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Eletricidade
Corrente elétrica

Geração de eletricidade

Geração de eletricidade

A geração de eletricidade é o processo de geração de eletricidade a partir de fontes de energia primária. A peculiaridade da eletricidade é que não é energia primária, presente livremente na natureza em quantidades significativas, e deve ser produzida. A produção de eletricidade ocorre, via de regra, com a ajuda de geradores em empresas industriais chamadas usinas de energia.

No setor de energia elétrica, a geração de energia é o primeiro passo no fornecimento de eletricidade aos usuários finais, outros passos são a transmissão, distribuição, armazenamento e restauração de energia em usinas de armazenamento de bombeamento.

Maneiras de gerar eletricidade

A principal maneira de produzir energia elétrica é gerá-la por meio de um gerador elétrico que está no mesmo eixo da turbina e converter a energia cinética da rotação da turbina em eletricidade. Dependendo do tipo de agente de trabalho que gira a turbina, as usinas são divididas em hidráulica e térmica (incluindo nuclear).

Existem outras maneiras de gerar eletricidade que têm várias vantagens sobre o "tradicional" (mencionado acima), mas por várias razões, elas não são difundidas. Os principais tipos de energia alternativa são:

  • Energia eólica. Obtenção de energia elétrica a partir da energia cinética do vento.
  • Energia solar. Geração de eletricidade pelo efeito fotovoltaico.
  • Energia geotérmica. Produção de eletricidade a partir do calor no interior da Terra.
  • Energia de hidrogênio. Obtenção de energia a partir da queima de hidrogênio.

Hidroeletricidade

Usina Hidrelétrica - geração de eletricidadeA energia hidrelétrica é um setor de geração de energia renovável que utiliza a energia cinética de um fluxo de água para produzir eletricidade. As empresas produtoras de energia nessa área são usinas hidrelétricas, construídas em rios.

Durante a construção de uma usina hidrelétrica com a ajuda de barragens nos rios, cria-se artificialmente uma diferença nos níveis da superfície da água. A água, sob a ação da gravidade, é derramada da piscina superior para a inferior através de canos de água especiais nos quais estão localizadas as turbinas, cujas pás não são torcidas pelo fluxo da água. A turbina hidráulica gira o rotor coaxial do gerador.

Um tipo especial de usina hidrelétrica está bombeando usinas de armazenamento. Elas não podem ser consideradas como geradoras de capacidade em sua forma pura, pois consomem quase a mesma quantidade de eletricidade que produzem; no entanto, essas estações lidam com muito eficazmente a descarga da rede nos horários de pico.

Deve-se notar também esses tipos alternativos de energia hidrelétrica: maré e onda de energia. Nesses casos, a energia cinética natural das marés e ondas do vento, respectivamente, é usada para produzir energia elétrica. A proliferação desses tipos de energia elétrica é dificultada pela necessidade de muitos fatores coincidirem ao projetar uma usina: é necessária uma costa onde as marés (e as ondas do mar, respectivamente) são fortes e estáveis ​​o suficiente .

Energia térmica

As empresas do setor de energia térmica são usinas termelétricas, nas quais a energia térmica da combustão de combustíveis fósseis é convertida em energia elétrica. A geração de energia em instalações térmicas é considerada uma fonte de energia não renovável. As usinas termelétricas vêm em dois tipos principais:

Condensação, tecnologia IES. Uma usina de condensação térmica, projetada exclusivamente para a produção de eletricidade. O calor obtido pela queima do combustível aquece a água nos geradores de vapor e o vapor superaquecido resultante é fornecido à turbina a vapor, no mesmo eixo com o qual existe um gerador elétrico. Em uma turbina, a energia interna do vapor é convertida por processos termodinâmicos em energia mecânica, que em um gerador elétrico gera uma corrente elétrica fornecida à rede elétrica. O vapor de exaustão é descarregado no condensador. A partir daí, a água condensada é bombeada de volta para o gerador de vapor.

Cogeração, tecnologia CHP. Uma usina de cogeração é uma usina termelétrica na qual parte da energia térmica é direcionada para gerar energia elétrica e parte é fornecida para aquecer as áreas residenciais vizinhas. A geração combinada de calor e energia elétrica em uma usina termelétrica aumenta significativamente a eficiência de combustível em comparação com a geração de eletricidade separadamente em usinas condensadas e calor para aquecimento, em caldeiras domésticas

Os esquemas tecnológicos da IES e CHP são semelhantes, ambos usam os mesmos princípios termodinâmicos. A diferença fundamental entre o CHPP e o IES é que parte do vapor gerado na caldeira é usada para necessidades de suprimento de calor.

Geração de eletricidade por energia nuclear

Geração de eletricidade - Energia nuclearEm energia nuclear para geração de energia e calor usando energia nuclear. As empresas de energia nuclear são usinas nucleares. O princípio de gerar eletricidade em usinas nucleares é o mesmo que em usinas termelétricas. Somente neste caso, a energia térmica não é liberada durante a queima de combustíveis fósseis, mas como resultado de uma reação nuclear em um reator nuclear.

O esquema de geração de eletricidade é semelhante ao das usinas termelétricas: um gerador de vapor recebe calor do reator e gera vapor, vai para uma turbina a vapor etc. Devido a algumas características de projeto de usinas nucleares, é rentável usá-las apenas para gerar eletricidade.

Energia eólica

O uso de energia eólica cinética para gerar eletricidade. Curiosamente, de acordo com a lei de Betz, a eficiência de uma turbina eólica não pode exceder 59,3%. A energia eólica é considerada energia renovável.

Energia solar fotovoltaica

A produção de energia elétrica a partir da energia da radiação solar através do efeito fotoelétrico. Os painéis fotovoltaicos convertem a luz solar diretamente em eletricidade. Embora a luz solar seja livre e abundante, a produção em larga escala de eletricidade em usinas de energia solar é mais cara que a produção de eletricidade por geradores elétricos. Isso se deve ao alto custo dos painéis solares, que, no entanto, diminuem constantemente. Por outro lado, uma das vantagens da energia solar é que é uma fonte de energia renovável.

Atualmente, as baterias solares com uma eficiência de conversão de quase 30% estão disponíveis comercialmente. Em sistemas experimentais, mais de 40% de eficiência foi demonstrada. Até recentemente, os dispositivos fotovoltaicos eram usados ​​com mais frequência em estações orbitais espaciais, em lugares escassamente povoados onde não havia acesso a uma rede comercial de energia ou como uma fonte adicional de eletricidade para residências e empresas individuais.

Avanços recentes na produção fotovoltaica e na eficiência tecnológica, juntamente com subsídios devido a preocupações ambientais, aceleraram significativamente a implantação de energia solar fotovoltaica. As desvantagens da energia eólica e as desvantagens da energia solar são a necessidade de criar capacidades de armazenamento para operação noturna (para energia solar) ou sem vento (para energia eólica).

Energia geotérmica para geração de energia elétrica

Energia geotérmicaA energia geotérmica é baseada na produção industrial de energia, em particular eletricidade, fontes termais, águas subterrâneas térmicas. De fato, as estações geotérmicas são usinas térmicas comuns, nas quais fontes de calor subterrâneas das entranhas da Terra são usadas em vez de uma caldeira ou um reator nuclear como fonte de calor para aquecer o vapor através das leis da termodinâmica.

As desvantagens da energia geotérmica são as limitações geográficas de sua aplicação: do ponto de vista termodinâmico e econômico, é rentável construir estações geotérmicas apenas em regiões de atividade tectônica, ou seja, onde essas fontes naturais de calor são as mais acessíveis.

Energia de hidrogênio

O uso do hidrogênio como combustível energético tem grandes perspectivas: o hidrogênio tem uma eficiência de combustão muito alta, seu recurso é praticamente ilimitado, o que tornaria uma fonte de energia renovável. A queima de hidrogênio é absolutamente ecológica (a água destilada é o produto da combustão em uma atmosfera de oxigênio).

No entanto, a energia do hidrogênio não pode satisfazer plenamente as necessidades da humanidade devido ao alto custo de produção de hidrogênio puro e aos problemas técnicos de seu transporte em grandes quantidades.

Eletroquímica

A produção de energia eletroquímica ocorre no processo de conversão direta de energia de ligações químicas em eletricidade, como em uma bateria. A geração de energia eletroquímica é importante em aplicações portáteis e móveis. Atualmente, a maior parte da energia eletroquímica vem de baterias. As células primárias, como as baterias convencionais de zinco-carbono, atuam diretamente como fontes de energia, enquanto as células secundárias ( baterias) são usadas para armazenar eletricidade e não para gerá-la. Sistemas eletroquímicos abertos, conhecidos como células de combustível., Podem ser usados ​​para extrair energia de combustíveis naturais ou sintéticos.

Em locais onde há muito sal e água doce, é possível criar usinas osmóticas.

A economia da geração de energia

A construção de instalações de energia elétrica é muito cara, seu período de recuperação é longo. A eficiência econômica de um método específico de geração de eletricidade depende de muitos parâmetros, principalmente da demanda por eletricidade e da região. Os preços de venda de produtos não elétricos também variam de acordo com a relação desses parâmetros.

A escolha do tipo de usina também se baseia principalmente na consideração das necessidades locais de eletricidade e nas flutuações na demanda. Além disso, todas as redes elétricas têm cargas diferentes, mas as usinas que estão conectadas à rede e operam continuamente devem fornecer a carga básica, o consumo diário mínimo. A carga básica só pode ser fornecida por grandes usinas térmicas e nucleares, cuja potência pode ser regulada dentro de certos limites. Nas usinas hidrelétricas, a capacidade de controlar a energia é muito menor.

As usinas termelétricas são preferencialmente construídas em áreas com alta densidade de consumidores industriais. O impacto negativo da contaminação do solo por resíduos pode ser minimizado, uma vez que usinas de energia geralmente estão localizadas longe de áreas residenciais. Essencial para uma usina termelétrica é o tipo de combustível queimado. Em geral, o combustível mais barato para usinas termelétricas é o carvão. Mas se o preço do gás natural cair abaixo de um certo limite, seu uso para gerar eletricidade se tornará mais preferível do que gerar eletricidade queimando carvão.

A principal vantagem da energia nuclear é a grande capacidade de cada unidade de energia com tamanho relativamente pequeno e alto respeito ao meio ambiente, com estrita conformidade com todos os padrões operacionais. No entanto, os perigos potenciais do fracasso de uma usina nuclear são muito altos.

As usinas hidrelétricas geralmente são construídas em áreas remotas e são extremamente ecológicas, mas sua capacidade varia muito dependendo da época do ano e não podem regular a energia fornecida à rede elétrica em uma ampla faixa.

O custo de geração de eletricidade a partir de fontes renováveis ​​(excluindo a energia hidrelétrica) diminuiu recentemente significativamente. O custo da eletricidade produzida a partir de energia solar, energia eólica e energia das marés em muitos casos já é comparável ao custo da eletricidade produzida em usinas termelétricas. Considerando os subsídios estatais, a construção de usinas que operam com fontes renováveis ​​é economicamente viável. No entanto, a principal desvantagem dessas usinas é a natureza inconsistente de seu trabalho e a incapacidade de regular sua capacidade.

História da geração de eletricidade

O princípio básico da geração de energia foi descoberto na década de 1820 e no início da década de 1830 pelo cientista britânico Michael Faraday. Seu método, usado hoje, é que, em um circuito condutor fechado, quando esse circuito se move entre os pólos de um ímã, surge uma corrente elétrica.

Geradores elétricos instalados em usinas de energia geram eletricidade centralmente na forma de corrente alternada. Com a ajuda de transformadores de potência, a tensão elétrica da corrente alternada gerada é aumentada, o que permite que ela seja transmitida através de cabos com baixas perdas. O que uma instalação de energia solar fotovoltaica faria um conversor de corrente elétrica.

No lugar do consumo de energia elétrica, a tensão de corrente alternada é reduzida pela redução de transformadores e transmitida aos consumidores. A eletrificação, juntamente com o método de produção de aço Bessemer, se tornou a base da Segunda Revolução Industrial. As principais invenções que tornaram a eletricidade pública e indispensável foram feitas por Thomas Alva Edison e Nikola Tesla.

A produção de eletricidade nas usinas de energia começou em 1882, quando um motor a vapor da estação de Pearl Street, em Nova York, lançou um dínamo que produzia corrente direta para iluminar a Pearl Street. A nova tecnologia foi introduzida rapidamente em muitas cidades do mundo que transformaram rapidamente os ventiladores em iluminação em energia elétrica. Logo depois, as lâmpadas elétricas começaram a ser amplamente utilizadas em edifícios públicos, empresas e transportes públicos (bondes e trens). Desde então, a produção de energia elétrica no mundo tem aumentado constantemente.

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Referências

Última revisão: 12 de setembro de 2019