Centrales Termoelctrica

Centrales Termoelctrica

Una central termoelctrica o central trmica es una instalacin empleada para la generacin de energa elctrica a partir de la energa liberada en forma de calor, normalmente mediante la combustin de combustibles fsiles como petrleo, gas natural o carbn. Este calor es empleado por un ciclo termodinmico convencional para mover un alternador y producir energa elctrica. Este tipo de generacin elctrica es contaminante pues libera dixido de carbono.[1]Por otro lado, tambin existen centrales termoelctricas que emplean fisin nuclear del uranio para producir electricidad. Este tipo de instalacin recibe el nombre de central nuclear.Centrales termoelctricas de ciclo convencionalSe llaman centrales clsicas o de ciclo convencional a aquellas centrales trmicas que emplean la combustin del carbn, petrleo (aceite) o gas natural para generar la energa elctrica. Son consideradas las centrales ms econmicas y rentables,[1] por lo que su utilizacin est muy extendida en el mundo econmicamente avanzado y en el mundo en vas de desarrollo,[1] a pesar de que estn siendo criticadas debido a su elevado impacto medioambiental.[1]A continuacin se muestra el diagrama de funcionamiento de una central trmica de carbn de ciclo convencional:

Diagrama de una central trmica de carbn de ciclo convencional 1. Torre de refrigeracin10. Vlvula de control de gases19. Supercalentador

2. Bomba hidrulica11.Turbina de vapor de alta presin20. Ventilador de tiro forzado

3. Lnea de transmisin (trifsica)12. Desgasificador21. Recalentador

4. Transformador (trifsico)13. Calentador22. Toma de aire de combustin

5. Generador elctrico (trifsico)14. Cinta transportadora de carbn23. Economizador

6. Turbina de vapor de baja presin15. Tolva de carbn24. Precalentador de aire

7. Bomba de condensacin16. Pulverizador de carbn25. Precipitador electrosttico

8. Condensador de superficie17. Tambor de vapor26. Ventilador de tiro inducido

9. Turbina de media presin18. Tolva de cenizas27. Chimenea de emisiones

CENTRALES TERMOELECTRICAS DE CICLO COMBINADO

En la actualidad se estn construyendo numerosas centrales termoelctricas de las denominadas de ciclo combinado, que son un tipo de central que utiliza gas natural, gasleo o incluso carbn preparado como combustible para alimentar una turbina de gas. Luego los gases de escape de la turbina de gas todava tienen una elevada temperatura, se utilizan para producir vapor que mueve una segunda turbina, esta vez de vapor. Cada una de estas turbinas est acoplada a su correspondiente alternador para generar la electricidad como en una central termoelctrica clsica.[3]Normalmente durante el proceso de partida de estas centrales, slo funciona la turbina de gas, a este modo de operacin se le llama ciclo abierto.[4] Si bien la mayora de las centrales de este tipo pueden intercambiar el combustible (entre gas y disel) incluso en funcionamiento.

Como la diferencia de temperaturas que se produce entre la combustin y los gases de escape es ms alta que en el caso de una turbina de gas o una de vapor, se consiguen rendimientos muy superiores, del orden del 55%.

As, este tipo de centrales generaron el 32% de las necesidades espaolas de energa elctrica en 2008.[

Esquema bsico de funcionamiento de una central trmica de ciclo combinado.IMPACTO AMBIENTAL

La emisin de residuos a la atmsfera y los propios procesos de combustin que se producen en las centrales trmicas tienen una incidencia importante sobre el medio ambiente. Para tratar de paliar, en la medida de lo posible, los daos que estas plantas provocan en el entorno natural, se incorporan a las instalaciones diversos elementos y sistemas.

El problema de la contaminacin es mximo en el caso de las centrales termoelctricas convencionales que utilizan como combustible carbn. Adems, la combustin del carbn tiene como consecuencia la emisin de partculas y cidos de azufre.[6] En las de fueloil los niveles de emisin de estos contaminantes son menores, aunque ha de tenerse en cuenta la emisin de xidos de azufre y hollines cidos, prcticamente nulos en las plantas de gas.

En todo caso, en mayor o menor medida todas ellas emiten a la atmsfera dixido de carbono, CO2. Segn el combustible, y suponiendo un rendimiento del 40% sobre la energa primaria consumida, una central trmica emite aproximadamente:[citarequerida]CombustibleEmisin de CO2kg/kWh

Gas natural0,44

Fuelleo0,71

Biomasa (lea, madera)0,82

Carbn1,45

Las centrales de gas natural pueden funcionar con el llamado ciclo combinado, que permite rendimientos mayores (de hasta un poco ms del 50%), lo que todava hara las centrales que funcionan con este combustible menos contaminantes.

Central trmica de Compostilla II, en Cubillos del Sil, Len (Espaa).

Ventajas e Inconvenientes

VentajasSon las centrales ms baratas de construir (teniendo en cuenta el precio por megavatio instalado), especialmente las de carbn, debido a la simplicidad (comparativamente hablando) de construccin y la energa generada de forma masiva.[citarequerida]Las centrales de ciclo combinado de gas natural son mucho ms baratas (alcanzan el 50%) que una termoelctrica convencional, aumentando la energa termica generada (y por tanto, las ganancias) con la misma cantidad de combustible, y rebajando las emisiones citadas ms arriba en un 120%, 0,35 kg de CO2, por kWh producido.[citarequerida][editar] InconvenientesEl uso de combustibles fsiles genera emisiones de gases de efecto invernadero y de lluvia cida a la atmsfera, junto a partculas volantes (en el caso del carbn) que pueden contener metales pesados.

Al ser los combustibles fsiles una fuente de energa finita, su uso est limitado a la duracin de las reservas y/o su rentabilidad econmica.

Sus emisiones trmicas y de vapor pueden alterar el microclima local.

Afectan negativamente a los ecosistemas fluviales debido a los vertidos de agua caliente en estos.

Su rendimiento (en muchos casos) es nulo (comparado con el rendimiento ideal), a pesar de haberse realizado grandes mejoras en la eficiencia (un 90-91% de la energa liberada en la combustin se convierte en electricidad, de media).

Generacin de Energa Elctrica

Alternador de fbrica textil (Museo de la Ciencia y de la Tcnica de Catalua, Tarrasa).En general, la generacin de energa elctrica consiste en transformar alguna clase de energa qumica, mecnica, trmica o luminosa, entre otras, en energa elctrica. Para la generacin industrial se recurre a instalaciones denominadas centrales elctricas, que ejecutan alguna de las transformaciones citadas. Estas constituyen el primer escaln del sistema de suministro elctrico.

Desde que Nikola Tesla descubri la corriente alterna y la forma de producirla en los alternadores, se ha llevado a cabo una inmensa actividad tecnolgica para llevar la energa elctrica a todos los lugares habitados del mundo, por lo que, junto a la construccin de grandes y variadas centrales elctricas, se han construido sofisticadas redes de transporte y sistemas de distribucin. Sin embargo, el aprovechamiento ha sido y sigue siendo muy desigual en todo el planeta. As, los pases industrializados o del Primer mundo son grandes consumidores de energa elctrica, mientras que los pases del llamado Tercer mundo apenas disfrutan de sus ventajas.

Planta nuclear en Cattenom, Francia.La demanda de energa elctrica de una ciudad, regin o pas tiene una variacin a lo largo del da. Esta variacin es funcin de muchos factores, entre los que destacan: tipos de industrias existentes en la zona y turnos que realizan en su produccin, climatologa extremas de fro o calor, tipo de electrodomsticos que se utilizan ms frecuentemente, tipo de calentador de agua que haya instalado en los hogares, la estacin del ao y la hora del da en que se considera la demanda. La generacin de energa elctrica debe seguir la curva de demanda y, a medida que aumenta la potencia demandada, se debe incrementar la potencia suministrada. Esto conlleva el tener que iniciar la generacin con unidades adicionales, ubicadas en la misma central o en centrales reservadas para estos perodos. En general los sistemas de generacin se diferencian por el periodo del ciclo en el que est planificado que sean utilizados; se consideran de base la nuclear y la elica, de valle la termoelctrica de combustibles fsiles, y de pico la hidroelctrica principalmente (los combustibles fsiles y la hidroelctrica tambin pueden usarse como base si es necesario).

Dependiendo de la fuente primaria de energa utilizada, las centrales generadoras se clasifican en termoelctricas, hidroelctricas, nucleares, elicas, solares termoelctricas, solares fotovoltaicas y mareomotrices. La mayor parte de la energa elctrica generada a nivel mundial proviene de los tres primeros tipos de centrales reseados. Todas estas centrales, excepto las fotovoltaicas, tienen en comn el elemento generador, constituido por un alternador, movido mediante una turbina que ser distinta dependiendo del tipo de energa primaria utilizada.

Por otro lado, un 64% de los directivos de las principales empresas elctricas consideran que en el horizonte de 2018 existirn tecnologas limpias,WN , asequibles y renovables de generacin local, lo que obligar a las grandes corporaciones del sector a un cambio de mentalidad.[1]Centrales Termoelctricas

Rotor de una turbina de una central termoelctrica.

Una central termoelctrica es una instalacin empleada para la generacin de energa elctrica a partir de calor. Este calor puede obtenerse tanto de combustibles fsiles (petrleo, gas natural o carbn) como de la fisin nuclear del uranio u otro combustible nuclear. Las centrales que en el futuro utilicen la fusin tambin sern centrales termoelctricas.

En su forma ms clsica, las centrales termoelctricas 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 presin y temperatura, se expande a continuacin en una turbina de vapor, cuyo movimiento impulsa un alternador que genera la electricidad. Luego el vapor es enfriado en un Condensador donde circula por tubos agua fra de un caudal abierto de un ro o por torre de refrigeracin.En las centrales termoelctricas denominadas de ciclo combinado se usan los gases de la combustin del gas natural para mover una turbina de gas. En una cmara de combustin se quema el gas natural y se inyecta aire para acelerar la velocidad de los gases y mover la turbina de gas. Como, tras pasar por la turbina, esos gases todava se encuentran a alta temperatura (500C), se reutilizan para generar vapor que mueve una turbina de vapor. Cada una de estas turbinas impulsa un alternador, como en una central termoelctrica comn. El vapor luego es enfriado por medio de un caudal de agua abierto o torre de refrigeracin como en una central trmica comn. Adems, se puede obtener la cogeneracin en este tipo de plantas, al alternar entre la generacin por medio de gas natural o carbn. Este tipo de plantas est en capacidad de producir energa ms all de la limitacin de uno de los dos insumos y pueden dar un paso a la utilizacin de fuentes de energa por insumos diferentes.

Las centrales trmicas que usan combustibles fsiles liberan a la atmsfera dixido de carbono (CO), considerado el principal gas responsable del calentamiento global. Tambin, dependiendo del combustible utilizado, pueden emitir otros contaminantes como xidos de azufre, xidos de nitrgeno, partculas slidas (polvo) y cantidades variables de residuos slidos. Las centrales nucleares pueden contaminar en situaciones accidentales (vase accidente de Chernbil) y tambin generan residuos radiactivos de diversa ndole.

The 11MW PS10 central termosolar funcionando en Sevilla, Espaa.

Una central trmica solar o central termosolar es una instalacin industrial en la que, a partir del calentamiento de un fluido mediante radiacin solar y su uso en un ciclo termodinmico convencional, se produce la potencia necesaria para mover un alternador para generacin de energa elctrica como en una central trmica clsica. En ellas es necesario concentrar la radiacin solar para que se puedan alcanzar temperaturas elevadas, de 300C hasta 1000C, y obtener as un rendimiento aceptable en el ciclo termodinmico, que no se podra obtener con temperaturas ms bajas. La captacin y concentracin de los rayos solares se hacen por medio de espejos con orientacin automtica que apuntan a una torre central donde se calienta el fluido, o con mecanismos ms pequeos de geometra parablica. El conjunto de la superficie reflectante y su dispositivo de orientacin se denomina heliostato. Su principal problema medioambiental es la necesidad de grandes extensiones de territorio que dejan de ser tiles para otros usos (agrcolas, forestales, etc.).

Centrales Hidroelctricas

Rotor de una turbina de una central hidroelctrica.Una central hidroelctrica es aquella que se utiliza para la generacin de energa elctrica mediante el aprovechamiento de la energa potencial del agua embalsada en una presa situada a ms alto nivel que la central. El agua se lleva por una tubera de descarga a la sala de mquinas de la central, donde mediante enormes turbinas hidrulicas se produce la electricidad en alternadores. Las dos caractersticas principales de una central hidroelctrica, desde el punto de vista de su capacidad de generacin de electricidad son:

La potencia, que es funcin del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal mximo turbinable, adems de las caractersticas de la turbina y del generador.

La energa garantizada en un lapso determinado, generalmente un ao, que est en funcin del volumen til del embalse, de la pluviometra anual y de la potencia instalada. La potencia de una central hidroelctrica puede variar desde unos pocos MW, hasta varios GW. Hasta 10 MW se consideran minicentrales. En China se encuentra la mayor central hidroelctrica del mundo (la Presa de las Tres Gargantas), con una potencia instalada de 22.500 MW. La segunda es la Represa de Itaip (que pertenece a Brasil y Paraguay), con una potencia instalada de 14.000 MW en 20 turbinas de 700 MW cada una.

Esta forma de energa posee problemas medioambientales al necesitar la construccin de grandes embalses en los que acumular el agua, que es sustrada de otros usos, incluso urbanos en algunas ocasiones.

Actualmente se encuentra en desarrollo la explotacin comercial de la conversin en electricidad del potencial energtico que tiene el oleaje del mar, en las llamadas centrales mareomotrices. Estas utilizan el flujo y reflujo de las mareas. En general pueden ser tiles en zonas costeras donde la amplitud de la marea sea amplia, y las condiciones morfolgicas de la costa permitan la construccin de una presa que corte la entrada y salida de la marea en una baha. Se genera energa tanto en el momento del llenado como en el momento del vaciado de la baha.

Centrales Elicas

Capacidad elica mundial total instalada y previsiones 1997-2010. Fuente: WWEA e.V.Energa elica es la que se obtiene del viento, es decir, de la energa cintica generada por efecto de las corrientes de aire o de las vibraciones que el 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 una energa. En la actualidad se usan aerogeneradores para generar electricidad, especialmente en reas expuestas a vientos frecuentes, como zonas costeras, alturas montaosas o islas. La energa del viento est relacionada con el movimiento de las masas de aire que se desplazan de reas de alta presin atmosfrica hacia reas adyacentes de baja presin, con velocidades proporcionales al gradiente de presin.[2]El impacto medioambiental de este sistema de obtencin de energa es relativamente bajo, pudindose nombrar el impacto esttico, porque deforman el paisaje, la muerte de aves por choque con las aspas de los molinos o la necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos. Adems, este tipo de energa, al igual que la solar o la hidroelctrica, estn fuertemente condicionadas por las condiciones climatolgicas, siendo aleatoria la disponibilidad de las mismas.

Centrales fotovoltaicas

Panel solar.

Artculo principal: Energa solar fotovoltaicaSe denomina energa solar fotovoltaica a la obtencin de energa elctrica a travs de paneles fotovoltaicos. Los paneles, mdulos o colectores fotovoltaicos estn formados por dispositivos semiconductores tipo diodo que, al recibir radiacin solar, se excitan y provocan saltos electrnicos, generando una pequea diferencia de potencial en sus extremos. El acoplamiento en serie de varios de estos fotodiodos permite la obtencin de voltajes mayores en configuraciones muy sencillas y aptas para alimentar pequeos dispositivos electrnicos. A mayor escala, la corriente elctrica continua que proporcionan los paneles fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna e inyectar en la red elctrica. Alemania es en la actualidad el segundo productor mundial de energa solar fotovoltaica tras Japn, con cerca de 5 millones de metros cuadrados de colectores de sol, aunque slo representa el 0,03% de su produccin energtica total. La venta de paneles fotovoltaicos ha crecido en el mundo al ritmo anual del 20% en la dcada de los noventa. En la Unin Europea el crecimiento medio anual es del 30%, y Alemania tiene el 80% de la potencia instalada de la unin.[3]Los principales problemas de este tipo de energa son su elevado coste en comparacin con los otros mtodos, la necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos, la competencia del principal material con el que se construyen con otros usos (el slice es el principal componente de los circuitos integrados), o su dependencia con las condiciones climatolgicas. Este ltimo problema hace que sean necesarios sistemas de almacenamiento de energa para que la potencia generada en un momento determinado, pueda usarse cuando se solicite su consumo. Se estn estudiando sistemas como el almacenamiento cintico, bombeo de agua a presas elevadas, almacenamiento qumico, entre otros.