U2 Les centrals elèctriques
Una central elèctrica és una instal·lació capaç de convertir l’energia mecànica en energia elèctrica. Les principals fonts que fa servir per a generar energia són l’aigua, el gas, l’urani, el vent i l’energia solar. Aquestes fonts d’energia primària es fan servir per a moure els àleps d'una turbina, que al seu torn està connectada a un generador elèctric.
Hi ha alguna excepció en què la transformació d’energia mecànica a electricitat no es produeix 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.
1. Tipus de centrals elèctriques
Una bona manera de classificar les centrals elèctriques és fer-ho en funció de la font d’energia primària que facin 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’una turbina hidràulica.
Transformacions energètiques en una central hidroelèctrica
Una central hidroelèctrica transforma l'energia potencial de l'aigua emmagatzemada en energia elèctrica. Aquesta energia potencial es pot expressar com a potència hidràulica, que és el producte de la pressió pel cabal , i com el cabal es pot expressar com el producte de la velocitat que porta l'aigua (o el fluid que sigui) per la secció de la canonada que el transporta (A).
Exemple: Una central hidroelèctrica produeix energia elèctrica diària de 100MWh, el grup turboalternador gira amb la força de l'aigua que baixa amb una pressió de 12MPa, a 150m/s per una canonada de 10cm de diàmetre. Calcular el rendiment de la central.
Centrals tèrmiques convencionals. El combustible fòssil (carbó, fueloil o gas) es crema en una caldera per a generar energia calorífica, 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.
Transformacions energètiques en una central tèrmica o grup electrogen
Una central tèrmica i un grup electrogen produeixen corrent elèctric a partir de cremar combustible.
Exemple: Una central tèrmica produeix energia elèctrica diària de 12MWh a partir de cremar 7500 kg de carbó (de Pcal=11,8MJ/kg). Calcular el rendiment de la central.
Centrals tèrmiques de cicle combinat. Combina dos cicles termodinàmics. 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 servir per a obtenir vapor que, al seu tron, 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 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. També pot generar aquesta electricitat, amb la llum solar mitjançant l'efecte fotovoltaic.
Centrals de biomassa. 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.
Centrals geotèrmiques: són aquelles en les quals obtenim energia elèctrica gracies a la calor que hi ha sota terra.
Les centrals mareomotrius produeixen energia elèctrica gracies a la força de les marees dels oceans. Fins i tot, hi han dispositius capaços d'obtenir energia elèctrica amb les onades del mar.
2. Transformacions energètiques en una central elèctrica
3. La producció d'energia elèctrica a l'estat Espanyol