Centrals Elèctriques: Tipus, Components i Funcionament

Centrals Hidroelèctriques

Aprofiten l'energia de l'aigua i la converteixen en energia elèctrica. Es divideixen en dos tipus:

• Centrals d'aigua fluent: (aprofiten l'energia cinètica) Es construeixen en llocs on l'energia hidràulica acciona les turbines; les seves instal·lacions són de poc rendiment.
• Centrals d'aigua embassada: (aprofiten l'energia potencial) L'aigua s'acumula en un llac artificial i s'utilitza en funció de les necessitats d'energia elèctrica. Tenen dos models:

• a) Centrals de derivació: Les aigües del riu es desvien per mitjà d'una petita presa cap a un canal, amb un mínim desnivell.
• b) Centrals d'acumulació: Situades en un tram del riu amb desnivell on es construeix una presa i es produeix un embassament.

Components d'una Central Hidroelèctrica

La Presa

Construcció de formigó que s'aixeca sobre la llera del riu i perpendicular a la seva direcció amb la finalitat de formar un embassament.

• a) Preses de gravetat: La força de l'aigua és contrarestada amb el mateix pes de la presa. Una variant és la presa de contraforts, que permet l'estalvi de material.
• b) Preses de volta: Té forma d'un arc i transmet les forces que provoquen la contenció de l'aigua, i es necessita menys material per a la seva construcció.

Els Conductes d'Aigua

Estan conformats per comportes, reixats metàl·lics. Aquests conductors també permeten l'evacuació de l'aigua sense passar per les turbines.

La Sala de Màquines

On es troben els turboalternadors. Depenent de l'altura del salt i del cabal, hi ha diferents turbines:

• a) Turbina Pelton: (salt de gran altura i cabal regular)
• b) Turbina Francis: (salts mitjans i cabal variable)
• c) Turbina Kaplan: (salt de poca altura i cabal molt variable)

Transformadors i Parc de Distribució

Els transformadors s'utilitzen per elevar la tensió a un valor adequat per al transport als centres consumidors, i el parc de distribució es connecta a la xarxa de transport mitjançant les línies d'alta tensió. La majoria de centrals estan interconnectades i sincronitzades.

Funcionament d'una Central Hidroelèctrica

La presa reté l'aigua del riu i forma un embassament. La sala de màquines i els grups de turboalternadors es troben a peu de la presa. L'aigua arriba a les turbines a través d'una canonada forçada. La presa està composta per comportes i reixats. L'energia potencial es converteix en cinètica quan s'obren les comportes. L'eix de la turbina mou el rotor del generador, que crea un camp magnètic a les bobines de l'estator i produeix un corrent altern. Finalment, els transformadors eleven la tensió i la passen a les línies de la xarxa de transport.

Centrals de Bombeig o Reversibles

Són instal·lacions que tenen la finalitat de racionalitzar la producció d'energia elèctrica segons la demanda existent.

Quan la demanda d'energia és màxima, produeixen energia elèctrica alimentant els turboalternadors amb l'aigua de l'embassament superior, i a les hores de baix consum s'aprofita l'energia que sobra per bombejar l'aigua de l'embassament inferior fins al superior.

• a) Centrals de bombeig pur: Producció d'energia elèctrica en condició indispensable, ja que només rep l'aigua de l'embassament inferior.
• b) Centrals de bombeig mixt: Producció d'energia indistintament amb bombeig previ o sense, perquè l'embassament superior està alimentat per un riu.

Minicentrals Hidroelèctriques

Centrals amb una potència compresa entre 250 i 500 kW, però abans servien com a subministradores de petits nuclis rurals.

Centrals Hidroelèctriques i Medi Ambient

• Avantatges: L'efecte regulador del cabal del riu pot evitar inundacions i s'aprofita per a proveir el consum de les poblacions.
• Inconvenients: Modificació de la vegetació i la fauna de la zona.

Centrals Tèrmiques

Aquestes generen energia elèctrica a partir de la combustió de combustibles fòssils (carbó, fuel, gas natural), aprofitant el seu poder calorífic per generar vapor que mou turbines.

Components d'una Central Termoelèctrica

Els elements característics són: el magatzem de combustible, la caldera, les turbines, el condensador, la torre de refrigeració, la xemeneia i l'equip elèctric principal.

Les centrals dissenyades per utilitzar diferents combustibles s'anomenen termoelèctriques mixtes.

Caldera

Les més utilitzades són les calderes de radiació, perquè disposen de cremadors adequats al tipus de combustible i una cambra de combustió que té infinitat de tubs per on circula l'aigua per vaporitzar-la.

• Els reescalfadors s'encarreguen d'eliminar les petites gotes d'aigua per convertir-lo en vapor sec.
• Els economitzadors i preescalfadors aprofiten la calor residual dels gasos emesos per a l'escalfament de l'aigua que alimenta la caldera.

Turbines

Són les que transformen l'energia del vapor d'aigua en energia cinètica rotatòria en el rodet i estan formades per tres cossos connectats al rotor: pressió alta, mitjana i baixa.

Condensador

S'encarrega de fer que el vapor procedent de les turbines es condensi abans de tornar a entrar a la caldera, i es repeteix un cicle.

Torre de Refrigeració

Serveix per refredar l'aigua refrigerant del condensador, i aquests circuits poden ser oberts o tancats.

Xemeneia

Crea una depressió dins de la caldera perquè circulin els gasos alliberats en la combustió i es puguin evacuar a l'atmosfera.

• Tiratge natural: on circulen els gasos provocats per la geometria de la xemeneia.
• Tiratge forçat: té impulsors mecànics que ajuden a la seva circulació.

Equip Elèctric Principal

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

Sala de Tractament de l'Aigua

S'encarreguen del tractament de l'aigua mitjançant substàncies químiques per evitar la formació de fangs i també evitar l'augment del pH.

Funcionament d'una Central Termoelèctrica

Una cinta transportadora diposita el carbó en una tremuja, la qual alimenta el molí triturador on es transforma en pols per facilitar la combustió. La pols de carbó es barreja amb aire escalfat i s'injecta als cremadors de la caldera (on es produeix la combustió). L'aigua dels tubs s'escalfa i es produeix vapor amb la calor que desprèn la combustió. Amb el sobreescalfador, la humitat és eliminada i fa que augmenti la temperatura, i després s'introdueix a la turbina d'alta pressió amb un reescalfament previ. El rotor de l'alternador produeix l'energia elèctrica, que passa a través dels transformadors. A la sortida de les turbines, el vapor passa al condensador, on es refreda i es condensa; l'aigua condensada se sotmet a diversos preescalfaments i s'introdueix a la caldera mitjançant l'economitzador. L'aigua surt per mitjà de la torre de refrigeració. Per la xemeneia surten els gasos de la combustió; l'aire de la combustió també s'escalfa, i amb els precipitadors es retenen partícules contaminants.

Centrals Tèrmiques i Medi Ambient

Contaminació atmosfèrica amb CO₂ i contaminació acústica produïdes pels ventiladors forçats, etc.

Funcionament d'una Central de Cicle Combinat

Es caracteritza per la seva turbina de gas, amb el compressor i la cambra de combustió, la caldera de recuperació i la turbina de vapor. L'aire a alta pressió, provinent del compressor, es barreja amb el gas combustible a la cambra de combustió on es produeix la combustió. Els gasos de la combustió s'expandeixen a la turbina de gas i accionen el compressor i el generador elèctric. Quan termina el procés d'expansió, s'envia a la caldera de recuperació, la qual està composta per reescalfadors, preescalfadors, economitzadors, etc., i en aquest lloc s'aprofita l'energia dels gasos d'escapament. En una central de cicle combinat, el vapor procedent de la caldera de recuperació acciona un grup turbina-generador que genera energia elèctrica. Després, el vapor d'aigua procedent de la turbina passa pel condensador i entra en forma líquida a la caldera. A les últimes generacions de centrals de cicle combinat, s'acoblen la turbina de gas i la de vapor per accionar conjuntament un únic generador elèctric.

Centrals de Cogeneració

Produeix energia elèctrica utilitzant un combustible i aprofita la calor residual per a l'obtenció d'aigua calenta per a calefacció, vapor, fluids escalfats, etc., segons les necessitats de la zona on hi ha la central.

Mòduls de Cogeneració

• a) Turbines de gas: S'utilitzen per a potències elevades. Es construeixen mòduls amb potències elèctriques des d'1 MW fins a 10 MW.
• b) Motors de cicle dièsel: Es construeixen mòduls des de 70 kW fins a 2 MW.

Centrals Nuclears

Són centrals termoelèctriques, on la font d'energia tèrmica s'obté de la fissió dels àtoms d'urani i de plutoni. El primer reactor de fissió es va construir l'any 1942 per l'equip del físic italià Enrico Fermi.

Reactor Nuclear

És el component més important de les centrals nuclears i constitueix el seu nucli; aquests reactors són el sistema que permet produir i controlar reaccions en cadena.

Parts del Reactor

El Vas del Reactor

Recipient d'acer pur que conté una font de neutrons i el combustible nuclear.

El Moderador

Amb la funció de reduir la velocitat dels neutrons emesos en les reaccions de fissió, per assegurar el seu impacte amb altres àtoms fissionables i mantenir la reacció. Hi ha el reactor ràpid, que utilitza sempre urani enriquit.

Les Barres de Control

Estan fabricades amb aliatges de bor, cadmi i hafni, i s'encarreguen de regular el nombre de fissions que es produeixen a l'interior del reactor per unitat de temps.

El Refrigerant

Evita el sobreescalfament i transporta la calor generada, directament o a través d'un circuit secundari, al grup turbina-alternador, per tornar després al reactor. El seu recorregut s'anomena circuit primari.

Tipus de Centrals Nuclears

• Centrals amb reactor d'aigua a pressió (PWR): Utilitzen urani enriquit com a combustible i aigua com a refrigerant i moderador alhora. La calor produïda es transfereix a través del circuit de refrigeració fins a produir vapor.
• Centrals amb reactor d'aigua en ebullició (BWR): Utilitzen urani enriquit i aigua, però només utilitzen un circuit de refrigeració i, com que l'aigua està a menys pressió, entra en ebullició.

Equipament d'una Central Nuclear

Edifici de Contenció

Conté el reactor i el conjunt d'elements del circuit primari i també disposa d'una bomba i generador de vapor.

Edifici de Turbines

Té el grup turbina-alternador, els reescalfadors i els condensadors de vapor i també els preescalfadors de l'aigua d'alimentació.

Edifici del Combustible

Per emmagatzemar combustible de recàrrega del reactor i del combustible ja utilitzat.

Edifici de Control

Allotja la sala de control, que és el centre neuràlgic de la central.

Edifici Auxiliar

Té components dels sistemes de seguretat, així com el tractament de residus radioactius.

Funcionament d'una Central Nuclear

L'energia que es genera en el nucli del reactor és extreta i transformada per l'aigua refrigerant, que la transmet al circuit secundari en els generadors de vapor. El vapor acciona la turbina acoblada a l'alternador. Després del seu pas per la turbina, el vapor torna líquid en el condensador i, quan arriba al generador de vapor, es vaporitza novament i es tanca el circuit. L'aigua de refrigeració del condensador forma un circuit obert. S'alimenta directament del riu o del mar, és impulsada per les bombes de circulació, passa pel condensador i retorna al riu o mar.

Centrals Nuclears i Medi Ambient

Per al seu funcionament es requereix:

• Personal altament qualificat i especialitzat, amb un entrenament adequat.
• Detecció i identificació de qualsevol anomalia.
• Vigilància radiològica ambiental de la zona.