Producto y distribución de energía

Anuncio
• PRODUCCIÃ I DISTRIBUCIÃ D'ENERGIA
• Centrals elèctriques productores d'energia
Les centrals elèctriques són les instal·lacions productores d'energia elèctrica, on hi ha un conjunt de
mà quines motrius i aparells que s'utilitzen per generar energia elèctrica.
A Espanya trobem 9 centrals nuclear, 182 termoelèctriques convencionals i altres tipus de generació
d'energia. La central elèctrica amb més potència és la d'Ascó I i II (Tarragona), es nuclear i produeix
una potència de 1860 MW.
• Producció, transport i consum d'energia
L'element principal de qualsevol central generadora d'energia (excepte les centrals fotovoltaiques) és el
generador elèctric o alternador, que transforma l'energia mecà nica en elèctrica.
Per transportar l'energia elèctrica des de les centrals fins als centres de consum s'utilitza la xarxa elèctrica,
que consta de lÃ−nies elèctriques de transport, estacions transformadores i lÃ−nies de distribució.
El principal inconvenient de l'energia elèctrica que es produeix a les centrals és que no es pot
emmagatzemar.
• Tipus de centrals
• Centrals de base o centrals principals: Estan destinades a subministrar energia elèctrica de manera
contÃ−nua.
• Centrals de punta: Projectades per cobrir demandes d'energia a les hores punta.
• Centrals de reserva: El seu objectiu és substituir total o parcialment la producció d'una central de
base, en cas d'avaria.
• Centrals de bombeig: Son centrals hidroelèctriques que aprofiten l'energia sobrant en les hores de
vall, per bombejar aigua al embassament superior i a les hores punta l'aprofiten per donar energia a la
xarxa.
• 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, utilitzant turbines acoblades als alternadors
Transformacions d'energia que es realitza en les centrals hidroelèctriques:
Embassament Canonades Turbina Alternador
• Centrals d'aigua fluent: es construeixen a llocs en què l'energia hidrà ulica disponible pot
utilitzar-se directament per accionar les turbines. Són centrals de poc rendiment.
• Centrals d'aigua embassada: S'acumula l'aigua en un pantà , que aprofita la central segons les seves
necessitats d'energia elèctrics. I depenent de la disposició ortogrà fica hi ha dos models:
• Centrals de derivació: consisteix a desviar les aigües del riu per mitjà d'una petita presa cap a
un canal, amb el mÃ−nim desnivell possible. En un punt adequat es construeix un petit dipòsit
anomenat cambra de cà rrega o de pressió que és la que alimenta una canonada forçada, que es
la que condueix l'aigua fins a la turbina situada molt per sota del nivell del canal i després de la
turbina es retornada al riu amb un canal de descà rrega.
1
• Centrals d'acumulació: es construeix la presa en un tram del riu on hi ha un desnivell i que
produeix un embassament. I contra més altura tingui l'aigua, tindrà més energia potencial. A
mitjana alçada es troba la sortida d'aigua emmagatzemada, ja que aquesta aigua alimentarà les
turbines situades al peu de la presa.
• Components d'una central hidroelèctrica
La presa
às una construcció de formigó que s'aixeca sobre la llera del riu i perpendicular a la seva direcció, amb
l'objectiu de retenir l'aigua per elevar el seu nivell i formar un embassament. Es poden classificar en dos tipus:
• Presa de gravetat: La força de l'aigua emmagatzemada és contrarestada amb el mateix pes de la
presa. I necessita gran quantitat de material.
Perfil de presa de gravetat Perfil de presa de contraforts
• Presa de volta o d'arc senzill: La planta de la presa forma un arc que ha d'estar fortament encarat a les
parets laterals del riu, on transmet les forces que provoquen la contenció de l'aigua. Es necessita
menys material per construir-la.
Perfil de pres de volta
Els conductes d'aigua
Són les comportes que tenen les empreses per regular el cabal que alimenta les turbines, i estan protegides
per unes reixes per a que no entrin branques, troncs, etc. que les poden deteriorar.
Les preses també regulen el cabal de l'aigua hi existeixen sobreeixidors i a peu de presa trobem els
esmorteïdors de l'energia adquirida per l'aigua quan cau. I els desaigües serveixen per buidar la presa
sense necessitat d'haver de passar per les turbines.
La sala de mà quines
às on es troben els grups turboalternadors. Depenen de l'altura de salt i del cabal s'utilitzen varis tipus de
turbines:
• Turbines Pelton: en salts de gran altura i cabal regular.
• Turbines Francis: en salts intermedis i cabal variable.
• Turbines Kaplan: en salts de poca altura i cabal molt variable.
Transformadors i parc de distribució
Els transformadors eleven el corrent elèctric obtingut en els alternadors a un valor adequat per al seu
transport per evitar pèrdues. En el parc de distribució, la central es connecta a la xarxa de transport.
Moltes centrals estan interconectades per la xarxa de transport i han d'estar molt sincronitzades en la
producció d'energia. I aixÃ− si s'avaria una central la substitueix l'altra.
• Funcionament d'una central hidroelèctrica
2
Aigua
• Centrals de bombeig o reversibles
Racionalitzen la producció d'energia elèctrica a la demanda existent. Consumeixen els excedents d'energia
a les hores vall i subministren energia al sistema a les hores punta.
Per bombejar l'aigua disposen de grups motobomba o de grups turbina-alternador, que poden funcionar com
alternador o motobomba.
Hi ha dos tipus de centrals de bombeig:
Centrals de bombeig pur
R
S
T
Riu
Centrals de bombeig mixt
Riu
R
S
T
Riu
• Minicentrals hidroelèctriques
Són centrals d'una potència entre 250 i 5000 kW, i subministren energia a petits nuclis rurals i fà briques
situades al costat del riu.
• Les centrals hidroelèctriques i el medi ambient
Avantatges
• No emeten partÃ−cules contaminats a l'atmosfera i no generen residus directes. Es creu que cada
kWh produït evita l'emissió a l'atmosfera d'1kg de diòxid de carboni (CO2), 7 g de òxid de sofre
(Sox) i 3 g de òxids de nitrogen (NOx).
• Eviten inundacions i també assegura un cabal mÃ−nim en cas de sequera; l'aigua es pot aprofitar
per regar o proveir el consum de les poblacions.
Inconvenients
• Pèrdua de terrenys fèrtils i poblacions en ser cobertes per les aigües.
3
• Alteració del cabal dels rius i problemes d'erosió.
• Modificació de la vegetació i la fauna de la zona.
• Possible acumulació de matèria orgà nica provocada pels vessaments d'aigües residuals, amb la
finalitat d'emetre gas metà a l'atmosfera.
• La construcció de grans embassaments pot variar el clima, i comporta una greu modificació en
l'ecosistema.
• Centrals tèrmiques convencionals
A les centrals tèrmiques convencionals es genera energia elèctrica a partir de l'energia tèrmica
produïda per la combustió de carbó, fuel o gas natural.
S'anomenen convencionals per diferenciar-les de les altres centrals que fan en energia mitjançant turbines de
vapor, però empren una altra font d'energia com pot ser la nuclear, solar, etc.
Transformacions d'energia que hi ha a les centrals tèrmiques convencionals.
Combustible Caldera Vapor Turbina Alternador
• Components i funcionament d'una centrals tèrmica
Components
- Emmagatzematge del combustible: Si el combustible és carbó té un recinte per guardar-lo i amb
provisions de sobres. Si és gas es fan unes canalitzacions directes. O bé si es fuel s'emmagatzema en
grans dipòsits que tenen reserves.
- La caldera: el tipus de caldera més utilitzat és la de radiació ja que transmet la calor per radiació
- Reescalfadors: són les parts de la caldera destinats a eliminar les petites gotes d'aigua del vapor, per
convertir-lo en vapor sec.
- Economitzadors i preescalfadors: aprofiten el calor residual dels gasos emesos per fer un escalfament previ a
l'aigua que alimenta la caldera, i també a l'aire que hi entra en la combustió.
- Turbines: són mà quines que transformen l'energia cinètica del vapor en energia cinètica rotatòria.
Estan formades per tres etapes: alta, mitja i baixa pressió.
- Condensador: Refreda el vapor que prové de les turbines, abans d'entrar a la caldera.
- Torre de refrigeració: Refrigera l'aigua refrigerant del condensador. Els circuits poden ser oberts o tancats,
en els tancats és imprescindible refredar l'aigua per tornar-la a utilitzar. En els oberts es refreda l'aigua que
ha de tornar al riu per a que no afecti la fauna.
- Xemeneia: Evacua els gasos de la combustió.
- Equip elèctric principal: Està format per l'alternador, els transformadors i el parc de distribució.
- Sala de tractament de l'aigua d'alimentació: Són instal·lacions de tractament de les aigües, que, amb
addició de substà ncies quÃ−miques, contraresten les sals que conté l'aigua i eviten els fangs i les
incrustacions.
4
• Les centrals termoelèctriques i el medi ambient
Contaminació atmosfèrica
Els combustibles fòssils comporten la producció de CO2 i vapor d'aigua, causants de l'efecte hivernacle.
La mala combustió originen emissions de SOx i NOx, causants de la pluja à cida. Aquests òxids,
juntament amb l'emissió d'hidrocarburs, partÃ−cules sòlides i metalls pesants, desencadenen les boires
fotoquÃ−miques.
El carbó és el més contaminant.
La contaminació tèrmica de les aigües es soluciona amb l'utilització de les torres de refrigeració.
Contaminació acústica
Són els sorolls que emeten els ventiladors forçats, les và lvules de purga, etc. I s'eviten aïllant els
elements més sorollosos i construint pantalles acústiques.
Noves tecnologies
• Sistemes de dessufuració dels combustibles
• Gasificació del carbó. Són recursos que s'obté el carbó en forma de gas i es menys
contaminant.
• Combustió en llit fluid. à s crema el carbó a menys temperatura, ja que permet que la majoria de
contaminants romanguin amb els residus de la combustió i no s'emetin a l'atmosfera.
• Centrals de cicle combinat.
• Centrals de cogeneració
Cogeneració és la producció simultà nia d'energia elèctrica i tèrmica en el mateix lloc de consum.
A causa de l'expansió del gas natural s'implantes les noves tecnologies de cogeneració que fan servir
mòduls de cogeneració que treballen en paral·lel, ja que permet flexibilitzar la producció a les
necessitats energètiques del moment.
Els mòduls de cogeneració estan formats per la mà quina motriu i l'alternador. Els tipus més utilitzats
son:
• Turbines de gas. Es fan servir per a potències elevades. Els mòduls són d'1 MW fins a 2 MW.
• Motors de cicle diesel. Els mòduls són de 70 kW fins a 2 MW.
Funcionament d'una central de cogeneració
Fums
Combustible
Cremador auxiliar
• Centrals nuclears
L'any 1942 l'equip fÃ−sic italià de la Universitat de Chicago, Enrico Fermi, construÃ− el primer reactor de
5
fissió nuclear. La primera central nuclear entrà en funcionament l'any 1954 a la Unió Soviètica. A
España la primera central nuclear entrà en funcionament l'any 1969 a Zorita.
Una central nuclear és una central termoelèctrica en què la font d'energia tèrmica s'obté de la
fissió dels à toms d'urani i de plutoni.
Transformacions d'energia en una central nuclear:
Combustible Reactor Vapor Turbina Alternador
• Reactor nuclear i parts del reactor
El reactor és el sistema que permet de produir i controlar reaccions en cadena sostingudes.
Parts del reactor
• Vas del reactor: forma el nucli del reactor i està format per un recipient d'acer pur, que conté dos
elements: una font de neutrons (inicien la reacció en cadena) i el combustible nuclear (materials
fèrtils i fissionables).
• Moderador: redueix la velocitat dels neutrons emesos en les reaccions de fissió. Utilitzen com a
moderadors l'aigua, l'aigua pesant i el grafit.
• Barres de control: estan formades per materials que absorbeixen neutrons. Tenen la missió de
regular el nombre de fissions que es produeixen a l'interior del nucli per unitat de temps. Estan
fabricades amb aleacions de bor, cadmi i hafni.
• Refrigerant: refrigera el reactor evitant el sobreescalfament i transporta la calor generada en el nucli,
directament o a través d'un circuit secundari, al grup turbina alternador.
• Principals tipus de centrals nuclears
Centrals amb reactor d'aigua a pressió (PWR)
Centrals amb reactor d'aigua en ebullició (BWR)
La principal diferència amb els reactors PWR és que només utilitzen un circuit de refrigeració.
Centrals amb reactor d'aigua d'ebullició
El reactor no utilitza moderador. El refrigerant ha de ser molt eficaç i s'utilitza el sodi lÃ−quid. S'anomenen
reactors reproductors, ja que en teoria s'obté més combustible del que es gasta. Es poden obtenir
rendiments fins a 60 vegades superiors als dels reactors tèrmics.
Els reactors reproductors acostumen a tenir un circuit primari de refrigeració, un circuit secundari també
de sodi lÃ−quid i un circuit terciari en què s'obté el vapor d'aigua per accionar el grup turbina-alternador.
• Equipament d'una central nuclear
• Edifici de contenció: conté el reactor i el conjunt d'elements del circuit primari.
• Edifici de turbines: Allotja el grup turbina alternador, els reescalfadors i els condensadors de vapor i
els preescalfadors de l'aigua d'alimentació.
• Edifici del combustible: S'utilitza per a l'emmagatzematge dels combustible de recà rrega del reactor
i del combustible ja utilitzat en espera de ser enviat a reprocessar. El combustible es desa en piscines
de formigó folrades amb xapa d'acer.
6
• Edifici de control: Allotja la sala de control.
• Edifici auxiliar: Disposa de components dels sistemes auxiliars i de seguretat, aixÃ− com els
sistemes de tractament de residus radioactius de baixa activitat, l'equip de filtratge i d'aire condicionat
propi i de l'edifici de contenció.
• Les centrals nuclears i el medi ambient. Sistemes de seguretat
Els principals problemes de la contaminació radioactiva són les emissions i la gestió dels residus. I es
necessita una mà xima seguretat tant en els disseny, la construcció i l'explotació de les centrals nuclears.
La seguretat mà xima implica que els sistemes de control estiguin duplicats i que existeixin diferents barreres
que impedeixin les fuites radioactives a l'exterior.
• Distribució de l'energia
El transport a gran distà ncia del corrent altern, s'ha de realitzar a unes tensions de 110 kV fins a 400 kV, per
disminuir les pèrdues d'energia i augmentar la capacitat de transport de les lÃ−nies.
3 · Ï Â· L · I2
P = 3 · RL · I2 =
s
p = potència perduda en els tres conductors per efecte joules, en W.
RL = resistència d'un conductor de la lÃ−nia en Ω.
I = intensitat de la lÃ−nia en A.
L = longitud de la lÃ−nia en m.
s = secció de la lÃ−nia en mm2.
Ρ = resitivitat del conductor en Ω mm2/m.
Circuit trifà sic
P
I=
â
3 · V · cosÏ
LÃ−nies elèctriques
• 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 lÃ−nia. Els conductor són alumini, amb una là mina d'acer; o
coure. Són molt econòmiques.
• Subterrà nies. Els conductors van enterrats a terra directament o dintre de canalitzacions. Són de
coure i d'alumini i han d'estar aïllats. Tenen un elevat preu d'instal·lació.
7
Estacions elèctriques
Són instal·lacions destinades a la transformació i/o disminució d'energia elèctrica i a la connexió entre
dues o més lÃ−nies.
Segons la seva funció poden ser:
• Estacions transformadores primà ries (ET I). Eleven la tensió de l'energia elèctric produïda en la
central a 110 o 400 kV.
• Estacions d'interconnexió. Asseguren la unió entre diferents lÃ−nies de transport.
• Estacions receptores o estacions transformadores secundà ries (ET II). Redueixen la tensió entre 6 i
66 kV .
• Casetes transformadores o estacions transformadores tercià ries (ET III). Redueixen la tensió a 220
V i 380 V per distribuir l'energia als centres de consum.
• Estacions distribuïdores. Interconnecten les ET II.
Estructura del sistema elèctric
LDP
ET I
LT
ET LT ET II ET III
LT LT
400kV/66kV 66kV
LT
66kV
Subsistema Subsistema
De producció de transport Subsistema de distribució
49
Transformadors
Generador
Turbines
Cambra de pressió
Canonada forçada
Canal de derivació
8
Par de distribució
Central
Canal de descà rrega
Presa
Utilització
Energia
elèctrica
Energia cinètica de rotació
Energia
cinètica
Energia
potencial
LÃ−nies de transport
Aigua
Presa
Canonades forçades
Reixes filtradores
Eix de turbina
Riu
Embassament
superior
Turbina
bomba
Embassament
inferior
Alternador
9
bomba
Transformador
Transformador
Alternador
bomba
Embassament
inferior
Turbina
bomba
Embassament
superior
Utilització
Energia
elèctrica
Energia
cinètica
Energia
tèrmica
Energia
quÃ−mica
Energia cinètica de rotació
G
G
Caldera de
recuperació
de calor
10
Combustible
Generador
Aire
Turbina de vapor
Compressor Turbina de gas Condensador
Generador
Caldera
Turbina
Generador
Dipòsit d'aigua calenta
Radiador
Condensador
Energia cinètica de rotació
Utilització
Energia
elèctrica
Energia
cinètica
Energia
nuclear
Energia
tèrmica
A la torre de refrigeració
Condensador
LÃ−nies de transport
Transformador
11
Generador
Edifici de contenció
Barres de Intercambiador
contenció
Turbina
Vapor
Aigua
Bomba
Bomba
Aigua calenta 170 at
A la torre de refrigeració
Condensador
LÃ−nies de transport
Transformador
Generador
Reactor Vapor
Turbina
Aigua
Bomba
Bomba
Barres de
control
C. nuclear
C. hidroelèctrica
C. tèrmica
20kV
12
6kV
20kV
1
2
3
4
5
6
7
8
13
Descargar