Centrals Elèctriques: Tipus, Funcionament i Energies Alternatives

Centrals elèctriques productores

La necessitat de disposar d'energia elèctrica en grans quantitats i de manera immediata fa necessària l'existència de centrals productores que transformen l'energia primària en energia elèctrica.

Producció, transport i consum d'energia: L'element principal de qualsevol central generadora d'energia, tret de centrals fotovoltaiques (que utilitzen un altre tipus de tecnologia) és el generador elèctric o alternador que transforma l'energia mecànica en elèctrica. Per transportar l'energia s'utilitza la xarxa elèctrica.

Tipus de centrals

• Base: subministren energia de manera contínua
• Punta: destinades a cobrir les demandes d'energia a les hores punta.
• Reserva: són les que tenen l'objectiu de substituir una central de base.
• Bombeig: són 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. (Pur -> necessiten un bombejament previ / Mixtes -> no necessàriament necessiten el bombeig previ ja que l'embassament superior està connectat a un riu).

Centrals hidroelèctriques

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.

Components d'una central hidroelèctrica

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. (Presa de gravetat, preses de volta o arc senzill).

Centrals termoelèctriques

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

Centrals de cogeneració

Una central 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.

Centrals nuclears

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

Característiques d'un reactor nuclear

Nucli: conté el material combustible i els elements necessaris per produir i controlar la reacció de fissió: aquests són el material moderador i les barres de control. El combustible sol estar recobert d'una capa protectora, vaina, metàl·lica i que l'aïlla de l'exterior. Per iniciar la fissió es disposa d'una font de neutrons, per regla general immersa en el moderador. Els reactors ràpids no necessiten moderador. Les barres de control regulen el factor de multiplicació: són barres mòbils de bor o cadmi, es poden introduir més o menys en el nucli del reactor, modificant el nombre de fissions que tenen lloc per unitat de temps. L'energia procedent de la fissió es desprèn en forma de calor, que és transportada mitjançant un fluid refrigerant. Rodejant el nucli, i per evitar la fuga de neutrons, hi ha reflectors constituïts per material anàleg al del moderador. Es rodeja tot el reactor amb un blindatge de formigó de diversos metres d'espessor, que frena les radiacions.

Les energies alternatives són energies renovables i són aquelles fonts d'energia que es renoven de manera continuada en comparació als combustibles fòssils, dels quals existeixen recursos limitats.

Centrals termosolars

Radiació solar concentrada sobre un fluid que, al passar per un intercanviador, produeix vapor que acciona un turboreactor en el qual s'obté l'elèctrica com en una central tèrmica.

• Centrals col·lectors distribuïts: concentren radiació de la superfície captadora en receptor de superfície molt reduïda (fins a 300ºC). Només aprofiten radiació directa.
• Centrals solars de torre central: superfície coberta d'heliòstats que concentra radiació solar en receptor instal·lat a l'extrem de la torre. Rendiment tèrmic més elevat.

Central fotovoltaica

La conversió fotovoltaica consisteix en transformar radiació solar directament en energia elèctrica mitjançant captadors formats per cèl·lules solars o fotovoltaiques (constituïdes per una làmina de material semiconductor (silici) amb capacitat de produir electricitat en incidir fotons de radiacions. Potència superior a 6MW però normalment baixa potència.

Aplicacions: instal·lacions aïllades (agrícoles, senyalització), connectades a la xarxa elèctrica (centrals i sistemes integrats en edificis).

Arquitectura bioclimàtica: obtenció del confort dels habitatges mitjançant la millor disposició del conjunt d'elements arquitectònics permetent el màxim aprofitament de l'energia solar i la ventilació natural. (Vidrieres, reflectors, massa tèrmica, elements de producció).

Centrals eòliques

L'energia eòlica és l'aprofitament de l'energia del vent. Tecnologies per a l'aprofitament: aeroturbines (molins de vent). Extreure part de l'energia cinètica del vent mitjançant un sistema de captació que acostuma a estar format per algunes pales que giren solidàries a un eix, mitjançant el qual obtenim energia mecànica.

Tipus

• Aeromotors: màquines lentes, rotor format de 12 a 24 pales, rendiment baix, requereix poca velocitat de vent (2m/s) i màxima potència a 6m/s, baixa potència (0,5-20kW). Utilitzat bàsicament per al bombeig d'aigua de pous.
• Aerogeneradors: màquines ràpides, rotor de 2 o 3 pales, velocitat de vent de 5m/s i màxima potència a 6-12m/s, potència de 25-600kW. Desenvolupant generadors de potència + 1MW.

Parts d'una aeroturbina

Rotor o turbina: transforma l'energia del vent en energia mecànica; sistema d'orientació: col·locar el rotor perpendicular a la direcció del vent; sistema de regulació; conversador energètic: part mecànica destinada a transmetre o transformar l'energia mecànica obtinguda a l'eix del rotor; bancada: element estructural juntament amb la carcassa; suport o torre: suport de tot l'equip.

Tipus d'aerogeneradors

• Eix vertical: generadors prop de la base, sense sistema d'orientació, rendiments inferiors. Savonius, Giromill, Darrieus.
• Eix horitzontal: rotors de cara al vent (amb sistema d'orientació) o d'esquena al vent (sense). Monopales, bipales, tripales o multipales. Pas variable (girar sobre el seu eix propi) o pas fix (no). Sistemes de control dels aerogeneradors aconsegueixen un funcionament el més aproximat possible al de la velocitat i potència nominal per a qualsevol règim de velocitat i direcció del vent, a partir de la velocitat nominal. Sistema format per control de potència i pel control d'orientació.

Parcs eòlics: instal·lacions que aprofiten l'energia elèctrica obtinguda amb aerogeneradors i es classifiquen de la manera següent: - instal·lacions no connectades a la xarxa comercial, - connectades a la xarxa elèctrica, - connectades a la xarxa elèctrica amb la finalitat de subministrar energia. Centrals eòliques -> potència superior a 1MW per obtenir aquesta potència necessaris aerogeneradors en paral·lel normalment =s i de potències elevades.