Com es genera l’energia elèctrica

Poses el teu dit sobre l'interruptor i comencen a passar coses. Llums que et permeten veure-hi. Calor perquè cuinis i no passis fred. Tota una col•lecció d'artefactes electrònics funcionant. Com per art de màgia, casa teva i la teva vida s'alimenten de quilowatts. On és el truc?

T'expliquem de manera senzilla on neix l'electricitat i com arriba fins a tu, sigui com sigui el seu origen.

Què és l'electricitat

Tots la fan servir, però qui sap definir-la?

L'electricitat és l'energia generada pel moviment d'electrons positius i negatius a l'interior de materials conductors.

Els oposats s'atreuen. Les càrregues positives i negatives s'uneixen creant dos tipus d'energia: l'electricitat estàtica (generada per fricció) i l'electricitat dinàmica (concebuda per corrent).

D'on ve l'electricitat

El viatge que realitza l'energia elèctrica fins a arribar al teu endoll és llarg però molt ràpid. No és màgia ni ciència infusa, és un procés pas a pas que explica molts dels dubtes que poden sorgir entorn del sector elèctric:

• Generació: l'electricitat es produeix en centrals capaces d'obtenir energia elèctrica a partir d'energies primàries. Aquestes energies primàries poden ser renovables (el vent, la radiació solar, les marees...) o no renovables (el carbó, el gas natural, el petroli...). Les empreses que són propietàries (totalment o en part) de les diferents centrals venen l'energia generada a les companyies comercialitzadores.
• Transmissió: una vegada tractada l'energia i convertida en electricitat, s'envia per vies elevades (torres de sustentació) o subterrànies des de les centrals fins a les subestacions. Allà els transformadors s'encarreguen de garantir una tensió elèctrica adequada. Les subestacions solen estar a l'aire lliure prop de les centrals i/o en la perifèria de les ciutats, encara que si no són gaire grans també poden estar a la mateixa ciutat, dins d'un edifici.
• Distribució: des de les subestacions l'electricitat s'envia a les llars de la zona més propera. Com a consumidor, tu no pots triar quina és la teva empresa distribuïdora, ja que segons la zona en què vius te’n toca una o una altra. Aquesta empresa és la responsable que l'electricitat arribi correctament al teu habitatge i s'ocupa de solucionar les avaries. També és propietària del teu comptador de la llum, i envia les lectures a la teva empresa comercialitzadora.
• Comercialització: el que sempre pots triar és la teva empresa comercialitzadora. És la que t'envia les factures, ja que és qui compra l'energia a les empreses de generació i te la ven a tu. Les comercialitzadores són les que treuen diverses tarifes i ofertes, encara que a Espanya hi ha un mercat lliure (pagues segons les condicions del teu contracte, com per a la teva tarifa de mòbil) i un mercat regulat (pagues el que s'estableix mitjançant un sistema dissenyat pel Govern).

Tipus de central elèctrica

Com ja hem dit, per generar electricitat necessitem que l'energia continguda en les matèries primeres sigui alliberada. Com fem això? Depèn totalment del tipus de central elèctrica del que estiguem parlant:

• Centrals termoelèctriques de cicle convencional (carbó, gasoil i gas natural): es crema carbó, gas natural o gasoil. En cremar-se, eleven la temperatura d'un dipòsit d'aigua. Aquesta aigua es transforma en vapor que mou una turbina. És aquest moviment el que genera electricitat per mitjà d'un alternador que transforma energia mecànica en elèctrica. Finalment, el vapor va a un condensador per tornar a convertir-se en aigua i començar de nou el cicle.
• Centrals termoelèctriques de cicle combinat (carbó, gasoil i gas natural): funcionen de manera semblant a les de cicle convencional. Com aquestes, tenen una turbina que es mou amb el vapor de l'aigua escalfada. Però a més compten amb una altra turbina diferent que es mou amb aire agafat de l'atmosfera i escalfat mitjançant combustibles fòssils. Els seus principals avantatges respecte a les de cicle convencional és que són més eficients, més flexibles (poden treballar a plena càrrega o "a mig gas" segons les necessitats) i més ecològiques (menors emissions a l'atmosfera).
• Centrals nuclears: la calor alliberada per la fissió nuclear en un reactor escalfa grans quantitats d'aigua a alta pressió. El vapor alliberat produeix electricitat en passar per una turbina connectada a un generador. El combustible que utilitzen és habitualment urani.
• Centrals geotèrmiques: el sistema és similar a les anteriors (s'escalfa aigua perquè emeti vapor que mogui una turbina) però en aquest cas s'aprofita la calor natural de l'interior de la terra a través de canalitzacions en el subsol.
• Centrals de biomassa: en aquest cas, la calor es genera després de cremar matèria orgànica, ja siguin vegetals o tot tipus de residus (animals, industrials, agrícoles i urbans).
• Centrals hidroelèctriques: no necessiten calor, ja que aquest tipus de centrals són l’evolució dels antics molins. El que fan és utilitzar un salt d'aigua important per moure una turbina hidràulica. Se solen construir en preses i embassaments.
• Parcs eòlics: aquí és el vent el que mou una turbina de la qual s'obtindrà l'energia elèctrica.
• Centrals solars: n’hi ha de dos tipus. Les termosolars el que fan és usar la calor del sol per escalfar aigua i utilitzar el vapor generat per moure una turbina. Les fotovoltaiques el que fan és transformar directament l'energia solar en electricitat, gràcies a les cèl·lules fotovoltaiques.
• Centrals mareomotrius: els moviments d'aigua produïts per les pujades i baixades de les marees accionen una turbina que mitjançant un generador produirà electricitat.
• Centrals undimotriu: similar a l'anterior, però usant l'onatge en lloc de les marees.

La gran diferència entre renovable i no renovable depèn de l'energia primària que s'està usant per generar electricitat. Cal reposar aquest "combustible" o no és necessari perquè la naturalesa t'ho ofereix gratis?

Actualment les centrals més esteses són les no renovables, ja que utilitzen energies primàries que cal extreure de la terra (carbó, gas natural, urani...). Però el futur es perfila molt més renovable.

Com es produeix l'energia eòlica?

No és fàcil d'explicar amb poques paraules, però ho intentarem: la força que exerceix el vent sobre els molins de tres hèlixs crea una energia mecànica que es transfereix a una sèrie de filferros de coure, on es genera, ara sí, l'energia elèctrica.

I més concretament, els qui transformen el vent en energia són els anomenats aerogeneradors o turbines eòliques, en articular en el seu interior un generador elèctric amb els seus sistemes de control i de connexió a la xarxa.

Encara que, pensant-ho bé, potser hem anat massa ràpid i ens hem saltat una pregunta clau: d'on surt el vent?

És una cosa tan comuna que ni tan sols ens qüestionem com es genera. El seu origen està en els efectes que el Sol té sobre el nostre món. Entre l'1% i el 2% de la radiació solar que absorbeix el planeta acaba convertida en vent. Això és pel fet que l'escorça terrestre transfereix una major quantitat d'energia solar a l'aire, fent que aquest s'escalfi, es torni menys dens i s'expandeixi. Al mateix temps, l'aire més fred i pesat —que prové de mars, rius i oceans— es posa en moviment per ocupar el lloc deixat per l'aire calent.

El vent no és una altra cosa que l'aire en moviment. Masses d'aire que es van desplaçant des de zones d'alta pressió atmosfèrica cap a altres de menor pressió a través de velocitats proporcionals a les diferències de pressió entre totes dues zones (a major diferència, més fort bufa el vent).

Per transformar la llum del sol en energia calen unes làmines metàl•liques semiconductores: les cèl•lules fotovoltaiques.

Aquestes cèl•lules tenen una o diverses capes d'un material semiconductor i estan recobertes d'un vidre transparent que deixa passar la radiació i minimitza les pèrdues de calor.

Els panells solars que es veuen a les teulades de moltes llars estan formats per aquestes cèl•lules fotovoltaiques. Encara que la seva instal•lació pugui semblar costosa, les dades diuen que la compra s'amortitza, amb estalvis d'entorn del 30% del consum que a llarg termini (25 anys) suposen pagar entre 20.000 i 30.000€ menys. Un altre dels avantatges és que no necessiten un gran manteniment.

Els raigs solars estan composts per fotons que arriben a les cèl•lules fotovoltaiques de la placa, generant un camp d'electricitat entre elles i, per tant, un circuit elèctric. Quan més intensa sigui la llum, major serà el flux d’electricitat.

Les cèl•lules fotovoltaiques converteixen la llum solar en electricitat en forma de corrent continu i amb una graduació que varia entre els 380 i els 800 volts. Per millorar el resultat obtingut s'utilitza un inversor que transforma aquesta energia en corrent altern, que és la que utilitzem a les nostres cases.

Finalment, aquest corrent altern passa per un comptador que el quantifica i el subministra a la xarxa general d’electricitat.

L'energia hidràulica

Un estudi de la NASA afirma que l'origen de la vida podria estar en l'electricitat generada de forma natural en els fons marins fa 4.000 milions d'anys. Aigua i moviment són font de vida i, per tant, font d’energia.

Els nostres avantpassats ja ho sabien, i utilitzaven el corrent del riu per moure grans molins. La sofisticació d'aquests molins va tenir com a resultat les centrals hidroelèctriques. Una presa bloqueja el riu amb un mur de formigó, inundant la zona que envolta el recinte i creant un llac artificial. L'aigua retinguda alberga en el seu interior un enorme potencial energètic.

L’aigua és una de les forces de la natura més potents i poderoses. Aquest torrent pot convertir-se en energia cinètica (l'energia d'un objecte en moviment). Utilitzant la força de gravetat, l'aigua cau cap a baix al llarg d'una sèrie de grans tubs anomenats conductes de pressió. D’aquesta manera, fa girar a gran velocitat les hèlices d’unes turbines.

Aquests aparells alimenten amb la seva energia mecànica els generadors elèctrics de la central. Un transformador augmenta la potència de l’electricitat i la traspassa a la xarxa elèctrica que acaba abastint els televisors o les rentadores.

L'energia mareomotriu

Una variant de l'energia hidràulica és la no tan coneguda energia mareomotriu.

Aquest sistema utilitza el moviment vertical de l'aigua marina produït per la força gravitatòria que exerceixen sobre ella la Lluna i el Sol. El flux i el reflux de la marea genera energia mareomotriu.

Actualment existeixen tres tipus d'energia mareomotriu:

• Preses de marea: construïdes a les desembocadures dels rius, s'assemblen molt a les preses hidroelèctriques. Aprofiten l'energia potencial que sorgeix amb la diferència d'altura entre les marees altes i les marees baixes. Tot i que generen grans quantitats d’energia, la seva construcció i manteniment costen molts diners.
• Generador de corrent de marea: els corrents fan girar una successió de turbines axials, semblants als molins de vent, que generen energia mecànica. És el mètode més senzill, més barat i amb un menor impacte en la natura. Atès que no cal construir una presa, no altera l’ecosistema marí.
• Energia mareomotriu dinàmica: aquest mètode és tan sols una teoria, ja que mai s'ha aplicat. Combinaria els dos procediments esmentats amb anterioritat. Per això es construirien preses fora de la costa i més endinsades en el mar creant una estructura en forma de T que, a un costat, contindria la força de les marees altes i, a l'altre costat, l'energia de les marees baixes.

L'energia mareomotriu prové del moviment d'aigües provocat pel cicle marea alta/marea baixa.

L'energia geotèrmica

Sortim de l'aigua i trepitgem terra ferma per a analitzar l’l’energia geotèrmica, un sistema que fa servir la calor emmagatzemada a la terra, ja sigui en roques i/o aigües termals.

L’energia calòrica continguda sota els nostres peus és immensa. N’hi ha prou d’excavar uns 10 metres de profunditat per trobar temperatures d'aproximadament 17 °C durant tot l'any, a causa de la inèrcia tèrmica del sòl.

Per a aconseguir aquesta energia s'utilitzen unes bombes de calor geotèrmiques que extreuen o cedeixen calor a la terra, depenent de si es desitja caldejar l'ambient, refrigerar-lo o aconseguir aigua calenta.

Una de les tècniques més precises és la injecció d'aigua líquida a a zona interior terrestre perquè elevi la seva temperatura: l'aigua es converteix en vapor i torna a la central plena d'energia i preparada per ser transformada en electricitat.

L’aplicació d’aquesta energia depèn de les característiques de cada font:

• Els recursos d'alta temperatura (més de 150 °C) s'aprofiten per generar llum.
• Per sota dels 100 °C s’utilitzen per subministrar electricitat als sistemes de calefacció o d’aire condicionat.
• Amb temperatures molt baixes (menys de 30 °C), es destinen directament a la generació d’aigua calenta.