Guia Completa sobre Generació i Distribució d'Energia Elèctrica

Fonaments de l'Energia Elèctrica

Avantatges i Inconvenients de l'Energia Elèctrica

• Avantatges: És molt fàcil de transportar i molt fàcil de transformar-la.
• Inconvenients: No es pot emmagatzemar l'energia elèctrica en grans quantitats.

Centrals de Generació Elèctrica

Centrals Hidroelèctriques: Fonaments i Tipus

Les centrals hidroelèctriques es basen en l'aprofitament de l'energia de l'aigua que transporten els rius per convertir-la en energia elèctrica, i utilitzen turbines acoblades als alternadors. Hi ha dos tipus principals:

• Centrals d'aigua fluent: Aprofiten el cabal directe del riu.
• Centrals d'aigua embassada: Utilitzen un embassament per regular el cabal. Dins d'aquestes, hi ha dos models:
  • Centrals de derivació
  • Centrals d'acumulació

La Presa: Funció i Tipus Principals

La presa és una construcció, normalment de formigó, que s'aixeca sobre la llera del riu i és perpendicular a la seva direcció amb la finalitat de retenir l'aigua per tal d'elevar-ne el nivell i formar un embassament o llac artificial. Hi ha dos tipus principals de preses:

• Preses de gravetat: La força de l'aigua emmagatzemada és contrarestada amb el mateix pes de la presa. S'utilitza molt material per a la construcció, però amb un estalvi important de material en comparació amb altres mètodes.
• Preses de volta: La presa forma un arc que ha d'estar fortament ancorat a les parets laterals del riu, on transmet les forces que provoquen la contenció de l'aigua. Necessita menys material, però costa més diners fer-la.

Funcionament d'una Central Hidroelèctrica

El funcionament d'una central hidroelèctrica és el següent: la presa reté l'aigua i provoca un embassament i un augment del nivell de l'aigua. A peu de presa hi ha la sala de màquines amb els grups turboalternadors. L'aigua arriba a les turbines a través d'una canonada forçada, alimentada des de l'embassament per les preses d'aigua, equipades amb comportes i reixats. 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 hi ha el rotor de l'alternador i un generador de corrent continu 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 s'eleva la tensió i a través del parc de distribució o directament s'alimenten les línies de la xarxa de transport.

Centrals de Bombeig: Gestió de la Demanda Elèctrica

Les centrals de bombeig són instal·lacions que tenen la finalitat de racionalitzar la producció d'energia elèctrica a la demanda existent, ja que consumeixen els excedents d'energia durant les hores vall i subministren energia al sistema durant les hores punta.

Impacte de les Centrals Hidroelèctriques

• Avantatges:
  • No emeten partícules contaminants a l'atmosfera i no generen residus directes.
  • 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: es pot aprofitar per regar o proveir el consum de les poblacions.
• Inconvenients:
  • Pèrdua de terrenys fèrtils i poblacions que són cobertes per les aigües.
  • Alteració del cabal dels rius i problemes d'erosió.
  • Modificació de la vegetació i la fauna de la zona.
  • 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.
  • La construcció de grans embassaments pot variar el clima.

Centrals Termoelèctriques Convencionals

Les centrals termoelèctriques convencionals (tèrmiques) generen energia elèctrica a partir de l'energia tèrmica produïda per la combustió de carbó, fuel o gas natural.

Components i Impacte Ambiental de les Tèrmiques

Les parts principals de les centrals tèrmiques inclouen:

• Caldera: On es crema el combustible per escalfar l'aigua.
• Reescalfador: Per augmentar la temperatura del vapor.
• Preescalfador: Per obtenir vapor sec a alta pressió.
• Turbina: Accionada pel vapor, connectada a un alternador per generar energia elèctrica.
• Condensador: On el vapor es refreda i es converteix de nou en aigua per ser reutilitzada.
• Xemeneia: Per l'emissió de gasos.
• Torre de refrigeració: Per refredar l'aigua del condensador (no es pot retornar a l'aigua del riu si la seva temperatura és més de 7ºC superior).

Aquestes centrals contaminen de diverses maneres:

• Contaminació atmosfèrica.
• Contaminació de l'aigua.
• Contaminació acústica.

Centrals de Cogeneració: Eficiència Energètica

Les centrals de cogeneració funcionen de la següent manera: el combustible es crema en un generador de vapor i el vapor produït acciona un grup turbina-alternador per obtenir energia elèctrica. El vapor procedent de la turbina escalfa una caldera que proporciona aigua calenta per a serveis domèstics o processos industrials. Després, l'aigua calenta és retornada al generador de vapor per tornar a iniciar el cicle. Si el vapor no disposa de prou energia tèrmica per escalfar l'aigua de la caldera, s'obté calor addicional amb un cremador auxiliar.

Tractament de l'Aigua en Calderes

L'aigua de la caldera s'ha de tractar per treure-li tota la duresa que té i evitar que provoqui la incrustació de calç, ja que això faria baixar el rendiment i es formarien taps.

Centrals Nuclears: Generació d'Energia

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

El Reactor Nuclear: Nucli de la Central

El reactor nuclear és el component més important de les centrals nuclears i constitueix el seu nucli. El reactor és el sistema que permet produir i controlar reaccions en cadena sostingudes, de manera que fa possible l'aprofitament de l'energia tèrmica obtinguda per a l'obtenció de vapor d'aigua que acciona la turbina solidari al generador elèctric.

Components Clau del Reactor

• Vas del reactor
• El moderador
• Barres de control
• Refrigerant

Reactors d'Aigua a Pressió (PWR)

Les centrals amb reactor d'aigua a pressió o PWR (Pressurized Water Reactor) utilitzen urani enriquit com a combustible i aigua com a refrigerant i moderador alhora. La calor produïda en el nucli es transfereix a través del circuit primari de refrigeració fins al circuit secundari per produir vapor.

Reactors d'Aigua en Ebullició (BWR)

Les centrals amb reactor d'aigua en ebullició o BWR (Boiling Water Reactor) utilitzen urani enriquit i aigua, però, a diferència dels reactors PWR, només utilitzen un circuit de refrigeració, ja que el vapor s'obté dins del reactor; com que l'aigua està a menys pressió, entra en ebullició. Per tant, el circuit és més simple.

Cicle de Funcionament d'una Central Nuclear

El funcionament d'una central nuclear és el següent: l'energia generada en el nucli del reactor és extreta i transportada per l'aigua refrigerant, que actua en circuit tancat i a pressió elevada i es transmet al circuit secundari en els generadors de vapor. El vapor acciona la turbina acoblada a l'alternador. L'energia elèctrica produïda es lliura a la xarxa després d'elevar la tensió amb els transformadors. Després del seu pas per la turbina, el vapor torna a l'estat líquid en el condensador, passant de nou al generador de vapor impulsat per les bombes de condensació i d'alimentació. Allà es vaporitza novament i així tanca el circuit.

Transport i Distribució Elèctrica

Línies Elèctriques: Transport i Distribució

Les línies elèctriques són el conjunt de conductors, aïllants i accessoris destinats al transport i a la distribució elèctrica. Hi ha línies aèries i subterrànies.

Estacions Elèctriques (Subestacions): Funcions Clau

Les estacions elèctriques, també anomenades subestacions, són instal·lacions destinades a la transformació i distribució d'energia elèctrica i a la connexió entre dues o més línies. Segons la funció, poden ser:

• Estacions transformadores primàries: Eleven la tensió de l'energia elèctrica.
• Estacions d'interconnexió: Asseguren la unió entre diferents línies de transport.
• Estacions receptores o estacions transformadores secundàries: Redueixen la tensió.
• Casetes transformadores o estacions transformadores terciàries: La funció és reduir la tensió a 220 V i 380 V.
• Estacions distribuïdores: No disposen de transformadors.