Les centrals elèctriques de cicle combinat

Definirem primer el que és una central tèrmica convencional, com aquella en que es produeix electricitat a partir de combustibles fòssils com ara el carbó, el fuel o el gas natural, mitjançant un cicle termodinàmic de aigua i vapor. Per explicar-ho més senzillament, es tracta de cremar el combustible per escalfar aigua i transformar-la en vapor a una pressió molt elevada. Amb aquest vapor d’aigua es fa girar una turbina que, al seu torn, fa girar un alternador per produir electricitat. Al sortir de la turbina, el vapor d’aigua perd pressió i es condensa, tornant-se a convertir en aigua líquida per tornar a començar un nou cicle de producció de vapor.

Per millorar el rendiment d’una central convencional, la turbina de vapor pot tenir quatre cossos: el primer d’alta pressió, el segon de pressió mitjana i els dos darrers de baixa pressió.

En canvi, en una central tèrmica de cicle combinat l’electricitat es genera mitjançant dues màquines: una turbina de gas i una turbina de vapor. (També hi ha centrals de cicle combinat de fuel oil o de carbó gasificat, que no tractarem aquí, encara que el principi de funcionament és el mateix)

El primer procés, la turbina de gas, consisteix en agafar aire directament de l’atmosfera, escalfar-lo cremant gas, de manera que es comprimeixi (al escalfar-lo, l’aire tendeix a augmentar de volum, però com que es manté en un espai reduït, el que passa és que augmenta la pressió). Aquest aire comprimit fa girar una turbina que, al seu torn, fa girar un alternador.

L’aire calent que surt de la turbina està a uns 600ºC, i aquesta calor s’aprofita fent-lo passar per una caldera convencional, on escalfa el vapor d’aigua que torna de la turbina de vapor per transformar-la en vapor a una pressió molt elevada, com en una central convencional. Amb aquest vapor d’aigua es fa girar una segona turbina que s’acobla al mateix eix que la turbina de gas, de manera que les dues turbines fan girar el mateix alternador. Per evitar que les possibles diferències de velocitat entre les dues turbines facin suportar esforços massa importants a l’alternador, la turbina de vapor s’hi acobla mitjançant un embragatge.

La turbina de gas té tres parts: compressor, cambra de combustió i la pròpia turbina. El compressor és normalment un compressor per etapes, i la seva funció és injectar l’aire a pressió per la combustió del gas i la refrigeració de les zones calentes. A la cambra de combustió es barregen el gas natural i l’aire a pressió, i és on es produeix la combustió. La turbina pròpiament dita té tres o quatre etapes d’expansió; la temperatura d’entrada dels gasos és d’uns 1.400ºC, i la de sortida d’uns 600ºC.

Les característiques d’una central de cicle combinat són:

- Flexibilitat: la central pot operar a plena potència o a potències parcials, fins a un mínim aproximat d’un 45 % de la potència màxima, gairebé sense perdre eficiència. A una càrrega més baixa, comença a perdre eficiència ràpidament.

- Rendiment: Al ser la diferència de temperatures entre la combustió i els gasos d’escapament és més alta que en una turbina de gas o una de vapor, s’aconsegueixen rendiments molt superiors que a les centrals convencionals, de l’ordre del 55 %, mentre que les centrals convencionals tenen un rendiment del 40 %.

- Emissions de gasos d'efecte hivernacle: les seves emissions són més baixes que les de les centrals de carbó o que les de gas convencionals. Les centrals convencionals de carbó emeten entre 0,9 i 1,4 kg de CO2 per MWh produït, depenent del tipus de carbó i del rendiment de la central, les convencionals de gas emeten entre 0,4 i 0,5 kg de CO2 per kWh produït, i les centrals de cicle combinat de gas n’emeten 0,30 i 0,35.

- Inversió: el cost de la inversió per MW (megawatt) instal•lat és relativament reduït, comparat amb les nuclears i també amb les centrals de carbó.

Si comparem les centrals de gas, siguin de cicle obert o combinat, amb les de carbó, hi trobem altres avantatges, derivats de la naturalesa del combustible: el carbó té cendres, que donen lloc a residus sòlids que desprès s’han de emmagatzemar en dipòsits, i amb els que s’ha de tenir cura, ja que solen donar aigua àcida quan plou, que pot contaminar la capa freàtica. A més, el carbó acostuma a tenir altres impureses, com el sofre, que, si no es separen de les emissions atmosfèriques, són les causants de les pluges àcides.

El principal inconvenient de les centrals de gas és la volatilitat del preu del gas, que segueix al del petroli, a comparar amb una estabilitat més important dels preus del carbó. A més, els contractes de gas (material que és difícil d’emmagatzemar en grans quantitats) preveuen gairebé sempre la regla de take or pay, és a dir, que si el gas contractat no es consumeix, s’ha de pagar igualment.

I un tema que habitualment no es tracta: les fuites de gas. Es difícil trobar dades concretes que ens donin la quantitat de gas que es perd a l’extracció i al transport. La dada que em sembla més ajustada és la d’un 1,5 %. Si aquesta dada és correcta, aquestes fuites es corresponen a uns 2 grams per kWh produït per una central de cicle combinat. I com que el gas natural és, fonamentalment, metà, i que el metà és un gas d’efecte hivernacle molt potent (té un efecte hivernacle 21 vegades superior al del CO2), aquestes fuites representen una emissió equivalent d’uns 40 grams de CO2 per kWh produït, que s’hauran de sumar als 300 -350 d’emissió directa.