¡Descarga Apunts complets energies y más Apuntes en PDF de Tecnología solo en Docsity!
1. CENTRALS ELÈCTRIQUES CONVENCIONALS
Diem convencionals a les centrals clàssiques, les que tenen una presència ja consolidada en el mercat. Extraiem d'aquest grup l'energia eòlica, ja consolidada, que en l'any 2013 ha estat l'energia que més electricitat ha produït: un 21,1% fins i tot per davant de la nuclear amb un 21,0%. La raó és el seu caràcter renovable i net. Tanmateix, afegim al grup les centrals de cicle combinat i les de cogeneració. Ambdues modificacions de la tèrmica amb molt bon rendiment, però contaminants. 1.1. Producció, transport i consum d’energia L’element principal de qualsevol central generadora d’energia, tret de les centrals fotovoltaiques, és el generador elèctric o alternador, que transforma l’energia mecànica en energia elèctrica. Per transferir l’energia elèctrica des de les centrals generadores fins als centres de consum s’utilitza la xarxa elèctrica, que consta de línies elèctriques de transport, estacions transformadores i línies de distribució. L’inconvenient principal és que no es pot emmagatzemar, per tant si no es consumeix es perd. I és per això que cal regular la producció i ajustar-la. 1.2. Tipus de centrals La demanda d'energia elèctrica no és estable, dins un mateix dia segueix un cicle, i durant l'any varia en funció de la calor o fred que faci, de l'activitat industrial, les hores de Sol, etc. Per això hi ha d'haver centrals que generin energia permanentment, però d'altres que es puguin engegar o parar segons la demanda i algunes altres que serveixin per a substituir una central parada per manteniment o avaria. Aquest esquema bàsic es veu modificat per la irrupció de les energies renovables que són, quasi totes, intermitents. Centrals de base o principals. Estan destinades a subministrar energia elèctrica de manera contínua. Tenen una potència elevada i normalment són les centrals nuclears, les grans centrals termoelèctriques i les centrals hidroelèctriques. Centrals de punta. Estan projectades per cobrir demandes d’energia a les hora punta. Treballen en paral·lel amb les centrals principals. Central de reserva. Són les que tenen per objectiu substituir totalment o parcialment la producció d’una central de base, en cas d’avaria o reparació. Centrals de bombeig. Són centrals hidroelèctriques que aprofiten l’energia sobrant a les hores vall (A) per bombar aigua a un embassament superior, i a les hores punta (B)l’aprofiten per proporcionar energia a la xarxa. Anomenem potència instal·lada a la potència elèctrica màxima que la central és capaç de subministrar.
2. HIDROELÈCTRICA
2.1. Transformacions: 2.2. Característiques: Aprofiten l’energia de l’aigua que transporten els rius per convertir-la en energia elèctrica i utilitzen turbines acoblades a alternadors. Segons els tipus d’energia de l’aigua que aprofiten les classifiquem en: -Centrals d’aigua fluent: aprofiten directament l’energia cinètica de l’aigua per accionar les turbines. Són irregulars i de potències baixes, és a dir, de poc rendiment ja que no es pot regular el cabal de l’aigua que porta el riu. -Centrals d’aigua embassada : s’acumula l’aigua (energia potencial) i la central l’anirà utilitzant en funció de les necessitats. N’hi ha de dos tipus: ·Centrals de derivació: Les aigües del riu es desvien cap a un canal. ·Centrals d’acumulació: Se situen a un tram de riu amb desnivell apreciable, on es construeix una presa. L’aigua adquireix més o menys energia potencial i a mitja alçada de la presa hi ha la sortida d’aigua que alimentarà les turbines de la central, situades al eu de la presa. 2.3. Funcionament: PRESA : Construcció 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 el nivell i formar un embassament o llac artificial. Hi ha dos tipus: preses de gravetat () o preses de volta o d’arc senzill (). CANONADES: Hi ha unes comportes que permeten regular el cabal TURBINA: En la sala de màquines hi ha el que anomenem turboalternadors. Aprofita l’energia d'un flux que passa a través d'ella per produir un moviment de
3. TÈRMICA CONVENCIONAL
3.1. Transformacions: 3.2. Característiques: Generen energia elèctrica a partir de l’energia tèrmica produïda per la combustió de carbó, gasoil o gas natural. El combustible es crema en una caldera per obtenir vapor d’aigua, que acciona una turbina de vapor solidària al rotor d’un alternador. La diferència rau en el combustible utilitzat, el seu tractament previ, el tipus de cremador i el tractament dels gasos emesos. 3.3. Funcionament: Caldera: Les calderes de radiació, és perquè l’energia calorífica es transmet per radiació. Disposen de cremadors adequats al tipus de combustible i una cambra de combustió envoltada d’infinitat de tubs pels quals circula l’aigua per vaporitzar. Turbina: Aprofita l’energia cinètica del vapor d’aigua en energia cinética de rotació que, transferit mitjançant un eix, mou directament una màquina o bé un generador que transforma l'energia cinètica en elèctrica.
Condensador: El vapor procedent de les turbines es condensa abans de tornar a entrar a la caldera per tal de repetir el cicle. Torre De Refrigeració: Serveix per refredar l’aigua refrigerant del condensador per tornar-la a utilitzar. Eix De Transmissió: Generador: transferit mitjançant un eix, mou directament una màquina o bé un generador que transforma l'energia mecànica en elèctrica. El combustible es crema en una caldera provocant l'energia tèrmica que s'utilitza per escalfar aigua, que es transforma en vapor a una pressió molt elevada. Després, aquest vapor fa girar una gran turbina, convertint l'energia calorífica en energia mecànica que, posteriorment, es transforma en energia elèctrica en l'alternador. L'electricitat passa per un transformador que augmenta la seva tensió i permet transportar-la reduint les pèrdues. El vapor que surt de la turbina s'envia a un condensador per convertir-lo en aigua i tornar-lo a la caldera per començar un nou cicle de producció de vapor. I els gasos alliberats en la combustió surten per la xemeneia. 3.4. Avantatges i inconvenients: Contaminació atmosfèrica: les centrals tèrmiques produeixen i són responsables importants de l’efecte hivernacle, la pluja àcida i les boires fotoquímiques. Les de carbó són les més contaminants per què el carbó és el combustible fòssil amb més quantitat d’impureses. -Contaminació tèrmica de les aigües: els sobtats escalfaments i refredaments, juntament amb el contacte de les aigües amb diferents materials, fan que les aigües que surten estiguin químicament contaminades. -Contaminació acústica: cal evitar el soroll produït pels ventiladors forçats, etc i per això s’aïllen els elements més sorollosos i s’hi construeixen pantalles acústiques. Solucions mitjançant noves tecnologies: Totes les millores passen per a reduir la quantitat de productes lliurats a l’atmosfera. -Sistemes de desulfuració dels carburants. Recordem que el carburant més contaminant és el carbó i que també és el més abundant. -Gasificació del carbó: permet l’explotació dels recursos. -Combustió en llit fluid: sistema innovador que aconsegueix una combustió a temperatura més baixa de l’habitual. Augmenta el rendiment i disminueix l’emissió de contaminants 3.5. Tipus: -Tèrmica de cicle combinat:
Des del punt de vista mediambiental, les centrals o plantes de cogeneració son molt poc contaminants de l’atmosfera per que el seu rendiment energètic es molt alt.
4. NUCLEAR: 4.1. Transformacions: 4.2. Característiques: Són centrals termoelèctriques on l’energia elèctrica prové de la fissió d’àtoms d’urani i de plutoni. El reactor és el sistema que permet roduir i controlar reaccions en cadenes sostingudes, que fa possible l’aprofitament de l’energia tèrmica obtinguda per a l’obtenció de vapor d’aigua que acciona la turbina solidària al generador elèctric. Sempre són centrals de base. És molt difícil regular la reacció nuclear per a ajustar- se a les necessitats d’energia. A més a més el temps i el cost de les operacions d’engegada i parada és alt. 4.3. Equipament: ➢ Edifici de contenció: Conté el reactor i el conjunt d’elements del circuit primari format per tres llaços en paral·lel; cada un d’ells disposa de bomba, pressionador i generador de vapor. ➢ Edifici de turbines : Allotja el grup turbina-alternadors ➢ Edifici de combustible: S’utilitza per emmagatzematge del combustible de recàrrega del reactor i del combustible ja utilitzat en espera de ser enviat a reprocessar. Es desa en piscines de formigó folrades amb xapa d’acer i el que ja està utilitzat es cobreix amb aigua. ➢ Edifici de control: Allotja la sala de control. Aquí arriben els senyals i les mesures de funcionament de tots els equips i sistemes de seguretat i en surten les ordres de comandament. ➢ Edifici auxiliar: En el seu interior es disposa de components dels sistemes auxiliars i de seguretat.
Nucl
ear
4.4. Components del reactor nuclear: El reactor és el sistema que permet produir i controlar reaccions de fissió en cadena sostingudes per tal d’obtenir energia tèrmica de manera gradual i constant. El combustible és un 1% de U-235 en U-238. En una bomba atòmica s’utilitza una concentració del 90%. ➔ Vas del reactor Recipient d’acer pur que conté un element que emet neutrons(per iniciar la reacció) i el combustible(urani, plutoni) ➔ Moderador El combustible es troba immers en el moderador, que evita que la reacció es produeixi sense control. Es tracta d’un element que disminueix la velocitat dels neutrons.Normalment aigua, aigua pessant o grafit. El poder moderador de l’aigua és superior, permet fer reactors més petits. Però també absorbeix neutrons (no només els enlenteix) així que cal Urani enriquit (4%). ➔ Barres de control Formades per materials que absorbeixen neutrons. Aquestes barres s’introdueixen entre les barres de combustible per disminuir o eliminar totalment el nombre de neutrons que es propaguen. ➔ Refrigerant Refrigera el nucli del reactor portant la calor a un intercanviador de calor que escalfa l’aigua per a produir vapor que mourà la turbina. El circuit tancat del refrigerant és el circuit primari, el de l'aigua i vapor que mouen la turbina és el circuit secundari. 4.5. Tipus: -Amb reactor d’aigua a pressió (PWR): Utilitzen aigua com a refrigerant i moderador alhora. El circuit primari es manté a alta pressió(uns 170At) per evitar que l’aigua s’evapori. Al secundari s’utilitza també aigua. -Amb reactor d’aigua en ebullició (BWR): No hi ha secundari. La mateixa aigua que s’utilitza de moderador s’escalfa lo suficient per generar vapor i moure la turbina. Les turbines han d’estar ben protegides ja que el vapor que les mou ha estat en contacte directe amb el combustible i és altament radioactiu.
RBMA: Residus de baixa i mitja activitat. Generats en:
● Centrals nuclears: eines, guants, vestits, material de manteniment…
● Hospitals: mat. unitats medicina nuclear i radioteràpia.
● Laboratoris investigació: eines, materials, restes biològics…
RAA: Residus alta activitat. Generats habitualment en centrals nuclears: combustible gastat, aire i aigua en contacte amb el combustible… RBMA
● Tractament i condicionament: reduir volum, bidons, daus formigó.
● Transport i emmagatzematge: soterrats, terreny elegit, sistemes de control i
seguretat important. En Espanya: El Cabril
● Al final de la fase d’explotació: vigilància (fuites, riscos) i lliure utilització.
RAA.
Tractament i condicionament: es calcina, barreja amb vidre i contenidors metàl·lics. Contenidors NAC. El combustible gastat es manté en piscines o llocs d’emmagatzematge provisional fins que redueix l’activitat. ATC “almacén temporal centralizado”. Transport i emmagatzematge: Magatzem geològic profund, durant 4.500·10^6 anys. En Espanya no hi ha.
6. ENERGIA SOLAR Sol=reactor de fusió. Tota l’energia s’emet en forma de radiacions. La radiació solar és la propagació de l’energia per l’espai sense cap suport material: ones electromagnètiques. Ex: calor, llum, raig x, raig UVA. De tota la radiació que emet el Sol:
● 40% es reflexa a l’atmosfera
● 10% es reflexa pel gel del Pols
● 15% ho absorbeix l’atmosfera (vapor-pluja-e.hidràulica)
● 35% arriba a la Terra.
Importància de la capa d’Ozó:
● frena l’entrada de raigs UVA
● manté la proporció de CO 2
A més de l’aprofitament directe de l’energia solar, fa possible altres energies:
● Hidràulica
● Eòlica
● Combustibles fòssils
● Biomassa
Sistemes d’aprofitament.Classificació. a) Utilització tèrmica Sistemes passius. Arquitectura bioclimàtica Sistemes actius
○ Baixa temperatura: Col·lectors solars
○ Mitjana i alta temperatura:
■ Centrals termosolars
● Amb col·lectors distribuïts
● De torre central
■ Forn solar
b) Conversió fotovoltaica. Aprofitament tèrmic Es basa en que hi ha 3 tipus de materials:
● Transparents: deixen passar la radiació del Sol però no els infrarrojos. Creen
l’efecte hivernacle.
● Reflectants: reflexen l’e. solar i permeten dirigir-la. Materials molt brillants.
● Absorbents: absorbeixen tota la radiació: aumenta la Ta. Cossos negres.
Sistemes passius Aprofitament tèrmic directe : baixa temperatura
- Aprofitament tèrmic indirecte : alta Ta (fins a 4000ºC) Central Solars de TORRE CENTRAL (CRS). Amb heliòstats es dirigeixen el raigs cap a la caldera Cal orientació horitzontal i vertical. Aplicacions: Producció electricitat Sistemes actius. Centrals termosolars. ALTRES TIPUS.
● Concentrador lineal Fresnel: menor rendiment però més econòmic.
Conversió fotovoltaica Aprofitament directe d’electricitat amb CÈL·LULES FOTOELÈCTRIQUES O FOTOVOLTAIQUES. Materials semiconductors, silici actualment: a temperatura baixa són aïllants però amb l’energia suficient es tornen conductors. Produeixen una d.d.p. al rebre llum, 0.6V, corrent elèctric cc. S’uneixen en sèrie per arribar a 6, 9, 12 o 24 V. Rendiment molt baix, 15-20% Aprofitament directe d’electricitat amb CÈL·LULES FOTOELÈCTRIQUES O FOTOVOLTAIQUES.
● Utilització instal·lació connectada a la xarxa: subvencions administratives.
Regulador i control de càrrega: e. irregular. Ondulador: transformar CC en CA
● Utilització instal·lació aïllada:
Regulador i control de càrrega: e. irregular. Ondulador: transformar CC en CA Bateries o acumuladors: l’energia s’ha d’emmagatzemar per utilitzar-la a la nit, si cal.
● Utilització instal·lació aïllada: quan es necessiten baixes potències:
Il·luminació d’habitatges o edificis aïllats. Senyalització, satèl·lits, repetidors de ràdio i TV Bombeig d’aigua en zones aïllades.
7. ENERGIA EÒLICA: Característiques: El vent és produït pel moviment de masses d’aire a causa de les diferents pressions entre 2 punts de l’atmosfera, provocats per les diferents Tes. Es produeix a la part baixa de l’atmosfera, la troposfera. Cada regió té vents dominants, però varien segons les estacions, dia-nit, obstacles naturals… Energia constant però irregular. Paràmetres La pressió es mesura amb el baròmetre La direcció amb el penell La velocitat amb l’anemòmetre.
Es generen mapes eòlics en funció de la velocitat. Aprofitament energètic. Aprofitament històric: energia mecànica. Aprofitament actual: també producció e. elèctrica. Aeroturbines Màquina que aprofita l’energia del vent i la transforma en un altre tipus. Classificació: Segons nombre de pales. Segons orientació. Segons utilització: ● Aerogeneradors ● Aeromotors Segons posició de l’eix: ● D’eix horitzontal ● D’eix vertical ● Aeromotors Producció d’energia mecànica. Moltes pales (12 o 24), Longitud fins a 8m. Velocitat mínima uns 2m/s Rendiment màxim a 5-6m/s Potència 0,5-20kW Bombejament d’aigua Aerogeneradors Produeixen electricitat. Poques pales: 1, 2 o 3 de longitud molt variable. Velocitat mínima uns 4-5m/s Rendiment màxim a 6-12m/s Potència 2-600kW Components de l’aeroturbina Rotor o turbina. Sistema d’orientació. Sistema de regulació. Conversor energètic. Góndola. Suport o torre: aguanta la góndola, que conté el sistema. Tipus d’aerogeneradors Aerogenerador d’eix vertical: El generador està situat prop de la base, simplifica manteniment. No necessiten orientació Rendiment baix Savonius : molt poca potència Giromill : dos o tres barres verticals.
