L’energia idroelettrica è la fonte di energia rinnovabile di elettricità più utilizzata in tutto il mondo. Generatori idroelettrici sono ampiamente disponibili, con quelli più grandi utilizzati per centrali idroelettriche, situate presso bacini artificiali e dighe, fino a quelli più piccoli utilizzati per applicazioni domestiche e rurali. Questo articolo offre alcune indicazioni nella scelta dei generatori idroelettrici più adatti alle tue esigenze.
Sommario
Proiezioni del mercato globale per i generatori idroelettrici
Introduzione ai generatori idroelettrici
Tipologie di turbine idroelettriche
Uno sguardo alla gamma di generatori idroelettrici disponibili
Conclusioni
Proiezioni del mercato globale per i generatori idroelettrici
Il mercato globale dei generatori idroelettrici sta crescendo bene a un tasso di crescita annuale composto (CAGR) del 6.8% nel periodo di 10 anni dal 2022 al 2032. Nel 2022 il valore di mercato era 137.6 miliardi di dollari, crescendo fino a 264.41 miliardi di dollari by 2032.
La quota di mercato è guidata da impianti fissi grandi impianti idroelettrici al 63%, Oltre sistemi portatili più piccoli al 37%, anche se si prevede che i sistemi più piccoli cresceranno più rapidamente a CAGR di 7.8%.
L’Asia Pacifico guida l’utilizzo attuale e la crescita prevista del mercato, con la Cina il più grande produttore di energia idroelettrica basata su grandi dighe. I sistemi più piccoli stanno trovando crescita in tutto il mondo grazie al crescente interesse per le fonti energetiche rinnovabili. I sistemi più piccoli sono leggeri e facili da installare in luoghi come aziende agricole e piccole aziende agricole per integrare altre fonti di generazione di energia.
Introduzione ai generatori idroelettrici
Le civiltà utilizzano la forza dell’acqua da oltre 2000 anni. Nell’era moderna, oltre il 70% dell’elettricità mondiale è generata dall’energia idroelettrica, rendendola facilmente la fonte di energia rinnovabile più utilizzata in tutto il mondo.
I generatori idroelettrici sfruttano la forza dell’acqua che scorre per generare elettricità. Lo fanno facendo passare l'acqua attraverso le pale del ventilatore di una turbina. Le pale agiscono come un'elica per far girare un albero metallico, che a sua volta fa girare un motore. Il motore genera energia elettrica. La dimensione della turbina e il flusso dell'acqua determinano la quantità di elettricità generata.
Il flusso dell'acqua si ottiene attraverso alcuni metodi di flusso diretto:
- L'acqua viene rilasciata da una fonte prigioniera come in un bacino idrico o dal flusso naturale di una cascata o di un fiume che scorre. In questo modo, la gravità è la forza principale che spinge l’acqua attraverso la turbina.
- L'acqua viene reindirizzata da un'altra fonte per fluire attraverso la turbina. Questo viene spesso creato incanalando un corpo d'acqua più grande, come un fiume, in canali e tubi sempre più piccoli. Questo processo può generare pressioni elevate per spingere attraverso le pale della turbina.
- L'acqua viene pompata verso l'alto in una struttura immagazzinata, come un serbatoio, che poi la rilascia per fluire verso il basso attraverso la gravità nella turbina. Questo metodo richiede energia per spingere l’acqua verso l’alto, quindi è più efficiente quando vengono utilizzate fonti di energia rinnovabile per creare tale energia.
Il diagramma sopra da Azienda tecnologica di Chengdu Forster mostra un esempio di una centrale idroelettrica situata in un bacino idrico, che utilizza il flusso d'acqua per gravità attraverso la turbina della centrale elettrica.
L’utilizzo di acqua proveniente da fonti naturali rende il generatore idroelettrico un’energia rinnovabile, ma in realtà il principio è lo stesso per la produzione di energia da combustibili fossili. Le centrali elettriche a carbone utilizzano il carbone per riscaldare l’acqua, per creare vapore, che viene poi forzato attraverso la turbina.
La diga delle Tre Gole, che attraversa il fiume Yangtze in Cina, è la più grande centrale idroelettrica del mondo, con turbine da 32 x 700 Megawatt (Mw) e altri due generatori da 50 Mw che forniscono energia alla centrale stessa.
I generatori idroelettrici con capacità inferiore a 5 kilowatt sono comunemente utilizzati nelle aziende agricole, nelle piccole aziende e nelle piccole industrie e negli usi di energia off-grid o ibridi. Per i generatori da 5 kilowatt e superiori, l'applicazione può includere l'alimentazione di piccole comunità, industrie rurali e esigenze agricole più grandi.
Tipologie di turbine idroelettriche
Le turbine idroelettriche generano la loro energia dalla combinazione di pressione e flusso dell'acqua. La pressione, o forza dell'acqua, è determinata dall'altezza della fonte d'acqua, chiamata "testa". Il flusso dell'acqua è sia il volume che la velocità dell'acqua
Esistono diversi tipi di turbine, adatte a diversi tipi di prevalenza e flusso d'acqua. I due tipi principali sono la reazione e l'impulso.
Turbine a reazione hanno le pale della turbina situate completamente all'interno del flusso d'acqua e vengono ruotate mentre l'acqua scorre sopra le pale, con tutte le pale a contatto con il flusso d'acqua. I tipi di pale di turbina utilizzate includono l'elica (come per l'elica di una barca), Kaplan (pale regolabili), cinetica (diretta dal flusso) e Francis turbina (come le pale di un motore a reazione). Il tipo di pala della turbina viene scelto in base alla prevalenza e al flusso dell'acqua, ciascuno con i suoi vantaggi. La maggior parte delle turbine a reazione vengono utilizzate per salti inferiori e flussi più elevati, sebbene le turbine Kaplan siano adatte anche per salti elevati.
Turbine a impulsi generano la loro energia dal flusso dell'acqua, per muovere la ruota (corridore). Con le turbine a impulso Pelton, solo una parte della girante è in contatto con il flusso d'acqua (immagina una ruota idraulica in un mulino). Mentre il flusso fa girare la girante, ogni nuova pala entra nel flusso e il movimento continua. Le turbine Pelton funzionano bene per salti elevati e flussi bassi. Le turbine a flusso incrociato consentono il flusso attraverso una parte più ampia della girante della turbina, catturando il flusso in entrata e in uscita. Funzionano bene per portate molto elevate e portate d'acqua basse.
Uno sguardo alla gamma di generatori idroelettrici disponibili
Le grandi centrali idroelettriche di tutto il mondo sono solitamente situate sui principali fiumi e sui bacini idrici, con generatori idroelettrici corrispondentemente grandi, appositamente costruiti, capaci di 500 megawatt e oltre. Per applicazioni più piccole, come la produzione di energia rurale, sistemi agricoli e industriali off-grid, generatori di considerevoli dimensioni sono disponibili per l'ordine online.
Questa sezione esamina una selezione dall'ampia gamma di generatori idroelettrici che possono essere acquistati "pronti all'uso" e suggerisce alcune delle applicazioni da considerare.
Generatori di grandi dimensioni
Laddove la capacità di generazione supera 1 megawatt (1000 kilowatt), la quantità di energia prodotta supera le esigenze tipiche di una piccola azienda agricola o domestica, quindi il loro utilizzo è più adatto per applicazioni industriali e per l'alimentazione elettrica on o off grid delle comunità rurali. Tali grandi generatori idroelettrici sarebbero situati vicino o su una fonte d’acqua vicina, come un fiume, un lago o un piccolo bacino idrico. L’acqua può essere fornita direttamente per gravità, ma è più probabile che venga pompata o reindirizzata da una fonte vicina.
Generatori di dimensioni più piccole
Al di sotto di 1 megawatt di capacità, i generatori idroelettrici più piccoli che possono produrre tra 5 e 500 kilowatt e oltre, sono molto adatti per piccole aziende agricole e grandi abitazioni off-grid. È probabile che siano situati lungo piccoli fiumi e grandi corsi d’acqua dove il flusso d’acqua è costante per mantenere affidabile la produzione di energia.
Microgeneratori idroelettrici
Con una capacità inferiore a 5 kilowatt, i microgeneratori idroelettrici sono molto piccoli, portatili e facili da installare per case e villaggi off-grid, piccole fattorie rurali e industrie artigianali. Possono essere installati in corrispondenza dei corsi d'acqua, con flusso facilmente reindirizzato attraverso le tubazioni in dotazione.
Modelli educativi
Esistono numerosi modelli dimostrativi di generatori idroelettrici disponibili online. Questi sono progettati per l'uso nelle classi di scienze per educare gli studenti di scienze su come funziona l'energia idroelettrica.
Conclusioni
I generatori idroelettrici sfruttano un flusso d'acqua costante per generare elettricità. Possono variare in scala da centrali elettriche multi-generatore che possono produrre oltre 20,000 megawatt a piccoli kit domestici che possono produrre non più di un kilowatt. I grandi generatori soddisfano le esigenze dei paesi che possono avvalersi della produzione di energia su larga scala. I generatori più piccoli sono sempre più popolari per le esigenze di alimentazione off-grid, per la piccola generazione di energia rurale e per gli appassionati di energia rinnovabile.
Nella scelta del giusto generatore idroelettrico, l'acquirente avrà già chiaro la probabile applicazione, se basato su un bacino o su un grande corpo idrico, o situato in un piccolo ruscello rurale. L'ubicazione e la potenza prevista sono le considerazioni principali, con una decisione secondaria sul tipo di turbina più adatta alla pressione (prevalenza) e al flusso dell'acqua.
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