acqua evapora in vapore nell'aria.Il sole riscalda l'aria, facendo sì che l'aria salga nell'atmosfera.L'aria è più fredda più in alto, quindi quando il vapore acqueo sale, si raffredda, condensandosi in goccioline.Quando un numero sufficiente di goccioline si accumula in un'area, le goccioline possono diventare abbastanza pesanti da ricadere sulla Terra come precipitazione.
Il ciclo idrologico è importante per le centrali idroelettriche perché dipendono dal flusso d'acqua.Se c'è una mancanza di pioggia vicino alla pianta, l'acqua non si raccoglierà a monte.Senza l'acqua che raccoglie il flusso, meno acqua scorre attraverso la centrale idroelettrica e viene generata meno elettricità.
Orario di pubblicazione: 07-lug-2021
