Usuari:Mcapdevila/Generació d'electricitat
En general, la generació d'energia elèctrica consisteix en transformar alguna classe de energia química, mecànica, tèrmica o lluminosa, entre altres, en energia elèctrica. Per a la generació industrial es recorre a instal·lacions denominades centrals elèctriques, que executen alguna de les transformacions esmentades. Aquestes constitueixen el primer esglaó local sistema de subministrament elèctric.
La generació elèctrica es realitza, bàsicament, mitjançant un generador, si bé aquests no difereixen entre si quant al seu principi de funcionament, varien en funció a la forma en què s'accionen. Explicat d'una altra manera, difereix en quina font d'energia primària s'utilitza per convertir l'energia continguda en ella, en energia elèctrica.
Des que Nikola Tesla querrowo la corrent altern i la forma de produir en els alternadors, s'ha dut a terme una immensa activitat tecnològica per portar l'energia elèctrica a tots els llocs habitats del món, per la qual cosa, al costat de la construcció de grans i variades centrals elèctriques, s'han construït sofisticades xarxes de transport i sistemes de distribució. No obstant això, l'aprofitament ha estat i continua sent molt desigual a tot el planeta. Així, els països industrialitzats o del Primer món són grans consumidors d'energia elèctrica, mentre que els països de l'anomenat Tercer món tot just gaudeixen dels seus avantatges.
La demanda d'energia elèctrica d'una ciutat, regió o país té una variació al llarg del dia. Aquesta variació és funció de molts factors, entre els quals destaquen: tipus d'indústries existents a la zona i torns que realitzen en la seva producció, climatologia extremes de fred o calor, tipus d'electrodomèstics que s'utilitzen més freqüentment, tipus d'escalfador d'aigua que hagi instal·lat a les llars, l'estació de l'any i l'hora del dia en què es considera la demanda. La generació d'energia elèctrica ha de seguir la corba de demanda i, a mesura que augmenta la potència demandada, s'ha d'incrementar la potència subministrada. Això comporta el haver d'iniciar la generació amb unitats addicionals, ubicades a la mateixa central o en centrals reservades per a aquests períodes. En general els sistemes de generació es diferencien pel període del cicle en el qual està planificat que siguin utilitzats; es consideren de base la nuclear i l'eòlica, de vall la termoelèctrica de combustibles fòssils, i de bec la hidroelèctrica principalment (els combustibles fòssils i la hidroelèctrica també poden usar-se com a base si cal).
Depenent de la font primària d'energia utilitzada, les centrals generadores es classifiquen en termoelèctriques (de carbó, petroli, gas, nuclears i solars termoelèctriques), hidroelèctriques (aprofitant els corrents dels rius o de la mar: mareomotrius), eòliques i solars fotovoltaiques. La major part de l'energia elèctrica generada a nivell mundial prové dels dos primers tipus de centrals ressenyats. Totes aquestes centrals, excepte les fotovoltaiques, tenen en comú l'element generador, constituït per un alternador de corrent, mogut mitjançant una turbina que serà diferent depenent del tipus d'energia primària utilitzada.
D'altra banda, un 64% dels directius de les principals empreses elèctriques consideren que en l'horitzó de 2018 existiran tecnologies netes, WN, assequibles i renovables de generació local, cosa que obligarà a les grans corporacions del sector a un canvi de mentalitat. [1]
Centrals termoelèctriques
[modifica]
Una central termoelèctrica és una instal·lació emprada per a la generació d'energia elèctrica a partir de calor. Aquesta calor pot obtenir-se tant de combustibles fòssils (petroli, gas natural o carbó) com de la fissió nuclear del urani o un altre combustible nuclear o del sol com les solars termoelèctriques. Les centrals que en el futur utilitzin la fusió també seran centrals termoelèctriques.
En la seva forma més clàssica, les centrals termoelèctriques consisteixen en una caldera en què es crema el combustible per generar calor que es transfereix a uns tubs per on circula aigua, la qual s'evapora. El vapor obtingut, a alta pressió i temperatura, s'expandeix a continuació en una turbina de vapor, el moviment impulsa un alternador que genera l'electricitat. Després el vapor és refredat en un Condensador on circula per tubs aigua freda d'un cabal obert d'un riu o per torre de refrigeració.
En les centrals termoelèctriques denominades de cicle combinat s'usen els gasos de la combustió del gas natural per moure una turbina de gas. En una cambra de combustió es crema el gas natural i s'injecta aire per accelerar la velocitat dels gasos i moure la turbina de gas. Com, després de passar per la turbina, aquests gasos encara es troben a alta temperatura (500º C), es reutilitzen per generar vapor que mou una turbina de vapor. Cadascuna d'aquestes turbines impulsa un alternador, com en una central termoelèctrica comuna. El vapor després és refredat mitjançant d'un cabal d'aigua obert o torre de refrigeració com en una central tèrmica comuna. A més, es pot obtenir la cogeneració en aquest tipus de plantes, en alternar entre la generació mitjançant de gas natural o carbó. Aquest tipus de plantes està en capacitat de produir energia més enllà de la limitació d'un dels dos insumos i poden fer un pas a la utilització de fonts d'energia per insumos diferents.
Les centrals tèrmiques que fan servir combustibles fòssils alliberen a l'atmosfera diòxid de carboni (CO 2 ), considerat el principal gas responsable de l'escalfament global. També, depenent del combustible utilitzat, poden emetre altres contaminants com òxids de sofre, òxids de nitrogen, partícules sòlides (pols) i quantitats variables de residus sòlids. Les centrals nuclears poden contaminar en situacions accidentals (vegeu accident de Txernòbil) i també generen residus radioactius de diversa índole.
Una central tèrmica solar o central termosolar és una instal·lació industrial en la qual, a partir de l'escalfament d'un fluid mitjançant radiació solar i el seu ús en un cicle termodinàmic convencional, es produeix la potència necessària per moure un alternador per a generació de energia elèctrica com en una central tèrmica clàssica. En elles és necessari concentrar la radiació solar perquè es puguin assolir temperatures elevades, de 300° C fins 1000° C, i obtenir així un rendiment acceptable en el cicle termodinàmic, que no es podria obtenir amb temperatures més baixes. La captació i concentració dels rajos solars es fan mitjançant de miralls amb orientació automàtica que apunten a una torre central on s'escalfa el fluid, o amb mecanismes més petits de geometria parabòlica. El conjunt de la superfície reflectant i el dispositiu d'orientació es denomina heliostato. El seu principal problema mediambiental és la necessitat de grans extensions de territori que deixen de ser útils per a altres usos (agrícoles, forestals, etc.).
Centrals hidroelèctriques
[modifica]
Una central hidroelèctrica és aquella que s'utilitza per la generació d'energia elèctrica mitjançant l'aprofitament de l'energia potencial de l'aigua embassada en una presa situada a més alt nivell que la central. L'aigua es porta per una canonada de descàrrega a la sala de màquines de la central, on mitjançant enormes turbines hidràuliques es produeix l'electricitat en alternadors. Les dues característiques principals d'una central hidroelèctrica, des del punt de vista de la seva capacitat de generació d'electricitat són:
- La potència, que és funció del desnivell existent entre el nivell mitjà de l'embassament i el nivell mitjà de les aigües sota la central, i del cabal màxim turbinable, a més de les característiques de la turbina i del generador.
- L'energia garantida en un lapse determinat, generalment un any, que està en funció del volum útil de l'embassament, de la pluviometria anual i de la potència instal·lada.
La potència d'una central hidroelèctrica pot variar des d'uns pocs MW, fins a diversos GW. Fins a 10 MW es consideren minicentrals. A la Xina es troba la major central hidroelèctrica del món (la Presa de les Tres Gorges), amb una potència instal·lada de 22.500 MW. La segona és la Represa d'Itaipú (que pertany al Brasil i Paraguai), amb una potència instal·lada de 14.000 MW en 20 turbines de 700 MW cadascuna.
Aquesta forma d'energia posseeix problemes mediambientals en necessitar la construcció de grans embassaments en els quals acumular l'aigua, que és sostreta d'altres usos, fins i tot urbans en algunes ocasions.
Actualment es troba en desenvolupament l'explotació comercial de la conversió en electricitat del potencial energètic que té l'onatge del mar, en les anomenades centrals mareomotrius. Aquestes utilitzen el flux i reflux de les marea s. En general poden ser útils en zones costaneres on l'amplitud de la marea sigui àmplia, i les condicions morfològiques de la costa permeten la construcció d'una presa que talli l'entrada i sortida de la marea en una badia. Es genera energia tant en el moment de l'ompliment com en el moment del buidatge de la bobina
Centrals eòliques
[modifica]
L'energia eòlica s'obté mitjançant el moviment de l'aire, és a dir, de l'energia cinètica generada per efecte dels corrents d'aire o de les vibracions que la dita vent produeix. Els molins de vent s'han fet servir des de fa molts segles per moldre el gra, bombar aigua o altres tasques que requereixen una energia. En l'actualitat s'usen aerogeneradors per generar electricitat, especialment en àrees exposades a vents freqüents, com a zones costaneres, altures muntanyenques o illes. L'energia del vent està relacionada amb el moviment de les masses d'aire que es desplacen d'àrees d'alta pressió atmosfèrica cap a àrees adjacents de baixa pressió, amb velocitats proporcionals al gradient de pressió. [2]
L'impacte mediambiental d'aquest sistema d'obtenció d'energia és relativament baix, podent-se nomenar l'impacte estètic, perquè deformen el paisatge, la mort d'aus per xoc amb les aspes dels molins o la necessitat d'extensions grans de territori que se sostreuen d'altres usos. A més, aquest tipus d'energia, igual que la solar o la hidroelèctrica, estan fortament condicionades per les condicions climatològiques, sent aleatòria la disponibilitat de les mateixes.
Centrals fotovoltaiques
[modifica]
Es denomina energia solar fotovoltaica a l'obtenció d'energia elèctrica a través de panells fotovoltaics. Els panells, mòduls o col·lectors fotovoltaics estan formats per dispositius semiconductors tipus díode que, en rebre radiació solar, s'exciten i provoquen salts electrònics, generant una petita diferència de potencial als seus extrems. L'acoblament en sèrie de diversos d'aquests fotodíodes permet l'obtenció de voltatges majors en configuracions molt senzilles i aptes per alimentar petits dispositius electrònics. A major escala, el corrent elèctric continu que proporcionen els panells fotovoltaics es pot transformar en corrent altern i injectar a la xarxa elèctrica. Alemanya és en l'actualitat el segon productor mundial d'energia solar fotovoltaica després de Japó, amb prop de 5 milions de metres quadrats de col·lectors de sol, encara que només representa el 0,03% de la seva producció energètica total. La venda de panells fotovoltaics ha crescut al món al ritme anual del 20% en la dècada dels noranta. A la Unió Europea el creixement mitjà anual és del 30%, i Alemanya té el 80% de la potència instal·lada de la Unió. [3]
Els principals problemes d'aquest tipus d'energia són el seu elevat cost en comparació amb els altres mètodes, la necessitat d'extensions grans de territori que se sostreuen d'altres usos, la competència del principal material amb què es construeixen amb altres usos (el sílice és el principal component dels circuits integrats), o la seva dependència amb les condicions climatològiques. Aquest últim problema fa que siguin necessaris sistemes d'emmagatzematge d'energia perquè la potència generada en un moment determinat, pugui usar-se quan se sol·liciti el seu consum. S'estan estudiant sistemes com el emmagatzematge cinètic, bombament d'aigua a preses elevades, emmagatzematge químic, entre d'altres.
Generació a petita escala
[modifica]
Grup electrogen
[modifica]Un grup electrogen és una màquina que mou un generador d'energia elèctrica a través d'un motor de combustió interna. És comunament utilitzat quan hi ha dèficit en la generació d'energia d'algun lloc, o quan hi ha tall en el subministrament elèctric i cal mantenir l'activitat. Una de les seves utilitats més comunes és en aquells llocs on no hi ha subministrament a través de la xarxa elèctrica, generalment són zones agrícoles amb poques infraestructures o habitatges aïllats. Un altre cas és en locals de pública concurrència, hospitals, fàbriques, etc., Que, a falta d'energia elèctrica de xarxa, necessitin d'una altra font d'energia alterna per proveir-se en cas d'emergència. Un grup electrògen consta de les següents parts:
- Motor de combustió interna . El motor que acciona el grup electrogen sol estar dissenyat específicament per executar aquesta tasca. La seva potència depèn de les característiques del generador. Poden ser motors de gasolina o dièsel.
- Sistema de refrigeració . El sistema de refrigeració del motor és problemàtic, perquè és un motor estàtic, i pot ser refrigerat mitjançant d'aigua, oli o aire.
- Alternador . L'energia elèctrica de sortida es produeix mitjançant d'una alternador apantallat, protegit contra esquitxades, autoexcitat, autoregulat i sense escombretes, acoblat amb precisió al motor. La mida de l'alternador i les seves prestacions són molt variables en funció de la quantitat d'energia que han de generar.
- Dipòsit de combustible i bancada . El motor i l'alternador estan acoblats i muntats sobre una bancada d'acer. La bancada inclou un dipòsit de combustible amb una capacitat mínima de funcionament a plena càrrega segons les especificacions tècniques que tingui el grup en la seva autonomia.
- Sistema de control . Es pot instal·lar un dels diferents tipus de panells i sistemes de control que existeixen per controlar el funcionament, sortida del grup i la protecció contra possibles fallades en el funcionament.
- Interruptor automàtic de sortida . Per protegir a l'alternador, porten instal·lat un interruptor automàtic de sortida adequat per al model i règim de sortida del grup electrogen. Hi ha altres dispositius que ajuden a controlar i mantenir, de forma automàtica, el correcte funcionament.
- Regulació del motor . El regulador del motor és un dispositiu mecànic dissenyat per mantenir una velocitat constant del motor amb relació als requisits de càrrega. La velocitat del motor està directament relacionada amb la freqüència de sortida de l'alternador, per la qual cosa qualsevol variació de la velocitat del motor afectarà a la freqüència de la potència de sortida. [4]
Pila voltaica
[modifica]
Es denomina ordinàriament pila elèctrica a un dispositiu que genera energia elèctrica per un procés químic transitori, després de tot això cessa la seva activitat i han de renovar els seus elements constituents, ja que les seves característiques resulten alterades durant el mateix. Es tracta d'un generador primari. Aquesta energia resulta accessible mitjançant dues terminals que té la pila, anomenats pols, elèctrode so borns. Un d'ells és el pol positiu o càtode i l'altre és el pol negatiu o ànode. En espanyol és habitual anomenar-la així, mentre que les piles recarregables o acumuladors, s'ha anomenat bateria.
La primera pila elèctrica va ser donada a conèixer al món per Volta el 1800, mitjançant una carta que va enviar al president de la Royal Society londinenc, per tant són elements provinents dels primers temps de l'electricitat. Encara que l'aparença d'una pila sigui simple, l'explicació del seu funcionament dista de ser-ho i va motivar una gran activitat científica en els segles XIX i XX, així com diverses teories, i la demanda creixent que té aquest producte al mercat segueix fent d'ell objecte d'investigació intensa.
El funcionament d'una pila es basa en el potencial de contacte entre dues substàncies, intervingut per un electròlit. [5] Quan es necessita un corrent major que la que pot subministrar un element únic, de tensió en canvi l'adequada, es poden afegir altres elements en la connexió anomenada en paral·lel. La capacitat total d'una pila es mesura en amperes-hora (A • h), és el nombre màxim de amperes que l'element pot subministrar en una hora. És un valor que no sol conèixer-se, ja que no és molt clar atès que depèn de la intensitat sol·licitada i la temperatura.
Un important avenç en la qualitat de les piles ha estat la pila denominada seca, al qual pertanyen pràcticament totes les utilitzades avui dia (2008). Les piles elèctriques, bateries i acumuladors es presenten en unes quantes formes normalitzades en funció de la seva forma, tensió i capacitat que tinguin.
Els metalls i productes químics constituents de les piles poden resultar perjudicials per al medi ambient, produint contaminació química. És molt important no tirar a la escombraries (en alguns països no està permès), sinó dur-les a centres de reciclatge. En alguns països, la majoria dels proveïdors i botigues especialitzades també es fan càrrec de les piles gastades. Una vegada que l'embolcall metàl·lica que recobreix les piles es danya, les substàncies químiques que contenen es veuen alliberades al medi ambient causant contaminació. Amb poc o molt, les substàncies són absorbides per la terra podent filtrar cap als mantells aqüífers i d'aquests poden passar directament als éssers vius, entrant amb això a la cadena alimentària. Les piles són residus perillosos pel que des del moment en què es comencen a reunir, han de ser manejades per personal capacitat que segueixi les precaucions adequades emprant tots els procediments tècnics i legals per al maneig d'aquest residus. [6]
Aquestes piles solen utilitzar-se en els aparells elèctrics portàtils, que són una gran quantitat de dispositius que s'han inventat i que es nodreixen per al seu funcionament de l'energia facilitada per una o diverses piles elèctriques o de bateries recarregables. Entre els dispositius d'ús massiu destaquen joguines, llanternes, rellotges, telèfons mòbils, marcapassos, audiòfon s, calculadora s, ordinadors personals portàtils, reproductors de música, ràdio transistors, comandament a distància, etc.
Piles de combustible
[modifica]Una cel·la, cèl·lula o pila de combustible és un dispositiu electroquímic de generació d'electricitat similar a una bateria, que es diferencia d'aquesta a estar dissenyada per permetre el reabastecimiento continu dels reactius consumits. Això permet produir electricitat a partir d'una font externa de combustible i d'oxigen, en contraposició a la capacitat limitada d'emmagatzematge d'energia d'una bateria. A més, la composició química dels elèctrodes d'una bateria canvia segons l'estat de càrrega, mentre que en una cel·la de combustible els elèctrodes funcionen per l'acció de catalitzador s, pel que són molt més estables.
En les cel·les d'hidrogen els reactius usats són hidrogen al ànode i oxigen en el càtode. Es pot obtenir un subministrament continu d'hidrogen a partir de la electròlisi de l'aigua, el que requereix una font primària de generació d'electricitat, oa partir de reaccions catalítiques que desprenen hidrogen de hidrocarbur s. L'hidrogen pot emmagatzemar, la qual cosa permetria l'ús de fonts discontínues d'energia com la solar i l'eòlica. L'hidrogen gasós (H 2 ) és altament inflamable i explosiu, per la qual cosa s'estan desenvolupant mètodes d'emmagatzematge en matrius poroses de diversos materials. [7]
Generador termoelèctric de radioisòtops
[modifica]Un generador termoelèctric de radioisòtops és un generador elèctric simple que obté la seva energia de l'alliberada per la desintegració radioactiva de determinats elements. En aquest dispositiu, el calor alliberada per la desintegració d'un material radioactiu es converteix en electricitat directament gràcies a l'ús d'una sèrie de termoparell s, que converteixen la calor en electricitat gràcies al efecte Seebeck en l'anomenat Unitat de calor de radioisòtops (o RHU en anglès).
Els RTG es poden considerar un tipus de bateria i s'han usat en satèl·lits, sondes espacials no tripulades i instal·lacions remotes que no disposen d'un altre tipus de font elèctrica o de calor.
Els RTG són els dispositius més adequats en situacions on no hi ha presència humana i es necessiten potències de diversos centenars de watts durant llargs períodes de temps, situacions en les quals els generadors convencionals com les piles de combustible o les bateries no són viables econòmicament i on no poden usar-se cèl·lules fotovoltaiques.
Vegeu també
[modifica]Referències
[modifica]- ↑ La tecnologia revolucionarà la producció elèctrica en 10 anys [Consulta: 2009].
- ↑ és/noticiasDetalle.aspx? c = 19 & m = 21 & idm = 158 & pat = 20 & n2 = 20 Energia eòlica construible.es [2008.05.29]
- ↑ Energia solar fotovoltaica solarweb.net [2008.05.29]
- ↑ Grups electrògens geocities.com [2008.06.11]
- ↑ Vegeu per exemple, Francis W. Sears, Electricitat i magnetisme , Editorial Aguilar, Madrid (Espanya), 1958, pàg. 142-155.
- ↑ Pila elèctrica perso.wanadoo.es [2008.05.21]
- ↑ Piles de combustible d'hidrogen Article tècnic fecyt.es [2008.05.30]
Enllaços externs
[modifica]