Producció i distribució d'energia elèctrica

CENTRALS ELÈCTRIQUES

Una central elèctrica és una instal·lació capaç de convertir l'energia mecànica, obtinguda mitjançant altres fonts d'energia primària, en energia elèctrica.

Aquestes instal·lacions, disposen d'un conjunt de màquines motrius i aparells que s'utilitzen per generar l'energia elèctrica.

Segons quina sigui la font utilitzada, tenim diferents tipus de centrals.

Hidroelèctrica, Tèrmica, Nuclear, Eòlica, Termosolars, Fotovoltàica.

Normalment l'energia pateix varies transformacions abans de obtenir l'energia elèctrica final. Només les centrals foltovoltàiques són capaces de obtenir l'energia directament a partir de l'energia solar del Sol. En els demés cassos l'energia es produida per un alternador, mogut per una turbina.

• CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES

Es produeix quan l'aigua flueix des de una determinada altura o una altre d’inferior, com succeeix de forma natural en les cascades. Però també podem obtenir salts d'aigua de forma artificial, mitjançant presses, donant lloc als anomenats embassaments, que a més a més ens permeten emmagatzemar grans quantitats d'aigua.

La central hidroelèctrica per tant, es capaç de produir energia elèctrica a partir d'un salt d'aigua, natural o artificial, gràcies a una turbina hidràulica i un alternador. La turbina és l'encarregada de transformar l'energia del moviment de l'aigua en gir. L'alternador és capaç de transformar el moviment de gir que li transmet la turbina en electricitat.

FUNCIONAMENT:

1. La presa reten l'aigua del riu formant un embassament.
2. L'aigua és conduïda mitjançant conductes fins arribar a la turbina. La diferència entre la turbina i l'aigua de l'embassament és proporcional a l'energia amb la que arriba l'aigua a la turbina.
3. L'aigua exerceix força sobre els àleps de la turbina fent-la girar.
4. L'eix de la turbina està unida amb l'alternador i li transmet el moviment.
5. L'alternador produeix energia elèctrica a partir del moviment.
6. L'energia elèctrica és elevada de tensió a un transformador, per poder ser transportada a través de la xarxa de distribució, amb les mínimes pèrdues possibles.
7. Després de passar per la turbina l'aigua és tornada aigües avall, per així ser aprofitada per el rec.

AVENTATGES DE LA CENTRAL HIDROELÈCTRICA

1. Es tracta d'una energia renovable.
2. No produeix contaminació ambiental ni residus perillosos.
3. Les turbines són màquines senzilles, que no requereix un gran manteniment.
4. A més de la producció de l'energia elèctrica, les centrals hidroelèctriques poden tenir altres usos: rec, subministrament d'aigua, regulació del cabal del riu etc.

INCONVENIENTS

1. Es requereix una inversió principal molt gran. Temps i diners.
   Depèn del clima, una gran sequera podria afectar al funcionament.
2. Modificació de la flora i la fauna de la zona.
3. Alteració del cabal.
4. Gran impacte ambiental, per la construcció de l'embassament. Erosió incidència en la població local i pèrdua de terres destinades al cultiu.
   
   
   

1. Aigua
2. Presa
3. Reixes filtradores
4. Tuberies
5. Conjunt turbina-alternador
6. Turbina
7. Eix
8. Generador
9. Línies elèctriques
10. Transformadors

*Pàgines d'interés: http://www.unesa.es/animation/resolucion800/hidroelectrica.swf

• CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES DE BOMBEIG O REVERSIBLES

Centrals de bombeig pur. Disposen de dos embassaments situats a diferent nivell. Quan la demanda d'energia arriba al seu màxim nivell al llarg del dia, les centrals de bombeig funcionen com una central convencional generant energia.

Durant les hores del dia en que la demanda d'energia és menor a l'aigua bombejada al embassament superior, així es podrà tornar a realitzar el cicle productiu.

La central disposa de grups de motor-bomba o les seves turbines són reversibles de manera que poden funcionar com bombes i els alternadors com motors.

Centrals de bombeig mixt. Poden produir energia amb bombeig previ o sense, perquè l'embassament superior està alimentat per un riu.

*Pàgines d'interés: http://www.unesa.es/animation/resolucion800/bombeo.swf

• CENTRALS TERMOELÈCTRIQUES DE COMBUSTIÓ

Una central tèrmica de combustió és una instal·lació capaç de produir energia elèctrica a partir de l'energia calorífica produïda per la combustió de carbó, fuel o gas natural en una caldera. La caldera produeix aigua a pressió, que fa funcionar una turbina de vapor, la qual mou un alternador, que és on es produeix l'energia elèctrica.

FUNCIONAMENT:

1. El combustible (carbó, gas o fuel) és cremat a la caldera, produint una gran quantitat de calor, que s'utilitza per escalfar l'aigua que circula per unes tuberies, fins que l'aigua arriba a transformar-se en vapor d'aigua a pressió.
2. El vapor a pressió incideix sobre els àleps de la turbina i la fa girar.
3. El eix de la turbina que es solidari al alternador i el transmet el moviment.
4. L'alternador és capaç de produir energia elèctrica a partir del moviment
5. La corrent és elevada de tensió a partir dels transformadors, per poder ser transportada amb les mínimes pèrdues a través de la xarxa de distribució.
6. Després d'accionar la turbina el vapor d'aigua passa de nou a la fase líquida, gràcies al condensador.
7. L'aigua calenta procedent del condensador és refredada i conduïda fins a la torre de refrigeració, gràcies a l'aigua freda d'un llac, riu o el mar.
8. L'aigua freda es torna a conduir fins a la caldera, per a repetir el procés.
   
   
   

AVENTATGES DE LA CENTRAL TERMOELÈCTRICA

1. Rendibilitat acceptable, si el combustible s'extreu d'una zona propera.
2. S'aprofiten els residus com les cendres, per fer-ne ús en les indústries metal·lúrgiques i químiques, fent ciment.

INCONVENIENTS

1. Produeix contaminació ambiental. Produint l'efecte hivernacle, i la pluja àcida.
2. Contaminació de l'aigua.
3. Contaminació acústica.
4. Utilitza una font d'energia no renovable.
5. En els casos en que s'utilitzi petroli com a font, existeix el risc d'un accident en el seu transport, donant lloc a marees negres.*
   
   
   

*Pàgines d'interés MAREES NEGRES: http://www.ecoloxistesasturies.org/Temas/Oceanos/nuncamas/Mareasnegras.htm

Pàgines d'interés, funcionament d'una central termoelèctrica:

http://www.unesa.es/animation/resolucion800/termica.swf

• CENTRALS NUCLEARS

Una central nuclear és aquella instal·lació capaç de produir energia elèctrica a partir de l'energia calorífica produïda per una reacció nuclear de fissió, consisteix en trencar els àtoms de elements radioactius, com l'urani i el plutoni. La calor generada s'utilitza per produir vapor d'aigua en pressió, que fa funcionar una turbina de vapor, la qual mou l'alternador, que és on es produeix l'energia elèctrica.

FUNCIONAMENT:

L'element principal de una central nuclear és el reactor nuclear, format per un edifici de contenció de doble mur. Allà es troba el nucli del reactor i el generador de vapor.

1. El reactor nuclear produeix d'una forma controlada la fissió dels àtoms de urani o plutoni. Es generarà una gran quantitat de calor que ha de ser absorbida per un refrigerant (aigua lleugera, pesant, heli etc.)
2. En el generador de vapor, el calor absorbit per el refrigerant del nucli reactor és transmès a l'aigua, produint conseqüentment aigua a pressió.
3. El vapor a pressió fa girar la turbina de vapor.
4. La turbina de vapor transmet el seu moviment a l'alternador a través d'un eix solidari.
5. L'alternador és capaç de produir energia elèctrica a partir del moviment.
6. L'aigua calent procedent del condensador, és refredada en la torre de refrigeració, gràcies a l'aigua freda d'un riu, llac o mar.
7. L'aigua freda és enviada a la caldera, per tornar a repetir el procés.

AVENTATGES:

1. Un dels materials utilitzats per destruir és l'urani del qual encara queden moltes reserves.
2. La tecnologia emprada està molt desenvolupada i té una gran productivitat, ja que amb quantitats mínimes d'urani o plutoni es produeixen grans quantitats d'energia.

INCONVENIENTS:

1. Alt cos de les instal·lacions en material i en manteniment.
2. Alt risc d'accident de fuga radioactiva. Provocaria grans problemes humans i materials.
3. Residus que es produeixen. Difícil cost i emmagatzenament. Perillosos a curt i llarg plaç.

PARTS DEL REACTOR

En el reactor és on es produeixen les reaccions de fissió de l'urani o plutoni de forma controlada, utilitzant l'energia calorífica.

En el nucli del reactor trobem:

• Vas del reactor és un recipient d'acer pur que conté una font de neutrons. El combustible format per material fissionable, normalment urani, en el qual tenen lloc les fissions, i per tant és la font d'energia principal.
• Moderador: És la substància que s'utilitza per disminuir la velocitat dels neutrons ràpids. Els moderadors més utilitzats són l'aigua, el carboni(grafit).
• Barres de control són les encarregades de controlar el funcionament del reactor. Estan fetes d'un material capaç de absorbir els neutrons, de manera que segons s'introdueixi més o menys entre el combustible nuclear, faran que augmentin o disminueixin les reaccions de fissió que es produeixen per unitat de temps.
• El refrigerant és l'encarregat de refrigerar el reactor. Normalment s'utilitzen refrigerants líquids com l'aigua lleugera o pesada, gasos, heli etc.

TIPUS DE REACTORS

Existeixen diferents tipus de reactors, segons quin moderador i quin refrigerant s'utilitzin. Segons com si el vapor que alimenta a la turbina es genera des de el propi nucli del reactor o en un generador de vapor.

Reactor d'aigua a pressió PWR (Pressurised Water Reactor). Utilitza l'aigua lleugera com a moderador i com a refrigerant i òxid d'urani enriquit com a combustible. El refrigerant circula a tanta pressió que mai arriba a la ebullició. Aquest refrigerant passa per el generador de vapor, on cedeix el seu calor al aigua, procedent del condensador, que transforma en vapor per alimentar a la turbina. Aquest reactor és el més utilitzat en tot el món.

Esquema de central nuclear PWR.

Reactor d'aigua en ebullició BWR (Boiling Water Reactor). Utilitza els mateixos elements com a moderador, refrigerant i combustible que l'anterior (PWR), però amb una diferència el refrigerant treballa a menys pressió, i es produeix vapor en el propi nucli del reactor, en lloc dels generadors de vapor.

Esquema de la central nuclear BWR

Reactor de neutrons ràpids, els reactor no utilitza moderadors. Les fissions es produeixen amb neutrons ràpids. Perquè la reacció es mantingui és necessari que la quantitat de combustible per unitat de volum sigui superior a la dels reactors tèrmics.

TURBINA HIDRÀULICA

La turbina és una màquina capaç de transformar l'energia del aigua en energia mecànica, en forma de moviment de gir. La turbina està formada per un eix al que s'uneixen els elements sobre els quals actua l'aigua.

Tipus de turbines hidràuliques: Hi han tres tipus de turbines hidràuliques. La utilització d'una o altre dependrà en cada cas del salt d'aigua i la potència de la turbina.

La turbina Pelton s'utilitza en grans salts d'aigua, quan l'aigua té molta pressió. Les caigudes més altes de 200m. Mitjançant una sèrie de distribuïdors, es reparteix l'aigua al voltant de la turbina. La forma dels àleps permeten que l'aigua no incideixi en elles fins al moment en què hi ha màxima pressió.

La turbina Francis s'utilitza per salts d'aigua de mida mitjana. Es caracteritza perquè rep l'aigua en direcció radial, i l'orienta cap a la sortida en direcció axial. Els salts d'aigua són de 50 a 200m.

La turbina Kaplan s'utilitza en petits salts d'aigua. Te un fluix axial i els seus àleps són semblants a les hèlices d'un vaixell. Els àleps estan distribuïts de tal manera que l'aigua circula entre ells. La pressió de l'aigua fa que al sortir en un determinat angle, faci girar el motor.

Turbina Pelton


Turbina Francis


Turbina Kaplan