Generació d'Energia: Centrals, Combustibles i Impactes

Tipus de Centrals Elèctriques

Una central elèctrica és un conjunt de màquines motrius i aparells que s'utilitzen per generar energia elèctrica. L'element principal és el generador elèctric o alternador, que transforma l'energia mecànica en energia elèctrica.

Centrals de Base, Punta i Reserva

• Centrals de Base/Principals: Estan destinades a subministrar energia elèctrica de manera contínua.
• Centrals de Punta: Estan projectades per cobrir demandes d'energia a les hores punta.
• Centrals de Reserva: Tenen per objectiu substituir totalment o parcialment la producció d'una central de base.

Centrals de Bombeig

Centrals hidroelèctriques que aprofiten l'energia sobrant a les hores vall per bombar aigua a un embassament superior, i a les hores punta l'aprofiten per proporcionar energia a la xarxa.

Centrals Hidroelèctriques

Es basen en l'aprofitament de l'energia de l'aigua que transporten els rius per convertir-la en energia elèctrica, i s'utilitzen turbines acoblades als alternadors.

Tipus de Centrals Hidroelèctriques

Centrals de Derivació

Les aigües del riu es desvien per mitjà d’una petita presa cap a un canal, amb el mínim desnivell possible.

Centrals d'Acumulació

Es situen en un tram del riu amb desnivell, on es construeix una presa que obstaculitza el pas de les aigües, la qual cosa produeix un embassament.

Components

• Presa: Construcció de formigó que s’aixeca sobre el llit del riu, és perpendicular a la seva direcció amb la finalitat de formar un embassament.
• Conductes d'aigua: Permeten regular el cabal, impedeixen el pas de troncs, branques...
• Sala de màquines: És on estan els turboalternadors que transformen l'energia cinètica en energia mecànica i després en energia elèctrica.

Funcionament

La presa, situada al llit d'un riu, acumula artificialment un volum d'aigua per formar un embassament, la qual cosa permet que l'aigua adquireixi una energia potencial (massa a una certa alçada) que després es transformarà en electricitat. Per això, se situa en el parament aigües amunt de la presa, o a la seva rodalia, una presa d'aigua protegida per una reixeta metàl·lica amb una vàlvula que permet controlar l'entrada de l'aigua a la galeria de pressió, prèvia a una canonada forçada que condueix finalment l'aigua fins a la turbina situada a la sala de màquines de la central. L'aigua a pressió de la canonada forçada va transformant la seva energia potencial en cinètica, és a dir, va perdent alçada i adquirint velocitat. En arribar a les màquines, actua sobre els àleps de la turbina hidràulica, transformant la seva energia cinètica en energia mecànica de rotació. L'eix de la turbina està unit al del generador elèctric que, en girar, converteix l'energia rotatòria en corrent altern de mitjana tensió i alta intensitat. Mitjançant transformadors, és convertida en corrent de baixa intensitat i alta tensió, per ser enviada a la xarxa general mitjançant les línies de transport.

Centrals de Bombeig

Tenen la finalitat de racionalitzar la producció d’energia elèctrica segons la demanda existent. Suposen un estalvi important, ja que consumeixen els excedents d’energia a les hores vall i subministren energia al sistema a les hores punta. Disposen de dos embassaments, el superior per alimentar la central, i l’inferior, per recollir l’aigua que utilitza la central. A les hores punta funcionen com a centrals hidroelèctriques normals. A les hores vall, l’energia sobrant de la xarxa és utilitzada per bombar aigua de l’embassament inferior al superior. Per bombar aigua disposen de grups motobomba o grups turbina-alternador.

Tipus de Centrals de Bombeig

• Centrals de bombeig pur: Per produir energia elèctrica prèviament bombejant aigua a l’embassament superior, ja que només rep aigua de l’inferior.
• Centrals de bombeig mixt: Poden produir energia amb o sense bombeig previ perquè l’embassament superior també està alimentat per un riu.

Centrals Tèrmiques Convencionals

Es genera energia elèctrica a partir de l’energia tèrmica produïda per la combustió de carbó, fuel o gas. Utilitzen turbines de vapor.

Components

• Caldera: Les més utilitzades són les de radiació.
• Turbines: Màquines motrius que transformen l’energia cinètica del vapor d’aigua en energia cinètica rotatòria en el rodet.

Funcionament

Des del recinte d’emmagatzematge del carbó, una cinta transportadora el diposita en una tremuja que alimenta el molí triturador, on és convertit en una pols molt fina per facilitar-ne la combustió. La calor despresa en la combustió escalfa l’aigua dels tubs i produeix vapor, que en el reescalfador n’és eliminada la humitat i augmentada la temperatura. El vapor s’expandeix pels diferents cossos de la turbina i cedeix energia cinètica al rotor de les turbines. A la sortida de les turbines el vapor passa al condensador, es refreda i es condensa. L’aigua condensada se sotmet a diferents etapes de preescalfament i s’introdueix a la caldera. L’aigua de refrigeració cedeix la calor extreta del condensador a l’atmosfera per mitjà de torres de refrigeració.

Materials Combustibles

Els materials combustibles, en combinar-se amb l’oxigen, donen lloc al fenomen de la combustió, on s’obté energia calorífica i energia lluminosa. Els combustibles són compostos de carboni d’origen natural o sintètic.

Tipus de Combustibles Fòssils

Els combustibles més abundants i amb més poder calorífic són els combustibles fòssils. Els combustibles fòssils, en funció del seu estat físic, es poden classificar en sòlids, líquids o gasosos.

• Combustibles Sòlids: El més utilitzat és el carbó. Formes: antracita, hulla o lignit.
• Combustibles Líquids: La majoria provenen de la destil·lació del petroli.
• Combustibles Gasosos: Els més utilitzats són el gas natural i els gasos liquats del petroli (GLP).

La Llenya

La meitat de la humanitat depèn de la llenya per escalfar-se, il·luminar-se i cuinar. En els països en què el seu consum és bàsic, és utilitzada pels habitants de les ciutats en forma de carbó vegetal, que pesa menys que la llenya i el seu transport és molt més barat. El carbó vegetal s’obté de la piròlisi o combustió parcial.

El Carbó Mineral

El carbó és format per carboni, hidrogen, oxigen, nitrogen i sílex, òxids de ferro, sofre, etc. El carbó és el primer combustible fòssil que va utilitzar la humanitat. Amb la crisi energètica del petroli dels anys setanta, es va revitalitzar el consum del carbó.

Processos d'Obtenció del Carbó

El carbó es troba en abundància a la Terra, en forma d’estrats o vetes minerals. Els lignits es troben en terrenys comprimits i superficials que en permeten l’explotació a cel obert. Les hulles i les antracites es troben a molta profunditat i compactats, només es poden extreure excavant pous i galeries subterrànies.

• Explotació a cel obert: Es comença retirant el material que cobreix el jaciment; el carbó queda al descobert i facilita el treball d’extracció.
• Explotació subterrània: Consisteix en l’excavació de pous fins a arribar a la veta i seguidament s’obren galeries en la seva direcció. El treball en aquestes mines és perillós i requereix una maquinària costosa i molta mà d’obra especialitzada. La presència del grisú exigeix una ventilació constant per evitar que es pugui acumular i explotar. Els sostres de les galeries s’asseguren amb puntals.
• Gasificació del carbó: Consisteix en la introducció d’un agent gasificant a la veta del mineral; en resulta gas de carbó que s’utilitza com a combustible.

El Petroli

El petroli cru és un líquid de color obscur, menys dens que l’aigua, oliós, de viscositat variable (normalment alta) i amb olor desagradable. Està constituït per barreges d’hidrocarburs i també conté sofre, oxigen i nitrogen. Té una gran importància econòmica, ja que proporciona molts productes amb molt poder energètic, com ara:

• Combustibles: benzina, gasoil, fuel, olis, etc.
• Derivats: plàstics, detergents, goma, etc.

Transformació del Petroli

• Destil·lació fraccionada: S’escalfa el cru fins a l’evaporació, seguidament es refreda i s’obtenen les fraccions condensades separades en funció del seu punt d’ebullició. Per aquest procés es fan servir dues torres: una a pressió atmosfèrica i l’altra al buit.
• Craqueig: Descomposició dels hidrocarburs més pesants per obtenir-ne més lleugers. Es fa amb temperatures i pressions elevades (cracking tèrmic) o amb catalitzadors químics (cracking catalític).
• Polimerització: Contrari al craqueig: els hidrocarburs lleugers es converteixen en compostos més pesants.
• Reformació: S’utilitza per millorar les benzines. Es fa a altes temperatures i en presència d’un catalitzador, com el platí.

Energia Nuclear

Aquestes radiacions són conegudes com a radiacions ionitzants, perquè tenen energia suficient per penetrar la matèria i ionitzar les molècules i els àtoms.

Radiacions Ionitzants

• Alfa: La frena un full de paper o uns quants centímetres d’aire. La desviació per camps magnètics i elèctrics és dèbil. La velocitat és de 10⁷ m/s.
• Beta: La frenen uns quants mil·límetres d’alumini o un metre d’aire. La desviació per camps magnètics i elèctrics és gran. La velocitat és propera a la de la llum.
• Gamma: La frenen uns quants centímetres de plom o uns quants metres de formigó. La desviació per camps magnètics i elèctrics és nul·la. La velocitat és la de la llum, 3·10⁸ m/s.

Reaccions Nuclears

Qualsevol procés que implica un nucli d’àtom s’anomena reacció o transformació nuclear.

• Reaccions de fusió: S’uneixen nuclis d’elements lleugers per formar nuclis més pesats.
• Reaccions de fissió: Les reaccions de fissió consisteixen a provocar la ruptura del nucli d’un àtom amb l’impacte d’un neutró.

Impactes Ambientals

Efecte Hivernacle i Nivells de CO2

El diòxid de carboni i altres gasos actuen a l’atmosfera com un vidre en un hivernacle, que deixa travessar els raigs del Sol però reté, en el seu interior, part de la calor que altrament rebotaria cap a l’espai: per això s’anomenen gasos d’efecte hivernacle. L’efecte hivernacle consisteix en l’elevació de temperatura que experimenta l’atmosfera a causa de la presència de gasos d’efecte hivernacle, que deixen passar la radiació visible de l’espectre solar i absorbeixen la infraroja (calor) emesa per la Terra.

Pluja Àcida

Els òxids de sofre i de nitrogen són uns altres contaminants perillosos que s’introdueixen a l’atmosfera quan es cremen combustibles fòssils. Quan aquests contaminants entren en contacte amb el vapor d’aigua, la llum i l’oxigen de l’atmosfera, es transformen en àcid sulfúric i àcid nítric. En deixar l’atmosfera mitjançant la pluja, els flocs de neu o bé en forma de partícules seques, es produeix la pluja àcida, que provoca un augment de l’acidesa dels llacs, dels rius i torrents d’aigua dolça i, en alguns casos, fins i tot, dels sòls.