Índex
1) Introducció.
2) Central Termoelèctrica de Sant Adrià.
3) Central Termoelèctrica convencional:
I. Composició:
a) Tractament de l’aigua i del combustible.
b) Caldera.
c) Turbina.
d) Condensador.
i. Torre de refrigeració.
e) Canonades i sectors.
f) Torre d’expulsió.
g) Transformació i distribució.
II. Funcionament.
III. Diferències i especificacions de funcionament a la central tèrmica Besòs 1, 2 i 3.
IV. Rendiment.
V. Avantatges i inconvenients.
4) Noves tecnologies:
I. Centrals de cicle combinat.
II. Centrals de cogeneració.
III. Combustibles.
5) Impacte de les centrals als seus voltants:
I. Mediambiental.
II. Socioeconòmic.
6) Visió de futur:
I. Energètic.
II. Central convencional de St. Adrià.
7) Conclusió.
8) Bibliografia.
Introducció
En el transcurs de la història tots els humans hem sentit inquietuds envers l’entorn, la ciència, la filosofia, l’art, i així fins a infinits temes.
Heus aquí la meva inquietud; cada dia quan m’aixecava i apujava la persiana, veia a l’horitzó una estranya silueta fumejant. Des de petit aquesta situació s’ha anant repetint, des que hem despertava fins a adormir-me. Principalment, aquest és el motiu pel qual he escollit l’estudi de la central termoelèctrica de Sant Adrià del Besòs.
A més a més, l’any passat vam estudiar les centrals tèrmiques a l’àrea de tecnologia i per complementar l’aprenentatge vam realitzar una excursió a la central. Quan vam ser allà, vaig sentir molta curiositat per a aprofundir sobre el tema i poder resoldre els dubtes que tenia; quin tipus de central era, quines són les seves parts, cóm funciona, quin impacte mediambiental pot provocar, i més dubtes intentaré resoldre en el treball.
Crec que aquest treball és interessant per a tots aquells que alguna vegada s’han parat a veure aquestes tres xemeneies, tant com si viu a Sant Adrià o a Badalona, i s’han preguntat que eren. En la cerca d’informació sobre el projecte i també en conversacions amb amics i familiars, he sentit frivolitats del nivell de; - Saps que són aquelles xemeneies? - Quines? - Aquelles de Sant Adrià. – Ahhh, tu parles dels tres fars.
Coses així, hem van fer veure la ignorància en aquest sentit per part de la població, no obstant, encara que no sàpiguen que són, li tenen molta estima, tal i com es podrà comprovar a les acaballes del treball. Aquest és un altre fet que em va fer decidir a realitzar el treball.
A continuació podreu aprendre el funcionament de les centrals convencionals d’una manera entenedora i a l’hora especialitzada, tot repassant els diferents i essencials components que formen aquesta construcció. També veurem les noves tecnologies cridades a substituir les convencionals i les millores. Com no era d’esperar, també parlaré dels impactes d’aquestes a l’entorn i faré un anàlisi del sistema actual i la relació d’aquest amb els combustibles. Per finalitzar, es parlarà del futur de la central i la relació d’aquesta amb la societat. Com a part pràctica s’intentarà construir una maqueta.
Central Termoelèctrica de Sant Adrià
Sant Adrià del Besòs és una petita població de la comarca del Barcelonès que fa frontera amb Badalona per l’est, amb Santa Coloma de Gramenet pel nord i amb el riu Besòs per l’oest, o també amb Barcelona. Aquest municipi costaner, té uns 34.000 habitants, uns habitants que han patit de molt a prop les revolucions industrials de la zona: central tèrmica, xarxa ferroviària (de les primeres a España) entre d’altres, tant que la van posar en el punt de mira de l’aviació franquista, pel seu eix industrial i energètic.
L’any 1970 es va començar a construir la central termoelèctrica convencional, o també anomenada popularment “les tres xemeneies”, a mans de l’empresa: Energia Elèctrica de Catalunya que posteriorment es va traspassar a FECSA i actualment FECSA Endesa. Seguidament es va inaugurar la primera torre a l’any 1973, la segona al 1974 i la tercera al 1976.
Aquesta construcció consta de tres xemeneies i d’una àmplia zona industrial, que conforma tots els elements de la central: dipòsits, canonades, centrals de transformació elèctrica i oficines, principalment. Gairebé tots els altres elements, més propis de la central (aquells que serveixen per al procés d’obtenció d’energia elèctrica), es troben situats a les xemeneies i edificis adjacents. A més a més, al ser una central construïda en l’època on el combustible predominant i amb major poder calorífic era el petroli (fueloil), es van construir un seguit de grans canonades que sobresurten de la línea costanera, per facilitar l’arribada d’aquest combustible a la central per via marítima. La primera torre i la tercera funcionen amb gas i la segona es troba en suspensió per un defecte de construcció, abans aquesta torre s’utilitzava com a obtenció de peces per a les altres torres si necessitaven d’aquests elements.
Actualment, FECSA Endesa ha construït un seguit de centrals de cicles combinats paral·lelament, a l’altre riba del riu. Degut a les nombroses centrals des d’un principi es van donar números a cada una d’elles, així doncs, les tres xemeneies son respectivament les centrals tèrmiques 1, 2 i 3, i les de cicle combinat de l’eix veí les centrals tèrmiques 4 i 5.
Central tèrmica o termoelèctrica convencional
Una central termoelèctrica és una construcció industrial que té com a principal objectiu transformar l’energia cinètica del vapor d’aigua en energia elèctrica per l’abastiment de la població. Aquesta energia cinètica del vapor s’obté a partir de la combustió de carbó, fueloil o gas natural que proporciona una determinada energia tèrmica.
En termes general aquest seria el cicle d’energia:
Un dels punts principals per a que una central sigui productiva i rentable és l’emplaçament. Generalment les centrals es situen envers a necessitats d’abastiment de combustible; si és de carbó a prop d’una carbonera i si és de fueloil o gas a prop del mar o d’un port, però també la proximitat a fonts d’aigua és un punt important així que també s’ha de cercar un lloc a prop d’un riu o mar.
La central tèrmica de Besòs 1, 2 i 3 està situada prop de la mar Mediterrània i prop del port de Barcelona, tot i així té les peculiars canonades, esmentades prèviament, per facilitar l’abastiment.
En termes generals, una central convencional disposa d’un seguit d’elements essencials per al bon funcionament d’aquesta: una sala de tractament de l’aigua i del combustible, la caldera, la turbina, les canonades, el condensador, la torre de refrigeració i d’expulsió (xemeneia), el transformador o alternador i les centrals de transformació.
I. Composició:
a) Sala de tractament de l’aigua i del combustible
Aigua: l’aigua quant prové de fonts marines, és exemple la central de St. Adrià, és sotmesa a processos químics per a extreure les sals i deixar-la pura. Aquest procés es realitza per a evitar les incrustacions de cal a la xarxa de canonades de les diferents parts de la central i també perquè aquestes sals poden ocasionar el descens del rendiment, atès que cada substància té el seu punt de vaporització, i l’aigua amb sals s’evaporaria a una temperatura més alta. Així doncs es realitza el següent sistema per a reduir les impureses del aigua.
1. Primer s’introdueix una resina catiònica (H+) en el tanc d’aigua. L’aigua de mar és un compost amb sal dissolta, entre d’altres NaCl. Aquesta sal és un compost iònic, per tant té carrega i al dissociar-se a l’aigua, mitjançant forces d’interacció dèbil (intramoleculars), es separa formant els ions Na+ i Cl-. Al ficar-hi el catió, aquest s’uneix amb el anió clorur, formant àcid clorhídric (HCl). Per a extreure l’àcid de l’embassament d’aigua es poden realitzar diferents processos: la decantació (atès que les densitats són diferents) o la destil·lació (perquè les temperatures de vaporització són diferents).
NaCl + H2O Na+ + Cl- + H2O seguidament
Na+ + Cl- + H+ + H2O Na+ + HCl + H2O a continuació es retira l’àcid
Na+ + HCl + H2O Na+ + H2O
2. A continuació, s’afegeix una resina aniònica (OH-) en el tanc d’H2O. El sodi s’uneix amb el anió hidroxil formant una base, peròxid de sodi (NaOH). Per extreure la base es poden utilitzar els mateixos sistemes que per extreure l’àcid. Finalment obtenim l’aigua pura.
Na+ + OH- + H2O NaOH + H2O H2O
L’aigua de riu és sotmesa a filtratge i si és alta en sals o minerals al mateix sistema que la de mar. Prèviament la de mar també a sigut filtrada.
Combustible: segon el tipus de combustible es farà un tractament o un altre:
· Carbó: es pot introduir a trossos però normalment es polvoritza per a millorar les formes d’ús i control. A més a més, contra més superfície de contacte més rendiment obtindrem.
· Fueloil: pateix tractaments de dessulfuració i antigament també era tractat per a extraure el plom.
· El gas no es tracta.
b) Caldera
La caldera podríem considerar-la una zona formada principalment per 5 components: el cremador, la cambra de combustibles, el reescalfador, el economitzador i el preescalfador, i que té com a principal funció transformar en energia utilitzable la calor procedent de qualsevol font d’energia a pressió constant.
Hi ha dos tipus de calderes: de radiació o aquotubulars i les pirotubulars. Les calderes de radiació són aquelles on les canonades que porten l’aigua, a vegades també oli segons el nombre de sectors, passen a través del combustible mentre es crema i l’aigua canvia d’estat. Les pirotubulars són aquelles on el combustible que es crema passa mitjançant un entrellaçat de tubs a través del l’aigua, tot escalfant-la i vaporitzant-la.
Les calderes sofreixen petites variacions segons el tipus de combustible que s’utilitzi, aquestes variacions les veiem reflectides als cremadors que és, evidentment, a on es crema el combustible. Després de la combustió del combustible, aquest passa a la cambra de combustibles, en el cas de les de radiació, s’escalfen un seguit de tubs amb aigua i seguidament el vapor d’aquestes canonades passa al reescalfador on s’eliminen les petites gotes d’aigua tot fent que el vapor sigui un vapor sec. A més a més, disposa d’elements per a millorar el rendiment i la productivitat; economitzador i preescalfador, que gràcies a la calor del gasos emesos per la combustió escalfen l’aigua que alimenta la caldera, el combustible abans d’entrar al cremador i l’aire utilitzat en la combustió, necessari per a dur a terme la reacció de combustió.
c) Turbina
Una turbina és una turbomàquina motora que s’encarrega de transformar l’energia cinètica del vapor d’aigua en energia mecànica mitjançant un intercanvi de quantitat de moviment entre el flux del vapor d’aigua i les pales, o també anomenats àleps. Aquests formen part de la turbina i transfereixen al rodet, eix central de la turbina, el moviment provocat pel vapor. Per cerca la millor productivitat, com sempre, les turbines les trobem formades per tres parts: alta pressió, mitjana pressió i baixa pressió, respectivament i solidaries amb el rotor, que és la peça de la turbina que transfereix el moviment al rotor del alternador.
d) Condensador
El condensador és una peça clau en una central tèrmica, atès que té que liquar el vapor d’aigua que prové de la turbina, per retornar-lo a la caldera, on torna a ser vaporitzat, i així progressivament. El condensador pot liquar el vapor per mitjà de ventiladors o per mitja d’aigua, en el cas de les centrals tèrmiques s’utilitza el segon tipus. Aquest element és clau, degut a que el canvi d’estat de l’aigua provoca un canvi de pressió entre la sortida del vapor de la turbina i l’entrada de la caldera, això genera més calor per unitat de massa de vapor, tot fent que aquest punt sigui necessari per a augmentar el rendiment del cicle.
Hi ha diferents tipus de classificacions, per a condensadors, segons la disposició respecte la turbina (axial, lateral o inferior), segons el nombre de canonades de vapor que pot rebre per a condensar (un pas o dos passos) i segons el nombre de cossos o parts el qual es divideix (un cos o dos cossos).
I. Torre de refrigeració
La torre de refrigeració és una construcció arquitectònica que serveix per refredar l’aigua de refrigeració que prové del condensador. Hi ha dos tipus de circuits de refrigeració: oberts i tancats. Els circuits tancats són aquells que s’utilitza sempre la mateixa aigua i necessàriament l’aigua s’ha de refredar per a poder liquar el vapor que prové de la turbina. El circuit obert és aquell que l’aigua de refrigeració es refreda per a ser avocada a un riu o mar i així evitar qualsevol canvi en l’ecosistema en qüestió. En tots dos casos, s’aconsegueix fent caure l’aigua a través de la torre tot oferint-li una bona superfície de contacte amb l’aire que circula en sentit oposat.
e) Canonades i sectors
Les canonades són un seguit de conductes que serveixen per a conduir un flux de líquid o vapor, en el cas de les centrals tèrmiques. Hi ha diferents tipus de sectors:
· Sector 1: és aquell on l’aigua és vaporitzada i el seu circuit és caldera - turbina, turbina - caldera, tot passant per altres elements.
· Sector 2: és aquell on l’aigua s’utilitza per a condensar el vapor del circuit 1, el seu recorregut és condensador - torre de refrigeració i a l’invers.
Hi ha centrals que tenen més circuits, és el cas d’aquelles que a la caldera s’escalfa un altre tipus de líquid, com poden ser olis o fins i tot gasos com l’heli. En aquestes s’escalfa el líquid a temperatures molt elevades i aquest seguidament escalfa l’aigua del segon circuit. Aquestes centrals tenen 3 sectors, és més comú trobar aquest sistema a les centrals nuclears i s’utilitza per ha evitar contaminacions.
f) Torre d’expulsió
La torre d’expulsió té la funció d’alliberar els gasos produïts per la combustió dels diferents combustibles a la caldera. Aquesta alliberació es pot fer d’una manera natural, és a dir, que no s’intervé en l’expulsió (tiratge natural) o de manera artificial, s’intervé per mitja de impulsors mecànics, tiratge forçat. Les de tiratge natural s’aconsegueix mitjançant la geometria de la construcció que juntament amb la diferència de pressió entre l’exterior i l’interior de la caldera fa que l’aire surti espontàniament, amb una gran facilitat, i en el forçat; els mecanismes més utilitzats serien les bombes d’aire o els ventiladors.
Totes les xemeneies consten d’elements protectors per a evitar o reduir la contaminació atmosfèrica al màxim: filtres tèxtils, precipitadors electrostàtics[1], cicles senzills o múltiples. Gràcies aquests elements preventius s’evita l’expulsió de partícules en suspensió i es redueix l’emissió de CO2, SOx, HCl, NOx, CO, entre d’altres. Aquestes substàncies nocives per a l’atmosfera són recollides de forma sòlida i es reutilitzen en la metal·lúrgia o en la construcció (on es barregen amb ciment).
g) Transformació i distribució
Després de la turbina trobem l’alternador o generador, que unit mitjançant engranatges es transfereix l’energia mecànica del rotor de la turbina al rotor del generador. L’alternador és un dispositiu mecànic que crea una diferència de potencial entre dos punts mitjançat el moviment dels seus imants al voltant d’una gran bobina de coure. En el cas de les centrals tèrmiques, el moviment dels imants és gràcies a la transferència d’aquest per part de la turbina.
Un altre element important són les estacions elèctriques, que són instal·lacions destinades a la transformació, distribució i punt d’unió entre aquestes i la xarxa elèctrica. En el cas de les centrals tèrmiques, trobem les estacions transformadores primàries que eleven el voltatge o tensió de l’energia produïda al generador d’aquesta fins a 110, 132, 220 o 400 KV, segons les necessitats.
II. Funcionament
La funció principal de les centrals tèrmiques convencionals és transforma l’energia tèrmica del combustible, en aquest cas fòssil, en energia elèctrica mitjançant un seguit de processos tant químics, com mecànics i elèctrics. L’esquema funcional de les centrals convencionals és igual independentment del tipus de combustible utilitzat: fueloil, gas o carbó, que només repercuteix en el tipus de caldera.
El procés comença amb el tractament del combustible que seguidament es introduït als cremadors de la caldera on serà cremat amb l’ajut d’oxigen, que prèviament ha sigut escalfat gràcies als prescalfadors. El combustible passa a la cambra de combustibles, en el cas de les calderes aquotubulars, on s’escalfa el conjunt de canonades amb aigua per a vaporitzar-la, aquest vapor pot arribar als 600°C. En el cas de les pirotubulars el combustible passa per uns circuits on escalfen l’aigua en un tanc fins a vaporitzar-la. Els gasos despresos per la combustió es reutilitzen per a poder escalfar l’aire de la combustió, el propi combustible i l’aigua que alimenta la caldera, i seguidament aquests gasos són emesos a l’atmosfera per mitjà de la xemeneia a uns 120°C/130°C. A continuació, el vapor humit entra en el reescalfador on s’eliminen les partícules d’aigua restants i es transforma en vapor sec. Seguidament el vapor entra en la sala de turbines, a través del sector primari, on el vapor a alta pressió s’introdueix en la turbina d’alta pressió, posteriorment a la de mitjana pressió i per últim a la de baixa pressió, degut a que en el transcurs d’aquest va perdent pressió i així s’aconsegueix un major rendiment. El vapor transfereix la seva energia cinètica a les diferents turbines mitjançant el intercanvi de quantitat de moviment que es produeix entre les partícules del vapor i els àleps de les turbines. Les tres turbines són solidaries amb rotor i aquest transfereix l’energia mecànica al rotor del alternador. A conseqüència, en el generador es produeix moviment que fa moure el conjunt d’imants envoltats per una bobina de coure, aquest moviment d’imants crea una tensió en els extrems de la bobina, es a dir, es transforma l’energia mecànica del rotor en energia elèctrica. Per últim, l’energia és conduïda a les centrals de transformació on s’adequa a les necessitats de la xarxa elèctrica, tot apujant la tensió. Finalment, l’energia arriba al consumidor. En un pla secundari, el vapor després d’haver fet la seva funció a la turbina és conduit fins al condensador on és refredat i conseqüentment liquat, gracies al intercanvi de calor entre aquest vapor i l’aigua que prové del mar o riu, a 10° C, en un circuit obert o de la torre de refrigeració si ens trobem davant d’un circuit tancat. El vapor liquat, és a dir; l’aigua, és reconduïda als preescalfadors per a abastir a la caldera i tancar el cicle.
III. Diferències i especificacions de funcionament a la central tèrmica Besòs 1, 2 i 3
La central tèrmica convencional del Besòs té un funcionament semblant a les demés però té diferències singulars amb les altres atès a la zona i altres factors. La central tèrmica de St. Adrià té una caldera de radiació com es pot comprovar a la imatge. Seguidament el gasos que s’expulsen a l’atmosfera, surten a través de la xemeneia d’expulsió de 200 m d’alçada. Té aquesta altura atès que la capa de dispersió es troba als voltants d’aquests, i així s’evita que els gasos quedin a la perifèria de la central. El vapor d’aigua arriba a la turbina on és utilitzat de la manera següent:
Primerament el vapor entra a la turbina d’alta pressió, a 525°C i a 115 atm. Seguidament el vapor va a la caldera a recuperar calor abans d’entrar a la de mitjana pressió. En aquesta el vapor entra a 525°C i a 42 atm i després a la de baixa pressió a 1500°C i 5 atm. En general, el rotor de la turbina gira a 3000 rpm per a aconseguir 50 Hz a EU i 60 Hz a EEUU. Com es pot observar a la imatge les turbines cada cop són molt més grans per a poder aprofitar millor la pressió.
Una diferencia peculiar a la central de St. Adrià és que no disposa de torre de refrigeració, utilitza tancs per a refredar l’aigua.
Les dues centrals, per igual, aporten uns 350 MW de potència, que en comú generen 700 MW.
Després de la generació, trobem la transformació, el transport i la distribució:
Després de la generació, trobem la transformació, el transport i la distribució:
1. En primer lloc, el corrent altern de 21 KV és transforma per elevar la seva potència fins a 220 KV. Aquesta subestació la trobem al recinte de la central.
2. Aquest corrent va per transport d’alta tensió fins l’estació receptora que es retorna a mitja tensió.
3. A continuació, es connecta amb la torre de distribució i transformadora, on s’habilita a 220 V per als habitatges i 380 per a les industries, en el cas de la UE.
IV. Rendiment
El rendiment de les centrals tèrmiques convencionals va en augment segons el tipus de combustible utilitzat: carbó, fueloil i gas natural.
Els gas natural produeix uns 9,7 KW h/m3, el petroli 2,9 KW h/m3 i el carbó 2,4 KW h/m3. No obstant, la eficiència de conversió als tres és del 40%, degut a que tots els combustibles tenen que escalfar el vapor fins a la mateixa temperatura, només dependrà la quantitat de combustible que s’utilitzi per ha arribar-hi, que serà diferent segons el poder calorífic de cadascun. El poder calorífic és l’energia que es desprèn en la combustió completa de la unitat de massa o volum del combustible en qüestió. És d’esperar que aquest sigui la variant que modifiqui els rendiments; gas (53,6 KJ/Kg), fueloil (40,2 KJ/Kg) i depenent del carbó: lignit(20 KJ/Kg), turba (19,7 KJ/Kg) i hulla (16,6 KJ/Kg).
V. Avantatges i inconvenients
Les centrals tèrmiques convencionals són les més diverses degut al seu ventall de possibles combustibles que poden arribar a utilitzar; un dels processos utilitzats per a eliminar els RSU és la combustió d’aquests, aquesta combustió es pot aprofitar i generar electricitat mitjançant un procés idèntic al de les centrals tèrmiques, heus aquí un gran exemple de la seva diversitat. Entre altres, aquest és un gran avantatge d’aquestes centrals que fan, a la vegada, que aquestes construccions siguin més rentables per un seguit de motius:
· Període curt de construcció: el temps de construcció fluctua entre els sis mesos i l’any, a diferència de les nuclears que estaria entre els 5 i 10 anys i les hidroelèctriques; 1-4 anys.
· Cost de construcció: alhora aquestes centrals són molt rentables a nivell de amortització, atès que són més o menys barates, en referència a les nuclears. (tèrmiques:150 milions $, nuclears>1000 milions $, hidroelèctriques:240 milions $)
· No té una dependència del clima de la zona, a diferència de les renovables.
· Senzill transport del combustible a diferència del urani de les nuclears.
· Procés simple sense gaires riscos per a la població i la màxima catàstrofe en aquestes no seria ni un 10% de l’explosió d’una central nuclear.
Per una altre part, les convencionals tenen un seguit de contres que cal remarcar:
· Emissió de gasos contaminants per a l’atmosfera.
· Contaminació sonora i calorífica per part de les xemeneies i torres de refrigeració.
· Impacte mediambiental a l’hora de construir una central.
· La gran dependència d’aquestes centrals dels combustibles fòssils, en un país com l’espanyol o qualsevol país no productiu de petroli i derivats, fa que aquestes en èpoques de guerres, de disminució de la producció o del bescanvi entre l’oferta i la demanda, fa apujar o abaratir els preus d’aquests combustibles que a vegades fa inviable la producció d’energia i ocasiona increments d’impostos cap a la població.
Noves tecnologies
I. Centrals de cicle combinat
Primerament s’ha de definir el concepte de central de cicle combinat en referència a una convencional: una central d’aquest tipus com diu el propi nom, és una central que conté dos cicles units, un igual al convencional(cicle de Rankine) i un altre que funciona amb gas i per tant amb una turbina de gas(cicle de Brayton). Aquestes centrals han aconseguit un major rendiment, una disminució considerable de l’emissió de gasos contaminants i una ràpida construcció que les fan les centrals del futur immediat.
El funcionament d’una central de cicle combinat pot ser divers, segons si les turbines de gas i de vapor es troben alineades en una mateixa línia o si es troben en diferents branques, però aquesta diferència només afecta al rendiment, atès que les dues juntes accionen el mateix generador i per separat tenen menys potència i per tant menys rendiment.
En aquestes centrals l’aire a gran pressió injectat gràcies al compressor, juntament amb el gas, combustiona a la caldera de gas, aquests gasos a 1300°C i entre 1,5 i 3 MPa s’expandeixen a la turbina de gas tot movent els àleps, i el moviment és aprofitat pel rotor d’aquesta que és transferit al rotor del generador on es genera el corrent. A continuació, els gasos que han descendit fins a 600°C la seva temperatura passen a un intercanviador de calor, on vaporitzen l’aigua que passa per un entrellaçat de tubs, és a dir, una caldera, en aquest cas; una caldera de radiació. Aquest vapor realitza el mateix cicle que a les centrals convencionals. Finalitzant, obtenim dos punts de generació, suposant que les turbines es trobessin en branques diferents, si no, només disposaríem un punt de generació.
A vegades aquestes centrals de cicle combinat poden arribar a ser fins i tot triples, és a dir, 2 turbines de gas i una de vapor. Aquestes centrals gaudeixen d’un percentatge de millora que fluctua entre el 38%, en el pitjor dels casos, i fins a un 60% de millora en els millors, respecte a una central convencional. Aquests casos serien l’ús de les turbines en el mateix eix, el tipus de gas utilitzat o el numero de turbines de gas.
Els avantatges d’aquestes centrals són amplis i diversos: baix cost de construcció, flexibilitat de la carrega de treball (es pot posar fins a un mínim del 45% de la potència de generació de la central), reducció del impacte mediambiental(visual, gasos nocius), millora del rendiment de la planta, etc.
Al centre energètic de Besòs, tenim dues centrals a la riba adjacent, una de cicle combinat simple i un altre triple, que encara està en fase de proba. Aquestes centrals, agermanades amb les tres de St. Adrià, s’han construït per a substituir a les antigues. Aquest nou centre energètic a l’altre riba del riu té capacitat per a subministrar energia a gran part de la perifèria barcelonina, no obstant, el posat en marxa de la central està dirigit i coordinat, juntament amb les centrals nuclears de Vandellòs II i Ascó I i II, totes les centrals hidroelèctriques i xarxa d’aerogeneradors, per una direcció centralitzada amb el fi d’aprofitar primerament les renovables, sí es donen les condicions idònies, i seguidament les tèrmiques o nuclears.
II. Centrals de cogeneració
Una central per cogeneració és una central que produeix simultàniament energia elèctrica i tèrmica mitjançant la combustió d’un combustible fòssil en la mateixa instal·lació. Aquesta central aconsegueix energia tèrmica gràcies a l’aprofitament de la calor residual de la combustió, generalment els combustibles utilitzats són el gas natural o el dièsel, que determina el tipus de mòdul de cogeneració i la producció elèctrica.
Aquestes disposen de tots els elements d’una central convencional, no obstant el vapor que ha accionat la turbina, es reconduït després fins a una caldera on escalfa aigua o fluids per a subministrar-los com a calefacció d’un habitatge o per a processos industrials d’una fàbrica. El aigua retorna a la caldera i s’inicia novament el cicle. La turbina del cicle principal pot ser de dos tipus, com prèviament hem esmentat: de gas, que ens proporciona una gran potència(des de 1MW fins a 10 MW) o motors de cicle dièsel; menys potència(70 KW – 2 MW).
Les centrals per cogeneració són centrals molt rentables, arriben fins al 80%, en comparació del 38%-60% de les de cicle combinat i del 35% de les convencionals. Aquestes centrals són molt utilitzades en indústries, centres hospitalaris, hotels, habitatges, on la producció elèctrica és tan vital com la calorífica i el gran benefici d’aquestes és el seu gran control de combustió tot reduint notablement les seves emissions.
III. Combustibles
Com no era d’esperar, els combustibles tenen un gran rol en la eficiència industrial, per això el desenvolupament en aquest camp és vital. Actualment les reserves energètiques de petroli s’estan exhaurint i posteriorment li passarà al seu germà el gas, però el combustible més utilitzat en la antiguitat, del que disposem més reserves, es pot aprofitar? Milers de científics s’han fet aquesta pregunta, i el resultat és l’obtenció d’un seguit de combustibles provinents del carbó. Tot i així, aquest és el combustible més contaminant i el menys energètic, com ja hem explicat prèviament. No obstant les millores són notables en aquests nous derivats:
· Gasificació del carbó: la gasificació és un procés termoquímic que genera gas a partir de carbó gràcies a l’ajut d’un agent gasificant: oxigen, nitrogen, vapor d’aigua... No obstant el millor procés es realitza amb catalitzadors i a pressió, el qual s’obté CH4. Aquest procés genera gas, que és menys contaminant.
· Combustió en llit fluid: aquesta combustió es fa mitjançant carbó però a poca temperatura, la disminució de la temperatura fa que els agents contaminants romanguin en el sòlid, evitant així la seva expulsió. Aquest procés fa augmentar el rendiment atès que hi trobem més superfície de contacte, clau en les reaccions, què produeix un augment de l’entalpia[2].
Impacte de les centrals als seus voltants
I. Mediambiental
La contaminació per part d’aquestes centrals és divers:
· En l’àmbit de l’aire: la principal contaminació de les centrals tèrmiques està centrada en aquest camp. Aquestes expulsen gasos nocius i partícules a l’atmosfera, part d’aquestos retornen a la superfície per mitjà de pluges àcides o per precipitació seca. Aquestes emissions són diferents depenent del tipus de combustible; que serà més accentuat o menys. No obstant, totes produeixen pluges acides, entre d’altres factors, que modifiquen i alteren els ecosistemes adjacents; acidesa d’aigües, de sòls, corrosió de la flora...
Com es pot observar a la taula, la relació rendiment - contaminació és inversament proporcional, és a dir, a més rendiment menys contaminació.
Els gasos i les partícules, què no retornen, deixen en evidència el gran desenvolupament tecnològic, la part que resta a l’atmosfera genera el anomenat efecte hivernacle, que causa l’augment de la temperatura terrestre, tot modificant els cicles estacionals i, evidentment, els ecosistemes. Però el fet més singular i més agraciat que ens deixen aquestes emissions és el gran barret que tapa totes les grans ciutats, en el cas de Barcelona un dels millors barrets de partícules en suspensió i contaminació.
· Acústica: les centrals a més a més de contaminar l’atmosfera, produeixen una contaminació sonora. Quan s’inicia i durant el procés de generació, aquesta produeix una alta emissió de decibels de soroll.
· Aigües: les aigües sostretes de fonts properes a la central per a funcions refrigerants i per a produir el vapor sofreixen diverses modificacions:
- Augment de la temperatura d’aquestes entre 4°C i 6 °C.
- Retornament a les fonts sense els minerals d’entrada, és a dir, aigua destil·lada.
· Substrats: la dispersió de petites partícules, pols, a l’atmosfera produeix canvis en l’acidesa i la composició d’aquests sòls. El pols emès, generalment, està composat per metalls pesants que a més a més d’afectar a la terra també ho fa a les aigües subterrànies .
· Ambient: les torres de escapament de gasos, com ja hem explicat a l’apartat 3.1.f, transfereixen a l’entorn gasos a temperatures que oscil·len entre 120°C i 130°C. Aquest fet ocasiona un augment dràstic de la temperatura en aquell espai tot produint una situació de perill per a totes les aus de les rodalies, on el pas d’alguna d’elles per allà produiria la mort instantània d’aquestes.
· Paisatge: clarament una central en entorns urbans, el dany paisatgístic que produeix és reduït, atès que la pròpia ciutat ja ha ocasionat aquest mal. Per contra, una central tèrmica a les afores produeix un gran perjudici, tant de visual com de ecològic, deixant de banda els aspectes prèviament definits sobre la contaminació d’aquestes. La construcció d’una central en zona verda produeix un reduïment del biòtop[4] i l’eliminació fulminant del habitat y habitatge d’algunes espècies autòctones. També separa zones i conseqüentment talla les relacions tròfiques en algunes de les espècies, tot produint un gran perjudici en general a l’ecosistema.
· Humà: aquests perjudicis, que afecten a la natura, també afecten a l’ésser humà. Aquest dany pot ser directe o indirecte. En el cas de les directes, els efectes produïts per l’emissió de gasos contaminats produeix problemes respiratoris, envelliment i cansament. El soroll també ocasiona malalties, però en aquest cas, mentals; depressions. L’emissió de calor i els canvis de temperatura ocasionat per l’efecte hivernacle produeix un seguit de mals: afebliment de les glucoses, augment de les infeccions i disminució del sistema immunitari. A més dels problemes del aire, calor i soroll, també trobem un gran problema amb la dispersió de pols. Aquest extrema la bioacumulació de metalls pesants com el mercuri, manganès, cadmi, plom, cobalt i crom que pot esdevenir en malalties com la Minimata[5]. Envers als perjudicis indirectes, la contaminació atmosfèrica pot causar canvis de costums alimentaris a la societat i disminució dels rendiments agrícoles. No obstant, els indirectes només afecten en un període de temps constant i prolongat.
· Central Convencional de St. Adrià del Besòs: actualment aquesta central, com anteriorment ja he dit, està tancada i en desús, però des de la seva posada en marxa i fins al seu tancament, la central ha sofert algunes mesures preventives i reguladores a causa de la seva contaminació a la zona metropolitana de Barcelona. A la Ciutat Comtal i rodalies, quan es produeix un anticicló persistent, els gasos i per tant el núvol de contaminació es troba a baixa altura, i es supera els límits de contaminació permesos per la UE. Els límits regits per la Unió Europea són: 40 µg/m3 anuals de NO2, 50 µg/m3 anuals de PM-10[6], 20 μg/m3 diaris de SO2 i 360 ppm/m3 diaris de CO2. Així doncs, quan es produeix aquest fet meteorològic es prioritza el funcionament d’altres centrals del territori Català, tot tancant o reduint la producció fins a millor temps.
A la taula[7] següent podem observar les emissions de gasos contaminants per par de la central de Sant Adrià del Besòs segons el Ministeri de Medi Ambient i Medi Rural i Marí.
Emisiones a la atmósfera
| ||
Contaminante
|
Año de referencia
|
Cantidad total (kg/año)
|
Dióxido de carbono (CO2)
|
2001
|
647000000
|
2002
|
813000000
| |
2004
|
377000000
| |
2005
|
664000000
| |
2006
|
178000000
| |
2007
|
107000000
| |
2008
|
120000000
| |
2009
|
116000000
| |
Óxidos de nitrógeno (NOx/NO2)
|
2001
|
1150000
|
2002
|
1160000
| |
2003
|
579000
| |
2004
|
674000
| |
2005
|
1610000
| |
2006
|
235000
| |
2007
|
228000
| |
2008
|
163000
| |
2009
|
176000
| |
Óxidos de azufre (SOx/SO2)
|
2001
|
1810000
|
2002
|
1200000
| |
2004
|
561000
| |
2005
|
1040000
| |
2006
|
455000
| |
Cloro y compuestos inorgánicos (como HCl)
|
2009
|
119000
|
Partículas (PM-10)
|
2001
|
133000
|
2002
|
84900
| |
2004
|
58800
| |
2005
|
115000
| |
El diòxid de carboni és un element resultant de la combustió de matèria orgànica, com es pot observar a la taula, en els primers anys es notablement més abundada l’emissió que en els 4 anys contigus, amb una disminució considerable. Els òxids de nitrogen també presenten aquesta disminució en el mateix període, es podria relacionar amb el avançament tecnològic dels combustibles i dels mètodes de filtratge a les xemeneies, com també el augment de la preocupació per par de la població envers el medi ambient i el problema de contaminació. Els òxids de sofre, les PM-10 i els compostos inorgànics no presenten cap patró. Cal recalcar l’ambient fosc i tèrbol d’aquesta informació, al no indicar les quantitats exactes per m3 d’aire ni el combustible del qual provenen. A més a més, les referències no són actualitzades, encara que provenen d’una entitat pública.
II. Socioeconòmic
La construcció de la central tèrmica de Sant Adrià del Besòs va suposar un impuls important per a la zona industrial de la riba del Besòs. Posteriorment producció va suposar el posat en marxa entre 45 i 50 treballadors, que no necessàriament eren de la zona. L’impacte principalment va afectar a l’hora de la construcció amb la contractació d’obrers i la creació d’una gran i important zona industrial a les afores de la ciutat comtal.
Visió de futur
I. Energètic
Segons l’OPEP[8], actualment a les reserves de petroli només li queden 80 anys per a exhaurir-se. Aquesta dada és devastadora pels països industrialitzats que veuen en els països convergents importants adversaris contra l’hegemonia de les poques reserves de petroli. Les grans economies es veuen recessives a modificar tot el seu sistema energètic i per tant tots els grans mercats relacionats amb el petroli[9] envers l’energia renovable. Actualment els experts, segons l’OPEP, diuen que el petroli és imprescindible per al desenvolupament de la societat humana però clarament es veu, en aquests conservadors, una important i agònica ànsia per a continuar amb el petroli com a principal font d’energia fins a la destrucció totalitària del sistema, ocasionant possiblement una de les majors crisis econòmiques del món només amb el fi de enriquir-se per damunt del progrés general.
Actualment a Espanya hi ha unes 650-655 centrals tèrmiques convencionals, aquestes, sense contar les de cicle combinat atès que funcionen amb gas, dintre de 80 anys es quedaran sense combustible. Espanya és un dels països amb més reserva de carbó del món, això podria donar un marge de vida a aquestes centrals convencionals que funcionin amb petroli. No obstant, encara que les reserves de petroli s’esgotin en 80 anys les de gas encara aguantaren més, uns 500 anys o més. Aquest panorama envers les reserves de gas, fent d’aquest el combustible del futur, fa pensar que les centrals de cicle combinat i de cogeneració agafaran el testimoni tot substituint les convencionals.
En el camp de l’automoció ja trobem cotxes híbrids que funcionen amb gas i dièsel, però en un futur immediat el progrés, generalment en el camp de l’automoció i sobretot de l’aviació, tindrà una única meta: poder normalitzar i equiparar els nivells de funcionalitat i rendibilitat en aquests camps als nivells d’ara, com a mínim. Aquest canvi, en el camp de la generació ja es viable i no només en el marc de rendibilitat sinó que també significarà una important reducció de la contaminació atmosfèrica, que culminarà amb la implantació d’aquest canvi als altres grans camps.
Tot i que les centrals de cogeneració i de cicle combinat suposin una gran millora, no podem dipositar els pilars del desenvolupament en un combustible fòssil no renovable i caure en el mateix parany de quan vam descobrir les múltiples aplicacions del petroli i les grans reserves que teníem d’aquest, suposant que mai s’acabarien fins a la situació catastròfica actual. Així doncs, hem de situar la nostra vista en un altre camí, en les energies renovables i no caure en la temptació de les nuclears de fissió atòmica.
Les energies renovables tenen un gran obstacle que hauran de solucionar les properes generacions. Aquest problema és el baix rendiment dels sistemes de generació i la influència del medi en aquestes, és a dir: si no plou durant tot el més els embasaments estan en deficiència i no podem utilitzar les hidroelèctriques, si no fa vent o no fa el vent suficient les eòliques queden en desús o si no fa marejada les mareomotrius queden obsoletes fins a nou temporal. No obstant, hi ha sistemes, com la solar de generació encara no ragi el sol(radiació difusa), algunes que aprofiten per la nit la calor radiada al terra al matí o la geotèrmica, que no depenen tant de les condicions atmosfèriques. Aquesta indisponibilitat fa separar el nostre futur en dos camins; les renovables que utilitzem ara i millorar-les o apostar per les centrals nuclears de fusió atòmica.
Les centrals de fusió utilitzen el sistema invers a les de fissió, agafen dos àtoms d’hidrogen i els ajunten tot obtenint heli i una gran energia tèrmica, atès que és una reacció exotèrmica. L’inconvenient d’aquestes és que el despreniment és tan elevat, són les mateixes reaccions que es produeixen al sol, que no podem mantenir el control d’aquestes reaccions, no podem contenir aquesta calor i també; que per a accionar aquestes reaccions necessitaríem l’explosió de dues bombes atòmiques, és a dir, una gran energia. Això doncs, deixem en mans de les properes generacions l’escull adequat i més profitós per al bé comú de la humanitat.
II. Central convencional de St. Adrià
Com ja he deixat caure en el transcurs del treball, la central tèrmica o termoelèctrica convencional de Sant Adrià del Besòs està en desús des de l’estiu passat, finalitzant el seu profit a finals del hivern de 2010. En aquest període la central estava en mode d’emergència per si les noves centrals de cicle combinat 4 i 5 sofrien alguna avaria. Actualment només es conserva la zona de les tres xemeneies, els oleoductes o gasoductes i alguna terminal més, però quasi tot l’espai que l’envoltava a estat i s’està desmantellant des de començaments d’aquest estiu.
Les tres xemeneies són des de 1973 un element simbòlic i geogràfic de la població de Sant Adrià i de Badalona. Aquest ha provocat una negativa per part de la població quan es va plantejar el desmantellament de les xemeneies tot ocasionant que el futur de la central es tingués que solucionar per via democràtica a partir d’un referèndum popular. El 23 de novembre de 2008 la població va botar i un 82,2% dels votants van decidir que es mantinguessin les xemeneies i que aquestes es reformessin tot creant un centre social per a la ciutat. A més a més, la posada al dia de la central com a centre social de gran importància entra també en un pla urbanístic que suposa la unificació de la façana marítima des de Montgat fins Castelldefels.
Dels molts projectes reformadors cal recalcar un projecte lluminós, emulant la torre AGBAR de Barcelona, que intenta fer de les xemeneies un punt turístic del litoral Català tot realçant el patrimoni industrial de la zona. La proposta consisteix en enllumenar la central amb uns llums que canvien de tonalitat segons la qualitat de l’aire, tot fent d’aquesta també un element informador de l’aire que respirem tots els barcelonins. Aquesta proposta va ser presentada al concurs Lamp Lighting Solutions 2008 i va guanyar el primer premi.
Conclusions
El 1973 es va iniciar una història que la portaria fins a la realització del meu treball, en el present, i qui sap si n’hi ha de més històries relacionades amb les tres xemeneies.
En el transcurs de la realització del projecte he assolit tant conceptes bàsics, relacionats amb la central, com d’específics. La composició, el funcionament, l’impacte mediambiental, entre d’altres, han absorbit part del contingut del meu treball però també he après altres coneixements possiblement no tant pràctics però que van suposar l’escull d’aquest tema. La meva intriga de saber-ne més sobre la icona de la ciutat veïna i l’estreta relació que ha tingut aquesta construcció amb la seva societat també els he concebut.
Per assolir aquests objectius he emprat diferents eines de recerca bibliogràfica: com ara els principals buscadors; Google, Yahoo.., he necessitat de l’ajut d’un tècnic superior de la central per a contrastar informacions i també he llegit articles de revistes per a determinats punts del treball.
Paral·lelament, he tingut diverses dificultats; la recerca de informació especialitzada de la central de Sant Adrià no hem resultava profitosa ja que només petites subpàgines d’Endesa i alguns fòrums, de difícil fiabilitat atès a les seves pròpies contradiccions, hem proporcionaven informació. Aquest problema hem va suposar el major repte a l’hora de voler profunditzar tot i que vaig poder solucionar-lo gràcies a l’ajut d’Endesa. La posada en pràctica dels coneixements mecànics del meu projecte van significar un altre gran problema a causa de la poca resposta per part del mercat que m’han fet impossible la realització fiable i amb resultats d’una maqueta funcional. Aquesta manca es tradueix en la impossibilitat d’aconseguir una turbina i per tant un dels principals components per a la transformació d’energia cinètica en mecànica.
Finalitzant, crec que aquest treball és una bona font per aquelles persones que vulguin introduir-se i iniciar-se en aquest camp amb una bona base i per a tots els àmbits ja que no requereix d’un nivell de coneixements inicial.
Bibliografia
I. Fonts web:
· http://www.sant-adria.net/cas/contenido.php?ctn=historia – 11/08/2011 (13:30)
· http://es.wikipedia.org/wiki/San_Adri%C3%A1n_de_Bes%C3%B3s – 11/08/2011 (13:43)
· http://es.wikipedia.org/wiki/Central_t%C3%A9rmica_del_Bes%C3%B3s – 11/08/2011 (14:06)
· http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo7.html – 11/08/2011 (17:19)
· http://www.endesaeduca.com/C/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/viii.-las-centrales-termicas-convencionales – 19/08/2011 (18:29)
· http://es.wikipedia.org/wiki/Caldera_%28m%C3%A1quina%29 – 28/08/2011 (12:58)
· http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_de_vapor – 28/08/2011 (14:00)
· http://es.wikipedia.org/wiki/Condensador_%28termodin%C3%A1mica%29#Tipos_de_condensadores_para_centrales_t.C3.A9rmicas – 04/09/2011 (20:30)
· http://www.monografias.com/trabajos33/centrales-termicas/centrales-termicas.shtml – 06/09/2011 (12:03)
· http://www.miliarium.com/prontuario/MedioAmbiente/Atmosfera/PrecipitadorElectrostatico.htm#precipitador_electrostatico – 06/09/2011 (12:32)
· http://es.wikipedia.org/wiki/Combustible#Combustibles_f.C3.B3siles – 09/09/2011 (12:23)
· http://es.wikipedia.org/wiki/Gas_natural - 20/09/2011 (23:48)
· http://www.endesaeduca.com/opencms/opencms/Endesa_educa_Catalan/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/ix.-las-centrales-termicas-de-ciclo-combinado - 28/09/2011 (22:13)
· http://es.wikipedia.org/wiki/Gasificaci%C3%B3n – 06/10/2011 (10:51)
· http://www.unesa.es/documentos_biblioteca/La_Electricidad_en_Espana_313_Cap_IV.pdf - 23/10/2011 (14:44)
· http://www.ideal.es/apoyos/graficos/reservas_petroleo.html - 23/10/2011 (14:43)
· http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs313/es/index.html - 29/10/2011 (19:23)
· http://www.pce-iberica.es/medidor-detalles-tecnicos/definicion-calidad-aire-y-co2.htm - 29/10/2011 (20:50)
II. Fonts llibres:
· Introducción a las Centrales Térmicas por G. Y. Jolodouski. Barcelona: Labor, 1973.
· Tecnologia Industrial. Madrid: Mc Graw Hill, S.A.U., 2008. 1r Batxillerat.
· Energies. Barcelona: Editorial Crítica, S.L., 2001.
· Gran Enciclopèdia Catalana. Barcelona: Enciclopèdia Catalana, S.A., 1995. Volum 7, p. 156.
· L’Avenç. Barcelona: L’Avenç, S.A., 1976 – 0210-0150. Núm. 357 (maig 2010), p. 44-47.
· Dossier facilitat per Endesa educa (2011). Consell de Coordinació Pedagògica Barcelona, Barcelona.
[1] Són dispositius que atrapen substàncies amb polaritat mitjançant una carrega electrostàtica induïda.
[2] Energia transferida en una reacció química, en aquest cas calor.
[3] Taula extreta de: http://www.estrucplan.com.ar/producciones/entrega.asp?identrega=297
[4] És l’hàbitat, espai o area on conviuen la flora i la fauna.
[5] En el cas d’aquesta malaltia, és un perjudici indirecte atès que és produïda per la ingestió de sushi contaminat.
[6] PM-10: partícules menors a 10 micròmetres.
[7] Taula extreta de: http://www.prtr-es.es/informes/fichacomplejo.aspx?id_complejo=3187
[8] Organització de Països Exportadors de Petroli.
[9] Automoció, aviació i generació.
