Unitat 2. Producció i distribució d’energia elèctrica

Centrals elèctriques productores d’energia

• L’element principal de qualsevol central generadorad’energia és el generador elèctric o alternador, quetransforma l’energia mecànica en energia elèctrica.

• Per transferir l’energia elèctrica des de les centralsgeneradores fins als centres de consum s’utilitza laxarxa elèctrica, que consta de línies elèctriques detransport, estacions transformadores i línies dedistribució.

• L’inconvenient principal de l’energia elèctricaproduïda a les centrals és que no es potemmagatzemar, per tant, si no es consumeix esperd. Per això, cal regular-ne la producció i ajustar-laal consum.

Tipus de centrals• Centrals de base o principals: Destinades a subministrar

energia elèctrica de manera contínua. Tenen una potènciaelevada i normalment són les centrals nuclears, lestermoelèctriques i les hidroelèctriques.

• Centrals de punta: Serveixen per cobrir demandesd’energia a les hores punta. Treballen en paral·lel amb lescentrals principals.

• Central de reserva: Substitueixen total o parcialment laproducció d’una central de base, en cas d’avaria oreparació.

• Centrals de bombeig: Centrals hidroelèctriques queaprofiten l’energia sobrant a les hores vall per bombejaraigua a un embassament superior, i a les hores puntal’aprofiten per proporcionar energia a la xarxa.

Centrals hidroelèctriques

• Es basen en l’aprofitament de l’energia del’aigua que transporten els rius per convertir-la en energia elèctrica, i s’utilitzen turbinesacoblades als alternadors.

Embassament Canonades Turbina Alternador Utilització

E. potencial E. cinèticaE. Cinètica

rotacióE. elèctrica

Tipus de centrals

• Centrals d’aigua fluent: Aprofiten l’energia cinètica del’aigua directament. Són instal·lacions de pocrendiment ja que no es pot regular el cabal.

• Centrals d’aigua embassada: Aprofiten l’energiapotencial de l’aigua retinguda per una presa.

Components d’una central hidroelèctrica

• La presa: Construcció normalment de formigó ques’aixeca sobre la llera del riu i és perpendicular a laseva direcció amb la finalitat de retenir l’aigua pertal d’elevar-ne el nivell i formar un embassament ollac artificial.

• Els conductes d’aigua: Per alimentar les turbines, lespreses tenen unes comportes que permeten regularel cabal i estan protegides per uns reixats metàl·licsque impedeixen que elements com branques otroncs puguin deteriorar-les. Per permetrel’evacuació d’aigua també hi ha uns sobreeixidors iuns desguassos a la part més fonda de la presa perbuidar el pantà.

• La sala de màquines: Hi ha les màquines motrius dela central, els grups turboalternadors.

• Transformadors i parc de distribució: La tensióobtinguda en l’alternador és igual o inferior a 20 kV.Per elevar la tensió s’utilitzen els transformadors, aixís’eviten pèrdues d’energia. En el parc de distribucióla central es connecta a la xarxa de transport.

Les centrals hidroelèctriques i el medi ambient

Avantatges

No emeten partícules contaminants ni generen residus.

Pot evitar inundacions i assegura un cabal mínim en cas de sequera.

Inconvenients

Pèrdua de terrenys fèrtils.

Alteració del cabal dels rius.

Modificació de la vegetació i la fauna de la zona.

Centrals termoelèctriques convencionals

• Generen energia elèctrica a partir de l’energia tèrmica produïda per la combustió de carbó, fuel o gas natural.

Combustible Caldera Vapor Turbina Alternador Utilització

E. química E. tèrmica E. cinèticaE. Cinètica

rotacióE. elèctrica

Components d’una central termoelèctrica

• Caldera: Disposen de cremadors adequats al tipusde combustible que utilitzen i una cambra decombustió envoltada d’infinitat de tubs pels qualscircula l’aigua per vaporitzar.

• Turbines: Són les màquines motrius quetransformen l’energia cinètica del vapor d’aiguaen energia cinètica rotatòria en el rodet.

• Condensador: El vapor procedent de les turbineses condensa abans de tornar a entrar a la calderaper tal de repetir el cicle.

• Torre de refrigeració: Serveix per refredar l’aiguarefrigerant del condensador.

• Xemeneia: Hi circulen els gasos alliberats en la combustió is’evacuen a l’atmosfera.

• Equip elèctric principal: Alternador, transformadors i parc dedistribució.

• Sala de tractament de l’aigua d’alimentació: Mitjançant l’addicióde substàncies químiques, contraresten l’acció de les sals queconté l’aigua i eviten la formació de fangs i incrustacions.

Les centrals termoelèctriques i el medi ambient

Contaminació atmosfèrica

Efecte hivernacle

Pluja àcida

Boires fotoquímiques

Contaminació de l’aigua

Les aigües cal depurar-les abans del seu vessament a la xarxa de desguàs.

Contaminació acústica

Evitar el soroll aïllant els elements més sorollosos.

Noves tecnologies

• El carbó és el combustible de què es tenen mésreserves però és el més contaminant. S’estandesenvolupant noves tecnologies per tal deminimitzar-ne els efectes contaminants i millorar-ne el rendiment energètic.

• Sistemes de dessulfuració dels combustibles.

• Gasificació del carbó.

• Combustió en llit fluid.

• Centrals de cicle combinat. S’aprofiten els gasosemesos per escalfar una caldera que produeixvapor que acciona una turbina convencional ambel seu generador.

Centrals de cogeneració

• Produeixen energia elèctrica a partir d’un combustible iaprofiten la calor residual per a l’obtenció d’aiguacalenta per a calefacció, vapor, fluids escalfats,etc.

• La cogeneració permet millorar l’eficiència delsprocessos i obtenir rendiments energètics moltelevats, fins al 80 % en comparació amb el 35 % de lescentrals termoelèctriques convencionals o el 52 % deles de cicle combinat.

• Tenen molta aplicació en indústries, centreshospitalaris, hotels, etc on les necessitats d’energiatèrmica són tan importants com les d’energia elèctrica.

• Són molt poc contaminants perquè el seu rendimentenergètic és molt alt.

Centrals nuclears• Una central nuclear és una central termoelèctrica en

què la font d’energia tèrmica s’obté de la fissió delsàtoms d’urani i de plutoni.

• Actuen com a centrals de base en el sistemaelèctric, ja que el seu disseny requereix unfuncionament amb parades mínimes amb unacàrrega el més constant possible.

Combustible Caldera Vapor Turbina Alternador Utilització

E. nuclear E. tèrmica E. cinèticaE. Cinètica

rotacióE. elèctrica

Reactor nuclear• És el component més important de la central ja que

permet produir i controlar reaccions en cadena per al’obtenció de vapor d’aigua que accioni la turbina.

Parts del reactor:• Vas del reactor: Recipient d’acer que conté una font de

neutrons que permet iniciar la reacció en cadena.• Moderador: Té la funció de reduir la velocitat dels

neutrons emesos en les reaccions de fissió, per assegurarel seu impacte amb altres àtoms fissionables i mantenir lareacció.

• Barres de control: Permeten regular el nombre de fissionsque es produeixen per unitat de temps. Quan les barress’introdueixen del tot, la reacció en cadena s’atura.

• Refrigerant: Serveix per refrigerar el reactor i evitar-ne elsobreescalfament.

Equipament d’una central nuclear• Edifici de contenció: Conté el reactor i el conjunt

d’elements del circuit primari. És cilíndric, acabat encúpula i està fet amb uns murs gruixuts de formigóespecial folrats d’acer al seu interior.

• Edifici de turbines.• Edifici del combustible. S’utilitza per emmagatzemar

el combustible de recàrrega del reactor i delcombustible ja utilitzat en espera de ser enviat areprocessar.

• Edifici de control. Des d’aquí es controla elfuncionament i els sistemes de seguretat de lacentral.

• Edifici auxiliar.

Les centrals nuclears i el medi ambient

El funcionament d’una central requereix:

• Personal altament qualificat i especialitzat.

• Revisió anual exhaustiva dels elements mecànics delreactor aprofitant la parada per a la recàrrega delcombustible.

• Control constant de l’estat dels equips imanteniment preventiu programat.

• Control radioactiu de totes les emissions.

• Detecció i identificació de qualsevol anomalia.

• Si se superen els límits d’emissiópermesos, activació dels sistemes d’alarma.

• Vigilància radiològica ambiental de la zona.

Distribució de l’energia elèctrica

• El recorregut del corrent des de les centrals fins alsusuaris es realitza a través de la xarxa de transport ila de distribució.

• L’energia obtinguda en els alternadors és entre 6 i 20kV. El transport es realitza a tensions molt altes, de110 a 400 kV, per disminuir les pèrdues d’energia iaugmentar la capacitat de transport de les línies.

• Podem calcular les pèrdues de potència:

• I la intensitat de la línia:

Línies elèctriques

• Són el conjunt de conductors, aïlladors i accessorisdestinats al transport i a la distribució d’energia elèctrica.

• Es classifiquen en:

• Aèries. Els conductors no tenen aïllament i es troben auna certa alça del terra.

• Subterrànies. Els conductors estan enterrats directamenta dintre de canalitzacions. Són de coure i alumini i estanaïllats. Tenen un elevat cost d’instal·lació però són mésfiables i necessiten menys manteniment.

Avantatges Inconvenients

Més econòmiques d’instal·lar. Menys fiables.

Necessiten més manteniment.

Estacions elèctriquesSón instal·lacions destinades a la transformació i/o

distribució d’energia elèctrica i a la connexió entre dues omés línies.

• Estacions transformadores primàries (ETI). Eleven la tensióde l’energia obtinguda a la central per transferir-la a leslínies de transport.

• Estacions d’interconnexió (EI). Asseguren la unió entrediferents línies de transport igualant el valor de la tensiód’ambdues línies.

• Estacions receptores o estacions transformadoressecundàries (ETII). Redueixen la tensió a valors entre 6 i 66kV.

• Estacions transformadores terciàries (ETIII). Redueixen latensió a 220 i 380 V per distribuir l’energia als centres deconsum.