Energia elettrica: produzione e distribuzione

Prof.ssa Civitillo | L’insieme delle macchine, apparecchiature e linee destinate alla produzione, trasformazione, trasmissione, distribuzione ed utilizzazione dell’energia elettrica costituisce il sistema elettrico in senso lato. In effetti il sistema complessivo è l’unione di più sottosistemi distinti fra loro a seconda del- la funzione, della tensione nominale o in base ad altri criteri. In maniera molto schematica la struttura generale di un sistema elettrico di potenza, di tipo trifase, è sintetizzata nella figura , dove si fa riferimento ad un unico generatore e si adotta la schematizzazione unifilare per la rappresentazione dei conduttori. eletpng

-       Produzione di energia elettrica mediante centrali di varo genere, funzionanti a tensione non molto elevata, per problemi di isolamento degli alternatori.

-       Trasformazione delle grandezze elettriche (tensione e corrente) al fine di avere in ogni punto del sistema il valore di tensione più opportuno. Tale funzione viene svolta dalle stazioni di trasformazione (S1, S2, S3) e dalle cabine di trasformazione (C). Le stazioni S1 ed S2 sono dette prima- rie, le S3 secondarie.

-       Trasmissione dell’energia elettrica, ossia il trasporto di notevoli quantità di energia a grandi di- stanze e con valori elevati di tensione, mediante linee aeree o in cavo. Nella figura il tratto L1 rappresenta una linea di trasmissione ed L2 una linea di trasmissione secondaria.

-       Distribuzione: è l’ulteriore livello del trasporto dell’energia ed interessa il collegamento tra le stazioni, le cabine e le utenze. Si distingue una distribuzione in media tensione (MT) svolta dalla linea L3 ed una in bassa tensione (BT), propria delle linee L4. Nelle zone ad elevata densità di utenza queste linee sono generalmente in cavo.

 -       Utilizzazione dell’energia elettrica, ossia trasformazione di tale energia in una forma adatta ad utilizzazioni civili ed industriali (illuminazione, movimentazione di organi meccanici, ecc.). Nella figura si distinguono le utenze alimentate in AT (U1), in MT (U2) e in BT (U3). La consegna dell’energia elettrica viene effettuata in AT o MT solo per le utenze più importanti (utenze industriali). Per le utenze minori, quali officine o abitazioni (utenze domestiche), le cabine garantiscono una tensione concatenata nominale di circa 380 V oppure una tensione fase – neutro di 220 V.

In realtà il sistema elettrico italiano ha una complessità ben maggiore di quella deducibile dalla figura .Tutte le maggiori centrali di produzione sono tra loro collegate mediante linee di interconnessione, in modo tale che, al livello delle tensioni più alte vi sia una unica rete interconnessa, in cui confluisce tutta l’energia prodotta, con il vantaggio che la messa fuori servizio di una centrale non pregiudica l’alimentazione di una o più zone del territorio nazionale. In questo modo diventa però estremamente delicato il problema della regolazione delle energie prodotte dalle varie centrali e del- la ripartizione dei flussi di energia sulle varie linee. È da tenere presente inoltre la presenza di linee di connessione tra l’Italia ed i paesi confinanti (Francia, Svizzera, Austria) attraverso le quali si attua l’import-export energetico. Dalla figura  si nota che i vari punti del sistema elettrico sono caratterizzati da diversi livelli di tensione. I motivi che portano ad una scelta tecnicamente ed economicamente corretta dei vari valori sono molteplici. Alcuni di essi sono i seguenti:

-       Isolamento delle macchine e delle apparecchiature, che deve essere proporzionato alla tensione di esercizio; poiché i trasformatori, che sono macchine statiche, sono più facilmente isolabili degli alternatori si preferisce produrre con tensioni di 15¸30 kV ed elevare la tensione a valori adatti al trasporto mediante i trasformatori. Tali valori sono in generale funzione della potenza da trasmettere e della distanza. I

-       A parità di potenza apparente la corrente I = N/1,73V (in corrente alternata trifase) diminuisce all’aumentare della tensione e pertanto è conveniente effettuare il trasporto, specie per potenze rilevanti, alla tensione più elevata possibile;

-       Livelli di tensione delle utenze: la maggior parte delle utenze funziona a bassa tensione e pertanto occorrono i vari stadi di trasformazione della tensione, dai valori di trasporto (220 kV, 380 kV) a quelli di utilizzo (220 V, 380 V nella maggior parte dei casi);

-       Sicurezza degli utenti, che aumenta al diminuire della tensione e pertanto, per le parti di impianto a diretto contatto con le persone, è preferibile adottare bassi livelli di tensione.

Un’altra considerazione da fare riguarda la frequenza: il sistema di trasmissione generalmente impiegato è quello a corrente alternata trifase di frequenza 50 Hz (in Europa, 60 Hz negli USA). L’adozione di frequenze più elevate comporterebbe macchine di minori dimensioni a pari potenza. Tuttavia gli aumenti delle reattanze magnetiche proprie delle linee e dei generatori renderebbero estremamente difficoltosa la regolazione della tensione e la stabilità dell’esercizio.

Un approfondimento sulla produzione e distribuzione della energia elettrica.