È sempre lì ogni volta che si lancia un interruttore o si collega un cavo. Tutti noi facciamo affidamento sull’elettricità per tenerci in corso ogni giorno, sia che si tratti di acqua bollente per il nostro caffè del mattino, usando il nostro computer per lavoro o caricando il nostro telefono. Ti sei mai chiesto come l’elettricità arriva a casa tua? L’elettricità viaggia a lunga distanza per arrivare direttamente a casa tua. La stazione in cui viene generata l’elettricità potrebbe essere a centinaia di miglia di distanza! Tutti i pali e i fili che vedi davanti a casa tua e lungo l’autostrada sono chiamati il sistema di distribuzione elettrica o la trasmissione.
Oggi, le centrali di generazione in tutto il paese sono collegate attraverso il sistema elettrico (a volte chiamato “rete elettrica”).
COME FUNZIONA LA RETE ELETTRICA
La rete elettrica è un sistema multiforme e vitale. Uno dei più notevoli risultati ingegneristici dell’era moderna. Trasmette energia generata in una varietà di strutture e la distribuisce agli utenti finali, spesso su lunghe distanze. Inoltre, fornisce elettricità a strutture industriali, edifici, scuole e case. E lo fa ogni singolo minuto di ogni giorno e tutto l’anno.
La Rete nazionale è essenziale per la produzione di energia perché garantisce che sia l’elettricità che il gas siano trasportati in sicurezza. Anche che la domanda e l’offerta sono ben bilanciati. Lo scopo della griglia nazionale è quello di ottenere il calore, la luce e la potenza di cui il cliente ha bisogno nelle loro diverse case. Ma per quanto significativa sia la rete, dovrà anche tenere il passo con la crescente domanda che dovrà affrontare in futuro con il passaggio a fonti a basse emissioni di carbonio.
Circa il 40% dell’energia proveniente da tutte le risorse energetiche viene utilizzata per generare elettricità, più che per qualsiasi altro singolo scopo. La comprensione tecnica e scientifica dell’energia ci ha permesso di generare, trasmettere e utilizzare l’elettricità per riscaldare le case, caricare i telefoni, le strade leggere e molto altro ancora. L’elettricità arriva nelle nostre case in tre fasi; generazione, trasmissione e distribuzione. Questa è una procedura di ingegneria intricata.
Il processo richiede enormi investimenti e manodopera esperta. Le basi della generazione di elettricità rimangono le stesse in tutte le forme di elettricità, come l’elettricità generata utilizzando carbone, dighe idroelettriche, centrali nucleari, fonti di energia rinnovabili, come l’eolico e il solare. Cerchiamo di capire in dettaglio.
GENERAZIONE DI ELETTRICITÀ
L’elettricità inizia il suo viaggio nella centrale elettrica, dove viene introdotta attraverso combustibili fossili o risorse rinnovabili che vanno dal carbone e dal gas naturale all’energia idroelettrica ed eolica. Nella maggior parte dei casi, queste risorse sono utilizzate per alimentare le turbine attraverso la forza(s) di gas, vapore, vento, acqua, solare, biomassa, geotermica e anche fissione nucleare.
Ci sono diverse fonti di energia, e anche diversi modi di potenza può essere generato. La cosa centrale da riflettere è che l’elettricità è un prodotto artificiale, creato in un generatore elettrico. La generazione di energia inizia con una fonte di energia che può essere controllata e trasformata per creare energia elettrica e quindi erogata attraverso la corrente elettrica tramite linee elettriche. La generazione di energia è il primo passo nella fornitura di produzione e distribuzione di energia prodotta.
Energie rinnovabili
L’aggregato di energia rinnovabile utilizzata per costituire la nostra elettricità è in aumento nel corso degli anni, con i combustibili fossili che vengono lentamente eliminati. L’energia rinnovabile è costituita da diverse fonti, come solare, idroelettrica, eolica, energia delle onde, biomassa e marina. Dopo che l’energia viene generata attraverso fonti energetiche rinnovabili, viene diretta alla rete da distribuire.
Combustibili fossili
I combustibili fossili dominano ancora oggi le fonti di energia elettrica. Sono costituiti da gas naturale, carbone e petrolio. Generano questa energia bruciando combustibili fossili, come petrolio, carbone e gas, che poi rompe i legami di carbonio e inizia a creare energia. Viene quindi prodotto vapore, che aziona enormi turbine per produrre elettricità tramite un magnete rotante ad alta potenza. Le centrali elettriche a carbone sono riconosciute come le peggiori inquinatrici industriali a causa del grande volume di emissioni di carbonio, che rappresenta una minaccia per l’ambiente e la salute.
Energia nucleare
Nelle centrali nucleari, l’energia generata da un reattore nucleare produce calore da metalli radioattivi, come l’uranio. L’energia nucleare rimane una scelta molto più pulita per la generazione di energia rispetto ai combustibili fossili, in quanto producono minori quantità di anidride carbonica.
In sintesi, l’elettricità è generata dalla rotazione o dalla rotazione delle turbine. Queste turbine possono essere commutate con qualsiasi mezzo: carbone, energia nucleare, vapore, energia rinnovabile come l’energia solare, ecc. In diverse centrali elettriche, le turbine vengono ruotate dalla pressione del vapore, che viene creato facendo bollire l’acqua usando carbone bruciato in grandi caldaie. La pressione del vapore è tale da trasformare le turbine, che a loro volta generano elettricità. L’idroelettricità utilizza la forza dell’acqua corrente a valle di una diga artificiale. La grande forza dell’acqua corrente trasforma le turbine. L’obiettivo è quello di trasformare le turbine con qualsiasi mezzo.
TRASMISSIONE DI ENERGIA ELETTRICA
Questo è il trasferimento di massa di energia elettrica dalle centrali di generazione in cui inizia a diverse sottostazioni elettriche. L’elettricità viene trasportata su una distanza estesa ad alte tensioni, il che riduce al minimo la perdita di elettricità. Le linee di trasmissione sono insiemi di cavi, chiamati conduttori che trasportano energia elettrica dagli impianti di generazione alle sottostazioni che forniscono energia ai clienti. Tutte queste forme combinate una rete conosciuta come la ” rete elettrica.”Questa rete coinvolge impianti di generazione, linee di trasmissione, linee di sub-trasmissione, linee di distribuzione e sottostazioni. Il processo di trasmissione dell’elettricità è descritto di seguito:
L’elettricità viene generata in una centrale elettrica o in una stazione. Il generatore converte quindi l’energia meccanica in energia elettrica spingendo la corrente elettrica a fluire attraverso un circuito esterno. Tipicamente un conduttore elettrico, come il rame, ruota all’interno di un campo magnetico per creare elettricità. L’energia utilizzata per trasformare il conduttore può provenire da carbone, gas naturale, acqua caduta di energia nucleare e risorse rinnovabili come l’energia eolica e solare. Nelle stazioni di generazione, l’elettricità viene solitamente prodotta a meno di 30.000 volt (30 kV). Prima di fluire nei cavi/linee di trasmissione, l’elettricità viene “intensificata” ad alte tensioni dai trasformatori (questi sono dispositivi che aumentano e diminuiscono anche la tensione su un circuito).
Le linee di trasmissione trasportano elettricità su lunghe distanze, dall’impianto di generazione alle diverse aree in cui sono necessarie. L’elettricità nelle linee di trasmissione viene convogliata a tensioni superiori a 200 kV per amplificare l’efficienza. Tensioni di circa 220 kV a 500 kV sono standard. Inoltre, le linee di trasmissione sono solitamente collegate a grandi torri in acciaio reticolato o pali tubolari in acciaio.
Una sottostazione di trasmissione collega due o più linee di trasmissione ed è costituita da interruttori ad alta tensione che consentono di collegare o isolare le linee per la manutenzione. Questo può anche essere indicato come una stazione di commutazione. La sottostazione può avere trasformatori per convertire tra due tensioni di trasmissione o apparecchiature come regolatori per controllare il flusso di potenza tra due sistemi di alimentazione adiacenti. Una grande sottostazione di trasmissione può coprire molti acri con livelli di tensione multipli e una grande quantità di apparecchiature di protezione e controllo (condensatori, relè, interruttori, interruttori, trasformatori di tensione e corrente).
Le linee di sub-trasmissione trasportano elettricità a tensioni inferiori a 200 kV; in genere 66 kV o 115 kV. Di solito sono sospesi su pali in legno alto o in acciaio leggero. Possono anche essere collocati sottoterra.
DISTRIBUZIONE DI ELETTRICITÀ
L’elettricità è distribuita attraverso la sottostazione di distribuzione elettrica. Alla sottostazione, l’elettricità ad alta tensione dalle linee di trasmissione ad alta tensione viene incanalata attraverso trasformatori step-down che abbassano la tensione. L’elettricità viene poi trasmessa alla rete di linee di distribuzione elettrica locali. Prima che l’elettricità entri in una casa, la tensione viene nuovamente abbassata utilizzando trasformatori step-down. Nella maggior parte dei paesi, la tensione è di 220 V AC o 110 V DC. L’elettricità è più spesso distribuita attraverso la corrente alternata, sebbene la corrente continua sia talvolta utilizzata per la trasmissione a lunga distanza e ad alta tensione.
Corrente alternata (AC) commuta la direzione di tanto in tanto. Un ciclo è un periodo completo, in cui la corrente scorre prima verso una direzione e poi nell’altra. La maggior parte delle linee di trasmissione trasporta l’alimentazione CA perché l’elettricità viene generata e utilizzata come corrente alternata e un trasformatore può essere utilizzato per modificare la tensione dove necessario.
La corrente continua (DC) scorre in una direzione ed è utile per trasmettere elettricità su distanze considerevoli poiché l’elettricità DC non cicla, può essere utilizzata per collegare due griglie che non sono alla stessa frequenza o sincronizzate. Tuttavia, i trasformatori non possono modificare la tensione della corrente continua; deve essere riconvertito in corrente alternata per essere abbassato per la distribuzione.
LA TUA CASA
In una casa, l’elettricità viene assegnata a diverse prese da una rete di fili attraverso cavi elettrici. La vostra elettricità passa attraverso il calo di servizio e viene registrato al contatore. Il contatore tiene traccia di quanta elettricità si utilizza. Al tuo centralino, la tua elettricità viene divisa in circuiti per ogni area della tua casa. Infine, l’elettricità si muove attraverso i fili dietro le pareti alle prese di corrente e agli interruttori, dove si azionano le luci e gli elettrodomestici.