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{{Nota disambigua|l'edificio presente nei videogiochi Pokémon|[[Centrale elettrica (Pokémon)]]}}
[[File:Earthlights dmsp.jpg|400px|thumb|right|Composizione di immagini NASA della Terra di notte]]
Una '''centrale elettrica''' è un impianto industriale atto alla [[produzione di energia elettrica]]. La società moderna si basa in maniera imprescindibile sull'uso dell'[[energia elettrica]], perciò la produzione di tale [[energia]] e, conseguentemente, le centrali elettriche hanno un'importanza tecnologica e strategica fondamentale. Le centrali elettriche odierne producono energia quasi esclusivamente in [[corrente alternata]] avvalendosi di [[macchina elettrica|macchine elettriche]] denominate [[alternatore|alternatori]].
Esistono eccezioni in [[Russia]], dove, per problemi di perdite su [[elettrodotto|elettrodotti]] estremamente lunghi, sono state create centrali elettriche in [[corrente continua]].
== Principali tipologie di centrali elettriche ==
Le centrali elettriche si caratterizzano principalmente per due aspetti che sono spesso legati fra loro ovvero la [[potenza (fisica)|potenza]], cioè l'[[energia]] per unità di tempo che una centrale è in grado di erogare e il tipo di ''combustibile'' o altro sistema energetico in ingresso che convertito consenta di ottenere energia elettrica.
La produzione di elettricità da combustibili fossili (petrolio, gas naturale, carbone) non è una [[fonte rinnovabile]] dal momento che le riserve di combustibile sono limitate. Si può però ricavare energia termica anche da altre fonti di calore, e cioè dalle fonti energetiche rinnovabili come il calore terrestre ([[centrale geotermica|centrali geotermiche]]) e quello solare ([[centrale solare]]) oppure attraverso l'utilizzo dell'energia nucleare ([[centrale nucleare]]).
=== Centrali termoelettriche ===
{{Vedi anche|centrale termoelettrica|Cogenerazione|Centrale ad olio vegetale|Centrale a gas}}
Le centrali termoelettriche sono la tipologia di centrali più diffusa nel [[pianeta]]. Il principio di funzionamento di una centrale termoelettrica classica è abbastanza semplice.
Un elemento [[combustibile]] (derivati del [[petrolio]], [[Carbone (minerale)|carbone]] o [[gas]], ma anche, in alcuni casi, [[biomassa]] o [[rifiuti]]) viene bruciato in modo da sviluppare [[calore]]; questo calore viene trasmesso a una [[caldaia]], nella quale circola acqua ad alta [[pressione]] (l'acqua deve subire una serie di trattamenti al fine di essere purificata per non danneggiare gli impianti), tale acqua viene così trasformata in [[vapore]] raggiungendo [[temperatura|temperature]] elevate. Il vapore viene convogliato verso delle macchine rotanti denominate [[turbina a vapore|turbine a vapore]] nelle quali il vapore espande convertendo il proprio contenuto entalpico in energia meccanica. Collegati all'albero in rotazione di tali turbine vi sono gli alternatori i quali convertono l'energia meccanica di rotazione in energia elettrica.
Un'evoluzione è rappresentata dalle '''centrali a ciclo combinato''': il gas viene bruciato in una turbina a gas che, collegata ad un alternatore, produce elettricità. I gas di scarico della turbina, estremamente caldi, vengono a loro volta utilizzati per scaldare acqua ed il vapore così ottenuto è usato in una turbina a vapore come in una centrale termoelettrica tradizionale, generando altra elettricità. Questo genere di centrali termoelettriche ha un rendimento elettrico estremamente elevato e comunque maggiore di quelle tradizionali, arrivando a sfiorare anche il 60% di resa <ref>[http://www.enplus.it/enplus/pdf/enplus07.pdf A titolo d'esempio, si vedano i dati della centrale turbogas di San Severo]</ref>.
==== Vantaggi ====
Generalmente le centrali termoelettriche erogano grandi potenze, dell'ordine delle centinaia o migliaia di MW e costituiscono la spina dorsale del sistema di produzione dell'energia elettrica, perché i loro impianti termici danno il massimo rendimento in regime di produzione costante; di solito, quindi, vengono tenute in funzione per lunghi periodi di tempo, costituendo la base della capacità produttiva. Anche se alcuni impianti termoelettrici possono essere polivalenti, ovvero in grado di utilizzare diversi tipi di combustibile, questo si ottiene a spese del rendimento termodinamico e quindi della spesa complessiva: per questo, in generale, si costruiscono centrali termoelettriche in grado di bruciare con la massima efficienza un particolare combustibile, e si riadattano gli impianti in caso diventi necessario bruciare un combustibile diverso.
==== Svantaggi ====
I residui della [[combustione]] dei combustibili generano una quantità elevata di prodotti inquinanti come i fumi, il [[particolato carbonioso|particolato fine]], gli ossidi di [[zolfo]] e [[azoto]] e gli [[idrocarburi]] aromatici, che possono essere dispersi nell'ambiente. I progressi tecnologici degli ultimi anni hanno fatto sì che molte misure per l'abbattimento di tali prodotti fossero implementate nelle centrali (pretrattamento del combustibile, abbattimento delle polveri, desolforatori, etc.) rendendo queste emissioni meno dannose. Nei paesi meno sviluppati questo tipo di impianti sono spesso molto dannosi, poiché a causa del loro alto costo di costruzione, le strutture di depurazione dei fumi non vengono costruite e ciò le rende delle pericolose fonti di inquinamento.
==== Possibili miglioramenti ====
È possibile ridurre notevolmente l'impatto ambientale di queste centrali. Innanzitutto si può semplicemente utilizzare un combustibile poco inquinante (come il gas naturale, il gasolio desolforato ed il carbone bonificato). È possibile contenere notevolmente le emissioni di inquinanti tramite il montaggio di appositi filtri a reagente e catalizzatori ossidanti.
Il calore residuo anziché essere sprecato immettendolo nell'aria può essere utilizzato per il [[teleriscaldamento]] nella stagione invernale (sostituendo le caldaie private nelle abitazioni vicine alla centrale).
==== "Termovalorizzatori" ====
{{Vedi anche|inceneritore}}
I cosiddetti "termovalorizzatori" sono [[inceneritore|inceneritori]] di rifiuti con recupero energetico. Il calore prodotto dalla combustione dei rifiuti viene utilizzato per produrre energia elettrica in maniera analoga a quanto accade nelle centrali termoelettriche, anche se con rendimenti estremamente più bassi e maggior produzione di sostanze inquinanti.
Affinché tutte le materie e soprattutto quelle plastiche brucino con minor produzione di elementi tossici (ad esempio le [[diossine]]) è necessario raggiungere temperature molto elevate (almeno 850 C°) ed utilizzare sistemi di abbattimento degli inquinanti molto sofisticati e costosi; in ogni caso le emissioni sono generalmente maggiori e contengono sostanze più nocive rispetto alle centrali termoelettriche tradizionali (ad esempio diossine o metalli pesanti)
La combustione ad alta temperatura, inoltre, produce una miniaturizzazione delle polveri emesse, proporzionale alla temperatura stessa. Ciò può dunque portare alla produzione di [[Particolato|polveri fini, ultrafini]] e [[particolato carbonioso|nanoparticelle carboniose]], che possono causare diverse patologie. La combustione dei materiali risultanti dalla selezione dei rifiuti, miscelata agli additivi, produce una notevole quantità di polveri, in parte filtrate prima dell'emissione al camino, almeno nelle componenti di maggiori dimensioni normate dalle leggi.
=== Centrali idroelettriche ===
{{Vedi anche|centrale idroelettrica}}
[[File:Krasnoyarsk hydroelectric station.jpg|thumb|right|Centrale idroelettrica Russa]]
Insieme alle centrali termoelettriche sono state le prime tipologie di centrali in uso. Il principio di funzionamento delle centrali idroelettriche si basa sull'utilizzo dell'acqua, o meglio della sua [[energia cinetica]], al fine di produrre energia elettrica.
Le centrali idroelettriche si suddividono in due tipologie:
* Centrali ad acqua fluente
Tali centrali sfruttano l'energia cinetica delle acque fluviali ([[energia idroelettrica]]), convogliate in particolari [[turbina idraulica|turbine idrauliche]] messe in rotazione dal flusso dell'acqua. Collegate all'albero rotante delle turbine vi sono gli [[alternatore|alternatori]] che trasformano l'energia meccanica di rotazione in energia elettrica.
* Centrali a caduta
Tali centrali sfruttano l'[[energia potenziale]] di notevoli masse d'acque poste ad altezza maggiore rispetto a quella di presa (si parla in tal caso di 'invaso', o naturale o artificiale creato tramite [[diga|dighe]]). L'energia potenziale dell'acqua viene trasformata in energia cinetica facendo confluire l'acqua in [[condotta forzata|condotte forzate]] nelle quali l'acqua raggiunge notevoli velocità. L'acqua viene poi fatta confluire come nel caso precedente in turbine collegate ad alternatori producendo così energia.
L'[[impatto ambientale]] delle centrali idroelettriche è molto minore di quello delle centrali termoelettriche, per via dell'assenza di fumi, e riguarda soprattutto il diverso regime delle acque da esse sfruttate: l'estrazione di energia cinetica rallenta il corso d'acqua, aumentando la velocità di sedimentazione; nel caso di centrali a caduta è necessario mettere in conto le opere idrauliche necessarie (dighe e condotte). La parte maggiore dell'impatto ambientale si verifica durante la costruzione, a causa degli sbancamenti e delle grandi opere necessarie per realizzare gli invasi ed il sistema di condotte forzate. Le centrali idroelettriche possono avere potenze che vanno da alcuni MW (centrali fluviali) alle decine o centinaia di MW per le grandi centrali a caduta.
[[File:Turbina idroelettrica.jpg|thumb|right|Schema di una turbina idroelettrica]]
==== Vantaggi ====
Il principale vantaggio delle idroelettriche è che, una volta costruite, offrono energia a costi molto competitivi e non richiedono combustibili o materie prime; sono una fonte di energia totalmente rinnovabile e di fatto illimitata. Inoltre, con una manovra chiamata pompaggio (che consiste nel ripompare l'acqua dai bacini inferiori negli invasi durante le ore notturne, quando la richiesta di energia è minore) si può accumulare energia prodotta dalle altre centrali della rete, per restituirla di giorno nelle ore in cui la domanda di energia raggiunge il massimo. Un ulteriore vantaggio è legato al fatto che la variazione della produzione di energia può avvenire in maniera molto più rapida rispetto ad una centrale termoelettrica o nucleare, variando la quantità di acqua che viene convogliata alla turbina.
Il loro impiego è, infatti, generalmente massimo durante le ore di maggiore consumo energetico.
==== Svantaggi ====
Soprattutto le centrali a caduta, che richiedono un intervento edilizio di enormi proporzioni per la realizzazione di laghi artificiali per fungere da invasi, hanno un impatto ambientale di grandi proporzioni, sia nella fase costruttiva delle opere, sia a posteriori nell'impatto visivo ed estetico. Inoltre, il fatto di alterare la portata e la distribuzione delle acque fluviali porta ad un cambiamento del microclima locale, per la maggiore umidità ed evaporazione portata dal lago che funge anche da serbatoio di calore, livellando le temperature fra giorno e notte. Questo porta in genere a variazioni nella flora e fauna locale; nel caso di bacini montani, si può avere un impatto anche su eventuali ghiacciai nelle vicinanze. Altro svantaggio è dovuto alla naturale sedimentazione, che tende a riempire lentamente l'invaso, e richiede dragaggi periodici: il terriccio di risulta può essere usato a fini edilizi, per riporti e terrapieni.
Esistono inoltre problemi di sicurezza in caso di forti terremoti o frane che hanno portato, per esempio, al [[disastro del Vajont]] nel 1963, al primo posto tra i 5 peggiori esempi di gestione del territorio in un documento [[Organizzazione delle Nazioni Unite|ONU]] illustrato alla presentazione del «2008 Anno internazionale del pianeta Terra»''<ref>{{en}} [http://www.lswn.it/en/press_releases/2008/international_year_of_planet_earth_global_launch_event_12_13_february_2008 Conferenza Stampa in occasione della presentazione del "2008 Anno Internazionale del Pianeta Terra" alla presenza del presidente Sarkozy]</ref> <ref>[http://archiviostorico.corriere.it/2008/febbraio/12/Onu_Vajont_maglia_nera_dei_co_9_080212133.shtml]</ref>.
=== Centrali a fissione nucleare ===
{{vedi anche|Centrale nucleare}}
[[File:Nuclear Fuel Cycle.png|thumb|right|Ciclo del materiale fissile]]
Le centrali nucleari sono analoghe alle centrali termoelettriche; la differenza sostanziale sta nel tipo di combustibile e di processo tecnologico che viene utilizzato per fornire calore e formare il vapore da inviare alle [[turbina|turbine]]. Queste centrali ottengono il calore da un processo di [[fissione nucleare]] del combustibile o in un prossimo futuro (2040/2050 in ipotesi ottimistiche) dal processo di [[fusione nucleare]] del combustibile
==== Vantaggi ====
Questa tipologia di centrali produce un'elevatissima potenza per metro quadrato occupato dall'impianto, {{cn|a costi più o meno uguali a quelli del carbone}}, che è attualmente la tecnologia economicamente più conveniente, rappresentando però una soluzione che permette di non dipendere più dai combustibili fossili. Le centrali nucleari hanno piccole emissioni di sostanze radioattive in forma liquida o gassosa. Non hanno emissioni di CO2 dirette poiché non avviene alcun fenomeno di combustione chimica, ma nel complesso la filiera di produzione dell'uranio e lo smaltimento delle scorie determinano una produzione di CO2 non trascurabile.
==== Svantaggi ====
Queste centrali sono potenzialmente pericolose, in particolare se mal costruite, mal gestite o lasciate in mano a paesi interessati alla proliferazione militare, giacché le centrali miste civili-militari (come quella di Chernobyl) sono molto più pericolose di quelle civili. Una rottura dei sistemi di contenimento e di refrigerazione della centrale, potrebbe portare alla dispersione nell'ambiente di materiale radioattivo e quindi alla contaminazione di vaste aree (vedi [[Disastro di Chernobyl]]): tale rischio, abbastanza basso per le centrali più recenti ed attualmente operative, è viceversa presente per {{citazione necessaria|alcune}} delle centrali più vecchie operative in tutto il mondo.
Lo smaltimento delle scorie radioattive e lo smantellamento della centrale stessa al termine del suo ciclo vitale (circa 25-30 anni) è un problema non completamente risolto: la [[Finlandia]] e la [[Svezia]] per esempio hanno individuato siti sicuri per lo smaltimento delle scorie nei rispettivi territori, grazie alla presenza di zone sismicamente stabili e disabitate. Viceversa un deposito di scorie tedesco, situato ad Asse in bassa Sassonia, ha manifestato perdite di sostanze radioattive dopo solo 15-20 anni di funzionamento nonostante fosse in origine pensato per ospitare scorie a tempo indeterminato. In Italia invece, con un territorio molto più densamente popolato e quasi tutto a rischio sismico, lo smaltimento resta un problema difficile. Le rigide norme di sicurezza rendono la costruzione di queste centrali costosa e lenta, anche per la variabilità nel tempo delle stesse norme.
L'avvento di centrali nucleari di quarta generazione o comunque avanzate dovrebbe risolvere alcuni degli aspetti negativi, ma, per ora, tali impianti sono solamente allo studio teorico. Le [[Reattore nucleare autofertilizzante|centrali autofertilizzanti]] invece sono state prototipate finora con scarso successo (per esempio il [[Superphenix]]); tuttavia l'idea è quella di consentire il riutilizzo del "combustibile" esausto dei reattori tradizionali per produrre altro materiale fissile (in particolare, [[plutonio]]) riducendo i problemi di approvvigionamento dell'uranio. D'altra parte la produzione di più materiale fissile di quello "bruciato" potrebbe alla lunga creare problemi ancora maggiori, fra cui anche quello relativo al proliferare potenziale di arsenali atomici.
L'adozione di reattori autofertilizzanti promette un maggior sfruttamento del "combustibile" rispetto ai reattori di 2° e 3° generazione, con una conseguente moltiplicazione delle risorse, attualmente scarse, di combustibile nucleare. Le riserve di 60 anni per l'[[uranio]] e di qualche secolo per il [[torio]] dovrebbero pertanto essere estese a tempi molto più lunghi benché oggetto di dibattito.
=== Centrali geotermoelettriche ===
{{Vedi anche|centrale geotermoelettrica}}
Le centrali geotermoelettriche sono di fatto centrali termiche che utilizzano come fluido primario per scaldare le caldaie il calore naturale dei vapori geotermici contenuti nel sottosuolo ([[energia geotermica]]). Non esiste dunque, in questo tipo di centrali, alcun processo di combustione.
Le centrali geotermoelettriche possono raggiungere potenze anche rilevanti, di qualche centinaio di MW.
==== Vantaggi ====
Una volta costruite le tali centrali sono estremamente pulite in quanto sfruttano un riscaldamento termico del tutto naturale e non hanno, quindi, scorie o residui atmosferici.
==== Svantaggi ====
Tali centrali hanno elevati costi di manutenzione dovuti alla composizione delle acque provenienti dal sottosuolo, che sono ricche di sali disciolti e creano depositi ed incrostazioni. Spesso si trovano giacimenti geotermici anche molto grandi, ma a temperatura di 80/90 gradi, troppo bassa e non utilizzabile con le tecniche attuali; un possibile sfruttamento di questi giacimenti è per il teleriscaldamento.
Uno dei problemi maggiori di queste centrali è che possono essere costruite solamente in appositi siti con presenza di attività geotermica, siti normalmente abbastanza rari.
Esistono poi controversie relative al pericolo di eruzioni geotermali, riduzioni del livello della falda acquifera e suo inquinamento ma soprattutto all'inquinamento atmosferico da parte di gas (anidride solforosa) e metalli pesanti (arsenico) legate alla presenza di centrali geotermiche soprattutto nella zona del [[Monte Amiata]].
=== Centrali eoliche ===
[[File:Windpark.jpg|thumb|right|Centrale eolica tedesca]]
{{Vedi anche|Centrale eolica}}
Le centrali eoliche sono centrali che sfruttano la velocità del vento per la produzione di energia elettrica. Il principio di funzionamento è abbastanza semplice, il modulo base di una centrale eolica è il [[generatore eolico]]. Questa apparecchiatura è composta da un'elica (o al limite una singola pala) collegata ad un albero alla quale è calettato il generatore di corrente.
L'elica e il generatore sono normalmente posti ad altezze elevate in modo da essere attraversati dai venti, venti che mettendo in rotazione l'elica azionano il generatore che produce così energia.
I generatori eolici possono essere di varie dimensioni ed essere utilizzati sia per un uso domestico rurale o in centrali normalmente composte di numerosi generatori. Le potenze di tali generatori variano dalle centinaia di W alle migliaia di kW.
==== Vantaggi ====
Come per le centrali solari quelle eoliche non hanno residui, scorie o altri sottoprodotti.
Il vento è gratis, quindi l'unica spesa è l'installazione e la manutenzione.
Le centrali eoliche hanno un costo di costruzione abbastanza contenuto, 1.000.000 euro per un aerogeneratore da 1 MW, il quale tende però a lievitare in modo enorme per impianti di dimensioni adeguate alla produzione industriale.
A terra occupa meno di 100 metri quadri, quindi non toglie la possibilità di continuare le precedenti attività su quel terreno (es. pastorizia, colture, ...)
==== Svantaggi ====
Le centrali eoliche per produrre quantità di energia apprezzabili devono essere costituite da un numero consistente di generatori eolici, che devono essere distanziati per poter sfruttare il vento e per evitare un affollamento che sarebbe sgradevole. Inoltre, la disponibilità produttiva è molto bassa (25%) a causa della discontinuità del vento e, dunque, a parità di potenza nominale installata, una centrale eolica produce un quarto di una centrale nucleare ed un terzo di una centrale a gas, richiedendo in compensazione, dunque, un sovradimensionamento ed un sovracosto pari a 4 volte quello nominale per ottenere le stesse prestazioni effettive.
Si possono installare solo dove c'è abbastanza vento e sono degli impianti moderatamente rumorosi; la loro pericolosità per i rapaci, naturalmente attratti dal rumore, è enorme e modificazioni della resistenza aerodinamica dei suoli possono condurre ad alterazioni permanenti della ventosità, con contraccolpi sull'ambiente. Un esempio è il caso di Los Angeles, città la cui attuale bassa ventilazione, e il conseguente permanere dello smog, è probabilmente dovuta all'installazione di grandi impianti eolici nelle gole attraverso le quali il vento arrivava alla città che hanno provocato l'innalzamento delle correnti eoliche e lo scavalcamento della città da parte dei venti.
==== Possibili miglioramenti ====
Vi sono nuove tecniche che permettono di installare aerogeneratori anche dove, fino a qualche tempo fa, non era pensabile.
Sono state create nuove forme per le pale degli aerogeneratori, per limitare l'ingombro, sono stati creati alberi di trasmissione lenti, in modo da limitare notevolmente l'inquinamento acustico, e vi sono vari incentivi che permettono di ammortizzare il costo nel giro di pochissimi anni
===
[[File:Solar Two 2003.jpg|thumb|right|Centrale solare termica a Daggett in California]]
[[File:Cpl.jpg|thumb|right|Concentratore parabolico lineare]]
{{vedi anche|centrale solare}}
Per centrali solari s'intendono le centrali ''solari termiche'', che sfruttano l'[[energia solare]], da non confondersi con i [[Pannello fotovoltaico|pannelli fotovoltaici]] che per rendimento, quantità di energia prodotta e costi non possono ancora essere oggi considerate centrali.
Le centrali solari termiche utilizzano come principio di base quello delle centrali termiche classiche, anche in questo caso la differenza sta nel metodo in cui viene scaldata l'acqua della caldaia.
Normalmente la centrale è formata da una superficie nella quale sono posti centinaia di specchi che concentrano i raggi solari in unico punto centrale (detto fuoco) nel quale si trova la caldaia. Questa colpita da tutti i raggi deviati dagli specchi si scalda fino a raggiungere temperature sufficientemente elevate per completare il ciclo del vapore fino alla turbina. Oppure da campi di concentratori parabolici lineari (in inglese parabolic trough), che riscaldano il fluido all’interno di condotti che percorrono la linea del fuoco (vedi fig. a lato).
====
Notevoli sono i lati positivi di questa fonte di energia, non ci sono emissioni inquinanti o di gas serra, non è necessario il trasporto di combustibili, non si producono scorie e la centrale non è pericolosa per gli abitanti nei dintorni.
Altro vantaggio è che, esclusi i costi di costruzione e manutenzione, si produce energia senza bisogno di materie prime, in quanto la luce solare è gratuita.
==== Svantaggi ====
Questo tipo di centrali richiedono una superficie di esposizione solare di dimensioni elevate, che aumenta in funzione della potenza che si vuole produrre. Ovviamente, producono solo se sottoposte a buon irraggiamento solare, può, quindi, essere sufficiente una nuvola per interrompere il processo di produzione. Gli impianti più moderni, infatti, prevedono di stoccare il fluido ad alta temperatura in appositi serbatoi isolati, che permettono di far funzionare le turbine non solo durante la notte ma con una autonomia di alcuni giorni in caso di cattivo tempo. Questi impianti hanno, comunque, la possibilità di essere alimentati a gas, nel caso le condizioni sfavorevoli perdurino. Le centrali termiche solari hanno potenze minime, i 20 megawatt raggiunti dalle tecnologie solari alla centrale di Priolo bastano ad un paese di 20 mila abitanti, una centrale termoelettrica ordinaria produce tra le 50 e le 200 volte di più. I costi per la messa in esercizio delle centrali solari sono, inoltre, elevatissimi, anche a ragione della necessità di sovradimensionare le strutture produttive in modo enorme per compensare la bassa disponibilità produttiva generata dalla discontinuità dell'irraggiamento, la quale è dovuta al ciclo solare e non può, dunque, essere aggirata ma è destinata ad essere sempre un problema strutturale della tecnologia.
Le centrali solari ad alta temperatura a volano termico con la sostituzione dell'acqua con, miscele (anidre) di sali fusi altobollenti proposte in Italia dal premio Nobel [[Carlo Rubbia]] rappresentano le fonti da questo tipo di energia con la maggiore convenienza prospettata attualmente in sperimentazione. La Spagna ha accolto Rubbia, dopo che lo stesso è stato allontanato nel 2005 dalla guida dell'[[ENEA]], ed ha lanciato anch'essa la sperimentazione di centrali simili a quelle progettate per l'Italia. Nel 2006 Rubbia torna in Italia perché Enel ed Enea hanno firmato, alla presenza del ministro dell'Ambiente, il protocollo di intesa per la realizzazione del progetto "Archimede", il primo impianto solare termodinamico italiano ed il primo al mondo ad essere integrato con una centrale a ciclo combinato a gas.
==== Possibili miglioramenti ====
In queste centrali spesso durante l'anno non si raggiungono le temperature di 110 gradi richieste (per poter far evaporare l'acqua). Perciò, nei periodi in cui non vi è una sufficiente insolazione, una buona soluzione sarebbe quella di utilizzare il calore per produrre semplice acqua calda a 90 °C, che, tramite una rete di [[teleriscaldamento]], può essere utilizzata per la produzione di acqua calda sanitaria, per alimentare le caldaie a scambiatore di calore ed i gruppi frigoriferi ad assorbimento.
=== Centrali fotovoltaiche ===
{{Vedi anche|Impianto fotovoltaico}}
[[File:Millwoodsolar.jpg|thumb|right|Centrale fotovoltaica]]
Le centrali basate su [[Pannello fotovoltaico|pannelli fotovoltaici]] convertono direttamente l'[[energia solare]] in corrente elettrica sfruttando l'[[effetto fotovoltaico]].
Sebbene tale tecnologia risulti da tempo già affermata in ambito aerospaziale, per applicazioni di utenze isolate o per altri utilizzi di nicchia, la realizzazione di [[centrale fotovoltaica|centrali fotovoltaiche]] è oggi ancora in fase di studio o [[prototipo|prototipale]]. Attualmente, un'installazione fotovoltaica è conveniente per utenze private o piccole aziende, che, in questo modo, possono rivendere energia all'azienda elettrica e ridurre il costo energetico; negli ultimi anni, le nuove celle fotovoltaiche basate sul silicio amorfo (o polisilicio) hanno drasticamente ridotto il prezzo dei pannelli, rendendo maggiormente conveniente l'investimento iniziale.
==== Vantaggi ====
Questo tipo di centrali richiede una bassa manutenzione dato che non sono dotate di complessi impianti ma solamente dei pannelli fotovoltaici che vanno periodicamente puliti ed orientati in direzione del Sole. Rappresenta, inoltre, una fonte di energia "pulita", dato che non produce alcun tipo di emissione o [[impatto ambientale]], esclusi quelli necessari alla realizzazione dell'impianto stesso di produzione.
==== Svantaggi ====
Il principale svantaggio degli impianti fotovoltaici è dovuto alla bassa efficienza dei pannelli (al massimo 25% in laboratorio, 14-16% in condizioni operative) ed all'elevato costo dei suddetti pannelli che rende ancora totalmente antieconomica la realizzazione di centrali fotovoltaiche. Inoltre, si presenta lo stesso svantaggio strutturale già visto per le centrali eoliche: a causa della bassissima disponibilità produttiva (11%), causata a sua volta dalla variabilità nel tempo dell'irraggiamento solare, le centrali solari possono produrre, a parità di potenza nominale installata, solo poco più di un decimo di quanto, con la stessa potenza nominale, sono in grado di generare centrali nucleari, a carbone o a gas, e dunque richiedono, per poter essere sfruttate, un sovradimensionamento originario e strutturale che ne moltiplica di un ordine di grandezza i costi.
== Sviluppi futuri ==
Sicuramente la produzione di energia elettrica per la sua importanza è oggetto di studi e sforzi in molti ambiti. Oltre alla già citata fusione nucleare elenchiamo una serie di esperimenti e possibilità che si sono affacciate a più riprese negli ultimi anni o che sono in via di sviluppo.
=== Centrali a fusione nucleare ===
{{vedi anche|Reattore nucleare a fusione}}
Attualmente la maggior parte dei finanziamenti mondali nei confronti nelle nuovi fonti di energia si sta concentrando sulla costruzione di centrali nucleari basate sulla [[fusione nucleare]].{{citazione necessaria}} La maggiore iniziativa è il progetto [[ITER]] che prevede la fusione nucleare di due nuclei di [[trizio]] e [[deuterio]] per la generazione di un nucleo più pesante (elio) e di un'enorme quantità di energia.
Il progetto ITER prevede la generazione di plasma stabile che fornisca più energia di quanta ne richiede per la sua generazione. Questo progetto non è in grado di produrre energia elettrica: questo sarà lo scopo del successivo progetto [[DEMO]]. Il progetto DEMO mira a convertire l'energia disponibile dalla fusione nucleare in energia elettrica e solo dopo il completamento di questi progetti si potranno costruire centrali elettriche a fusione nucleare. Le prime centrali operative sono previste per il 2050.
==== Vantaggi ====
Le centrali a fusione nucleare produrrebbero, come tipologia principale di scoria, [[elio]] 4 che è un gas inerte e non radioattivo; inoltre, non userebbero sistemi a combustione e, quindi, non inquinerebbero l'atmosfera con gas clima alteranti(di fatto non avrebbero emissioni di pericolosità rilevante). Inoltre, dovrebbero essere in grado di ottenere grandi quantità di energia, anche superiori rispetto alle centrali a fissione odierne.
==== Svantaggi ====
La fusione richiede temperature di lavoro elevatissime, tanto elevate da non poter essere contenuta in nessun materiale esistente. Il [[plasma (fisica)|plasma]] di fusione viene, quindi, contenuto grazie all'ausilio di elevatissimi campi magnetici, e le alte temperature vengono raggiunte con l'utilizzo di potenti laser o altri sistemi di riscaldamento. Il tutto rende il processo difficile, tecnologicamente dispendioso e complesso.
Altro problema è il materiale di ingresso in quanto, a differenza del [[deuterio]], il [[trizio]] non è un materiale facilmente reperibile in natura e radioattivo a vita breve.
=== Centrali mareomotrici e sfruttamento degli oceani ===
[[File:OTEC in Hawaii.jpg|thumb|right|Centrale America nelle Hawaii che sfrutta la differenza termica tra gli strati d'acqua dell'oceano per produrre corrente elettrica]]
{{vedi anche|Energia mareomotrice}}
Le centrali mareomotrici sfruttano il movimento del mare dovuto alle [[marea|maree]]. Queste centrali accumulano l'acqua in un bacino durante l'alta marea e poi la rilasciano durante la bassa marea.
L'acqua viene fatta passare in condotte forzate che la conducono in turbine collegate ad alternatori che consentono di produrre corrente elettrica. In alcune zone della Terra il dislivello tra alta e bassa marea può essere anche di 20 metri e può, quindi, rendere conveniente l'installazione di questi impianti.
==== Vantaggi ====
Sono impianti molto simili alle centrali idroelettriche e quindi la tecnologia è già disponibile e collaudata.
==== Svantaggi ====
Solo poche zone sono adatte per l'istallazione di questi impianti e, comunque, la potenza generata è modesta rispetto alla superficie occupata dall'impianto.
==== Ulteriori possibilità ====
Una seconda tipologia di centrali è basata sullo sfruttamento delle correnti sottomarine, che opportunamente incanalate potrebbero generare corrente elettrica tramite delle turbine. Queste centrali sono attualmente degli esperimenti da laboratorio, anche se, in breve tempo, si potrebbe passare ad un loro utilizzo reale per la produzione di corrente elettrica.
Una terza tipologia di centrali basata sugli oceani vuole sfruttare la differenza termica dei diversi strati dell'oceano ([[energia talassotermica]]). Acqua a differenti profondità ha differenti temperature e queste centrali utilizzano questa differenza di temperatura per produrre elettricità. Essendo la differenza termica tra i vari strati ridotta queste centrali hanno sempre un'efficienza molto bassa, tra 1 e il 3%.
Ulteriori ipotesi allo studio prevedono di utilizzare meccanicamente il moto ondoso del mare per la produzione di energia elettrica (vedi [[energia del moto ondoso]]). Una centrale di prova di questa tipologia è stata inaugurata il [[1º ottobre]] [[2007]] a [[Agucadoura]] nel pressi di Lisbona in Portogallo. La centrale è dotata di 3 elementi Pelamis P-750, i Pelamis P-750 sono delle strutture galleggianti ancorate al fondo del mare, il movimento del mare provoca il movimento dei galleggianti, il movimento di questi viene trasformato in corrente elettrica e inviato a terra. Si ritiene che l'impianto potrà soddisfare le necessita di quasi 2000 famiglie. La centrale era considerata un impianto di prova per poter verificare la reale convenienza della tecnologia utilizzata. <ref>[http://www.corriere.it/Primo_Piano/Economia/2007/10_Ottobre/01/centrale_elettrica_onde.shtml|titolo=Portogallo: ''Ora l'elettricità arriva dalle onde'' da Corriere.it]</ref> Nel settembre del 2008 è stato inaugurato il primo impianto commerciale, derivato dall'impianto pilota.<ref>[http://www.ilsole24ore.com/art/SoleOnLine4/Mondo/2008/09/energia-mare-portogallo-pelamis.shtml?uuid=57367e0a-8a44-11dd-a3c8-efc7617055b7&DocRulesView=Libero Energia dalle onde, al via il primo impianto in Portogallo]</ref>
=== Centrali "a osmosi" ===
Una centrale "a osmosi" sfrutta il mescolamento di acqua dolce e salata presso la foce di un fiume per creare una naturale differenza di pressione creata dal processo di [[osmosi]]: interponenendo una membrana semipermeabile fra i due liquidi a differente grado di salinità si avrà una migrazione spontanea delle particelle di solvente verso la soluzione a maggiore concentrazione di soluto. In questo modo è possibile creare da un lato una pressione d'acqua utilizzabile per la produzione di corrente elettrica.
Un primo progetto sperimentale di centrale "a osmosi" è stato portato avanti con successo in Norvegia, presso un fiordo vicino alla capitale. In questo primo esperimento è stata prodotta una potenza molto limitata (2-4 kW) ma l'impresa Statkraft, a capo del progetto, ha affermato di voler sviluppare la tecnologia rendendola appetibile per fini commerciali.
==== Vantaggi ====
Risorsa pressoché illimitata, impatto ambientale nullo
==== Svantaggi ====
Le potenze prodotte da un tale tipo di impianto sono per ora estremamente ridotte. Inoltre, ciascuna centrale necessita di essere realizzata presso la foce di un fiume o comunque nelle vicinanze di bacini idrici a differente grado di salinità che garantiscano un flusso osmotico costante nel tempo.
=== Celle a combustibile ===
{{Vedi anche|Cella a combustibile}}
[[File:Alkalinecell.svg|thumb|right|Schema concettuale di una cella a combustibile]]
Le centrali basate su celle a combustibili utilizzano [[ossigeno]] e [[idrogeno]] per produrre corrente elettrica e calore.
L'idrogeno e l'ossigeno combinandosi nella cella a combustibile generano corrente elettrica, [[calore]] e [[acqua]]. La corrente elettrica può essere utilizzata per azionare i motori elettrici di un veicolo.
==== Vantaggi ====
Bassissimo impatto ambientale.
==== Svantaggi ====
L'assenza sulla terra di idrogeno gassoso pronto all'uso come fonte di energia.
L'idrogeno deve essere considerato un vettore energetico e non una sorgente di combustibile. L'idrogeno, infatti, molto abbondante nelle stelle, sulla terra esiste solo sotto forma di composto chimico, per lo più nella sua forma combusta, l'acqua.
L'estrazione dell'idrogeno dall'acqua, per il [[Secondo principio della termodinamica]] non può mai essere un processo conveniente, ossia l'energia che si ricava dall'idrogeno è sempre inferiore a quella necessaria per estrarlo.
È possibile ricavare energia dall'idrogeno presente in altri composti quali il metano, ma in questo caso si perdono i benefici ambientali.
Qualora diventasse disponibile, in futuro, una grande quantità di energia di altra natura, parte di essa potrebbe essere utilizzata per generare idrogeno e alimentare celle a combustibile per l'alimentazione di automobili elettriche.
=== Fusione fredda ===
{{vedi anche|Fusione fredda}}
Si fece un gran parlare della [[Fusione fredda]] nel [[1989]], quando due scienziati statunitensi, [[Martin Fleischmann]] e [[Stanley Pons]], annunciarono di essere riusciti a trarre energia pulita, ovvero energia che non rilasciava alcun tipo di [[scoria radioattiva]], dalla fusione di due nuclei atomici di [[Deuterio]] o in certi casi di [[Idrogeno]], tramite un procedimento che sfrutta l'effetto catalitico di particolari metalli e con l'ausilio di una corrente elettrica.<br />Probabilmente, in quanto la reale esistenza del fenomeno fa ancora parte di un vivace dibattito scientifico, questo procedimento elettro chimico può produrre grandi quantità di energia tramite una reazione nucleare a temperature e pressioni vicine a quelle ambientali, invece delle elevatissime temperature e pressioni normalmente necessarie affinché si possano abitualmente innescare tali tipi di processi. Per questo motivo, a tale tipo di processo, è stato chiamato "[[fusione fredda]]".
Però, dopo gli entusiasmi iniziali, i due scienziati cominciarono ad essere sommersi da varie accuse secondo cui la reazione nucleare, di cui essi parlavano, fosse in realtà dovuta ad una messa in scena o ad un errore di laboratorio. Infatti, in quegli anni, furono pochi i laboratori, spesso con risultati non del tutto chiari, in grado di replicare con un certo successo l'esperimento di Fleischmann e Pons.
Solo dopo 10 anni, nel 1999 [[Carlo Rubbia]], allora presidente dell'[[ENEA]], decise che era ora di fare un esperimento che potesse chiarire la natura nucleare del fenomeno, per questo incaricò alcuni ricercatori dell'ente ad intraprendere un programma di ricerca di 36 mesi. Terminati i quali, nel 2002 i ricercatori capeggiati da [[Antonella Del Ninno]] confermarono la natura nucleare di tale reazione<ref>Antonella Del Ninno, Antonio Frattolillo, Antonietta Rizzo, Emilio del Giudice, [[Giuliano Preparata]] - ''"Experimental evidence of <sub>4</sub>He production in a cold fusion experiment"'' (2002) Rapporto Tecnico ENEA RT2002/41/FUS</ref>.
Comunque, nonostante il lavoro svolto da vari gruppi di ricerca, per molti fisici i fenomeni di Fusione Fredda non sono assolutamente reali, o peggio sono il prodotto di una sorta di "[[Scienza patologica]]"<ref>Douglas R.O. Morrison, ''Review of cold fusion'', SOV PHYS USPEKHI, 1991, 34 (12), 1055-1060.<br />L'abstract dell'articolo:<br />''I Risultati sperimentali sulla Fusione Fredda sono stati passati rassegna. La maggior parte degli esperimenti non rilevano nessun effetto ed i limiti superiori sono apprezzabilmente più bassi degli effetti positivi annunciati in alcuni esperimenti. È possibile concludere che: (a) Non vi è produzione di calore di eccesso e (b) ed è evidente che il bilancio finale è fortemente contro la presenza di prodotti di fusione. È stata osservata una curiosa regionalizzazione dei risultati, in alcune parti del mondo sono stati trovati solo risultati negativi, e solo risultati positivi in altre parti. In oltre il rapporto dei risultati positivi rispetto i negativi varia con il tempo. Studi precedenti sul palladio indicano che la fusione non dovrebbe accadere nel metallo. La Fusione fredda si spiega meglio come un esempio di Scienza Patologica''</ref>, situazione giustificata anche dal fatto che molti degli esperimenti di fusione fredda, continuano ad essere estremamente difficili da riprodurre e con forte variabilità nei risultati.<br />Solo negli ultimi anni, da parte della piccola comunità degli scienziati che stanno studiando il fenomeno, è venuta forte l'esigenza di concentrarsi più che sulle performance degli esperimenti, sulla capacità di questi di essere costantemente riprodotti e per questo sono in corso vari tipi di esperimenti, che permetteranno, si spera presto, di dare una più chiara visione del fenomeno.
==== Vantaggi ====
Le attuali sperimentazioni richiedono impianti economici e di ridotte dimensioni. A differenza della [[fissione nucleare]] e della [[fusione nucleare]], in molte tipologie di reazioni di fusione fredda non vengono prodotte [[Fissione nucleare|scorie radioattive]], e solo raramente vi vengono rilevate emissioni di [[raggi gamma]].
Nel caso che si dimostri la possibilità di sfruttamento del fenomeno, è ipotizzabile la realizzazione di sistemi di generazione compatti che potrebbero eliminare o quantomeno ridurre la necessità di una rete di distribuzione elettrica.
==== Svantaggi ====
Gli esperimenti più interessanti, a livello di quantità di energia termica prodotta e ridotto consumo dei componenti, hanno una riproducibilità abbastanza bassa (10-20% degli esperimenti), assolutamente inaccettabile per poter essere presa in considerazione a livello industriale.
Alcune reazioni di fusione fredda, potrebbero produrre, per mezzo di reazioni di [[Trasmutazione LENR]] a bassa energia, nuovi elementi atomici assolutamente non presenti nei prodotti inizialmente partecipanti alla reazione<ref>Roberto Germano, ''"Fusione fredda"'' Bibliopolis, Napoli, 2000, ISBN 88-7088-397-3</ref><ref>Iwamura Y., ''"Observation of Nuclear Transmutation Reactions induced by D2 Gas Permeation through Pd Complexes"'' in Eleventh International Conference on Condensed Matter Nuclear Science. 2004. Marseille, France.</ref>. Essendo allo stato attuale, tali fenomeni del tutto sconosciuti ed imprevedibili, questo fatto, se verificato, potrebbe essere causa di potenziali problemi nell'utilizzo generalizzato di tale tecnologia.
=== Centrale solare orbitale ===
[[File:Suntower.jpg|right|thumb|Raffigurazione artistica]]
{{Vedi anche|Centrale solare orbitale}}
Le Centrali solari orbitali dovrebbero ottenere energia elettrica attraverso [[pannello fotovoltaico|pannelli fotovoltaici]] costruiti in orbita. L'energia ottenuta dovrebbe essere trasmessa a [[Terra]] tramite [[microonde]]. Le microonde verrebbero ricevute tramite un'estesa schiera di antenne e convertite in corrente elettrica immessa nella rete di distribuzione. Una seconda alternativa prevede la trasmissione a Terra dell'energia tramite potenti [[laser]]. A Terra ricevitori composti da pannelli fotovoltaici dovrebbero nuovamente convertire la luce del laser in corrente elettrica che verrebbe inviata nelle linee ad alta tensione per la distribuzione.
==== Vantaggi ====
Essendo in orbita i pannelli sarebbero sempre illuminati e fornirebbero una corrente costante, la mancanza di atmosfera consentirebbe ai pannelli fotovoltaici una maggior efficienza rispetto ad un'installazione a Terra.
==== Svantaggi ====
La costruzione in orbita è molto costosa e le continue conversioni (da luce a corrente, a microonde e nuovamente a corrente) deprimerebbero le prestazioni dell'impianto dissipando buona parte della potenza prodotta.
=== Centrale a Idrogeno ===
{{Vedi anche|Centrale a idrogeno}}
=== Materia e antimateria ===
Sicuramente molti appassionati di [[fantascienza]] e [[trekker]] si saranno chiesti se sia realmente possibile costruire un motore [[Materia (fisica)|materia]]-[[antimateria]]. Anticipando il fatto che non ci sono studi ad oggi che si muovono verso tale direzione si può però affrontare l'argomento sotto un punto di vista teorico.
Gli studi scientifici legati al mondo microscopico hanno da anni non solo prodotto antimateria (da notare che parlando di antimateria ci si riferisce ad [[antiparticella|antiparticelle]] o di singoli antiatomi, e non a quantità di materia macroscopiche), ma dimostrato ampiamente che l'[[annichilazione]] della materia con l'antimateria converte l'intera massa in energia (E=mc<sup>2</sup>), sviluppando grandi quantità di energia. Quindi, si potrebbe affermare che un ipotetico reattore che sfrutti questi due elementi sarebbe in grado di generare enormi quantità di energia. Naturalmente, siamo gran lungi dall'essere in grado di fare ciò.
Odiernamente, l'antimateria viene prodotta principalmente nei [[ciclotrone|ciclotroni]] per uso scientifico e non si conoscono mezzi tecnologici per produrne quantità rilevanti; ma soprattutto, la sua produzione richiede l'utilizzo di quantità di energia enormemente superiori a quelle che si potrebbero ricavare dalla sua conversione in energia.
== Note ==
{{references|2}}
== Altri progetti ==
{{interprogetto|commons=Category:Power plants}}
== Voci correlate ==
* [[Produzione di energia elettrica]]
* [[Produzione di energia elettrica in Italia]]
* [[Centrali elettriche in Italia]]
* [[Trasmissione di energia elettrica]]
* [[Distribuzione di energia elettrica]]
* [[Petrolio]]
* [[Carbone (minerale)|Carbone]]
* [[Energie rinnovabili]]
== Collegamenti esterni ==
* [http://www.terna.it/ita/index.asp Sito ufficiale di "Terna" - Rete Elettrica Nazionale S.p.A.]
* [http://www.grtn.it Gestore della Rete di Trasmissione Nazionale]
* [http://www.eniscuola.net/testo.aspx?id=8 ENIScuola: Centrali Idroelettriche e mareomotrici]
* [http://www.repubblica.it/2003/i/sezioni/scienza_e_tecnologia/hammerfest/hammerfest/hammerfest.html La centrale in fondo al mare: elettricità grazie alla luna]
* [http://www.genitronsviluppo.com/2009/12/14/osmosi-prima-centrale-elettrica-in-norvegia]
{{portale|fisica}}
[[Categoria:Ambiente]]
[[Categoria:Centrale elettrica]]
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