Uma usina é um local de produção central para a geração de eletricidade. Uma usina possui equipamentos e dispositivos utilizados para converter energia natural em energia elétrica, bem como as estruturas e edifícios necessários para isso, localizados em um determinado território.
O funcionamento da grande maioria das centrais elétricas baseia-se no princípio de conversão da energia dos diversos tipos de motores em energia mecânica de rotação do rotor de um gerador elétrico, que é posteriormente convertida em eletricidade. Existem também instalações para a conversão direta de energia em energia elétrica, por exemplo, usinas fotovoltaicas.
Centrais térmicas
Uma usina termelétrica é uma usina elétrica que transforma energia térmica em eletricidade. A fonte térmica varia conforme o tipo de planta, mas o princípio de funcionamento é o mesmo.
As termelétricas mais difundidas são aquelas que utilizam a energia térmica liberada durante a combustão de combustíveis fósseis (carvão, óleo, gás, etc.). As usinas termelétricas geram mais de 70% da eletricidade em nosso planeta.
Isso se deve à presença de combustíveis fósseis em quase todas as regiões do nosso planeta, à possibilidade de transporte do local de produção até a usina e ao progresso técnico, garantindo a construção de termelétricas de alta potência.
Como funciona uma usina termelétrica?
Esse tipo de usina possui um gerador elétrico conectado a uma turbina a vapor. A água é aquecida pela fonte de calor para transformá-la em vapor. O vapor é usado para acionar uma turbina de alta pressão.
A geração de eletricidade por meio desse tipo de planta libera muito calor que não é totalmente aproveitado. Freqüentemente, o calor residual é descarregado nas águas superficiais de um rio próximo ao resfriar a água com grandes torres de resfriamento.
As termelétricas desenvolvem-se desde a década de 80 do século XIX, na sua forma moderna, desde a década de 20 do século XX. As principais unidades que convertem a energia térmica da combustão de combustível em energia elétrica são turbinas a vapor, turbinas a gás, motores de combustão interna e suas combinações.
Tipos de usinas termelétricas
Os diferentes tipos de usinas térmicas são classificados de acordo com a fonte de calor:
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Usinas termelétricas 'clássicas'
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Usinas de carvão (carvão pulverizado)
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Usinas de gás (gás natural)
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Plantas de óleo (óleo combustível)
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Usinas nucleares ( fissão nuclear )
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Usinas de biomassa
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Instalações de incineração de resíduos
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Usinas geotérmicas (energia geotérmica)
O que é uma usina combinada de calor e energia?
Alguns desses tipos de usinas de energia têm a função secundária de gerar calor para aquecimento urbano ou para a indústria, por exemplo.
Esse tipo é chamado de usina combinada de calor e energia. Tal usina tende a ser menos eficiente na geração de eletricidade porque parte da energia é deliberadamente usada para gerar calor.
No entanto, a eficiência térmica total é muito maior, porque o calor liberado é usado de forma eficiente.
Às vezes, esse calor também pode ser usado para alimentar turbinas a vapor industriais para necessidades tecnológicas.
Central nuclear
As usinas nucleares são um tipo de usina térmica que utiliza a energia térmica obtida a partir da energia nuclear. O calor é obtido em um reator nuclear por uma reação em cadeia de fissão de combustível nuclear. O combustível usado nesses tipos de plantas é geralmente urânio e plutônio.
A conversão posterior da energia térmica liberada em um reator nuclear ocorre de forma semelhante a uma usina de turbina a vapor.
Esse tipo de usina gera lixo nuclear de difícil manejo. Eles também podem causar danos significativos ao meio ambiente causados por acidentes ou situações anormais durante a operação de usinas nucleares.
Por outro lado, esta forma de geração de energia elétrica não emite gases de efeito estufa e, portanto, não contribui negativamente para as mudanças climáticas.
Usinas hidrelétricas
As usinas hidrelétricas funcionam gerando energia graças à água armazenada a uma certa altura. A água jateada tem energia potencial que, quando descartada, é convertida em energia cinética. Ao cair, a água aciona turbinas hidráulicas que geram energia hidrelétrica (eletricidade).
Usinas hidrelétricas reversíveis
Algumas dessas usinas possuem um sistema de armazenamento de energia potencial nos momentos de superávit elétrico.
Essas usinas possuem reservatórios localizados em diferentes alturas. Quando a eletricidade precisa ser produzida, a água é liberada do reservatório superior para acionar as turbinas e é armazenada no reservatório inferior. Se a rede elétrica está gerando eletricidade excedente, a água é bombeada para o reservatório superior novamente.
Que outras usinas usam energia renovável?
Além das usinas mencionadas acima e geralmente chamadas de "tradicionais", há uma grande variedade de usinas que usam fontes de energia renováveis para gerar eletricidade.
Por exemplo,
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Usinas solares fotovoltaicas que funcionam com painéis fotovoltaicos capazes de gerar corrente elétrica.
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Usinas eólicas que usam a energia das correntes eólicas.
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Usinas de energia das marés, que usam a vazante e o fluxo da água do oceano.
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Usinas geotérmicas que usam energia térmica de fontes termais subterrâneas (energia geotérmica).
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Plantas que utilizam a diferença de temperatura da água na superfície e nas profundezas do oceano, entre outras.
Gestão de eletricidade
As usinas são combinadas em um sistema de energia que também inclui:
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Instalações que consomem eletricidade
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Linhas de energia conectando-os às usinas
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Dispositivos eletrônicos com transformadores de corrente ascendente e descendente de tensão.
A transmissão de eletricidade de longa distância em distâncias de até milhares de quilômetros é realizada por meio de linhas de transmissão de energia de alta tensão 100 ... 750 kV, transmissão de curta distância - por meio de linhas de transmissão de energia de tensão mais baixa até 100 kV.
Gestão da produção de eletricidade
As usinas têm seu próprio padrão de produção. Por exemplo, a energia de uma usina a gás pode ser ajustada com relativa facilidade, o que não é possível para uma usina a carvão.
Uma vez que os preços flutuam fortemente durante o dia (e semana), esta é uma grande vantagem. Por outro lado, os custos do gás são mais elevados do que os custos do carvão (por kWh de eletricidade gerada). Portanto, a escolha de um tipo de usina requer uma visão de longo prazo de vários mercados complexos de energia.
