Centrales Eléctricas
Una central eléctrica es una instalación capaz de convertir la energía mecánica en energía eléctrica.
Las principales fuentes de energía son el agua, el gas, el uranio, el viento y la energía solar. Estas fuentes de energía primaria nos permiten mover los álabes de una turbina, que a su vez está conectada en un generador eléctrico.
Hay que tener en cuenta que hay instalaciones de generación donde no se realiza la transformación de energía mecánica en electricidad como, por ejemplo:
· Los parques fotovoltaicos, donde la electricidad se obtiene de la transformación directa de la radiación solar.
· Las pilas de combustible o baterías, donde la electricidad se obtiene directamente a partir de la energía química.
Una buena forma de clasificar las centrales eléctricas es haciéndolo en función de la fuente de energía primaria que utilizan para producir la energía mecánica necesaria para generar electricidad:
Centrales hidroeléctricas: el agua de una corriente natural o artificial, por el efecto de un desnivel, actúa sobre las palas de una turbina hidráulica y de ésta a un alternador que transforma la energía mecánica en eléctrica. Es una en enrgía, limpia pero no verde por las graves consecuencias para la diversidad biológica:
- El agua embalsada no tiene las mismas propiedades que el agua que fluye por el río. Esto incide negativamente en la flora y la fauna local.
- Los embalses interrumpen la migración de peces.
- La inundación del terreno tras la presa para formar el deposito desplaza a pobladores y destruye áreas extensas de terrenos agrícolas
http://www.eve.eus/La-energia/Infografias/La-energia-minihidraulica.aspx
· Centrales térmicas convencionales: el combustible fósil (carbón, fueloil o gas) es quemado en una caldera para generar energía calorífica que se aprovecha para generar vapor de agua. Este vapor (a alta presión) acciona las palas de una turbina de vapor, transformando la energía calorífica en energía mecánica.
https://www.youtube.com/watch?time_continue=2&v=Apg_aEwvzGM
· Centrales térmicas de ciclo combinado: combina dos ciclos termodinámicos. En el primero se produce la combustión de gas natural en una turbina de gas, y en el segundo, se aprovecha el calor residual de los gases para generar vapor y expandirlo en una turbina de vapor.
https://www.youtube.com/watch?time_continue=19&v=XTzN9ivcYtg
· Centrales nucleares: la fisión de los átomos de uranio libera una gran cantidad de energía que se utiliza para obtener vapor de agua que, a su vez, se utiliza en un grupo turbina-alternador para producir electricidad.
https://www.youtube.com/watch?v=AOwe5WrruY0
Las centrales nucleares: visita virtual de Endesa Educa
Energías Renovables
· Centrales eólicas: la energía cinética del viento se transforma directamente en energía mecánica rotatoria mediante un aerogenerador.
https://www.youtube.com/watch?time_continue=75&v=CiLPgUYwG6s
http://www.eve.eus/La-energia/Infografias/La-energia-eolica.aspx
· Centrales termoeléctricas solares: la energía del Sol calienta un fluido que transforma en vapor otro segundo fluido, que acciona la turbina-alternador que consigue el movimiento rotatorio y así, generar electricidad.
· Centrales de biomasa o de residuos sólidos urbanos (RSU): utilizan el mismo esquema de generación eléctrica que una central térmica convencional. La única diferencia es el combustible utilizado en la caldera, que proviene de nuestros residuos. Existen varios procesos de obtención de energía:
Procesos Termoquímicos Se puede afirmar que se trata de «quemar biomasa». Se busca hacer reaccionar la biomasa con oxígeno y obtener así energía. Éste método se puede realizar por combustión, gasificación o pirólisis.
Procesos Bioquímicos Son procesos biológicos y se distinguen de los anteriores en que la transformación de la energía no se produce por combustión, sino que la materia se descompone por la acción de microorganismos y bacterias. Tales procesos los podemos clasificar en digestión anaerobia o fermentación alcohólica.
Digestión anaerobia La biomasa se descompone por la acción de bacterias anaerobias, que no necesitan oxígeno. Como resultado producen un BIOGAS aprovechable energéticamente gracias a su alto contenido en metano.
En los vertederos se produce biogas de forma espontánea a partir de los residuos sólidos urbanos (R.S.U.) que las bacterias descomponen.
También puede realizarse este proceso de digestión anaerobia de forma controlada en recipientes llamados «digestores». Pare ello se utilizan residuos con alto contenido en materia orgánica, como el estiércol procedente de granjas animales.
Fermentación alcohólica De esta forma se obtiene BIOETANOL, que es aprovechable como combustible líquido.
Se produce por acción de microorganismos como levaduras y hongos sobre productos que contienen azúcares fermentables como por ejemplo la remolacha, la cebada y la caña de azúcar. De esta forma, se obtiene BIOETANOL, que es aprovechable como combustible líquido (biocarburante) y puede sustituir a los derivados del petróleo en vehículos de transporte.
Procesos Químicos Se distinguen diferentes procesos pero el más interesante es el de la obtención de biodiesel, que puede ser utilizado en motores diesel para sustituir al gasóleo.
Se obtiene por la reacción química de aceites vegetales con metanol. A su vez, también se genera glicerina, valiosa para la industria cosmética
La central térmica de ciclo combinado es aquella donde se genera electricidad mediante la utilización conjunta de dos turbinas:
· Un turbogrupo de gas
· Un turbogrupo de vapor
Es decir, para la transformación de la energía del combustible en electricidad se superponen dos ciclos:
· El ciclo de Brayton (turbina de gas): toma el aire directamente de la atmósfera y se somete a un calentamiento y compresión para aprovecharlo como energía mecánica o eléctrica.
· El ciclo de Rankine (turbina de vapor): donde se relaciona el consumo de calor con la producción de trabajo o creación de energía a partir de vapor de agua.
Las características principales de las centrales térmicas de ciclo combinado son:
· Flexibilidad. La central puede operar a plena carga o cargas parciales, hasta un mínimo de aproximadamente el 45% de la potencia máxima.
· Eficiencia elevada. El ciclo combinado proporciona mayor eficiencia por un margen más amplio de potencias.
· Sus emisiones son más bajas que en las centrales térmicas convencionales.
· Reducción de emisiones
- 80% de las emisiones de NOx
- 100% de las emisiones de SO2
- 50% de las emisiones de CO2
· Coste de inversión bajo por MW instalado.
· Periodos de construcción cortos.
· Menor superficie por MW instalado si lo comparamos con las centrales termoeléctricas convencionales (lo que reduce el impacto visual).
· Bajo consumo de agua de refrigeración.
· Ahorro energético en forma de combustible
Para entender el funcionamiento de una central térmica de ciclo combinado hay que conocer primero las partes que la forman:
· Turbina de gas. Que consta de:
o Compresor, cuya función es inyectar el aire a presión para la combustión del gas y la refrigeración de las zonas calientes.
o Cámara de combustión, donde se mezcla el gas natural (combustible) con el aire a presión, produciendo la combustión.
o Turbina de gas, donde se produce la expansión de gases que provienen de la cámara de combustión.
Consta de tres o cuatro etapas de expansión y la temperatura de los gases en la entrada está alrededor de 1.400ºC saliendo de la turbina a temperaturas superiores a los 600ºC.
· Caldera de recuperación. En esta caldera convencional, el calor de los gases que provienen de la turbina de gas se aprovecha en un ciclo de agua-vapor.
· Turbina de vapor. Esta turbina acostumbra a ser de tres cuerpos y está basada en la tecnología convencional.
Es muy habitual que la turbina de gas y la turbina de vapor se encuentren acopladas a un mismo eje de manera que accionan un mismo generador eléctrico.
En primer lugar el aire es comprimido a alta presión en el compresor, pasando a la cámara de combustión donde se mezcla con el combustible.
A continuación, los gases de combustión pasan por la turbina de gas donde se expansionan y su energía calorífica se transforma en energía mecánica, transmitiéndolo al eje.
Los gases que salen de la turbina de gas se llevan a una caldera de recuperación de calor para producir vapor, a partir de este momento tenemos un ciclo agua-vapor convencional.
A la salida de la turbina el vapor se condensa (transformándose nuevamente en agua) y vuelve a la caldera para empezar un nuevo ciclo de producción de vapor.
Actualmente la tendencia es acoplar la turbina de gas y la turbina de vapor a un mismo eje, de manera que accionan conjuntamente un mismo generador eléctrico.
Funcionamiento http://www.eve.eus/La-energia/Infografias/El-ciclo-combinado.aspx
La cogeneración es el procedimiento mediante el cual se obtiene simultáneamente energía eléctrica y energía térmica útil (vapor, agua caliente sanitaria). Si además se produce frío (hielo, agua fría, aire frío, por ejemplo) se llama trigeneración.
Mediante los sistemas convencionales, los usuarios y las industrias compran la electricidad a la compañía eléctrica y los combustibles a las correspondientes compañías suministradoras. Este abastecimiento resulta cómodo pero su coste es elevado y por tanto, es ineficiente ya que se producen grandes pérdidas de energía que no se aprovecha.
Sistema convencional
(Electricidad de la Cia Eléctrica/Calor en la Industria)
La cogeneración supone una buena alternativa energética, más económica y ecológica. Permite cubrir la demanda de electricidad sin pérdidas por transporte, aprovechando además los calores residuales. Así se ahorra combustible y se reducen las emisiones contaminantes.
Sistema de cogeneración
(Electricidad y calor en la industria)
La cogeneración consiste en la producción simultánea por parte del propio usuario de dos tipos de energía útil: habitualmente electricidad y calor. De esta forma se consiguen cubrir todas las necesidades energéticas del usuario, reduciendo considerablemente las pérdidas de energía y por tanto la cantidad de combustible utilizado para producirla.
Principalmente se utilizan cuatro tecnologías de cogeneración. Los diferentes sectores consumidores instalan una u otra dependiendo de la relación de sus necesidades térmicas y eléctricas, ya que cada sistema ofrece rendimientos diferentes para ambas energías.
· Reduce las pérdidas por transporte ya que la electricidad se produce en el mismo centro de consumo.
· Los calores residuales se aprovechan, obteniendo así un mayor rendimiento del combustible.
· Este ahorro en combustible supone una reducción en las emisiones contaminantes a la atmósfera (CO2, SO2,NOX).- La reducción de costes energéticos contribuye a la mejora de la competitividad de las empresas.
La utilización de gas natural para la generación de electricidad mediante la tecnología del ciclo combinado se encuentra dentro de la política medioambiental de un gran número de países, ya que ofrece un gran número de ventajas en comparación con el resto de tecnologías de producción eléctrica.
En concreto, las emisiones de CO2 en relación a los kWh producidos son menos de la mitad de las emisiones de una central convencional de carbón.
La energía eólica es de las más limpias, renovables y abundantes, ya que los aerogeneradores eléctricos no producen emisiones contaminantes (atmosféricas, residuos, vertidos líquidos…) y no contribuyen, por lo tanto, al efecto invernadero ni a la acidificación.
No obstante, también existen factores negativos, algunas de consecuencias medio ambientales son:
· El impacto visual. Mientras que un parque de pocos aerogeneradores puede hasta llegar a considerarse atractivo, una gran concentración de máquinas plantea problemas. Para evitarlo, se suelen utilizar colores adecuados, una cuidada ubicación de las instalaciones en la orografía del lugar y una precisa distribución de los aerogeneradores.
· El impacto sobre las aves. Se trata de un impacto potencial que, si bien no reviste gravedad en términos generales, depende principalmente de la ubicación del parque eólico. En aquellos parques en que se sitúen en áreas sensibles, puede ser minimizado a través de programas de vigilancia y seguimiento.
· La flora y la fauna. Una central eólica puede tener efectos directos en la modificación del hábitat existente en la zona y de algunos de los organismos que en él habitan, generando ruidos y movimientos que afectan el comportamiento de los animales.
· El efecto sonoro. Un aerogenerador produce un ruido similar al de cualquier otro equipamiento industrial de la misma potencia. La diferencia recae en que mientras los equipamientos convencionales se encuentran normalmente cerrados en edificios diseñados para minimizar su nivel sonoro, los aerogeneradores tienen que trabajar al aire libre y cuentan con un elemento transmisor de sonido: el propio viento.
· El impacto por erosión. Se producen principalmente por el movimiento de tierras durante la preparación de los accesos al parque eólico. Esta incidencia se puede reducir mediante estudios previos a su trazado.
· Las interferencias electromagnéticas. El gran tamaño de los aerogeneradores puede producir una interferencia en las ondas de radio, telefonía, televisión, etc. cuando las aspas están en movimiento.
La demanda de Gas Natural como combustible para uso tanto doméstico como industrial está en constante aumento. De esta forma se diversifican las fuentes de energía utilizadas y se consume un combustible que ayuda a reducir las emisiones contaminantes a la atmósfera.
El gas natural se encuentra de manera natural en el subsuelo marino o terrestre. Es una mezcla de hidrocarburos gaseosos ligeros, y no tiene olor ni color.
La planta licuefactora situada en los países productores, donde el gas se transforma en líquido a temperatura criogénica cercana al cero absoluto.
Los barcos metaneros de avanzada tecnología transportan el gas natural licuado (GNL) a los lugares de consumo, manteniendo constante su temperatura criogénica.
Una vez alcanzadas las instalaciones de destino, comienza el proceso de regasificación para llevar el gas licuado a su estado original gaseoso.
En los países productores se extrae el gas y en plantas de licuefacción se reduce su temperatura a -160ºC para llevarlo a estado líquido. De esta forma ocupa un espacio 60 veces menor, facilitando así su transporte en barco.
La planta regasificadora dispone de sistemas de atraque, transporte, almacenamiento y transformación del gas natural licuado (GNL) en gas natural (GN).
Con 55 metros de altura y 75 de diámetro, estas obras de ingeniería realizadas con la más avanzada tecnología permiten almacenar el GNL manteniéndolo refrigerado a -160ºC. Están compuestos por un tanque interior de acero criogénico, aislamiento de perlita, y otro tanque exterior de acero y hormigón pretensado.
1. Hormigón
2. Perlita Aislante
3. Manta Aislante
4. Chapa metálica aleada
5. Hormigón de relleno
6. Techo de hormigón
7. Soportes colgantes
8. Aislamiento
9. Tanque interior
10. Fondo inferior del tanque metálico
11. Perlita
12. Techo suspendido
El GNL se introduce y se extrae por la parte superior del tanque.
El GNL almacenado pasa a los sistemas de vaporización, regulación y olorización para convertirlo en el producto final: Gas Natural.
Vaporizadores Elevan la temperatura del gas licuado utilizando para ello agua de mar. Así, el GNL vuelve a su estado gaseoso.
Relicuador Realiza la recuperación de «Boil-off». Durante el proceso de almacenamiento cierta cantidad de GNL se convierte en gas natural. Aquí se recupera y se mezcla con el gas regasificado en los vaporizadores.
Estación de regulación El gas natural pasa por un proceso de regulación, medida y olorización a fin de hacer posible la detección de fugas.
El Gas Natural totalmente acondicionado se distribuye a través de gasoductos a los consumidores finales para su uso doméstico como por ejemplo para calefacción y agua caliente sanitaria, y también para su uso industrial.
Tampoco se debe olvidar la importancia de la generación de electricidad en centrales de ciclo combinado por medio de gas natural.
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