Les centrals de biomassa

Una central de biomassa, o de Residus Sòlids Urbans (RSU), és una instal·lació on es fa la producció d’energia elèctrica a partir de recursos biològics. Els residus biològics utilitzats com a combustibles són principalment la llenya, els rebuigs orgànics, els excrements d'animals i la cel·lulosa (paper i cartó). Una central de biomassa utilitza fonts renovables per a la producció d'energia elèctrica. 

En primer lloc, els residus que arriben a la central, es classifiquen per reduir-ne la mida si fora necessari i es classifiquen segons la seua utilitat. Els materials que poden ser reciclats, cristall, metall, plàstic, piles, etc., se extrauen i la resta de la matèria orgànica s'emmagatzemen a unes naus on es realitza un procés químic de fermentació per tal d’obtenir el que s’anomena compost.

A continuació es condueixen a la caldera per a cremar-los, i escalfar l'aigua de les canonades de la caldera, què es converteix en vapor com a conseqüència de la calor. De la mateixa manera que es fa a les centrals tèrmiques convencionals, el vapor generat a la caldera va cap a la turbina de vapor que està unida al generador elèctric on es produeix l'energia elèctrica.

Les centrals eòliques

Les centrals eòliques son les instal·lacions on es produeix energia elèctrica a partir de la força del vent. A l’actualitat l’energia eòlica s’aprofita fonamentalment mitjançant la seua transformació en electricitat amb aerogeneradors, que aprofiten els corrents d'aire. 

Un aerogenerador és un generador d'electricitat que es mou per l'acció del vent. El vent mou l'hèlix i a través d'un sistema mecànic d'engranatges fa girar el rotor (part giratòria) d'un generador, que produeix el corrent elèctric. 

Per a produir electricitat amb una central eòlica cal que el vent bufe a una velocitat de 3 a 25 m/s. Més enllà d’aquesta velocitat, els aerogeneradors han de parar-se per seguretat i es posen en posició de bandera. El vent fa girar les pales en incidir-hi al damunt i converteix l'energia cinètica del vent en energia mecànica, que es transmet al rotor. Aquesta energia es transmet mitjançant un eix de baixa velocitat a la caixa del multiplicador, de la qual surt a una velocitat 50 vegades superior, i és llavors quan es pot transmetre a l'eix del generador per a produir energia elèctrica.

Centrals fotovoltaiques

L'energia solar fotovoltaica s'aprofita transformant la radiació solar directament en electricitat mitjançant l'efecte fotovoltaic. Aquesta transformació es du a terme mitjançant "cèl·lules fotovoltaiques". 

L'efecte fotovoltaic és un fenomen físic que consisteix en la conversió de l'energia lluminosa en energia elèctrica. L'energia de radiació (fotons) que incideix sobre una estructura heterogènia de material (cèl·lula fotovoltaica) és absorbida per electrons de les capes més externes dels àtoms que formen aquest material, i això crea un corrent elèctric interior d'una tensió determinada. Les cèl·lules es connecten en sèrie per a formar un mòdul fotovoltaic.

L'element bàsic d'una central fotovoltaica és el conjunt de cèl·lules fotovoltaiques que capten l'energia solar i la transformen en un corrent elèctric continu. Les cèl·lules fotovoltaiques estan integrades en mòduls que, en unir-se, formen plaques fotovoltaiques. Lògicament la producció d’electricitat d’aquestes plaques depèn de les condicions meteorològiques existents. Aquestes condicions es mesuren i analitzen mitjançant una torre meteorològica. En primer lloc, el corrent continu generat s'envia a un inversor on es transforma en corrent alterna i finalment, es porta a un centre de transformació on s'adapta el corrent a les condicions d'intensitat i tensió de les línies de transport de la xarxa elèctrica.

Centrals termosolars

Una central termosolar és una instal·lació que permet l'aprofitament de l'energia del Sol per a produir electricitat, utilitzant un cicle tèrmic semblant al de les centrals tèrmiques convencionals. El funcionament de l'energia solar tèrmica consisteix a usar la radiació del Sol per a escalfar un fluid i produir vapor, a diferència de les centrals tèrmiques convencionals on la font de calor s’obté de la crema d’un combustible fòssil. 

Una central termosolar de torre central està formada per un camp de miralls direccionals de grans dimensions que reflecteixen la llum del Sol i concentren els feixos reflectits en una caldera situada en una torre de gran altura. A la caldera, l'aportació calorífica de la radiació solar reflectida és absorbida per un fluid tèrmic que, després, és conduït cap a un generador de vapor, en el qual transfereix la seua calor a un segon fluid, generalment aigua, per convertir-lo en vapor. Aquest vapor es condueix a una turbina per aconseguir energia mecànica, que es transformarà en electricitat a l'alternador. El vapor es porta a un condensador on torna al seu estat líquid, a fi de poder repetir un nou cicle de producció de vapor. La producció en una central solar depèn per tant, de les hores de insolació.

Les centrals nuclears

Una central nuclear és una instal·lació per a generar electricitat a partir de la calor que prové de la fissió (divisió de l'àtom) dels materials que s’utilitzen com a combustible i que són l'urani i el plutoni. 

A causa de la fissió de l'urani que es du a terme al reactor nuclear, s'allibera una gran quantitat d'energia que escalfa l'aigua fins a evaporar-la. Aquest vapor es transporta al conjunt turbina-generador mitjançant un circuit de vapor, paregut al de les centrals tèrmiques. Els àleps de la turbina giren per l'acció del vapor i mouen el generador que transforma l'energia mecànica en elèctrica. 

Una vegada el vapor d'aigua ha passat per la turbina s'envia a un condensador on es refreda i es torna líquida. I novament es transporta l'aigua a l'escalfador per tornar a aconseguir vapor, tancant així el circuit de l'aigua. Els residus generats per la fissió de l'urani són emmagatzemats dins de la central mateixa, en unes piscines de formigó especials per a materials radioactius i que eviten les fuites radioactives.

Les centrals tèrmiques de cicle combinat

Una central tèrmica de cicle combinat és una central on el combustible es transforma en electricitat mitjançant la utilització conjunta de dos cicles termodinàmics: el cicle de Brayton (turbina de gas) i el cicle de Rankine (turbina de vapor). 

En la turbina de gas, l’aire es comprimeix a alta pressió al compressor, després passa a la cambra de combustió, on es barreja amb el combustible. A continuació, els gasos de combustió passen per la turbina de gas on s’expansionen (augmenten de volum). L’energia es transforma, mitjançant els àleps, en energia mecànica de rotació per a moure l’eix del generador i produir electricitat 

Els gasos que surten de la turbina de gas es porten a una caldera de recuperació de calor per a produir vapor. A partir d’aquest moment tenim un cicle aigua-vapor convencional. A la sortida de la turbina el vapor es condensa (es transforma novament en aigua) i torna a la caldera per començar un nou cicle de producció de vapor. Amb el desenvolupament d’aquesta tecnologia a l’actualitat, els dissenys de les noves centrals tracten d’acoblar la turbina de gas i la turbina de vapor a un mateix eix de manera que accionen conjuntament un mateix generador elèctric.

Centrals tèrmiques convencionals

A les centrals tèrmiques convencionals es produeix electricitat a partir de combustibles fòssils com ara el carbó, el fueloil o el gas natural, mitjançant un cicle termodinàmic d’aigua-vapor. El terme convencionals serveix per a diferenciar-les d’altres centrals tèrmiques, com les nuclears o les de cicle combinat. 

El funcionament de les centrals termoelèctriques és el mateix, independentment del combustible que utilitzen (carbó, fueloil o gas). Malgrat això, sí que hi ha diferències pel que fa al tractament previ que es fa del combustible i al disseny dels cremadors de les calderes de les centrals. 

El combustible és introduït a la caldera, rodejada per nombrosos tubs plens d’aigua, i es crema. Això genera la producció d’energia calorífica que es fa servir per a escalfar aigua i per a transformar-la, posteriorment, en vapor a una pressió molt elevada. A partir d’aquest vapor es fa girar els àleps d’una turbina i un alternador perquè aquest produïsca electricitat. 

L’electricitat generada passa per un transformador que n’augmenta la tensió i així es pot transportar més còmodament i s’assegura que es redueixen les pèrdues energètiques. El vapor que surt de la turbina s’envia a un element anomenat condensador per a fi de convertir-lo en aigua i poder-lo retornar novament a la caldera on començar un nou cicle de producció de vapor.

Centrals hidroelèctriques

Una central hidroelèctrica és una instal·lació que permet aprofitar l’energia potencial continguda a les masses d'aigua que circulen pels rius i transformar-la en energia elèctrica mitjançant un equip turbina-generador. 

La presa, situada en el curs d'un riu, acumula artificialment un volum d'aigua per a formar un embassament. Això permet que l'aigua assoleixi una energia potencial i la seua caiguda des de certa alçada fins a un nivell inferior provoca el moviment de rodes hidràuliques o turbines. Per a això, se situa aigües amunt la presa una vàlvula, protegida per una reixa metàl·lica, que permet controlar l'entrada d'aigua. Aquesta circula a través d’una canonada on l’energia potencial es transforma en energia cinètica, és a dir, va perdent força i adquireix velocitat. En arribar a la sala de màquines actua sobre els àleps de la turbina hidràulica, i en transforma l'energia cinètica en energia mecànica de rotació. L'eix de la turbina està unit al del generador elèctric, que en girar converteix l'energia rotatòria en corrent altern. L'aigua, una vegada ha cedit la seua energia, és restituïda al riu aigües avall de la central a través d'un canal de desguàs.

Tipus de centrals elèctriques

Per classificar les centrals elèctriques podem fer-ho en funció de la font d’energia primària que fan servir per a produir l’energia mecànica necessària per a generar electricitat: 

• Centrals hidroelèctriques. L’aigua d’un corrent natural o artificial, per l’efecte d’un desnivell, actua sobre les pales d’un grup turbina hidràulica-alternador.

• Centrals tèrmiques convencionals. El combustible fòssil (carbó, fueloil o gas) es crema en una caldera per a generar energia calorífica (escalfant l’aigua), la qual s’aprofita per a generar vapor. Aquest vapor d’aigua a alta pressió acciona les pales d’una turbina de vapor, transformant l’energia calorífica en energia mecànica. 

• Centrals tèrmiques de cicle combinat. Utilitza de manera combinada dos cicles termodinàmics per a un millor aprofitament de la energia primària. Al primer es produeix la combustió de gas natural en una turbina de gas, i al segon, s’aprofita el calor residual dels gasos per a generar vapor i expandir-lo en una turbina de vapor. 

• Centrals nuclears. La fissió dels àtoms d’urani allibera una gran quantitat d’energia que es fa servir per a escalfar l’aigua que circula per un laberint de canonades convertint-la en vapor i s’utilitza en un grup turbina-alternador per a produir electricitat. 

• Centrals eòliques. L’energia cinètica del vent es transforma directament en energia mecànica rotatòria mitjançant un aerogenerador. 

• Centrals termoelèctriques solars. L’energia del Sol escalfa un fluid que transforma en vapor un altre segon fluid, el qual acciona la turbina-alternador que aconsegueix el moviment rotatori i, així, genera electricitat. 

• Centrals de biomassa o de residus sòlids urbans (RSU). Fan servir el mateix esquema de generació elèctrica que una central tèrmica convencional amb l’única diferència del combustible utilitzat a la caldera, el qual prové dels nostres residus.

Les centrals elèctriques

En aquesta primera entrada del blog es detallada del procés de producció de l'electricitat, enfocat a partir de les centrals elèctriques més utilitzades. Per mitjà de les diferents entrades podreu conèixer des de la matèria primera utilitzada fins a l'impacte mediambiental que causa la generació d'electricitat, així com l'anàlisi del seu funcionament.

S’anomena central elèctrica a una instal·lació on es pot convertir l’energia mecànica en energia elèctrica. Aquesta energia mecànica té el seu origen en diverses fonts conegudes com a matèria primera i són principalment l’aigua, el gas, el vent, l’energia solar i l’urani. Aquestes fonts d’energia primària es fan servir per a moure els àleps d'una turbina, la qual està connectada a un generador elèctric.

Cal destacar que hi ha algunes centrals on l’electricitat no es produeix per la transformació d’energia mecànica a electricitat com per exemple, a les centrals fotovoltaiques, on l’electricitat s’obté de la transformació directa de la radiació solar o, en el cas de les piles de combustible o bateries, on l’electricitat s’obté directament a partir de l’energia química.