Generación de Energía Eléctrica
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Generación de energía eléctrica. Se produce en alternadores o generadores, en términos generales, consiste en transformar alguna clase de energía, ya sea esta química, mecánica, térmica o luminosa, entre otras, en energía eléctrica.
Sumario
Antecedentes
De todos los tipos de energía, la que mayor uso ha recibido es la energía eléctrica. Esta popularidad está dada por su difusión tanto en la economía de las naciones como en el uso domestico.
La energía eléctrica tiene las cualidades de fácil generación y distribución hasta los consumidores. También por su fácil transformación a otras formas de energía, tales como la térmica, luminosa, mecánica entre otras. El rápido desarrollo del aprovechamiento de la energía eléctrica estimuló a la construcción de grandes plantas generadoras capaces de convertir la energía mecánica, obtenida mediante otras fuentes de energía primaria en energía eléctrica, constituyendo el primer escalón del Sistema de suministro eléctrico.
Las centrales generadoras se pueden clasificar en Termoeléctricas (de Combustibles fósiles, Biomasa, Nucleares o solares), Hidroeléctricas, Eólicas, solares Fotovoltaicas o Mareomotrices. La mayor parte de la energía eléctrica generada a nivel mundial proviene de los tres primeros tipos de centrales reseñados: Termoeléctricas, Hidroeléctricas y Eólicas.
Todas estas centrales, excepto las Fotovoltaicas, tienen en común el elemento generador, constituido por un alternador, movido mediante una turbina que será distinta dependiendo del tipo de energía primaria utilizada. La demanda de energía eléctrica de una ciudad, región o país tiene una variación a lo largo del día. La generación de energía eléctrica debe seguir la curva de demanda y a medida que aumenta la potencia demandada, se debe incrementar el suministro.
Centrales termoeléctricas
Una central termoeléctrica o central térmica es una instalación empleada para la generación de energía eléctrica a partir de calor. Este calor puede obtenerse tanto de combustibles fósiles (petróleo, gas natural o carbón) como de la fisión nuclear del Uranio u otro combustible nuclear.
Las centrales que en el futuro utilicen la fusión también serán centrales termoeléctricas. En su forma más clásica, las centrales termoeléctricas consisten en una caldera en la que se quema el combustible para generar calor que se transfiere a unos tubos por donde circula agua, la cual se evapora. El vapor obtenido, a alta presión y temperatura, se expande a continuación en una turbina de vapor, cuyo movimiento impulsa un alternador que genera la electricidad.
En las centrales termoeléctricas denominadas de ciclo combinado se usan los gases de la combustión del gas natural para mover una turbina de gas. Como, tras pasar por la turbina, esos gases todavía se encuentran a alta temperatura, se reutilizan para generar vapor que mueve una turbina de vapor. Cada una de estas turbinas impulsa un alternador, como en una central termoeléctrica común.
Planta nuclear
Las centrales térmicas que usan combustibles fósiles liberan a la atmósfera Dióxido de carbono (CO2), considerado el principal gas responsable del calentamiento global. También, dependiendo del combustible utilizado, pueden emitir otros contaminantes como Óxidos de azufre (II, IV y VI), Óxidos de nitrógeno, partículas sólidas (polvo) y cantidades variables de residuos sólidos.
Las centrales nucleares pueden contaminar en situaciones accidentales y también generan residuos radiactivos de diversa índole. Una central nuclear es, por tanto, una central térmica en la que actúa como caldera un reactor nuclear. La energía térmica se origina por las reacciones de fisión en el combustible nuclear formado por un compuesto de uranio.
El combustible nuclear se encuentra en el interior de una vasija herméticamente cerrada. El calor generado en el combustible del reactor y transmitido después a un refrigerante se emplea para producir vapor de agua, que va hacia la turbina, transformándose su energía en energía eléctrica en el alternador.
La fisión nuclear es un proceso por el cual los núcleos de ciertos elementos químicos pesados se fisionan (se rompen) en dos fragmentos por el impacto de una partícula (neutrón), liberando una gran cantidad de energía con la que se obtiene, en la central nuclear, vapor de agua. Una central térmica solar o Central termo–solar es una instalación industrial en la que, a partir del calentamiento de un fluido mediante radiación solar y su uso en un ciclo termodinámico convencional, se produce la potencia necesaria para mover un alternador para generación de energía eléctrica como en una central térmica clásica.
En ellas es necesario concentrar la radiación solar para que se puedan alcanzar temperaturas elevadas, de 300 oC hasta 1000 oC, y obtener así un rendimiento aceptable en el ciclo termodinámico, que no se podría obtener con temperaturas más bajas. La captación y concentración de los rayos solares se hacen por medio de espejos con orientación automática que apuntan a una torre central donde se calienta el fluido, o con mecanismos más pequeños de geometría parabólica. El conjunto de la superficie reflectante y su dispositivo de orientación se denomina helióstato.
Centrales hidroeléctricas
Una central hidroeléctrica es aquella en la que la energía potencial del agua almacenada en un embalse se transforma en la energía cinética necesaria para mover el rotor de un generador, y posteriormente transformarse en energía eléctrica. Por ese motivo, se llaman también centrales hidráulicas. Las centrales hidroeléctricas se construyen en los cauces de los ríos, creando un embalse para retener el agua. Para ello se construye un muro grueso de piedra, hormigón u otros materiales, apoyado generalmente en alguna montaña. El agua fluye por una tubería de descarga a la sala de máquinas de la central, donde mediante turbinas hidráulicas se produce la electricidad en alternadores. Las dos características principales de una central hidroeléctrica, desde el punto de vista de su capacidad de generación de electricidad, son:
- La potencia, que es función del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal máximo que puede mover las turbinas, además de las características de las turbinas y de los generadores.
- La energía garantizada en un lapso determinado, generalmente un año, que es función del volumen útil del embalse, de la pluviometría anual y de la potencia instalada.
En China se encuentra la mayor central hidroeléctrica del mundo (la Presa de las "Tres Gargantas"), con una potencia instalada de 22.500 MW. La segunda es la Represa de "Itaipú" (que pertenece a Brasil y Paraguay ), con una potencia instalada de 14.000 MW repartida en 20 turbinas de 700 MW cada una.
Las Centrales mareomotrices utilizan el flujo y reflujo de las mareas. En general, pueden ser útiles en zonas costeras donde la amplitud de la marea sea amplia y las condiciones morfológicas de la costa permitan la construcción de una presa que corte la entrada y salida de la marea en una bahía. Se genera energía tanto en el momento del llenado como en el momento del vaciado de la bahía. Actualmente se encuentra en desarrollo la explotación comercial de la conversión en electricidad del potencial energético que tiene el oleaje del mar, en las llamadas centrales undimotrices.
Centrales eólicas
La energía eólica se obtiene del viento, es decir, de la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire o de las vibraciones que dicho viento produce. Los molinos de viento se han usado desde hace muchos siglos para moler el grano, bombear agua u otras tareas que requieren energía. En la actualidad se usan aerogeneradores para generar electricidad, especialmente en áreas expuestas a vientos frecuentes, como zonas costeras, alturas montañosas o islas. La energía del viento está relacionada con el movimiento de las masas de aire que se desplazan de áreas de alta presión atmosférica hacia áreas adyacentes de baja presión, con velocidades proporcionales al gradiente de presión.
El impacto medioambiental de este sistema de obtención de energía se centra en la muerte de aves por choque con las aspas de los aerogeneradores o la necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos. También hay un impacto estético, pues alteran el paisaje. Además, este tipo de energía, al igual que la solar o la hidroeléctrica, están fuertemente condicionadas por las condiciones climatológicas, lo que aleatoriza la cantidad de energía generada.
Centrales Solares
Una central solar es aquella instalación en la que se aprovecha la radiación solar para producir energía eléctrica.
Fotovoltaica
Se obtiene energía eléctrica a través de Paneles fotovoltaicos formados por dispositivos semiconductores tipo Diodo que al recibir la radiación solar se excitan y provocan saltos electrónicos, generando una pequeña diferencia de potencial entre sus extremos. Este tipo de centrales se instalan en lugares donde el transporte de la energía eléctrica se debería de realizar desde largas distancias, y hasta ahora su empleo es básicamente para iluminación, y algunas aplicaciones domésticas.
Fototérmica
En las centrales solares que emplean el proceso fototérmico, el calor de la radiación solar calienta un fluido y produce vapor que se dirige hacia la turbina produciendo luego energía eléctrica. El proceso de captación y concentración de la radiación solar se efectúa en unos dispositivos llamados Helióstatos, que actúan automáticamente para seguir la variación de la orientación del sol respecto a la tierra.
Enlaces externos
Fuente
- Redes y Sistemas Eléctricos, Ing Carlos Haug Ramírez, Facultad de Energética ISPJAE.
