Producerea si transportul energiei electrice Enegia electrica poate fi clasificata dupa metoda de obtinere in: energie nucleara, energie solara, energie eoliana si ce a valurilor. Energia nucleara In timpul celui de-al doilea razboi mondial, oamenii de stiinta din Germania si America s-au intrecut pentru a face o bomba puternica, utilizand energia din nucleul atomilor. De atunci, oamenii au invatat sa foloseasca energia nucleara pentru a genera electricitate. In Chicago, SUA o echipa de eoameni de stiinta condusa de profesorul italian Enrico Fermi a reusit sa provoace prima reactie nucleara controlata. Era anul 1942, si aceasta realizare a condus la dezvoltarea bombei atomice. Ceea ce au reusit sa faca oamenii de stiinta adesea numim „scindarea atomului”. Dar, pentru a fi mai precisi, ei au gasit o cale de a scinda nucleul – masa de protoni si neutroni din centrul unui atom. In acest proces se distrugea o cantitatea mica de materie. Dar, asa cum prezisese fizicianul Albert Einstein, in locul ei era eliberata o cantitate mare de energie – sub forma de caldura. In cazul bombei atomice, procesul avea loc foarte rapid, avand ca rezultat o explozie brusca si devastatoare de energie. In centralele nucleare are loc acelasi tip de reactie, dar la o rata mai lenta si controlata cu grija. 13441bmo68vcy1g Fisiunea nucleara Scindarea nucleului unui atom se numeste fisiune nucleara. Aceasta este provocata prin bombardarea combustibilului cu neutroni. Un neutron loveste un nucleu, determinandu-l sa se scindeze si sa emita mai multi neutroni. Acestia lovesc alte nuclee, provocand alte scindari si eliberarea altor neutroni. Aceasta succesiune se numeste reactie in lant. In cazul unei bombe atomice, i se permite sa continue necontrolata. Acesta este motivul pentru care energia eliberata in timpul procesului de fisiune se acumuleaza pentru a provoca o explozie violenta. La un reactor nuclear, bare de reglare metalice absorb o parte din neutroni, incetinand reactia si rata la care se elibereaza energie. Materiale fusionabile Numai cateva materiale pot fi utilizate drept combustibili nucleari deoarece, pentru a intra intr-o reactie de fusiune in lant, atomii trebuie sa aiba nuclee relativ mari si instabile. Asemenea elemente sunt cunoscute sub numele de materiale fusionabile. mc441b3168vccy Unul dintre cele mai larg folosite la centralele nucleara este uraniu-235 Reactoare moderne Majoritatea reactoarelor nucleare moderne sunt reactoare cu neutroni termici pentru ca ele utilizeaza un moderator pentru a incetini neutronii rapizi. Cele trei moderatoare utilizate in reactoarele moderne cu neutroni termici sunt grafitul, apa „grea”, apa usoara (obisnuita). Combustibili nucleari In reactoarele Magnox, combustibilul consta din uraniu invelit intr-un aliaj de magneziu. Dar majoritatea reactoarelor utilizeaza acum granule de oxid de uraniu, care sunt atasate in tuburi metalice lungi, sau „cuie”. Aceste cuie sunt grupate in elemente de combustibil, fiind necesare mai multe sute de elemente pentru incarcarea reactorului. De obicei combustibilul ramane in reactor timp de trei pana la cinci ani. Uraniul si plutoniul se extrag din combustibilul folosit. Agenti racitori Intr-un reactor tipic, caldura generata in combustibil prin fisiune este indepartata printr-un curent de agent racitor lichid sau gazos. Acest agent racitor trece printr-un schimbator de caldura, care transfera apei cea mai mare parte a caldurii, transformand-o in aburi. Aburii sunt folositi pentru actionarea turbinelor. In reactorul cu apa in fierbere si reactorul cu apa grea care genereaza aburii, agentul racitor este apa. Presiunea sa este reglata astfel incat sa fiarba cand trece prin canale in combustibil. Reactii de fuziune Toate reactoarele moderne se bazeaza pe fisiune nucleara. Un alt tip de reactie nucleara, numita fuziune, asigura energia soarelui. In fuziunea nucleara, doua nuclee atomice relativ usoare se unesc pentru a forma unul mai greu si elibereaza energie. Cea mai usoara reactie de fuziune de utilizat ca sursa de energie este aceea dintre doi izotopi de hidrogen, deuteriu si tritiu, ale caror nuclee fuzioneaza pentru a forma un nucleu de heliu. Tritiu este usor de obtinut, iar marile contin cantitati mari de deuteriu. Dar este nevoie de temperaturi de 100-300 de milioane de centigrade in asemenea reactii, si nici un material nu poate sa reziste la o asemenea caldura, astfel incat combustibilul trebuie tinut de peretii recipientului sau prin campuri magnetice. Experimentele din anii 1990 cu un dispozitiv de fuziune pentru testari, Joint European Torus, a confirmat faptul ca aceasta tehnica functioneaza si un reactor de fuziune experimental poate fi construit candva la inceputul secolului XXII. Energia solara Soarele este doar una dintre miliardele de stele, dar este sursa de energie a tuturor fiintelor vii de pe intrgul Pamant. Energia solara care ajunge pe Pamant in 40 de minute ar fi de ajuns pentru a acoperi nevoia de energie pe un an a intregii omeniri. Omul utilizeaza intr-o asa masura combustibilul pe baza de materie fosilizata (petrolul si carbunele) incat rezervele se vor epuiza in a doua jumate a secolului viitor. Mai demult s-a crezut ca centrala atomica este o solutie alternativa, dar gradul sau de periculozitate este demonstrat de catastrofa nuclear de la Cernobal, din 1986. S-a demonstrat ca dintre sursele de energie care ar putea inlocui combustibilul fosil, energia solara ofera siguranta si acuratetea cea mai mare. Radiatia solara Atmosfera reflecta aproximativ 30% si absoarbe 20% din radiatia solara; astfel, pe suprafata solului ajung doar 50% din ea. Chiar si asa insa aceasta cantitate este de 170 de milioane de ori mai mare decat productivitatea celor mai mari centrale. Grecii au utilizat energia solara inca din 400 i.Hr. pentru aprinderea focului, folosind globuri de stricla pline cu apa. In 200 i.Hr. ei si chinezii foloseau oglinzi concave in acest scop. In cuptorul solar modern, lumina solara este folosita pentru a gati, o oglinda concava (reflectorul) focalizeaza razele soarelui pe mancare sau pe vas. Pe aceiasi idee se baseaza si functionarea furnalului solar. In Mont Luis, Franta, s-a construit o cladire cu mai multe nivele, cu o latura acoperita de oglinzi, astfel incat totalitatea lor sa formeze o uriasa oglind concava. Camera de incalzire din facar se poate incalzi pana la 3000*C – la aceasta temperatura se topesc majoritatea metalelor. Bateriile solare Bateriile solare sunt niste instrumente electronice, care utilizeaza fenomenul fotoelectric pentru producerea energiei electrice. Intr-o fotocelula se genereaza o tensiune mica, de aceea trebuie legate mai multe astfel de celule in serie, pentru ca bateria solara sa se poata folosi ca sursa de energie. Fotocelulele sunt niste placi subtiri din materie semiconductoare, de obicei siliciu. Unele sunt facute din galiu, arseniu, care sunt tot semiconductoare. Astfel de celule au randamentul mai scazut, dar sunt functionale la temperaturi mai ridicate. De aceea se folosesc pentru alimentarea cu energie a satelitilor, mai expusi radiatiei solare. Cei mai multi sateliti artificiali functioneaza cu ajutorul panourilor solare, asemenea calculatoarelor si a majoritatii ceasurilor cu quartz. Curent fara retea de transpot la distanta In locurile mai greu accesibile, mai izolate de lume, cea mai mare parte a curentului necesar unei gospodarii este furnizata de panourile solare. O parte din curentul astfel generat este folosita pentru incarcarea unor acumulatori, astfel alimentarea cu energie electrica nu se intrerupe o data cu lasarea serii. Bateriile solare ofera o siguranta mare. Odata montate, aproape nu necesita revizie in continuare. Ani intregi pot functiona fara nici o supraveghere. In Marea Britanie panourile solare furnizeaza energia electrica pentru farurile fara personal. Un rol asemanator indeplinesc si in statiile ce urmaresc evolutia vremii in larg, pe mare si pe tarm. Pentru a genera curent fotocelulele necesita lumina, nu caldura, de aceea poate functiona farul de 360 KW al unei piste de aterizare in mijlocul unei pustietati inghetate din Alaska. Inca din anii 60, satelitii artificiali de comunicatii sunt alimentati cu ajutorul unor panouri solare enorme. Varianta cea mai avansata este statia cosmica Freedom, care va fi lansata pe orbita in jurul Pamantului probabil la sfarsitul secolului. Aceasta va fi echipata cu opt panouri solare, asemanatoare unor aripi, care vor transforma lumina solara intr-o putere electrica de 75 KW. Daca se va putea realiza proiectul maret al inginerului american dr. Peter Glaser, in secolul XXI un sistem de centrale cosmice va furniza cantitatea de energie electrica necesara omenirii. Dupa conceptia Doctorului Glaser, in jurul Pamantului s-ar roti o flota de 40 de sateliti (SPS), centrale solare generatoare de energie din radiatia solara. Energia generata in fotocelule va fi transformata in microunde si acestea ar fi transmise spre statii de receptie terestre. Aici s-ar realiza retransformarea microundelor in energie electrica. Potrivit Biroului European pentru Navigatie Cosmica, 40 de SPS-uri ar acoperi un sfet din necesarul energiei electrice al Uniunii Europene in jurul anului 2040. Exista insa o problema: aceasta radiatie, de microunde, de putere mare ar arde orice pasare sau om intalnit in cale, care nu s-ar afla intr-o aeronava din metal. Cu toate acestea multi savanti sunt extrem de convinsi ca marea parte a energiei va fi furnizata in viitor de centralele cosmice. Energia eoliana si cea a vanturilor Multe rauri au un flux de apa destul de eficient si continuu pentru a actiona turbine si a genera electricitate. Vantul, valurile si mareele contin si ele energie, dar valorificarea ei este mai greoaie. Generatoare de vant Multa lume prefera generarea electricitatii din energie eoliana deoarece este un proces curat si nu foloseste combustibil. In unele regiuni din tara Galilor si Scotia si in America de Nord functioneaza turbine de vant experimentale conectate la generatoare electrice. Este nevoie de un diametru al rotorului de circa50 m pentru a genera 1 MW (1.000.000 de watt) de energie, deci 1.000 de astfel de generatoare de vant ar putea egala capacitatea unei centrale electrice uzuale. In unele tari s-au construit „ferme de vant”, care constau din campuri generatoare de vant, insa publicul ar putea obiecta daca aspectul peisajelor ar avea de suferit. Din acest motiv, viitorul energiei electrice eoliene este nesigur. Generatoarele de vant mici asigura insa o cale ieftina de reincarcare a bateriilor electrice in zonele izolate, fara alimentare de la retea. Energia maremotrica In unele locuri unde raurile cu flux lent nu sunt potrivite pentru proiectele hidroelectrice, marea poate fi o sursa alternativa de energie. Energia mareelor poate fi folosita pentru a actiona turbine conectate la generatoare de electricitate. Locurile in care costul unor asemenea proiecte este justificat sunt putine, deoarece castigul din electricitatea produsa in acest fel este relativ mic. La reteaua de hidrocentrale mareomotrice de pe Raul Rance din Franta, fluxul din estuar genereaza o energie medie de numai 100 MW – o zecime din energia generata de o centrala delectrica obisnuita. Energia valurilor O alta sursa de energie a apei marilor sunt valurile. Valurile imense ale oceanelor poarta cantitati masive de energie, dar aceasta energie este greu de exploatat eficient si ieftin. Se testeaza diferite scheme experimentale. Intr-o schema, niste plute numite „ratuste” urca si coboara o data cu trecerea valurilor. Aceasta miscare actioneaza o pompa, care impinge apa printr-o turbina ce actioneaza un generator. O noua schema experimentala de energie a valurilor pentru Insula Islay, in dreptul coastei de vest a Scotiei, a fost conceputa pentru a genera 180 kW (180.000 W) de electricitate. Ea functioneaza pe principiul coloanei de apa oscilanta. O camera scufundata, deschisa in partea inferioara, contine o coloana de apa cu aer deasupra. O data cu trecerea valuilor, coloana de apa se ridica si coboara, impingand erul dintr-o turbina conectata la un generator de electricitate. Transportule energiei electrice Aimentarea cu energie electrica Electricitatea se obtine utilizand carbune, gaz sau cambustibili nucleari, sau captand energia soarelui, vantului sau a apelor. Iar energia electrica se transforma usor in alte forme de energie. Prima alimentare publica cu energie electrica a aparut la sfarsitul anilor 1800. Energia electrica avea diferite tensiuni, fiind distribuita sub forma de curent continuu (cc) sau curent alternativ (ca). In cazul curentului alternativ nu exista un standard pentru frecventa la care acesta isi schimba sensul. Pe masura ce utilizarea energiei electrice crestea, a devenit evient ca ar exista avantaje de pe urma standardizarii tensiunilor electrice. Pe langa faptul ca transferul de energie dintr-o zona a tarii in alta, ar fi fost mai usor, si constructia instalatiilor electrice ar putea fi simplificata. O data ce majoritatea organizatiilor generatoare a ales si adoptat un standard al electricitatii, s-au instalat retele de cabluri electrice, pentru ca electricitatea generata intr-o zona a tarii sa poata fi folosita in orice alt loc. Aceasta retea nationala de cabluti a facut mai fiabila distribuirea energiei electrice. Daca un generator se defecta, curentul putea sa fie luat dintr-o alta regiune, iar daca cererea crestea, la retea puteau fi conectate generatoare. Standarde Energia electrica este distribuita sub forma de curent alternativ, deoarece tensiunea acestuia poate fi schimbata usor cu un tranformator – un dispozitiv simplu, fiabli si eficient. In forma sa elementara , un tranformator electric consta din doua bobine separate infasurate in jurul aceluiasi miez de fier. Cand se aplica o tensiune alternativa la una dintre bobine, numita bobina primara, aceasta creeaza un camp magnetic variabil in miez. Aceasta induce o tensiune alternativa in cealalta bobina, numita secundara. Tensiunea din bobina depinde de raportul dintre numarul de spire din bobina secundara si bobina primara. Daca, de exemplu, in bobina secundara sunt jumatate atatea spire cate sunt in bobina primara, atunci tensiunea secundara va fi jumatate din tensiunea primara. Un transformator care reduce tensiunea electrica in acest fel se numeste tranformator caborator de tensiune. Transformatoare coboratoare de tensiune Tranformatoarele coboratoare de tensiune se folosesc pentru a reduce tensiunea electrica la un nivel relativ scazut, pentru consumul menajer. In Marea Britanie, pentru locuinte se distribuie 240 volti. In unele tari, distributia menajera este de 110 volti. Frecventa curentului alternativ este de obicei de 50 sau 60 Hz. Multe aparate cu alimentare de la retea, inclusiv televizoarele, aparatele radio is calculatoarele, folosesc transformatoare coboratoare de tensiune pentru a reduce tensiunea de la retea la nivelul cerut de circuitele lor interne. Transformatoare ridicatoare de tensiune Tranformatorul ridicator de tensiune are mai multe spire pe bobina secundara decat pe cea primara, astfel tensiunea secundara este mai mare decat tensiunea primara. Acestea sunt folosite, de exemplu, pentru a transforma iesirea unui generator de centrala electrica din zeci de mii de volti in sute de mii de volti. Sistemul trifazat Generatoarele centralelor electrice au trei seturi de bobine in care se induce o tensiune alternativa. Cand generatorul se afla in functiune, tensiunea atinge o valoare de varf in fiecare set de bobine pe rand. Acest sistem se numeste trifazat. In Marea Britanie, tensiunea intre cele doua capete ale unei infasurari este de 240 V, asa cum se distribuie la locuinte pentru uz casnic. Fazele sunt decalate cu 120 de gradeproducand o diferenta de 415 V intre orice pereche de infasurari. Curentul trifazic este distribuit la consumatorii industriali, pentru punerea in functiune a motoarelor electrice puternice ce funtioneaza cu o tensiune de 415V.
