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Producción y Generación de Energía Eléctrica

José Gómez QuiñonesJosé Gómez Quiñones

Producción de Energía Eléctricag


Generación de Energía Eléctrica

• Termoeléctricas– Vapor– Turbinas de Gas– Carboeléctricas

Má i d C b tió I t– Máquinas de Combustión Interna– Ciclos combinados– Geotérmica

Núcleo Eléctrica– Núcleo-Eléctrica• Hidroeléctricas• Generación Distribuída

F t Alt– Fuentes Alternas– Eoloeléctricas– Biomasa

Fotovoltaica


– Fotovoltaica

Central Termoeléctrica

• Una central termoeléctrica puede serUna central termoeléctrica puede ser definida como un conjunto de obras y equipamientos cuya finalidad es laequipamientos cuya finalidad es la generación de energía eléctrica a través de un proceso que consiste en tresde un proceso que consiste en tres etapas.


Etapas de Generación

• En las centrales térmicas convencionales,En las centrales térmicas convencionales, la primera etapa consiste en la quema de un combustible fósil, como carbón, óleo o gas, transformado el agua en vapor con el calor generado en la caldera.

• La segunda etapa consiste en la utilización de este vapor, a alta presión,

i l t bi ipara girar la turbina que, a su vez, acciona el generador eléctrico.



• En la tercera etapa el vapor esEn la tercera etapa, el vapor es condensado, transferido el residuo de su energía térmica a un circuitoenergía térmica a un circuito independiente de refrigeración, retornando el agua a la caldera completando el cicloel agua a la caldera, completando el ciclo.


¿Cómo funciona?¿

• La potencia mecánica obtenida por el pasaje del vapor a p p p j ptravés de la turbina - haciendo con que ésta gire - y en el generador - que también gira acoplado mecánicamente a la turbina - es que transforma la potencia mecánica en q ppotencia eléctrica.

• La energía así generada es llevada a través de cables oLa energía así generada es llevada a través de cables o barras conductoras, desde los terminales del generador hasta el transformador elevador, donde es elevada su tensión para una adecuada conducción a través detensión para una adecuada conducción, a través de líneas de transmisión, hasta los centros de consumo.


¿Cómo funciona?¿

• Desde ahí a través de transformadoresDesde ahí, a través de transformadores reductores, la energía tiene su tensión elevada a niveles adecuados para laelevada a niveles adecuados para la utilización de los consumidores.


Termoeléctrica1. Cinta transportadora 2. Tolva 3. Molino3. Molino 4. Caldera 5. Cenizas 6. Sobrecalentador 7. Recalentador7. Recalentador 8. Economizador 9. Calentador de aire 10. Precipitador 11. Chimenea 12. Turbina de alta presión 13. Turbina de media presión 14. Turbina de baja presión 15. Condensador 16. Calentadores 17. Torre de refrigeración 18. Transformadores 19. Generador


20. Línea de transporte de energía eléctrica

Vapor

• Turbina a vaporp

Una central termoeléctrica de tipo vapor es una instalación industrial en la que la energíainstalación industrial en la que la energía química del combustible se transforma en energía calorífica para producir vapor, este se conduce a la turbina donde su energía cinéticaconduce a la turbina donde su energía cinética se convierte en energía mecánica, la que se transmite al generador, para producir energía eléctricaeléctrica.


Vapor


Vapor

• Utilizan el poder calorífico de• Utilizan el poder calorífico de combustibles derivados del petróleo ( b tól di l t l)(combustóleo, diesel y gas natural), para calentar agua y producir vapor con temperaturas del orden de los 520°C y presiones entre 120 y 170 y p ykg/cm², para impulsar las turbinas que giran a 3600 r p m


que giran a 3600 r.p.m.

Turbinas de Gas (TurboGas)( )

• Emplean como combustible gas natural o diesel. • Desde el punto de vista de la operación, el breve tiempo

de arranque y la versatilidad para seguir las variacionesde arranque y la versatilidad para seguir las variaciones de la demanda, hacen a las turbinas de gas ventajosas para satisfacer cargas de horas pico y proporcionar capacidad de respaldo al sistema eléctrico.


Turbinas de Gas

• Turbina a gas:g

La generación de energía eléctrica en las unidades turbogas se logra aprovechando g g pdirectamente, en los álabes de la turbina, la energía cinética que resulta de la expansión de aire y gases de combustión comprimidos Laaire y gases de combustión, comprimidos. La turbina está acoplada al rotor del generador dando lugar a la producción de energía eléctrica Los gases de la combustión despuéseléctrica. Los gases de la combustión, después de trabajar en la turbina, se descargan directamente a la atmósfera.


Carboeléctricas

• Las centrales carboeléctricasLas centrales carboeléctricas prácticamente no difieren en cuanto a su concepción básica de las termoeléctricasconcepción básica de las termoeléctricas de tipo vapor; el único cambio importante es el uso del carbón como combustible yes el uso del carbón como combustible y que las cenizas de los residuos de la combustión requieren de variascombustión, requieren de varias maniobras y espacios muy grandes para su manejo y confinamiento


su manejo y confinamiento.

Carboeléctricas


Máquinas de Combustión Interna

• Las centrales de tipo combustión interna pcuentan con motores de combustión interna donde se aprovecha la expansión de los gases de combustión para obtener la energíade combustión para obtener la energía mecánica, que es transformada en energía eléctrica en el generador.g

• Las centrales de combustión interna, utilizan generalmente diesel como combustible pero hay

d d l l dcasos donde se emplean una mezcla de combustóleo y diesel.


Combustión Interna


Ciclo Combinado

• Las centrales de ciclo combinado estánLas centrales de ciclo combinado están integradas por dos tipos diferentes de unidades generadoras: turbogas y vapor. Una vez terminado el ciclo de generación de la energía eléctrica en las unidades turbogas, los gases d h d lt t tdesechados con una alta temperatura, se utilizan para calentar agua llevándola a la fase de vapor que se aprovecha para generarde vapor, que se aprovecha para generar energía eléctrica adicional.


Ciclo Combinado

• Las centrales de ciclo combinado están integradas por g pdos tipos diferentes de unidades generadoras: turbogas y vapor. Una vez terminado el ciclo de generación de la energía eléctrica en las unidades turbogas, los gases g g gdesechados con una alta temperatura, se utilizan para calentar agua llevándola a la fase de vapor, que se aprovecha para generar energía eléctrica adicionalp p g g

• La combinación de estos dos tipos de generación, permiten el máximo aprovechamiento de los combustibles utilizados dando la mejor eficienciacombustibles utilizados, dando la mejor eficiencia térmica de todos los tipos de generación termoeléctrica..


Ciclo Combinado


Geotérmica¿Qué es Geotermia?

• Ciencia relacionada con el calor interior deCiencia relacionada con el calor interior de la Tierra

• Fuente de energía: Agua calienteFuente de energía: Agua caliente• Alternativa a vapor obtenido por fisión

nuclear, quemado por materia fósil u otrosnuclear, quemado por materia fósil u otros• Yacimientos naturales:

– Fuente de calorFuente de calor– Acuífero– Capa sello


Capa sello

GeotérmicaYacimiento


Tipos de Yacimiento

• Dependientes de la temperatura con la que el p p qagua sale– Altas temperaturas ( 150 - 400 ° C)– Temperaturas medianas (80 - 150 °C)– Bajas temperaturas (20 - 80 °C)

• Perforación de sistemas geotérmicos (hasta• Perforación de sistemas geotérmicos (hasta 3000 m bajo el nivel del mar)

• A partir de géiseres y grietasA partir de géiseres y grietas• Movimiento de convección de magma y

circulación de aguas profundas


Planta Geotérmica


Ventajas de Generación Geotérmica

• El flujo de producción de energía a lo largo del tiempo es j p g g pconstante

• Se conservan los combustibles no renovables. • El área de terreno por kilowatt es eficiente y menor que• El área de terreno por kilowatt es eficiente y menor que

otro tipo de plantas• No intervienen en la geografía• Puede funcionar 24 horas al día, los 365 días del año• Diseño para interrupciones de generación, por causas

de desastres naturalesde desastres naturales• Diseño para aumentar el flujo de producción, si es

necesario.


Utilización de energía Geotérmica por países

Valores em MW de potência eléctrica

País 1990 1995 2000 Argentina 0.67 0.67 n/aAustrália 0 0.17 n/aChina 19.2 28.78 81Costa Rica 0 55 170El Salvador 95 105 165El Salvador 95 105 165França 4.2 4.2 n/aGrécia 0 0 n/aIndonésia 144.75 309.75 1080Itália 545 631.7 856Japão 214.6 413.7 600Quénia 45 45 n/aMéxico 700 753 960Nova Zelândia 283.2 286 440Nicarágua 35 35 n/agFilipinas 891 1227 1978Portugal (Açores) 3 5 n/aRússia 11 11 110Tailândia 0.3 0.3 n/aTurquia 20 6 20 6 125


Turquia 20.6 20.6 125EUA 2774.6 2816.7 3395Total 5787.12 6748.58 9960

En México

• Primer planta en México Pathé HidalgoPrimer planta en México, Pathé, Hidalgo, fue la primera en su clase en todo el continente americanocontinente americano

• La planta geotérmica actual se llama Cerro Prieto en Mexicali B C SCerro Prieto, en Mexicali, B.C.S.


Núcleo-Eléctrica

• La fuente de energía más moderna.La fuente de energía más moderna.• Polémica debido a sus grandes

desventajas.desventajas.• Existen dos tipos de energía nuclear:

Fusión y Fisión.Fusión y Fisión.• Fusión Poco viable. Fisión Usada. • Tuvo mucho impulso debido a la escasez• Tuvo mucho impulso debido a la escasez

de petróleo que hubo en la década de los 70’s.


70 s.

Núcleo-EléctricaProceso de Generación

1. Las barras de Uranio enriquecido al 4% con Uranio-235 seintroducen en el reactor y comienza un proceso de fisión Losintroducen en el reactor, y comienza un proceso de fisión. Losneutrones son controlados para que no explote el reactor medianteunas barras de control (generalmente, de Carburo de Boro), que alintroducirse, absorben neutrones, y se disminuye el número defisiones con lo cual dependiendo de cuántas barras de control sefisiones, con lo cual, dependiendo de cuántas barras de control seintroduzcan, se generará más o menos energía

2. En el proceso, se desprende energía en forma de calor.3. Este calor, calienta unas tuberías de agua, y ésta se convierte en, g , y

vapor.4. El vapor pasa por unas turbinas, haciéndolas girar.5. Estas a su vez, giran un generador eléctrico de una determinada

potencia generando así electricidadpotencia, generando así electricidad.


Núcleo-Eléctrica


Ventajasj

• La energía nuclear, genera un tercio de la energíalé t i d l U ió E it deléctrica que se produce en la Unión Europea, evitando

así, la emisión de 700 millones de toneladas de CO2 poraño a la atmósfera.T bié it t i i d l t• También se evitan otras emisiones de elementoscontaminantes que se generan en el uso decombustibles fósiles (NO, So, cenizas, etc...).Por su bajo poder contaminante las centrales nucleares• Por su bajo poder contaminante, las centrales nucleares,frenan la lluvia ácida y la acumulación de residuostóxicos en el medio ambiente.

• Además se reducen el consumo de las reservas de• Además, se reducen el consumo de las reservas decombustibles fósiles, generando con muy pocacantidad de combustible (Uranio) muchísima mayorenergía, evitando así gastos en transportes, residuos,


energía, evitando así gastos en transportes, residuos,

Desventajasj

• Presenta varios peligros, que por ahora noPresenta varios peligros, que por ahora no tienen una rápida solución.

• Costosos sistemas de seguridad.Costosos sistemas de seguridad.• Podrían llegar a tener una gran

repercusión en el medio ambiente y en losrepercusión en el medio ambiente y en los seres vivos si son liberados a la atmósfera.

• Radiación.• Explosiones nucleares (Bomba Atómica).


Explosiones nucleares (Bomba Atómica).

Desventajas (Residuos)j ( )

Alta actividad:

Proceden de los elementos de combustiblegastados, que se extraen del reactor, y se almacenantemporalmente en una piscina de agua, situada dentrotemporalmente en una piscina de agua, situada dentrode la central nuclear, y construida de hormigón, conparedes de acero inoxidable, de tal forma que no seescape la radiación. Una vez que la piscina se llena (que

d t d dé d ) l id d lpuede tardar décadas), los residuos se sacan de lapiscina, y se almacenan bajo tierra, profundamente, enminas excavadas, con formaciones salinas paramantenerlo aislado de la humedad y metidos enmantenerlo aislado de la humedad, y metidos enbidones blindados con material anticorrosivo. Este es ellugar definitivo, donde se guardarán durante cientos oincluso miles de años.


Desventajas (Residuos)j ( )

Media actividad:S d di l id lib d lSon generados por radionucleidos liberados en elproceso de fisión en cantidades muy pequeñas, muyinferiores a las consideradas peligrosas para laseguridad y protección de las personas Los residuosseguridad y protección de las personas. Los residuosson solidificados dentro de bidones de acero, utilizandocemento, alquitrán o resinas.

Baja actividad:Generalmente, son las ropas y herramientas que seutilizan en el mantenimiento de la central nuclear. Se

l h i ó d fprensan, y se mezclan con hormigón, de forma queformen un bloque sólido, son introducidos en bidones deacero.


Futuro

• Los científicos imaginan un mundo para elLos científicos imaginan un mundo para el año 2030 que utilice entre tres y cuatro veces la cantidad de energía que g qconsumimos en la actualidad. Si la mayoría de esa energía tuviera que bt d l bó l d t d íobtenerse del carbón, el mundo tendría

que extraer 25 mil millones de toneladas de carbón por año Por lo que los riesgosde carbón por año. Por lo que los riesgos de la energía nuclear se verían minimizados en contraste


minimizados en contraste.

Hidroeléctrica

• Una planta hidroeléctrica utiliza la energíaUna planta hidroeléctrica utiliza la energía potencial del agua almacenada en un lago a una elevación mayor el agua fluyelago, a una elevación mayor, el agua fluye por una tubería que llega a la turbina haciéndola girar la cual activa a unhaciéndola girar, la cual activa a un reactor que genera energía eléctrica, es decir hay una transformación de energíadecir hay una transformación de energía mecánica a energía eléctrica.


Hidroeléctrica


Ventajas-Desventajasj j

• Una fuente de energía limpia que nos ofrece la t lnaturaleza

• Una fuente autóctona. Solo lo que hace falta es construir las infraestructuras necesarias.

• Depende de las condiciones climatológicas.• Impactos en el MedioImpactos en el Medio• Producen pérdidas de suelo productivo, en la cobertura

vegetal y fauna terrestre por inundación del terreno destinado al embalse. También provocan disminución en pel caudal de ríos y arroyos, así como alteración en la calidad de las aguas y repercusiones en la fauna acuática.


Energía Solarg

• Resultado de reacciones nucleares que llegan aResultado de reacciones nucleares que llegan a la Tierra a través del espacio en cuantos de energía llamados fotones, que interactúan con la atmósfera y la superficie terrestres.

• La intensidad de energía solar disponible en un punto determinado de la Tierra depende, de forma complicada pero predecible, del día del año de la hora y de la latitudaño, de la hora y de la latitud.


Recolección de Energía Solarg

• Requiere dispositivos artificiales llamados colectores solaresllamados colectores solares, diseñados para recoger energía, a veces después de concentrar los rayos del Sol. L í id• La energía, una vez recogida, se emplea en procesos térmicos o fotoeléctricos, o fotovoltaicos.

• En los procesos fotovoltaicos, la p ,energía solar se convierte en energía eléctrica sin ningún dispositivo mecánico intermedio (placa plana y de concentración).)


Celdas fotovoltaicas


Celdas fotovoltaicas

Un dispositivo multijuntura es un conjunto de celdas individuales de una sola junturaceldas individuales de una sola juntura, colocadas en orden descendente de acuerdo a su espacio de banda. La celda más alta captura los fotones de alta energía y deja pasar el resto de los fotones hacia abajo para ser absorbidos por las celdas con espacios de bandas más bajos.


Ventajasj

• Es gratisL i t l té i i b t i i t d b tibl• Los sistemas solares térmicos no requieren abastecimiento de combustible, son totalmente silenciosos, y apenas requieren mantenimiento.

• Una vez que se ha amortizado la inversión inicial, toda la energía que produce el sistema solar térmico es un ahorro neto. L l té i t tit ió lt fá il d• Los paneles térmicos, por su aspecto y constitución, resultan fáciles de integrar y adaptar en las edificaciones. Los sistemas solares térmicos son la solución ideal para aquellos casos en los que se intenta respetar al máximo el entorno natural.

• Utilizan una fuente de energía renovable (la radiación solar) lo que quiere• Utilizan una fuente de energía renovable (la radiación solar), lo que quiere decir que a la escala temporal humana es inagotable, al contrario de lo que sucede con las fuentes de energía convencionales que dependen de un recurso que es limitado (petróleo, carbón, gas natural, etc.).

• Producen calor sin necesidad de ningún tipo de reacción o combustiónProducen calor sin necesidad de ningún tipo de reacción o combustión, evitando la emisión a la atmósfera de CO2 u otros contaminantes responsables entre otros fenómenos, del calentamiento de la atmósfera (efecto invernadero). Por cada m2 de superficie colectora instalada se deja de emitir a la atmósfera 500 Kg. de CO2 al año.


Desventajasj

• Pérdidas en el almacenamiento de laPérdidas en el almacenamiento de la energía, calidad y eficiencia de materiales con que se aprovecha la radiación solarcon que se aprovecha la radiación solar.

• Para el aprovechamiento de la radiación solar se tienen los altos costos desolar se tienen los altos costos de instalación


Desventajasj

• Está sometida a continuas fluctuaciones yEstá sometida a continuas fluctuaciones y a variaciones más o menos bruscas. Así, por ejemplo la radiación solar es menorpor ejemplo, la radiación solar es menor en invierno, precisamente cuando más se necesitanecesita.


Transporte de Energía Eléctricag

• Transmisión (Alto Voltaje > 230 KV)• Transmisión (Alto Voltaje, > 230 KV)

• Subtransmisión (Mediano Voltaje, >69 KV < 230 KV)

• Distribución (Bajos Voltajes < 69KV hasta• Distribución (Bajos Voltajes, < 69KV hasta 220 V)


Red Troncal del Sistema Eléctrico NacionalTJI

CRO

ROA

RUM

APD

OZA CTYTEKSTB RZC

RIN NZI

2003MCZ

SYC

VJZREA

CUN

NGC

AMI

LCF

CNN

HLT

SCN

NRI

STA

CDY

LCD

ICA

HLC

PAP

CPUPJZ

CIP CPTCPD

MXI

APD RZC

HGO

CHQMEP

WIS

SVE

SAF

SQN

KONTRI

PLD

SSA HRCPRD

TUL

APA

QRP

NEC750 MW

SAU

TIZNCCCEL

ESCFRO

CBDREC

LAM

NICSGD

CGD

CHD

HCL

FVLAVL

CUNAUA

PNE

ADC

NUR

NAV

AER RIBREY

CPROJCNULMON

GMDTPO

LMD

PNOCOC

COTPGD

HLI

HTS

SQN

SMN

LRO

PES

PBDNOP

ZOC

AYO

DOG

ATE

TUVVAE

750 MWZONA METROPOLIT ANA

DE LA CIUDAD DE MEXICO(AREA DE COBERT URA

DE LyFC)

VIC

TEX

BRN CRU

ALTAPTAGM

MZD

TRSHUIPZA

GUELAJ

VDGAPC

SAL

HBL

DGS

GPL

LEDPEL

AND

DGDCED

RIB

MTYMTM

INVLVITEC

CCL

FAM

CAL

VDR

CHR

SLDAGS SLPZCD

VGR

CUT

GMD

VIO

LPZGAO

DOM INS

SJC

PUP

ETR

TDS

SNT

BLEDETALLE DE LA ZONA METROPOLITANA

MZL

TCL

ZAP

DOG

ATE

TOPESTTOL

ALT

LAV

PRD

PBD

TUV

TM O

APT

ATN

TED

ATQ

SLM

TSN

AGM

QRP

DOGMTA CRP

CEL

ANP

CMD

CGM

OCNMRP

CYA

UPT

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SPA

IRA

LNU

VTPDAÑ

ABA

GDO

GDUAPR

GUNGUD

LNT

CNI HRC

ZPP

MZT ELC

PRI

MIATPC

ZM N

MAN

ZAPZOCJAL

KNP VADNIZ

TICLRA

CNC

PCN

TZMKOPCEK

KBL

PYU

TIU

SAM

KAL

NCM

SUR

CMO

MDA

MAX

IZLVDDPTE

NTE

PJUBNP

HAA

PKPHBK

CAD CAB

Líneas de 400 kV14,997 KM

CENTRAL GENERADORASUBESTACIÓNLÍNEA DE 400 KV

SIMBOLOGÍATCL

MPSJUI

CTSMID

TM DTM T

OJPLRP

MM T

MAMMND

LCP

TAP

SIC

ATECOL

CMD

INFVIL PEO

CPT

CBNAPZ

CRL

QMD

MZL

LAT

JUD

OXP

VRD

JDN

DBC

ATD

TOM

CDD

KLVPEA

ESACNR

CTE

XULINSCRE

SBY


LÍNEA DE 230 KV

LÍNEA DE 115 KVLÍNEA DE 138 KV

ANGJUD

Líneas de 230 kV24,526 KM

Tipo de Usuarios de Energía Eléctrica


Ventas de Energía Eléctrica por usuarios


Tarifas

GeneralesGenerales

• Baja tensión 2, 3

• Mediana Tensiòn OM, HM

Alt T ió HS HL HS L HT L• Alta Tensión HS, HL, HS-L, HT-L

• Servicio de Respaldo HM-R, HM-RF ...

• Servicio Interrumpible I-15, I-30


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