Tipus d'energia i la seva distribució

Un cop ja tenim l'energia elèctrica produïda, arriba el moment de la seva distribució per fer-la arribar als usuaris. Les línies elèctriques són el conjunt de conductors, aïlladors i accessoris destinats al transport i a la distribució d'energia elèctrica. Es classifiquen en:

• Aèries: Els conductors es mantenen a una certa alçada del terra, amb l'ajut d'aïlladors i de suports apropiats a la tensió de la línia. Els conductors normalment són nus (sense aïllament), de coure o d'alumini, amb ànima d'acer. Aquestes línies tenen l'avantatge de resultar més econòmiques d'instal·lar que les subterrànies, però són menys fiables i necessiten més manteniment perquè estan sotmeses permanentment a les inclemències meteorològiques (vent, pluja, neu, etc.).
• Subterrànies: Els conductors estan enterrats directament o dintre de canalitzacions. Són de coure i alumini i han d'estar forçosament aïllats. Tenen un elevat cost d'instal·lació, però són més fiables i necessiten menys manteniment que les aèries. De manera general, les línies de transport i les línies de distribució primària són aèries, i les línies de distribució secundària, subterrànies.

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

• Estacions transformadores primàries (ET I): Eleven la tensió de l'energia elèctrica produïda a la central a 110 kV, 132 kV, 220 kV o 400 kV, per transferir-la a les línies de transport. Són els parcs de distribució de les centrals.
• Estacions d'interconnexió (EI): Asseguren la unió entre diferents línies de transport, directament si tenen la mateixa tensió, o amb transformadors si són de diferent tensió.
• Estacions receptores o estacions transformadores secundàries (ET II): Redueixen la tensió de les línies de transport a valors compresos entre 6 kV i 66 kV, per alimentar les línies de distribució primària que reparteixen l'energia per diferents zones.
• Casetes transformadores o estacions transformadores terciàries (ET III): La seva funció és reduir la tensió a 230 V i 400 V (baixa tensió) per poder distribuir l'energia als centres de consum a través de les línies de distribució secundàries.
• Estacions distribuïdores: No disposen de transformadors; interconnecten les ET II. Poden estar instal·lades soles o associades amb altres estacions.

Centrals eòliques: L'energia eòlica es pot considerar com l'aprofitament energètic de la força del vent. El vent és l'efecte derivat de l'escalfament desigual de la superfície de la Terra pel Sol. També influeixen uns altres factors, com ara la rotació de la Terra, les estacions de l'any o les condicions atmosfèriques. Per a l'aprofitament de l'energia eòlica s'utilitzen les aeroturbines, anomenades molins de vent. El principi de funcionament d'una aeroturbina consisteix a extreure l'energia cinètica del vent mitjançant un sistema de captació, format per pales que giren solidàries a un eix, del qual obtenim energia mecànica.

Tipus d'aeroturbines: Les aeroturbines que fan servir directament l'energia mecànica obtinguda a l'eix s'anomenen aeromotors, i les que la transformen en energia elèctrica, aerogeneradors. Els aeromotors són màquines lentes, caracteritzades per un rotor format per nombroses pales, entre dotze i vint-i-quatre, amb diàmetre de 8 m. El rendiment és bastant baix, però requereixen poca velocitat del vent per començar a funcionar. Són màquines de potència baixa, entre 0,5 kW i 20 kW. S'utilitzen bàsicament pel bombament de l'aigua dels pous. Els aerogeneradors són màquines ràpides. Els rotors disposen de poques pales, de perfil aerodinàmic de diàmetres molt variables en funció de la potència, amb la qual cosa s'obtenen rendiments molt més elevats que en els aeromotors, però necessiten velocitats de vent més elevades per al seu funcionament, i aconsegueixen la potència màxima amb velocitats superiors en funció del disseny.

Parts d'una aeroturbina: Els elements principals d'una aeroturbina són:

1. El rotor o turbina: transforma l'energia del vent en energia mecànica, format per pales unides a un eix.
2. El sistema d'orientació: col·loca el rotor perpendicular a la direcció del vent, perquè es pugui aprofitar al màxim la seva energia.
3. El sistema de regulació: disminueix la velocitat d'engegada, manté la potència i la velocitat del rotor i l'atura quan el vent sobrepassa una velocitat determinada.
4. El convertidor energètic: part mecànica destinada a transmetre o transformar l'energia mecànica obtinguda a l'eix del rotor.
5. La bancada: l'element estructural que suporta i protegeix el convertidor energètic i els sistemes de regulació i orientació.
6. El suport o torre: suport de tot l'equip, té funció d'elevar el rotor per millorar la captació i absorbir les vibracions que es produeixen.

Tipus d'aerogeneradors: En els aerogeneradors, l'energia mecànica obtinguda a l'eix del rotor es transmet, normalment a través d'un multiplicador, a un generador elèctric. El multiplicador està format per un sistema d'engranatges que ha d'adaptar la baixa velocitat de rotació de l'eix a una velocitat més alta, adequada a les característiques del generador. En alguns aerogeneradors no s'utilitzen multiplicadors, i la seva funció és substituïda per elements elèctrics o electrònics.

• Aerogeneradors d'eix vertical: En els aerogeneradors d'eix vertical, el generador se situa prop de la base, amb la qual cosa les operacions de manteniment són més senzilles. No necessiten sistemes d'orientació per adaptar-se a la direcció del vent, perquè estan sempre orientats per qüestions de simetria. Malgrat això, els seus rendiments són inferiors als d'eix horitzontal, raó per la qual no s'han utilitzat ni desenvolupat tant i actualment, pràcticament, estan en desús.
• Aerogeneradors d'eix horitzontal: Els aerogeneradors d'eix horitzontal són, amb diferència, els tipus de sistemes de captació més desenvolupats, i s'utilitzen tant per a generadors de petita potència com per a grans generadors de més d'1 MW. En relació amb la posició del rotor respecte de la torre, es classifiquen en rotors de cara al vent i rotors d'esquena al vent. Els rotors d'esquena al vent no necessiten sistemes d'orientació, la carcassa en fa la funció. Els rotors de cara al vent necessiten un sistema d'orientació. Els rotors es classifiquen segons si les pales poden girar o no sobre el seu propi eix en rotors de pas variable o de pas fix. La possibilitat de canvi de pas permet més producció energètica per la millor adaptació de la pala al vent incident.

Parcs eòlics: Els parcs eòlics són les instal·lacions que aprofiten l'energia elèctrica obtinguda amb aerogeneradors. Classificats:

1. Instal·lacions no connectades a la xarxa comercial: usades en electrificacions rurals, aplicacions agrícoles, senyalització i comunicacions, utilitzant aerogeneradors de petita potència, disposen d'un sistema d'acumulació per assegurar el subministrament. De vegades van acompanyades d'altres sistemes, plaques fotovoltaiques o grups dièsel.
2. Instal·lacions connectades a la xarxa elèctrica com a suport: de l'energia consumida a la xarxa. Tenen la finalitat de disminuir les despeses energètiques.
3. Instal·lacions connectades a la xarxa elèctrica com a central generadora: d'energia elèctrica, amb la finalitat de subministrar-hi energia.

Centrals mareomotrius: Les mars i els oceans són una font d'energia pràcticament inesgotable. L'aigua de la mar emmagatzema energia tèrmica procedent de la radiació solar. Les ones i els corrents marins, provocats per la força del vent en incidir sobre la superfície de les aigües, juntament amb les marees, originen el moviment de grans masses d'aigua.

L'energia de les marees: Les marees són un moviment cíclic alternatiu d'ascens i descens del nivell de l'aigua de la mar, producte de l'acció gravitatòria de la Lluna i el Sol i afavorit per la baixa viscositat de l'aigua. Aquest moviment de pujada i baixada del nivell de l'aigua és aprofitat a les centrals mareomotrius per generar energia elèctrica. L'aprofitament del flux de l'aigua provocat per les marees, per a la generació d'energia elèctrica, requereix disposar d'emplaçaments on l'amplitud de les marees sigui gran, juntament amb característiques geogràfiques adequades per crear grans embassaments. S'hi construeix un dic per retenir les aigües de plenamar; quan baixa el nivell i la diferència d'alçada és considerable, s'obren les comportes aprofitant l'energia potencial de l'aigua emmagatzemada per a l'obtenció d'energia elèctrica en accionar diferents grups turboalternadors.

L'energia de les ones: La principal font d'energia de les ones és el Sol. L'escalfament desigual de la superfície terrestre genera vent, i aquest, en passar per sobre de l'aigua, genera ones. Amb les ones, no se'n pot preveure la freqüència, és totalment aleatòria; suposa una dificultat per al seu aprofitament energètic. Ha de ser capaç de respondre a ones de totes les dimensions i resistir temporals. Alguns dels prototips són:

1. Lleva o paleta oscil·lant de Salter: conjunt de pales de moviment independent, unides a un eix comú. Les pales accionen un motor que comprimeix un fluid fins a la turbina. És una de les màquines més eficaces.
2. Bola Masuda o convertidor pneumàtic: el moviment extensional de les ones desplaça l'aire contingut a l'interior cap a l'exterior a través d'una turbina d'aire. En el moviment descendent de l'ona, aspira aire de l'exterior a través de la turbina. La turbina és de doble acció i gira en el mateix sentit quan expulsa i quan succiona aire.
3. Cilindre oscil·lant de Bristol: és un cilindre de formigó, amb llargada de 45 m i 11 m de diàmetre, ancorat al fons de la mar per mitjà d'uns peus extensibles, amb el balanceig del cilindre, succionen i bomben aigua a elevada pressió, a una turbina.

L'energia dels corrents marins: consisteix en l'aprofitament de l'energia cinètica continguda en els corrents marins. El seu potencial és enorme, a més, proporciona un flux energètic constant i previsible, a diferència d'altres sistemes com l'eòlic. Alguns projectes destacats són:

1. Turbina Länstrom: té trenta metres d'alçada i una hèlice amb tres pales de 20 m de llargada, que permet que desenvolupi una potència d'1 MW.
2. Turbina Seagen: és una columna de 43 m que sustenta dos rotors de 16 m de diàmetre, que poden generar fins a 1,2 MW de potència. En el seu extrem hi ha una cabina de comandament, que també permet pujar els rotors fora de l'aigua per al manteniment.
3. Turbina Thawt: projecte innovador, una turbina d'aigua transversal horitzontal axial; es tracta d'un rotor cilíndric que gira al voltant d'un eix amb el flux de l'aigua. Els enginyers creadors creuen que arribarà a desenvolupar 12 MW, i que serà relativament econòmica. Sistema VIVACE, és una màquina que pot convertir les vibracions potencialment destructives que es provoquen en els fluids en una font d'energia renovable. És un sistema d'energia hidrocinètic que es basa en les vibracions induïdes per un remolí d'aigua. Les vibracions induïdes per remolins són ondulacions que causa un objecte rodó o en forma de cilindre en un flux de fluids, ja sigui a l'aire o a l'aigua.

L'energia tèrmica dels oceans: La diferència de temperatura entre les capes superficials i les profundes dels oceans es pot aprofitar per desencadenar un cicle termodinàmic i obtenir energia elèctrica. Hi ha dos sistemes alternatius per a l'aprofitament d'aquesta font d'energia. El primer utilitza un circuit obert per evaporar aigua a baixa pressió i moure una turbina. L'altre fa servir un circuit tancat i un fluid de baixa temperatura d'ebullició que s'evapora amb l'energia tèrmica de l'aigua calenta de la superfície; aquest vapor mou un turbogenerador i posteriorment es condensa amb l'aigua freda de les profunditats. El projecte OTEC (Conversió d'Energia Tèrmica de l'Oceà), desenvolupat pel Departament d'Energia dels Estats Units (DOE), utilitza el sistema de circuit tancat. El problema principal d'aquestes instal·lacions és el seu rendiment baix, del 7%, atesa la poca diferència de temperatures entre el focus calent i el fred i l'energia necessària per bombar l'aigua freda de les profunditats.

Centrals geotèrmiques: S'entén per energia geotèrmica aquella part de l'energia intrínseca de la Terra que es manifesta en forma de calor. La temperatura augmenta uns 3 °C cada 100 m de profunditat, aquest fenomen, anomenat gradient geotèrmic. D'altra banda, hi ha una sèrie d'indrets on el flux calorífic arriba a ser fins a deu o quinze vegades més elevat: són les anomenades anomalies geotèrmiques. Les condicions geològiques són:

1. Presència a profunditat adient, entre 1000 m i 2000 m, de roques poroses i permeables que permetin l'acumulació i circulació de fluids.
2. Un flux de calor normal o anormal que escalfi l'aqüífer. Aquest flux prové del magma (massa fluida d'elevada temperatura, formada bàsicament per silicats).
3. Existència d'una capa impermeable, que actuï de cobertor, de manera que s'eviti la dissipació contínua del sistema termal aigua-roca. En determinats casos, el flux energètic flueix de manera natural a l'exterior. En d'altres, s'ha de perforar l'escorça terrestre fins a arribar al jaciment per poder extreure l'energia tèrmica acumulada. Generalment, s'introdueixen dues canonades: per una s'injecta aigua freda a pressió i per l'altra es recupera aigua calenta o vapor. En funció de la temperatura del fluid extret dels jaciments geotèrmics, es consideren d'entalpia o energia alta quan la temperatura és superior als 150 °C, d'energia mitjana quan la temperatura està entre 90 °C i 150 °C, i d'energia baixa si la temperatura del fluid és inferior als 90 °C.

Tipus de centrals: Hi ha, també, centrals de condensació, en què el vapor en sortir de la turbina es condensa i es pot tornar a utilitzar, alhora que tanca el cicle; i les centrals sense condensació, en què el vapor utilitzat s'evacua directament a l'atmosfera.

Energies alternatives: es diuen també energies renovables perquè provenen de fonts d'energia que es renoven de manera continuada en contraposició als combustibles fòssils, que són recursos limitats. Les energies renovables i els beneficis de la seva utilització són:

1. No tenen grans efectes contaminants sobre el medi ambient.
2. Reducció de les emissions de diòxid de carboni (CO₂) per càpita.
3. Més diversificació de les fonts d'energia pròpies i reducció de les importacions energètiques.
4. Creació de llocs de treball i de nous pols d'activitat econòmica.
5. Protecció de l'entorn natural. Conscienciació social i accions efectives.
6. Suport a centres de recerca, laboratoris d'investigació i centres universitaris.
7. Afavorir el reequilibri territorial.