Centrals Elèctriques: Generació, Tipus i Distribució

El Generador Elèctric i la Xarxa

El generador elèctric és l'element més important de qualsevol generadora d'energia. Tret de les centrals fotovoltaiques, l'alternador transforma l'energia mecànica en energia elèctrica.

La xarxa elèctrica serveix per transferir l'energia elèctrica des de les centrals generadores fins als centres de consum.

Tipus de Centrals Elèctriques

Les centrals es classifiquen en:

• Centrals de base
• Centrals de punta
• Centrals de reserva
• Centrals de bombament

Centrals Hidroelèctriques

Les centrals hidroelèctriques es basen en l'aprofitament de l'energia de l'aigua que transporten els rius per convertir-la en energia elèctrica, a través d'un procés que inclou l'energia potencial, cinètica, de rotació i, finalment, l'energia elèctrica per a la seva utilització.

La presa és una construcció, normalment de formigó, que s'aixeca sobre la llera del riu. Serveix per formar embassaments o llacs artificials.

Tipus de Preses Hidroelèctriques

Existeixen dos tipus principals de preses:

• De gravetat
• De volta o d'arc senzill

Preses de Gravetat

La força de l'aigua emmagatzemada és contrarestada amb el mateix pes de la presa. El perfil transversal és triangular i es necessita gran quantitat de material per a la seva construcció. Una variant és la presa de contraforts que, per la seva disposició, permet un estalvi de material.

Preses de Volta o d'Arc Senzill

Estan construïdes de manera que la planta de la presa forma un arc que ha d'estar fortament encarat a les parts laterals del riu, on transmet les forces que provoquen la contenció de l'aigua. El seu perfil és esvelt, de manera que el material necessari per construir-la es redueix molt.

Conductes d'Aigua i Evacuació

Les preses han de permetre l'evacuació de l'aigua sense necessitat de passar per les turbines. Per això, utilitzen els sobreeixidors equipats amb comportes, i a peu de presa s'hi construeixen uns elements esmorteïdors de l'energia adquirida per l'aigua quan cau. A la part més fonda hi ha els desguassos, que permeten el buidatge de tot el pantà per realitzar les tasques de drenatge.

La Sala de Màquines i Turbines

És on estan situades les màquines motrius de la central, els anomenats grups turboalternadors. En funció de l'altura del salt i del cabal d'aigua, s'utilitzen diferents tipus de turbines:

• Turbines Pelton: en salts de gran altura i cabal regular.
• Turbines Francis: en salts intermedis i cabal variable.
• Turbines Kaplan: en salts de poca altura i cabal molt variable.

Transformadors i Parc de Distribució

Amb els transformadors s'eleva la tensió a un valor adequat per al seu transport als centres consumidors per evitar pèrdues. En el parc de distribució, la central es connecta a la xarxa de transport, que es realitza mitjançant les línies d'alta tensió. La majoria de centrals estan interconnectades a través de la xarxa de transport i han d'estar sincronitzades perquè les seves aportacions d'energia siguin compatibles.

Centrals de Bombament

Les centrals de bombament tenen la finalitat de racionalitzar la producció d'energia elèctrica segons la demanda existent.

Centrals de Bombament Pur

Per produir energia elèctrica, prèviament es bomba aigua a l'embassament superior, ja que només rep aigua de l'inferior.

Centrals de Bombament Mixt

Poden produir energia amb o sense bombament previ perquè l'embassament superior també està alimentat per un riu.

Minicentrals Hidroelèctriques

Aquestes centrals eren les subministradores d'energia elèctrica de petits nuclis rurals i de fàbriques situades al costat dels rius.

Centrals Termoelèctriques Convencionals

A les centrals termoelèctriques convencionals es genera energia elèctrica a partir de l'energia tèrmica produïda per la combustió de carbó, fuel o gas.

Components de la Central Tèrmica: Caldera

Les més utilitzades són les de radiació, anomenades així perquè la transmissió de la calor és per radiació. Disposen de cremadors adequats al tipus de combustible que utilitzen.

Components: Reescalfadors

Són les parts de la caldera destinades a eliminar les petites gotes d'aigua que acompanyen el vapor, per convertir-lo en vapor sec.

Components: Economitzadors i Preescalfadors

Aprofiten la calor residual dels gasos emesos per fer un escalfament previ a l'aigua que alimenta la caldera, al combustible quan és necessari i a l'aire utilitzat en la combustió.

Components: Turbines

Màquines motrius que transformen l'energia cinètica del vapor d'aigua en energia cinètica rotatòria en el rodet.

Components: Condensador

L'aigua per vaporitzar ha d'entrar a la caldera en estat líquid. En el condensador, el vapor procedent de les turbines es condensa abans de tornar a entrar a la caldera per tal de repetir-se el cicle.

Components: Torre de Refrigeració

Serveix per refredar l'aigua refrigerant del condensador. En els circuits tancats és imprescindible refredar l'aigua per tornar-la a utilitzar. En els oberts, que utilitzen aigua d'un riu, és necessari, per no afectar la fauna, que es retorni al riu amb la temperatura més semblant possible a la de l'aigua del riu.

Components: Xemeneia

Té la funció de crear una depressió dins la caldera perquè circulin els gasos dispersos en la combustió i poder-los evacuar a l'atmosfera. Poden ser de tir natural, en què la circulació dels gasos és provocada per la geometria de la pròpia xemeneia, o de tir forçat, quan la circulació és ajudada per mitjà d'impulsors mecànics.

Equip Elèctric

Està format per l'alternador, els transformadors i el parc de distribució.

Sala de Tractament de l'Aigua d'Alimentació

L'aigua utilitzada a la caldera és gairebé sempre aigua natural que conté diferents sals minerals i gasos dissolts. Aquestes sals es precipiten formant fang i incrustacions en els tubs. El bon funcionament de la caldera depèn en part de la qualitat de l'aigua.

Impacte Ambiental de les Tèrmiques

Els principals impactes mediambientals de les centrals tèrmiques convencionals s'originen en el procés de combustió.

Contaminació Atmosfèrica

La utilització de combustibles fòssils comporta la producció de CO2 i vapor de H2O, que són les causants de l'efecte hivernacle. La mala combustió i les impureses que contenen originen l'emissió de SOx i NOx, causants de la pluja àcida. Aquests òxids, juntament amb l'emissió d'hidrocarburs, són les causants de les boires fotoquímiques. La contaminació tèrmica es minimitza amb la utilització de torres de refrigeració.

Contaminació Acústica

Cal evitar que el soroll produït pels ventiladors forçats, les vàlvules de purga, etc., afecti el medi ambient, sobretot si hi ha poblacions properes a la central.

Noves Tecnologies en Centrals Tèrmiques

Com sabem, el carbó és el més contaminant i és el que disposa de més reserves; per tant, el futur de les centrals depèn molt de la seva utilització. Avui dia s'estan desenvolupant noves tecnologies:

• Sistemes de dessulfuració
• Gasificació del carbó
• Centrals de cicle combinat
• Combustió en llit fluid

Centrals Nuclears

Una central nuclear és una central termoelèctrica en la qual l'energia tèrmica s'obté de la fissió dels àtoms d'urani i de plutoni.

El Reactor Nuclear

És la part principal i la més perillosa de la central. En el reactor es produeixen les successives reaccions de fissió, de les quals en surt l'energia tèrmica necessària per obtenir el vapor d'aigua que farà moure les turbines.

Parts del Reactor Nuclear

• Vas del reactor: Conté la font de neutrons (per iniciar el procés) i el combustible nuclear.
• Moderador: Redueix la velocitat dels neutrons emesos en les reaccions.
• Barres de control: Tenen la funció de regular el nombre de fissions per unitat de temps.

Tipus de Centrals Nuclears

Reactor d'Aigua a Pressió (PWR)

Un circuit primari d'aigua transporta l'energia tèrmica del reactor al circuit secundari, el vapor del qual fa moure les turbines. Després, aquest vapor entra en contacte amb el circuit del refrigerant per condensar-se i reiniciar el procés.

Reactor d'Aigua en Ebullició (BWR)

A diferència de les anteriors, aquestes tenen un sol circuit d'aigua (o vapor) que va del reactor a les turbines. Són més perilloses, ja que el vapor que passa per les turbines i després pel refrigerant és molt radioactiu. Si aquesta aigua anés a parar al riu a través del circuit refrigerant, tindríem una catàstrofe natural.

Reactors de Neutrons Ràpids

No s'utilitza moderador; per tant, les fissions es fan amb neutrons ràpids. S'anomenen centrals amb reactors reproductors, ja que durant les fissions es necessita que la quantitat de combustible sigui molt superior a la dels reactors tèrmics.

Equipament d'una Central Nuclear

• Edifici de contenció: Conté el reactor i els elements del circuit primari i els protegeix.
• Edifici de turbines: Hi ha el grup turboalternador, els reescalfadors i els condensadors de vapor i els preescalfadors de l'aigua d'alimentació.
• Edifici del combustible: Emmagatzematge del combustible utilitzat i el no utilitzat.
• Edifici de control: Allotja la sala de control.
• Edifici auxiliar: S'hi troben els elements auxiliars i de seguretat.

Línies Elèctriques

El conjunt de conductors, aïlladors i accessoris destinats al transport i la distribució d'energia elèctrica.

Tipus de Línies Elèctriques

Línies Aèries

Es mantenen a una certa alçada del terra, amb l'ajut d'aïlladors i de suports a la tensió de la línia. Aquestes línies tenen l'avantatge de ser més econòmiques que les subterrànies, però són menys fiables i necessiten més manteniment per estar sotmeses a les condicions meteorològiques.

Línies Subterrànies

Estan directament enterrades al terra o dins de canalitzacions. Són de coure i alumini i forçosament han d'estar aïllades. Tenen un cost elevat d'instal·lació, però són més fiables i tenen un manteniment menor que les aèries. Són línies de distribució secundària.

Estacions Elèctriques

Són instal·lacions destinades a la transformació d'energia elèctrica i a la connexió entre dues o més línies.

Estacions Transformadores Primàries (ET I)

Eleven l'energia elèctrica produïda en la central a 110, 220, 400 kV, per transferir-la a les línies de transport.

Estacions d'Interconnexió

Asseguren la unió entre diferents línies de transport, directament si tenen la mateixa tensió, o amb transformadors si són diferents.

Estacions Receptores o Secundàries (ET II)

Redueixen la tensió de les línies de transport, compreses entre 6 i 66 kV, per alimentar les línies de distribució primària.

Casetes Transformadores o Terciàries (ET III)

Redueixen la tensió a 220 V i 380 V per poder distribuir l'energia als centres de consum a través de les línies de distribució secundàries.

Estacions Distribuïdores

Interconnecten les ET II. Poden estar instal·lades soles o associades amb altres estacions.