Fonts d'Energia i Tipus de Centrals Elèctriques: Guia Completa

Tipus de Carbons

Hulles

Les hulles són carbons bituminosos o grassos, d'un elevat contingut en carboni, amb una llum, pols fina, impermeables i de destil·lació fàcil. Normalment es converteixen en carbó de coc i s'utilitzen com a reductors als alts forns per a l'obtenció del ferro.

Antracites

Les antracites són els carbons més antics, de major poder calorífic i amb un contingut en carboni de fins al 95%. Tenen un aspecte brillant, cremen amb poca flama i provoquen poca cendra. L'inconvenient principal és que es troben en jaciments molt profunds i de poc gruix, on l'extracció resulta difícil i costosa.

Reaccions de Fusió Nuclear

Les reaccions de fusió uneixen nuclis d'elements lleugers per formar nuclis més pesants.

Es poden aconseguir reaccions de fusió escalfant les partícules a temperatures d'al voltant de 100 milions de graus Celsius. A aquestes temperatures, la matèria no es troba en cap dels tres estats normals (sòlid, líquid o gasós), sinó que forma un conglomerat de partícules carregades positivament i negativament, sense una estructura atòmica que les lligui: és l'anomenat quart estat de la natura o plasma. El problema és com aïllar el plasma a una temperatura tan alta. La solució tecnològica més viable sembla que passa per confinar el plasma a l'interior de potents camps magnètics.

L'estat actual de les investigacions busca obtenir un confinament del plasma i aconseguir una reacció sostinguda, és a dir, que ens doni més energia que la que necessitem per iniciar la reacció. S'espera que, una vegada aconseguides aquestes metes, la fusió nuclear sigui la font per obtenir energia elèctrica barata, il·limitada, segura i mediambientalment acceptable.

Contaminació Ambiental

Principals tipus de contaminació esmentats:

• Pluja àcida
• Contaminació atmosfèrica urbana: les boires fotoquímiques
• Contaminació radioactiva
• Efecte hivernacle

Tipus de Centrals Elèctriques segons la seva Funció

• Centrals de base o principals: Estan destinades a subministrar energia elèctrica de manera contínua. Tenen una potència elevada i normalment són les centrals nuclears, les grans centrals termoelèctriques i les centrals hidroelèctriques.
• Centrals de punta: Estan projectades per cobrir demandes d'energia a les hores punta. Treballen en paral·lel amb les centrals principals.
• Central de reserva: Són les que tenen per objectiu substituir totalment o parcialment la producció d'una central de base, en cas d'avaria o reparació.
• Centrals de bombeig: Són centrals hidroelèctriques que aprofiten l'energia sobrant a les hores vall (A) per bombar aigua a un embassament superior, i a les hores punta (B) l'aprofiten per proporcionar energia a la xarxa.

Centrals Hidroelèctriques

Les instal·lacions que aprofiten l'energia cinètica de l'aigua directament o per mitjà de petites preses són les centrals d'aigua fluent o d'aigua corrent. Les que aprofiten l'energia potencial de l'aigua retinguda per una presa que eleva el nivell de l'aigua i regula el cabal del riu aigües avall són les centrals amb regulació o d'aigua embassada.

Centrals d'Aigua Fluent

Es construeixen en els rius en què l'energia hidràulica disponible es pot utilitzar directament per accionar les turbines. Són instal·lacions de poc rendiment, atès que no es pot regular el cabal de l'aigua que porta el riu i, per tant, aquest pot ser molt irregular segons l'època de l'any.

Centrals d'Aigua Embassada

L'aigua s'acumula en un llac artificial o pantà i s'utilitza en funció de les necessitats d'energia elèctrica. La disposició orogràfica del terreny determinarà les característiques constructives de l'aprofitament hidràulic. Bàsicament es concreten en dos models: les d'aprofitament per derivació de les aigües i les d'aprofitament per acumulació de les aigües.

Components d'una Central Hidroelèctrica d'Embassament

• Presa (de gravetat o de volta)
• Conductes d'aigua
• Sala de màquines
• Transformadors i parc de distribució

Funcionament d'una Central Hidroelèctrica

La presa (2) reté l'aigua del riu i provoca un embassament i un augment del nivell de l'aigua (1). A peu de presa hi ha la sala de màquines amb els grups turboalternadors (5).

L'aigua arriba a les turbines (6) a través d'una canonada forçada (4) alimentada des de l'embassament per les preses d'aigua, equipades amb comportes i reixats (3).

L'energia potencial de l'aigua embassada es converteix en energia cinètica en obrir les comportes de la canonada i es comunica al rodet de la turbina, que comença a girar, i l'aigua surt de nou al riu pels canals de desguàs. El disseny del conjunt format per la canonada, la turbina i els desguassos està molt estudiat perquè l'aigua comuniqui la màxima energia al rodet de la turbina.

Solidari a l'eix de la turbina (7) hi ha el rotor de l'alternador i un generador de corrent continu (8) que genera un camp magnètic a les bobines del rotor, amb la qual cosa produeix en el bobinatge de l'estator un corrent altern de tensió mitjana i intensitat elevada.

Amb els transformadors (10) s'eleva la tensió i a través del parc de distribució o directament s'alimenten les línies de la xarxa de transport (9).

Avantatges de les Centrals Hidroelèctriques

1. No emeten partícules contaminants a l'atmosfera i no generen residus directes. S'estima que cada quilowatt hora produït evita l'emissió a l'atmosfera d'1 kg de diòxid de carboni (CO₂), 7 g d'òxids de sofre (SOₓ) i 3 g d'òxids de nitrogen (NOₓ).
2. L'efecte regulador del cabal del riu pot evitar inundacions en cas de crescudes sobtades i també n'assegura un cabal mínim en cas de sequera; l'aigua es pot aprofitar per regar o proveir el consum de les poblacions.

Inconvenients de les Centrals Hidroelèctriques

1. Pèrdua de terrenys fèrtils i poblacions que són cobertes per les aigües, amb els consegüents problemes per als seus habitants.
2. Alteració del cabal dels rius i problemes d'erosió.
3. Modificació de la vegetació i la fauna de la zona.
4. Possible acumulació de matèria orgànica provocada pels vessaments d'aigües residuals, que deterioren la qualitat de les aigües, i que fins i tot poden arribar a emetre gas metà a l'atmosfera.
5. La construcció de grans embassaments pot variar el clima, la qual cosa comporta una greu modificació de l'ecosistema.

Central Termoelèctrica

Una central termoelèctrica es compon principalment de:

• Magatzem de combustible
• Caldera
• Turbines
• Condensador
• Torre de refrigeració
• Xemeneia

Resum de Conceptes Clau

Tipus de Carbó i Característiques

• Lignits: No gaire poder calorífic i moltes cendres.
• Hulles: Impermeables. Es converteixen en carbó de coc, amb molt poder calorífic.
• Antracites: De major poder calorífic. Poca cendra. Es troben a molta profunditat.

Aplicacions dels Combustibles Fòssils

• Combustible: Ús directe per a generació d'energia.
• Carbó gasificat: Obtenció de coc, gas ciutat, plàstics.
• Destil·lació:
  • Gas de síntesi: Producte de la destil·lació.
  • Destil·lació fraccionada: Separació de components segons el punt d'evaporació a altes temperatures.
• Craqueig: Conversió de fuel i olis en benzines i gasoils mitjançant altes temperatures o catalitzadors.
• Polimerització: Procés invers al craqueig.
• Reformació: Eliminació d'impureses de la benzina.

Contaminació Associada

• Efecte hivernacle
• Pluja àcida
• Boires fotoquímiques

Reaccions Nuclears

• Fusió: Uneix nuclis d'elements lleugers per formar nuclis més pesants.
• Fissió: Ruptura del nucli d'un àtom impactant amb un neutró.

Beneficis de les Energies Renovables

• Reducció d'emissions de CO₂.
• Aprofitament dels recursos autòctons.
• Suport a una indústria d'alta tecnologia (millora econòmica).
• Protecció de l'entorn natural.
• Electrificació de nuclis aïllats.
• Suport a centres de recerca.
• Afavorir el reequilibri territorial.

Inconvenients de l'Energia Solar

• Radiació dispersa i inconstant.
• S'ha de transformar.
• Densitat energètica baixa.
• Cost elevat.

Sistemes d'Aprofitament Solar

Sistemes Passius

• Vidrieres
• Massa tèrmica
• Elements de protecció
• Reflectors

Sistemes Actius

• Subsistema de captació
• Subsistema d'emmagatzematge
• Subsistema de consum
• Circuit obert o sistema directe

Energia Eòlica

• Aeroturbines:
  • Aeromotors: Lentes, rendiment baix, usades per al bombament d'aigua a pous.
  • Aerogeneradors: Ràpides, més potència, usades en parcs marins.

Components d'un Quadre de Comandament Elèctric

• Interruptor de potència màxima (ICPM)
• Interruptor general automàtic (IGA): És l'interruptor general.
• Interruptor diferencial (ID): Protegeix les persones de contactes directes i indirectes.
• Petits interruptors automàtics (PIA)
• Dispositiu de protecció contra sobretensions (DPS)
• Presa de terra

Tipus de Centrals Elèctriques (Resum)

• Centrals de base o principals
• Centrals de punta
• Central de reserva
• Centrals de bombeig

Transformació Energètica en Centrals

• Centrals Hidroelèctriques: Energia Potencial (embassament) → Energia Cinètica (canonades) → Energia Cinètica de rotació (turbina) → Energia Elèctrica (alternador) → Utilització
• Centrals d'Aigua Fluent: Poc rendiment, no es pot regular el cabal, molt irregular.
• Centrals d'Aigua Embassada: S'utilitza en funció de les necessitats d'energia elèctrica. Aprofitament per derivació o per acumulació de les aigües.
• Centrals Tèrmiques: Energia Química (combustible) → Energia Tèrmica (caldera) → Energia Cinètica (vapor) → Energia Cinètica de rotació (turbina) → Energia Elèctrica (alternador) → Utilització

Esquemes de Centrals

Central Termoelèctrica de Cicle Combinat

Central Nuclear d'Aigua en Ebullició

Aerogenerador

Assaig de Charpy (Tenacitat)