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Due terzi dell'elettricità prodotta nel mondo proviene da generazione a combustibili fossili. I combustibili fossili includono carbone, petrolio e gas naturale. Sono formati dai resti organici di piante e animali che vissero milioni di anni fa. Più spesso, i combustibili fossili si trovano sotto la superficie terrestre e devono essere estratti scavando o trivellando. Circa la metà dell'elettricità usata negli Stati Uniti proviene dalla combustione del carbone, quindi una centrale a carbone servirà a illustrare i principi di come i combustibili fossili producono elettricità.
Il processo fondamentale nella produzione di elettricità dai combustibili fossili è la combustione. Il carbone, petrolio o gas viene bruciato in una centrale elettrica, che è un sistema di macchinari per convertire l'energia immagazzinata nei combustibili fossili in energia meccanica o elettrica. I sottoprodotti della combustione di combustibili fossili includono anidride carbonica, biossido di zolfo, ossido nitroso, metano e particolato, tutti nocivi per l'ambiente e che impattano particolarmente la qualità dell'aria.
I pezzi di carbone estratti dalla terra in miniere a cielo aperto o sotterranee sono polverizzati, o macinati, per creare una polvere. Il carbone polverizzato ha più superficie dei pezzi di carbone, quindi brucia più facilmente. La polvere di carbone viene soffiata in una camera di combustione (essenzialmente una caldaia) dove si mescola con ossigeno e dove viene bruciata a temperature molto alte, producendo gas caldi.
All'interno della caldaia ci sono tubi interconnessi pieni d'acqua. I gas caldi generati bruciando il carbone riscaldano l'acqua nei tubi e la trasformano in vapore. Il vapore, sotto alta pressione, passa in una turbina a vapore, che nella sua forma più basilare è un tamburo cilindrico con pale attaccate all'esterno. La turbina è montata su un albero. Il vapore spara nella camera contenente la turbina, colpisce le pale e fa girare la turbina e l'albero ad alte velocità. Il vapore poi va in un condensatore dove torna ad acqua, che è diretta di nuovo nei tubi per essere usata di nuovo. Il calore rilasciato dal vapore mentre si raffredda va in una torre di raffreddamento, dove fluisce nell'atmosfera.
Un generatore è montato a un'estremità dell'albero. Il generatore consiste di un sistema di bobine di filo. Quando i fili ruotano in un forte campo magnetico, viene prodotta elettricità. L'elettricità è trasformata in energia ad alta tensione e inviata lungo linee di trasmissione alle nostre case e aziende, dove è convertita in tensioni più basse per poter essere usata in sicurezza.
Esistono molte variazioni sul processo di bruciare combustibili fossili per produrre elettricità. Per esempio, una centrale a ciclo combinato a gassificazione integrata trasforma il carbone in gas e rimuove le impurità dal gas prima di bruciarlo per produrre elettricità come mezzo per ridurre gli inquinanti rilasciati nell'aria. In molte centrali a gas naturale, gas caldi, non vapore, sono usati per girare le turbine. Centrali a ciclo combinato a gas naturale usano gas per girare una turbina e poi reindirizzano il calore di scarto da quel processo per produrre vapore che fa girare una turbina a vapore, aumentando così l'efficienza del processo.
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