CENTRALS TÈRMIQUES

Per començar...

El funcionament d'una central tèrmica: (La imatge de la dreta correspon a la Central Tèrmica de Cercs consumeix diàriament 1200 Tones de Carbó, i 350 Tones d'aigua). Les Centrals Tèrmiques són les centrals que produeixen elèctricitat a partir de combustibles fòssils, derivats del petroli, carbó i gas, per escalfar aigua i obtenir-ne vapor. El combustible utilitzat a les centrals tèrmiques pot ser: fuel-oil, gas natural o carbó. El carbó està format per carboni, hidrogen, oxigen, nitrogen i altres components com el sílex, òxids de ferro, sofre, etc. El carbó es troba en abundància a la Terra i és un combustible barat. El fuel-oil és un derivat del petroli. El gas natural és un combustible barat, format bàsicament per metà (70%) i barrejat amb altres gasos com l´età , propà, butà... El gas natural com a combustible té un elevat poder calorífic, i una combustió poc contaminant. Però el seu transport es difícil en ser un gas. El transport es realitza amb gasoductes o vaixells metaners que congelen al gas. En els gasoductes el gas natural es troba a una pressió moderadament alta, i després es neteja i baixa la seva pressió. El gas es filtra abans d´entrar a la caldera.

Aquest vapor mou una turbina, la qual acciona el generador de corrent, anomenat alternador. Els alternadors són, bàsicament, com motors elèctrics que en fer-los girar produeixen electricitat alterna - el pol positiu intercanvia la seva posició amb el pol negatiu- El corrent elèctric generat passa per un transformador que s'encarrega d'adequar la intensitat i la tensió per al seu transport fins a les estacions transformadores properes a les poblacions. Es tracta d'elevar el voltatge produït a la central (20.000 V aproximadament) a tensions fàcils de transportar per la xarxa elèctrica, estem parlant de 100.000 V o més. En arribar a les poblacions es redueix per adaptar-lo a les necessitats dels consumidors. Aquest voltatge s'anomena "tensió de consum" i el podem situar entre el 220 V i els 380 V.

El consum de combustibles fòssils provoca l'emissió de partícules i fums provinents de la seva combustió (CO2 , gasos sulfurosos, etc...) que originen l'anomenada pluja àcida.

La Central de Cercs, un exemple.

Utilitza carbó de l'Àfrica perquè és més barat de portar-lo fins a Catalunya que no pas extreu-re'l de les mines dels voltants de Cercs. El carbó de Cercs (que abans es feia servir per la Central Tèrmica), anomenat Lignit conté un 3,1% de Sofre, té 3099 K/Calories.El carbó que en aquests moments es fa servir a la Central Tèrmica de Cercs contamina molt poc gràcies el poc sofre que hi conté el seu carbó, i està per sota dels limits europeus. Fa uns anys les centrals tèrmiques espanyoles havien utilitzat també el carbó rus que era de millor qualitat i sortia, amb transport i tot, més econòmic que el que extreiem a prop de les nostres centrals.

On es crema el carbó, fuel-oil o gas?

Es crema a les calderes. La caldera és un recipient on s'escalfa l'aigua per convertir-la en vapor. Si es vol produir vapor a pressions majors que la atmosfèrica, el recipient ha de estar tancat per evitar qualsevol fuita de gas.Les bombes d'alimentació eleven la pressió de l'aigua que surt del tanc d'alimentació a uns 200kp/cm2.El vapor s'acumula en l'espai comprès entre l'aigua i les parets superiors del receptacle, provocant en ell un augment de pressió que determina un augment en l'aigua i el vapor. Per suportar aquestes pressions i temperatures, les calderes han de fabricar-se de metalls molt resistents.

Hi han molt tipus de calderes. En general totes les calderes es poden classificar en dos grans grups: les pirotuvulars i les acuotuvulars. En les primeres els gasos calents procedents de la combustió passen a través de tubs submergits en l'aigua que l'han de convertir en vapor. En les segones, la calor s'aplica a la superfície exterior d'un grup de tubs per els que flueix l´aigua.

Les calderes disposen de cremadors, una cambra de combustió rodejada d´infinitats de tubs pel quals hi circula l´aigua per vaporitzar, reescalfadors, economitzadors i preescalfadors.

Funcionament de la caldera.

El combustible passa als cremadors. Perquè cremi amb el màxim poder calorífic, s'injecta aire a pressió amb ventiladors que forcen el pas d'aquest. A aquestes velocitats podriem provocar danys a les parets del cremador per les contínues dilatacions i contraccions degudes a l'entrada d'aire "fred". Per evitar aixó s'escalfa prèviament l'aire abans d'entrar a les cambres de combustió. L'aire s'escalfa principalment aprofitant la calor dels fums de la combustió.Aquests vapors escapen a l'atmosfera a uns 130º ·c.

En totes les parts de la caldera exposades directament a la calor, l'aigua o el vapor circulen en el sentit dels fums, en sentit ascendent; i les parts no exposades directament ( tubs suport, ...) l´aigua o el vapor circula en sentit descendent.

Producció de vapor i rendiment

El vapor produït a la caldera és portat a les turbines que les farà girar degut a la gran velocitat que porta -energia cinètica- i aquestes faran girar l'alternador perquè el conjunt turbina/alternador és solidari (quan gira un, l'altre també).

Un cop ha passat de la turbina arriba al condensador. Allà es refrederà amb aigua del mar o del riu.

Tractament de l'aigua

Per omplir el circuit aigua-vapor s'utilitza aigua desionitzada, procedent de l'aigua urbana tractada en la depuració química. Tot el tractament d'aigua s'efectua a base de resines canviadores. És important que l'aigua amb els seus minerals no pugui fer malbé la instal.lació ja que es produeixen reaccions químiques entre els minerals de l'aigua i els tubs de canalització de la central i amb el temps podrien provocar averies importants.

Per vigilar les característiques de l'aigua i millorar les seves condicions amb l'addició de reactius, existeix en la central un laboratori químic.

Circuit de refrigeració.

L'aigua necessaria per a la condensació del vapor s'agafa del mar mitjançant dos tubs per cada bloc de dos metres de diàmetre que s'endinsen 207m de la platja. Unes bombes de buit extrauen l'aire dels tubs fent disminuir la pressió en el seu interior, amb el qual l'aigua del mar circula per efecte sifó fins a la camara d'aigua on decanten la majoria dels residus sòlids.

Per evitar l'introducció de sorra i peixos entre d'altres, en el circuit de refrigeració, l'aigua aspirada passa primer per unes reixes i per uns filtres giratòris.

No tota l'aigua del mar passa pel condensador, sinó que part d'ella s'utilitza en altres serveis de refrigeració: refrigeració de l'hidrogen de l'alternador, de l'oli,etc..

Control de la central

La central és totalment automàtica. La regulació s'efectua en un sistema que comprén tota la regulació, alarmes, i proteccions tant del circuit tèrmic com del circuit elèctric. Existeixen dos sales de control, una per als blocs I i II i l'altre per al bloc III. En aquestes s'han centralitzat les accions manuals més importants, indicacions de l'estat del servei, alarmes, etc...

També existeix un ordinador de processos per a cada bloc, que realitza les funcions d'indicació d'alarmes, formació de protocols i diversos càlculs.

Hi ha alguna mesura de seguretat?

S'han disposat unes vàlvules de sobrepressió, que permeten la sortida del vapor a la atmosfera en el cas que es produeixi una pressió molt elevada. Aquestes vàlvules descarguen en uns esmorteïdors acústics o silenciadors que disminueixen el soroll que produeix una fuita de vapor a tals pressions.

Turbines i alternadors

Les turbines són màquines motrius que transformen l'energia cinètica del vapor d'aigua en energia cinètica rotatòria.

Una turbina es compon de :

Un distribuidor fix, que la seva funció principal és donar una orientació convenient als raigs de fluid que penetren dins la roda. I una roda mòvil proveïda de paletes, que té per funció transformar l'energia del fluid en energia mecànica. Algunes turbines estan equipades amb un tercer òrgan anomenat difusor, destinat a recuperar, en forma d'energia de pressió, l'energia cinètica residual del fluid a la sortida de la roda.

Tipus de turbines: les hidràuliques, les de vapor i les de gas.

Les centrals tèrmiques acostumen a utilitzar turbines de vapor. El vapor pot actuar per la seva energia cinètica (turbina d'acció) o també, per distensió en els àleps o catúfols de la roda mòvil (turbina de reacció ). Entre les turbines d'acció, es distingeixen: la de Laval (el vapor es deté abans d'entrar en contacte amb les paletes; la Curtis (diversos nivells de pressió i de disparadors múltiples) ; la Rateau . Entre les de reacció distingim la turbina Parson ( diferents nivells de pressió).

L'alternador està acoplat rígidament a la turbina esmentada anteriorment.

L'alternador és un generador destinat a produir tensions i corrents alternes. El generador va acoplat a la turbina. El generador és la màquina que transforma l'energia mecànica en energia elèctrica. Gira a 3000 rpm, i està connectat en estrella, donant una tensió de 21 kV. La refrigeració de l'alternador consisteix en un sistema tancat de circulació d'hidrogen, a una pressió de 4 atm. i amb un cabal de 30 m3/s.

Producció d'electricitat.

La tensió que es genera en el generador és entre ela 10.000 V (10 kVi els21000 V (21kV) de sortida.Aquesta tensió (voltatge) arriba als transformadors, refrigerats per oli; i augmenten el seu voltatge a uns 220 kV, 400kV.

Perquè s'augmenta tant el voltatge? És un fenòmen que es dóna quan subministrem 220 V a un cable i volem que faci mil quilòmetres. Al final d'aquest trajecte haurem perdutbpna part d'aquests volts. En canvi, quan augmentem molt el voltatge, la resistència disminueix i fa possible el seu transport de manera pràctica i sense problemes.

Els transformadors estan montats a la intemperie, banyat en oli, i es refrigeren mitjançant un grup auxiliar de ventiladors per transformador, que refreden l'oli. Els transformadors porten proteccions de gasos i també porta un sistema d'aigua contra incendis que cau sobre el transformador automàticament quan es produeix un foc.

L'alimentació de bombes, motors i els altres serveis de la central es fa a través del transformador de consum propis. L'alternador necessita uns determinats volts per la bobina de l'estàtor ja que s'han substituït els imants que envolten el rotor per la bobina esmentada anteriorment. Un alternador necessita d'un camp magnètic per poder funcionar

Ja que en l'engegada i mentre el bloc està parat, el generador no dóna potència, existeixen a més a més uns transformadors d'engegada, de 20 MVA de potència, la missió dels cuals és alimentar els serveis de la central fins que el generador estigui en condicions d'alimentarlos a través del transformador de consum propi. El pas de l'alimentació per transformadors d'engegada a la alimentació per transformador de consum propi, es fa sincronitzant ambdues alimentacions, i el pas invers, en cas d'averia, mitjançant un dispositiu de commutació ràpida.

ESTACIÓ RECEPTORA

La funció d'una estació receptora és reduir el voltatge de les línies elèctriques que arriben procedents de les grans centrals productores perquè l'electricitat es pugui utilitzar a les divirses aplicacions elèctriques, tant domèstiques com industrials.

Quan les línies elèctriques d'alta tensió arriben a prop dels nuclis de consum, les estacions receptores redueixen la tensió de 110.000, 220.000 o 380.000 V a 25.000 o 11.000 V. o més, segons les necessitats.

Però abans d'arribar als punts de consum encara cal una darrere transformació. Es fa mitjançant diverses sub-estacions que depenen de l'estació receptora i que redueixen la tensió de 25.000 o 11.000 V a 380 o 220 V, que és la tensió normal de consum.

AVANTATGES I INCONVENIENTS

Avantatges.

Rendiments enèrgetics molt elevats

Si són centrals de cogeneració, poc contaminants a l' atmosfera, rendiment energètic molt alt, alta tecnologia utlitzada en el control de combustió.

Inconvenients.

Contaminació atmosfèrica: la utilització de combustibles fòssils comporta la producció de CO2 i de vapor de H2O causants de l'efecte hivernacle, La mala combustió i les impureses que contenen originen l'emissió de SOx i NOx, principals causants de la pluja àcida. Aquests òxids, juntament amb l'emissió d'hidrocarburs, partícules sólides i metalls pesants, són els desencadenants de les boires fotoquímiques.

Elevació de la temperatura del mar o riu. Contaminació tèrmica

Encara que es purifiqui l'aigua que serveix de refrigerant, aquesta torna al mar amb una temperatura més elevada ( 10·ºC més ), el que fa que varii tot l'ecosistema del seu voltant. No hi ha cap llei que prohibeixi l'abocament d'aquesta aigua al mar i per aixó retornen al mar una aigua amb temperatura més elevada. Aixó provoca que prop de les centrals no hagi peixos si no estan adaptats a la calor més elevada de l'aigua.

RESUM: Una central tèrmica aprofita la calor que produeixen alguns fòssils per escalfar l' suficientment perquè es converteixi en vapor. Un cop assolit el canvi daigua'estat, augmentant la pressió de manera que arribi amb prou força com per fer moure una turbina. Si la turbina es mou, mourà el generador que està enganxat "solidàriament"; és a dir. turbina i generador no es poden separar. A partir d'aquí és el moment de produir electricitat: el vapor adquireix velocitat i en xocar amb les pales de la turbina, fa moure a aquesta (la fa girar). Com que el vapor es podria anar escalfant i escalfant en fer un cop i un altre el mateix cicle, cal refredar-lo. L'hem de refredar perquè els materials que contenen el vapor no podrien assolir les tempeartures tan elevades i es farien malbé. Es refreda amb aigua provinent de mar o riu, pricipalment.