Upload
davidsanz50
View
2.404
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 1
UNITAT 2
PRODUCCIÓ I DISTRIBUCIÓ
D’ENERGIA ELÈCTRICA
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 2
CENTRALS ELÈCTRIQUES PRODUCTORES D’ENERGIA
Centrals hidràuliques o hidroelèctriques
Centrals tèrmiques de carbó, gas, gasoil,...
Centrals nuclears
Centrals eòliques
Centrals solars
Centrals geotèrmiques
....
• Són instal·lacions on hi ha un conjunt de màquines motrius i aparellsque s’utilitzen per transformen l’energia primària en energiaelèctrica.
• Aquestes centrals reben el nom de l’energia primària que utilitzen:
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 3
PRODUCCIÓ, TRANSPORT I CONSUM D’ENERGIA
• L’element principal de qualsevol central generadora d’energia, tretde les centrals fotovolataiques, és el generador elèctric oalternador, que transforma l’energia mecànica en energia elèctrica.
Un cop obtinguda aquesta energia elèctrica a les centrals caltransportar-la fins als centres de consum mitjançant l’ús de laxarxa elèctrica, que conté línies elèctriques de transport,estacions transformadores i línies de distribució.
• El principal inconvenient del’energia elèctrica produïda és queno es pot emmagatzemar; pertant, si no es consumeix es perd.
Per tant, és molt importantregular-ne la producció, ajustant-la el millor possible al consum.
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 4
TIPUS DE CENTRALS
Segons el servei que donen en el consum global de la xarxa, podemclassificar les centrals en:
Centrals de base o centrals principals: Són les que estandestinades a subministrar energia elèctrica de manera contínua.Tenen una potència elevada i normalment són les centralsnuclears, les grans centrals tèrmiques i les centrals hidràuliques.
Centrals de punta: Projectades per cobrir demandes d’energia ales hores punta. Treballen en paral·lel amb les centrals principals.
Centrals de reserva: Tenen per objectiu substituir total oparcialment la producció d’una central de base, en cas d’avaria.
Centrals de bombeig: Són centrals hidroelèctriques queaprofiten l’energia sobrant a les hores vall, per bombejar aigua aun embassament superior i a les hores punta l’aprofiten per donarenergia a la xarxa.
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 5
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES
• Es basen en l’aprofitament de l’energia de l’aigua que transportenels rius per convertir-la en energia elèctrica, utilitzant turbinesacoblades als alternadors.
• En el següent diagrama de blocs podem veure les transformacionsd’energia que es realitzen en aquest tipus de centrals:
• Podem dividir les centrals hidroelèctriques en:
Centrals d’aigua fluent
Centrals d’aigua embassadade derivació
d’acumulació
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 6
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES
• Són aquelles que aprofiten directament o per mitja de presespetites l’energia cinètica de l’aigua.
• Es construeixen en els llocs en que l’energia hidràulica disponiblepot utilitzar-se directament per accionar les turbines.
• Les característiques principals d’aquest tipus de centrals són:
Baix rendiment, ja que no es pot regular el cabal d’aigua queporta el riu.
Irregulars, depenent de l’època de l’any.
CENTRALS D’AIGUA FLUENT
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 7
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES
• Són aquelles que aprofiten l’energia potencial de l’aigua retingudaper una presa que eleva el nivell de l’aigua i regula el cabal del riuaigües avall.
• L’aigua s’acumula en un llac artificial o pantà i la central l’aniràutilitzant en funció de les necessitats d’energia elèctrica. Ladisposició orogràfica del terreny on és situada la centraldeterminarà les seves característiques constructives. Bàsicamentes concreten en dos models:
Centrals d’acumulació: se situen en un tram de riu amb undesnivell apreciable, i s’hi construeix una presa queobstaculitza el pas de les aigües, produint un embassament. Amitja alçada de la presa, per aprofitar el volum de l’aiguaemmagatzemada, hi ha la sortida d’aigua que alimenta lesturbines de la central, situades al peu de la presa.
CENTRALS D’AIGUA EMBASSADA
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 8
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUESCENTRALS D’AIGUA EMBASSADA
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 9
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES
Centrals de derivació: es desvien les aigües del riu per mitjà d’unapetita presa cap a un canal lateral, amb el mínim desnivell possible.La diferència de nivell entre les aigües del canal de derivació i elriu anirà augmentant en funció de la longitud del canal. En un puntapropiat es construeix un petit dipòsit anomenat cambra decàrrega o de pressió.
CENTRALS D’AIGUA EMBASSADA
Aquesta cambra alimentauna canonada forçada quecondueix l’aigua fins a laturbina situada per sota delnivell del canal. A la sortidal’aigua es torna al riu.
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 10
LA PRESA: és una construcció, normalment de formigó, ques’aixeca sobre la llera del riu i perpendicular a la seva direcció,amb la finalitat de retenir l’aigua per tal d’elevar-ne el nivell iformar un embassament o llac artificial.
Preses de gravetat
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 11
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
Preses de gravetat
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 12
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
Preses de gravetat
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 13
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
Preses de gravetat de contraforts
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 14
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
Preses de gravetat de contraforts
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 15
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
Preses de volta o arc senzill
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 16
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
Preses de volta o arc senzill
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 17
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
Preses de volta o arc senzill
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 18
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
Preses d’arcs i contraforts
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 19
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
ELS CONDUCTES D’AIGUA: podem distingir els conductes quevan a les turbines (protegits per uns reixats metàl·lics), elssobreeixidors, que han de permetre l’evacuació de l’aigua del’embassament sense passar per les turbines, i els conductes dedesguàs, que permeten el buidatge total del pantà a fi de realitzartasques de drenatge.
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 20
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
LA SALA DE MÀQUINES
Tipus de turbines
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 21
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
LA SALA DE MÀQUINES: és on estan situades les màquinesmotrius de la central, els anomenats grups turboalternadors. Enfunció de l’altura del salt i del cabal de l’aigua s’utilitzen diferentstipus de turbines.
Turbina Pelton
Turbina d’acció
Treballa a alta pressió
No treballa totalment submergida
S’utilitza quan:
• els salts d’aigua són grans ( > 200m)
• el cabal d’aigua és regular
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 22
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
Turbina Pelton
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 23
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
Turbina Pelton
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 24
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
Turbina Pelton
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 25
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
Turbina Francis
Turbina de reacció
Treballa a mitjana pressió
Treballa totalment submergida
S’utilitza quan:
• els salts d’aigua són mitjans(20-200m)
• el cabal d’aigua és variable
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 26
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
Turbina Francis
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 27
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
Turbina Francis
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 28
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
Turbina Kaplan
Turbina de reacció
Treballa a baixa pressió
Treballa totalment submergida
S’utilitza quan:
• els salts d’aigua són petits ( < 20m)
• els cabal d’aigua és molt variable
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 29
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
Turbina Kaplan
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 30
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
Turbina Kaplan
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 31
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
Les centrals disposen dediversos grups turbina-alternador perquè puguintreballar independentmentamb un rendiment màxim enfunció de l’aigua disponible.
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 32
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 33
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 34
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 35
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
TRANSFORMADORS I PARC DE DISTRIBUCIÓ: la tensióobtinguda en els alternadors és igual o inferior a 20 kV. Amb elstransformadors s’eleva la tensió a un valor adequat per al seutransport (entre 110 i 400 kV). En el parc de distribució, lacentral es connecta a la xarxa de transport. Aquest transport esrealitza mitjançant línies d’alta tensió.
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 36
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES COMPONENTS D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 37
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES
FUNCIONAMENT D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 38
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES FUNCIONAMENT D’UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 39
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES
CENTRALS DE BOMBEIG O REVERSIBLES
Tenen la finalitat de racionalitzar la producció d’energia elèctrica ala demanda existent. Suposen un estalvi energètic important alsistema general, ja que consumeixen excedents d’energia a les horesvall i subministren energia al sistema a les hores punta.
Disposen de dos embassaments. A les hores punta, quan la demandad’energia és màxima, funcionen com a centrals hidroelèctriquesnormals. A les hores vall, quan a la xarxa sobra energia, aquesta ésutilitzada per bombejar aigua de l’embassament inferior al superior.
Per fer això disposen de grups turbina-alternador, dissenyats perpoder funcionar de forma reversible com a motobomba.
Existeixen dos tipus de centrals de bombeig:
Centrals de bombeig pur Circuit tancat
Centrals de bombeig mixt Circuit obert
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 40
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES
CENTRALS DE BOMBEIG PUR
Per a que puguin produir energia elèctrica és indispensable haverbombat prèviament aigua a l’embassament superior, ja que aquestnomés rep aigua de l’inferior.
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 41
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES
CENTRALS DE BOMBEIG MIXT
Poden produir energia indistintament amb bombeig previ o sense,perquè l’embassament superior també està alimentat per un riu.
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 42
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES
FUNCIONAMENT D’UNA CENTRAL DE BOMBEIG
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 43
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES FUNCIONAMENT D’UNACENTRAL DE BOMBEIG
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 44
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES
MINICENTRALS HIDROELÈCTRIQUES
Són centrals de potència compresa entre 250 i 5000 kW, quesubministren energia elèctrica a nuclis rurals aïllats de la xarxa i afàbriques situades al costat de rius.
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 45
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES
CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES I MEDI AMBIENT
Pèrdua de terrenys fèrtils i poblacions en ser cobertes per aigua.
Alteració dels cabals dels rius erosió.
Modificació dels ecosistemes de la zona (vegetació, fauna i clima).
Possible acumulació de matèria orgànica provocada pelsvessaments d’aigües residuals deteriorament de la qualitat deles aigües (es pot arribar emetre gas metà)
No emeten partícules contaminants a l’atmosfera.
No generen residus directes.
L’efecte regulador del cabal del riu pot evitar inundacions en casde crescudes sobtades del cabal, i també s’assegura un cabalmínim en temps de sequera.
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 46
CENTRALS TÈRMIQUES CONVENCIONALS
• Són aquelles que generen energia elèctrica a partir de l’energiatèrmica produïda per la combustió de carbó, fuel o gas natural.
• Són centrals amb un rendiment (η) proper al 35 %.
• En el següent diagrama de blocs podem veure les transformacionsd’energia que es realitzen en aquest tipus de centrals:
• 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 entre elles rau en el tipus de combustible utilitzat,els tipus de cremadors i el tractament dels gasos emesos.
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 47
CENTRALS TÈRMIQUES CONVENCIONALS
• L’emplaçament d’aquest tipus de centrals dependrà del tipus decombustible utilitzat:
– Carbó nacional prop de les mines
– Carbó importat i gas prop dels centres de consum (peròlluny de les poblacions)
– Fuel prop de les refineries
COMPONENTS D’UNA CENTRAL TERMOELÈCTRICA
Magatzem de combustible
Caldera
Turbines
Condensador
Torre de refrigeració
Xemeneia
Equip elèctric principal
Sala de tractament de l’aigua d’alimentació
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 48
CENTRALS TÈRMIQUES CONVENCIONALS
MAGATZEM DE COMBUSTIBLE
• Si el combustible és carbó, la central disposa d’un recinte perdipositar-lo i disposar de reserves permanents. El carbó éstritura en forma de pols fina per facilitar-ne la combustió is’envia a la caldera mitjançant aire preescalfat.
• Si el combustible és fuel, s’emmagatzema en grans dipòsits(per 1 o 2 mesos). Alhora d’utilitzar-lo es preescalfa abansd’injectar-lo per tal de fluidificar-lo.
• Si el combustible és gas natural, normalment arriba a lacentral per un gasoducte (a alta P), per tant abans d’injectar-local adequar-li la pressió.
Actualment existeixen centrals termoelèctriques mixtes queestan dissenyades per poder utilitzar diferents combustibles.
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 49
CENTRALS TÈRMIQUES CONVENCIONALS
CALDERA
• Les més utilitzades són les de radiació.
• Disposen de cremadors adequats al tipus de combustible.
• Estan formades per una gran cambra de combustió rodejadad’infinitat de tubs pels quals hi circula l’aigua per vaporitzar.
• Els reescalfadors i sobreescalfadors són les parts de lacaldera destinades a eliminar les petites gotes d’aigua queacompanyen el vapor vapor sec.
• Els economitzadors i preescalfadors aprofiten la calor residualdels gasos emesos per fer un escalfament previ a l’aigua queentra a la caldera.
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 50
CENTRALS TÈRMIQUES CONVENCIONALS
TURBINES
• S’encarreguen de transformarl’energia cinètica del vapor enenergia cinètica rotatòria. Pertal d’obtenir el màximrendiment de la transformacióestan formades per tres parts:alta, mitja i baixa pressió.
• El vapor a alta P i T (procedentdel reescalfador) s’introdueix ala turbina en el cos d’altapressió, format per centenarsd’àleps petits. A mesura que elvapor s’expandeix i perdpressió, va cap a la zona d’àlepsmés grans.
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 51
CENTRALS TÈRMIQUES CONVENCIONALS TURBINES
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 52
CENTRALS TÈRMIQUES CONVENCIONALS TURBINES
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 53
CENTRALS TÈRMIQUES CONVENCIONALS
CONDENSADOR
• Per tal d’augmentar el η termodinàmic de la transformació,l’aigua per vaporitzar ha d’entrar a la caldera en estat líquid.
• En el condensador, el vapor procedent de les turbines escondensa abans de tornar a entrar a l caldera per tal derepetir el cicle.
TORRE DE REFRIGERACIÓ
• Serveix per refredar l’aigua refrigerant del condensador.
• Els circuits de refrigeració poden ser oberts (si utilitzen aiguadel riu o d’un embassament; en aquest cas es torna al riumitjançant una pluja molt fina per tal de refrigerar-la) otancats (caldrà refredar l’aigua per tornar-la a utilitzar,mitjançant les torres de refrigeració).
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 54
CENTRALS TÈRMIQUES CONVENCIONALS TORRE DEREFRIGERACIÓ
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 55
CENTRALS TÈRMIQUES CONVENCIONALS
XEMENEIA
• Té la funció de crear una depressiódins la caldera perquè circulin elsgasos despresos a la combustió ipoder-los evacuar a l’atmosfera.
• Poden ser de tir natural o de tirforçat.
• Cal que disposin dels filtresescaients per eliminar les partículessòlides contaminants.
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 56
CENTRALS TÈRMIQUES CONVENCIONALS
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 57
CENTRALS TÈRMIQUES CONVENCIONALS
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 58
CENTRALS TÈRMIQUES CONVENCIONALS
EQUIP ELÈCTRIC PRINCIPAL
• Format per l’alternador, els transformadors i el parc dedistribució.
SALA DE TRACTAMENT DE L’AIGUA D’ALIMENTACIÓ
• S’encarrega de purificar l’aigua que s’utilitza a la central pertal d’evitar que es formin incrustacions als diferents tubs quecirculen per la central.
• També n’augmenten el pH per evitar el seu efecte corrosiu.
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 59
CENTRALS TÈRMIQUES CONVENCIONALS
FUNCIONAMENT D’UNA CENTRAL TÈRMICA
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 60
CENTRALS TÈRMIQUES CONVENCIONALS
FUNCIONAMENT D’UNA CENTRAL TÈRMICA
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 61
CENTRALS TÈRMIQUES CONVENCIONALSFUNCIONAMENT D’UNA CENTRAL TÈRMICA
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 62
CENTRALS TERMOELÈCTRIQUES I MEDI AMBIENT
Contaminació atmosfèrica:
• L’ús de combustibles fòssils genera CO2 i vapor d’H2O
efecte hivernacle
• Impureses existents al combustible originen emissions deSOX i NOX pluja àcida
• L’emissió també d’altres partícules sòlides (metallspesants, hidrocarburs,...) boires fotoquímiques
Contaminació tèrmica de les aigües: Es minimitza amb l’ús detorres de refrigeració.
Contaminació acúst¡ca: Cal evitar el soroll produït pelsventiladors, turbines,...; per tant caldrà evitar la ubicació de lacentral en zones properes a nuclis de població.
CENTRALS TÈRMIQUES CONVENCIONALS
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 63
NOVES TECNOLOGIES
Cal desenvolupar noves tecnologies per tal de minimitzar els efectescontaminants i millorar el rendiment energètic de les centrals:
Sistemes de dessulfuració: eliminació del sofre del combustible
Gasificació del carbó: explotem recursos no viables fins ara,per obtenir un gas de carbó molt menys contaminant que aquest.
Combustió en llit fluid: combustió del carbó a menystemperatura, que permet que la majoria de contaminantsromanguin en els residus de combustió.
Centrals de cicle combinat: en aquestes centrals la combustióes duu a terme en una turbina de gas (semblant a la dels avions areacció) que arrossega directament un generador elèctric. Elsgasos emesos s’utilitzen per escalfar una caldera que produeixvapor, que acciona una turbina normal amb el seu generador. Enaquestes centrals el rendiment passa del 35% al 52%.
CENTRALS TÈRMIQUES CONVENCIONALS
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 64
CENTRALS TÈRMIQUES CONVENCIONALSFUNCIONAMENT D’UNA CENTRAL TÈRMICA DE CICLE COMBINAT
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 65
CENTRALS TÈRMIQUES CONVENCIONALSFUNCIONAMENT D’UNA CENTRAL TÈRMICA DE CICLE COMBINAT
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 66
CENTRALS DE COGENERACIÓ
• Són aquelles centrals que produeixen de forma simultània energiaelèctrica i tèrmica. L’energia elèctrica es produeix utilitzant uncombustible convencional, i l’energia tèrmica l’aprofitem de lacalor residual del procés anterior, obtenint aigua calenta per acalefacció, vapor, fluids escalfats,...
• En aquest cas obtindrem rendiments energètics propers al 90%
• Té molta aplicació en indústries, centres hospitalaris, hotels,...
• En aquests casos, si el vapor procedent de la turbina no tésuficient energia tèrmica per escalfar l’aigua de la caldera, s’obtéamb un cremador auxiliar.
• Des del punt de vista mediambiental, són molt poc contaminantsde l’atmosfera, perquè el seu rendiment energètic és molt alt, iper l’alta tecnologia utilitzada en el control de la combustió.
CENTRALS TÈRMIQUES CONVENCIONALS
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 67
CENTRALS DE COGENERACIÓ
CENTRALS TÈRMIQUES CONVENCIONALS
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 68
CENTRALS NUCLEARS
• Són aquelles centrals termoelèctriques que generen energiaelèctrica a partir de la calor obtinguda en la fissió d’àtoms d’urani ide plutoni.
• En el següent diagrama de blocs podem veure les transformacionsd’energia que es realitzen en aquest tipus de centrals:
• Aquest tipus de centrals actuen com a centrals de base en elsistema elèctric, ja que només paren cada 6 mesos – 2anys percanviar el combustible.
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 69
CENTRALS NUCLEARS
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 70
CENTRALS NUCLEARS
• El reactor es el sistema que permet deproduir i controlar reaccions en cadenasostingudes, de manera que fa possiblel’aprofitament de l’energia tèrmica obtingudaper l’obtenció de vapor d’aigua que acciona laturbina solidària al generador elèctric.
• És la part més característica de les centralsnuclears.
• Les principals parts d’un reactor nuclear són:
REACTOR NUCLEAR
Vas del reactor
El moderador
Les barres de control
El refrigerant
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 71
CENTRALS NUCLEARS
• Forma el nucli del reactor, i és la partmés característica d’una central nuclear.
• Està format per un recipient d’acer pur.Les seves dimensions aproximades són:
– 13 m d’alçada
– 4 m de diàmetre
– 20 cm de gruix de paret
• En el seu interior conté una font deneutrons (que permet iniciar la reaccióen cadena) i el combustible nuclear(barres d’uns 3m de longitud de materialfèrtil i fissionable Urani natural,Urani enriquit o Plutoni)
REACTOR NUCLEAR
VAS DEL REACTOR
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 72
CENTRALS NUCLEARS REACTOR NUCLEAR
VAS DEL REACTOR
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 73
CENTRALS NUCLEARS REACTOR NUCLEAR
VAS DEL REACTOR
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 74
CENTRALS NUCLEARS
• Tenen la missió de regular el nombre de fissions que es produeixena l’interior del nucli per unitat de temps. Per tant controlen lareacció en cadena.
• Quan les barres de control estan totalment introduïdes, la reaccióen cadena s’atura. A mesura que van sortint, la reacció vaaugmentant fins a arribar al nivell que la potència del reactorrequereix.
• El reactor disposa d’un sistema de control de la temperatura queactua sobre el posicionador de les barres de control, introduint-les més o menys en funció de la temperatura de la zona controlada(la temperatura és directament proporcional al nº de fissions).
• Estan formades per materials que tenen tendència a absorbirneutrons (aleacions de bor, cadmi i hafni)
REACTOR NUCLEAR
LES BARRES DE CONTROL
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 75
CENTRALS NUCLEARS
REACTOR NUCLEAR
LES BARRES DE CONTROL
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 76
CENTRALS NUCLEARS
• Té la funció de refrigerar el reactor evitant el sobreescalfament itransportar la calor generada en el nucli, directament o a travésd’un circuit secundari, al grup turbina alternador, per tornardesprés al reactor i repetir el cicle.
• El recorregut del refrigerant del reactor s’anomena circuitprimari. Els refrigerants utilitzats poden ser líquids, com aral’aigua, l’aigua pesant, el sodi i el potassi, o gasosos, com ara eldiòxid de carboni, l’heli i el nitrogen.
• Sovint, el mateix líquid que fa de moderador, fa també la funcióde refrigerant.
REACTOR NUCLEAR
EL REFRIGERANT
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 77
CENTRALS NUCLEARS REACTOR NUCLEAR
EL REFRIGERANT
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 78
CENTRALS NUCLEARS
• Les centrals nuclears utilitzen diferent tipus de tecnologiadepenent del reactor que tinguin instal·lat. Cada reactor escaracteritza pel combustible, el refrigerant i el moderadorutilitzats.
• Els principals tipus de centrals nuclears són:
TIPUS DE CENTRALS NUCLEARS
Centrals amb reactor d’aigua a pressió PWR
Centrals amb reactor d’aigua en ebullició BWR
Centrals amb reactors de neutrons ràpids
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 79
CENTRALS NUCLEARS
• Són aproximadament el 50% de les centrals nuclears mundials.
• Utilitzen com a combustible urani enriquit i com a moderador irefrigerant aigua.
• Les barres de control estan situades entre el combustible is’introdueixen des de la part superior del reactor.
• El circuit primari de refrigeració (extreu la calor del nucli) estàsituat a l’interior de l’edifici de contenció. El generador mantél’aigua a unes 170 atmosferes, evitant la seva ebullició.
• L’aigua del circuit secundari passa a en vapor a l’intercanviador,s’introdueix al reescalfador (vapor sec) i entra a la turbina.
• De la turbina passa al condensador per entrar de nou de formalíquida al generador de vapor i repetir el cicle.
CNETRALS AMB REACTOR D’AIGUA A PRESSIÓ (PWR)
TIPUS DE CENTRALS NUCLEARS
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 80
CENTRALS NUCLEARS
CNETRALS AMB REACTOR D’AIGUA A PRESSIÓ (PWR)
TIPUS DE CENTRALS NUCLEARS
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 81
CENTRALS NUCLEARSCNETRALS AMB REACTOR D’AIGUA A PRESSIÓ (PWR)
TIPUS DE CENTRALS NUCLEARS
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 82
CENTRALS NUCLEARS
• Són aproximadament el 25% de les centrals nuclears mundials.
• Combustible urani enriquit. Moderador i refrigerant aigua.
• Les barres de control en aquest cas s’introdueixen per la partinferior del reactor, ja que el vas del reactor necessita més espaien la part superior d’aquest.
• Només utilitzen un circuit de refrigeració. El vapor s’obté dintredel reactor; com que l’aigua està a menys pressió entra en ebullició.
• Només una petita quantitat de l’aigua que travessa el nucli esconverteix en vapor; la resta, es fa recircular forçadament ambuna bomba situada a la part inferior del reactor.
• L’edifici de turbines ha d’estar protegit per evitar emissions, jaque el vapor està en contacte directe amb el combustible.
CNETRALS AMB REACTOR D’AIGUA EN EBULLICIÓ (BWR)
TIPUS DE CENTRALS NUCLEARS
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 83
CENTRALS NUCLEARS
CNETRALS AMB REACTOR D’AIGUA EN EBULLICIÓ (BWR)
TIPUS DE CENTRALS NUCLEARS
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 84
CENTRALS NUCLEARS
CNETRALS AMB REACTOR D’AIGUA EN EBULLICIÓ (BWR)
TIPUS DE CENTRALS NUCLEARS
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 85
CENTRALS NUCLEARS
• No utilitzen moderador les fissions es fan amb neutrons ràpids.Per què la reacció es mantingui és necessari que la quantitat decombustible per unitat de volum sigui molt superior.
• La potència tèrmica obtinguda és molt elevada, i el refrigerant hade ser molt eficaç = sodi líquid.
• Combustible U-235 o Pu-239, tot ell recobert per U-238 queabsorbeix neutrons i es converteix en Pu-239. S’anomenenreactors reproductors (s’obté més combustible del que es gasta).
• Els seus rendiments poden ser fins a 60 vegades superiors alsreactors tèrmics.
• Tenen 3 circuits de refrigeració: el primari i el secundari de sodilíquid i el circuit terciari amb vapor d’aigua que és el que mou laturbina.
CNETRALS AMB REACTORS DE NEUTRONS RÀPIDS
TIPUS DE CENTRALS NUCLEARS
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 86
CENTRALS NUCLEARS (17)
CNETRALS AMB REACTORS DE NEUTRONS RÀPIDS (2)
TIPUS DE CENTRALS NUCLEARS (8)
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 87
CENTRALS NUCLEARS
• Conté el reactor i el conjunt d’elements del circuit primari.
• Es tracta d’un edifici cilíndric d’uns 40 m de diàmetre i uns 50 md’alçada. Acaba en una cúpula amb forma de casquet esfèric.
• Està fet amb murs de formigó gruixut (mínim 1 m) especial, folratsd’acer al seu interior, per tal d’evitar qualsevol emissió de radiacióa l’exterior en cas d’accident i dissenyat per resistir els efectesdels moviments sísmics.
EQUIPAMENT D’UNA CENTRAL NUCLEAR
EDIFICI DE CONTENCIÓ
• Allotja el grup turbina alternador; els reescalfadors i elscondensadors de vapor i els preescalfadors de l’aigua d’alimentació.
• En les centrals BWR aquest edifici ha d’estar protegit de possiblesemissions i vessaments d’aigua radioactiva.
EDIFICI DE TURBINES
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 88
• S’utilitza per a l’emmagatzematge delcombustible de recàrrega del reactori del combustible ja utilitzat enespera de ser enviat a reprocessar.
• El combustible es desa en piscines deformigó folrades amb xapa d’acer,i elque ja ha estat utilitzat, cobertd’aigua.
• Aquest edifici està directamentconnectat amb el reactor per poderefectuar la recàrrega anual delcombustible, sense sortir de la zonade màxima protecció radiològica de lacentral.
EDIFICI DE COMBUSTIBLE
CENTRALS NUCLEARS EQUIPAMENT D’UNA CENTRAL NUCLEAR
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 89
EDIFICI DE COMBUSTIBLE
CENTRALS NUCLEARS EQUIPAMENT D’UNA CENTRAL NUCLEAR
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 90
• Allotja la sala de control, que és el centre neuràlgic de la central.
• Aquí hi arriben els senyals i les mesures de funcionament de totsels equips i sistemes de seguretat i en surten les ordres decomandament.
EDIFICI DE CONTROL
CENTRALS NUCLEARS EQUIPAMENT D’UNA CENTRAL NUCLEAR
• Aquest procés estàtotalment automatitzati coordinat perl’ordinador central.
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 91
• En el seu interior es disposa de components dels sistemes auxiliarsi de seguretat, així com de sistemes de tractament de residusradioactius de baixa activitat, l’equip de filtratge i d’airecondicionat propi i de l’edifici de contenció.
EDIFICI AUXILIAR
CENTRALS NUCLEARS EQUIPAMENT D’UNA CENTRAL NUCLEAR
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 92
CENTRALS NUCLEARS EQUIPAMENT D’UNA CENTRAL NUCLEAR
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 93
CENTRALS NUCLEARS EQUIPAMENT D’UNA CENTRAL NUCLEAR
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 94
CENTRALS NUCLEARS EQUIPAMENT D’UNA CENTRAL NUCLEAR
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 95
CENTRALS NUCLEARS I MEDI AMBIENT
Contaminació tèrmica de les aigües: Es minimitza amb l’ús detorres de refrigeració.
Contaminació acúst¡ca: Cal evitar el soroll produït pelsventiladors, turbines,...; per tant caldrà evitar la ubicació de lacentral en zones properes a nuclis de població.
No es produeix cap combustió, per tant no provoca emissions deCO2 ni sulfats, nitrats. Per tant no contribueix ni a l’efectehivernacle ni a la pluja àcida.
CENTRALS NUCLEARS
SISTEMES DE SEGURETAT
• L’emplaçament d’una central es determina després d’un detallatestudi que comprèn des de la demografia, les vies de comunicació ila proximitat als centres de consum fins a les característiqueshidrològiques, sísmiques, meteorològiques,... De la zona.
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 96
SISTEMES DE SEGURETAT
• Actualment estan en fase de desenvolupament els reactors deseguretat passiva, dissenyats de forma que eviten possibleserrors humans o les avaries mecàniques i/o elèctriques delssistemes de seguretat.
• El funcionament d’una central nuclear, des del punt de vista de laseguretat, requereix:
• Personal altament qualificat i especialitzat.
• Revisió anual exhaustiva dels elements mecànics del reactori del circuit primari.
• Control constant de l’estat dels equips i mantenimentpreventiu programat.
• Control radioactiu de totes les emissions.
• Detecció i identificació de qualsevol anomalia.
• Si se superen els límits d’emissió permesos, activació delssistemes d’alarma i resposta immediata dels equios deseguretat.
CENTRALS NUCLEARS
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 97
SISTEMES DE SEGURETATCENTRALS NUCLEARS
• El concepte de seguretat màxima implica que els sistemes e controlestiguin duplicats i que existeixin diferents barreres que impedeixinles fuites radioactives. Les barreres estan formades per:
1. L’estructura ceràmica delcombustible.
2. Les beines que el contenen.
3. El vas del reactor (barrerade pressió).
4. Sistemes de protecció delreactor i del circuit derefrigeració primària.
5. L’edifici de contenció.
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 98
DISTRIBUCIÓ DE L’ENERGIA
• El recorregut del corrent des de les centrals fins als usuaris esrealitza a través de dues grans xarxes de línies elèctriques: xarxade transport, xarxa de distribució. Les connexions es porten aterme a les estacions o subestacions elèctriques.
2L IR3P
sLρ
RL sILρ3
P2
p
cosV3
PI
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 99
DISTRIBUCIÓ DE L’ENERGIA
LÍNIES ELÈCTRIQUES
• Son el conjunt de conductors, aïlladors i accessoris destinats altransport i a la distribució d’energia elèctrica.
• Segons la seva construcció, es classifiquen en:
Línies aèries
Línies subterrànies
• De manera general, les línies de transport i les línies dedistribució primària són aèries, i les línies de distribuciósecundària, subterrànies.
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 100
DISTRIBUCIÓ DE L’ENERGIA LÍNIES ELÈCTRIQUES
Línies aèries:
Els conductors es mantenen a una certa alçada del terra, ambl’ajut d’aïlladors i de suports apropiats a la tensió de la línia.
Els conductors normalment són nusos (sense aïllament) decoure o alumini, amb ànima d’acer.
Són més econòmiques d’instal·lar que les subterrànies.
Són menys fiables i necessiten més manteniment al estarsotmeses a les inclemències meteorològiques.
Línies subterrànies:
Els conductors estan enterrats directament o dintre decanalitzacions.
Són de coure i alumini i forçosament han d’estar aïllats.
Tenen un elevat cost d’instal·lació.
Són més fiables i necessiten menys manteniment que lesaèries.
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 101
DISTRIBUCIÓ DE L’ENERGIA ESTACIONS ELÈCTRIQUES
17/11/2011 Unitat 2. Producció i distribució d‘energia elèctrica 102
DISTRIBUCIÓ DE L’ENERGIA ESTRUCTURA DEL SISTEMA ELÈCTRIC