Joseph A. Sánchez
Facultad de ingeniería
Eléctrica
Universidad Tecnológica de
Panamá
Robinson González
Facultad de ingeniería
eléctrica
Universidad tecnológica de
panamá
Resumen: Con el pasar del tiempo han surgido nuevas
formas de generar energía eléctrica para sustentar la demanda de consume hecho
por la población.
Las nuevas
formas de generación de energía
eléctrica consisten en transformar alguna clase de energía (química,
cinética, térmica o lumínica, nuclear, solar entre otras), en energía
eléctrica. Para la generación industrial se recurre a instalaciones denominadas
centrales eléctricas, que ejecutan alguna de las transformaciones citadas.
Estas constituyen el primer escalón del sistema de suministro eléctrico.
Palabras clave: Centrales
termoeléctricas, centrales Hidroeléctricas, centrales eólicas, centrales
fotovoltaicas.
- ObjetivoAdministrar información sobre energía eléctrica a todos los interesados sobre el tema de generación de energía eléctrica.DesarrolloLa demanda de energía eléctrica de una ciudad, región o país tiene una variación a lo largo del día. Esta variación es función de muchos factores, entre los que destacan: tipos de industrias existentes en la zona y turnos que realizan en su producción, climatología extremas de frío o calor, tipo de electrodomésticos que se utilizan más frecuentemente, tipo de calentador de agua que haya instalado en los hogares, la estación del año y la hora del día en que se considera la demanda. La generación de energía eléctrica debe seguir la curva de demanda y, a medida que aumenta la potencia demandada, se debe incrementar la potencia suministrada.
Centrales termoeléctricas
Figura 1 Central termo eléctrica
Una central termoeléctrica es
un lugar empleado para la generación de energía eléctrica a partir de calor.
Este calor puede obtenerse tanto de la combustión, de la fisión nuclear del
uranio u otro combustible nuclear, del sol o del interior de la Tierra. Las
centrales que en el futuro utilicen la fusión también serán centrales
termoeléctricas. Los combustibles más comunes son los combustibles fósiles
(petróleo, gas natural o carbón), sus derivados (gasolina, gasóleo),
biocarburantes, residuos sólidos urbanos, metano generado en algunas estaciones
depuradoras de aguas residuales.
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. Luego el vapor es enfriado en un condensador donde circula por
tubos agua fría de un caudal abierto de un río o por torre de refrigeración.
Las centrales térmicas que usan combustión 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, óxidos de nitrógeno, partículas sólidas (polvo) y cantidades variables de residuos sólidos. Las centrales nucleares generan residuos radiactivos de diversa índole que requieren una disposición final de máxima seguridad y pueden contaminar en situaciones accidentales (véase accidente de Chernóbil).
Centrales Hidroeléctricas
Una central hidroeléctrica es
aquella que se utiliza para la generación de energía eléctrica mediante el
aprovechamiento de la energía potencial del agua embalsada en una presa situada
a más alto nivel que la central. El agua se lleva por una tubería de descarga a
la sala de máquinas de la central, donde mediante enormes 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 turbinable, además de las
características de la turbina y del generador.
La energía garantizada en un
lapso determinado, generalmente un año, que está en función del volumen útil
del embalse, de la pluviometría anual y de la potencia instalada.
La potencia de una central
hidroeléctrica puede variar desde unos pocos MW, hasta varios GW. Hasta 10 MW
se consideran mini céntrales. 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 en 20 turbinas de
700 MW cada una.
Esta forma de energía posee
problemas medioambientales al necesitar la construcción de grandes embalses en
los que acumular el agua, que es sustraída de otros usos, incluso urbanos en
algunas ocasiones.
Centrales eólicas
Figura 3 central eolica
La energía eólica se obtiene
mediante el movimiento del aire, es decir, de la energía cinética 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 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 es relativamente bajo, pudiéndose nombrar
el impacto estético, 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. Además, este tipo de energía, al
igual que la solar o la hidroeléctrica, están fuertemente condicionadas por las
condiciones climatológicas, siendo aleatoria la disponibilidad de las mismas.
Centrales Fotovoltaicas
Se denomina energía solar
fotovoltaica a la obtención de energía eléctrica a través de paneles
fotovoltaicos. Los paneles, módulos o colectores fotovoltaicos están formados
por dispositivos semiconductores tipo diodo que, al recibir radiación solar, se
excitan y provocan saltos electrónicos, generando una pequeña diferencia de
potencial en sus extremos. El acoplamiento en serie de varios de estos
fotodiodos permite la obtención de voltajes mayores en configuraciones muy sencillas
y aptas para alimentar pequeños dispositivos electrónicos. A mayor escala, la
corriente eléctrica continua que proporcionan los paneles fotovoltaicos se
puede transformar en corriente alterna e inyectar en la red eléctrica.
Figura 4 panel fotovoltaico
La implantación de la energía
solar fotovoltaica ha avanzado considerablemente en los últimos años.3 4 La
producción de células fotovoltaicas ha venido experimentando un crecimiento
exponencial, duplicándose cada dos años.5 Alemania es, junto a Japón, China y
Estados Unidos, uno de los países donde la fotovoltaica está experimentando un
crecimiento más vertiginoso. A finales de 2013, se habían instalado en todo el
mundo cerca de 140 GW de potencia fotovoltaica,6 convirtiendo a la fotovoltaica
en la tercera fuente de energía renovable más importante en términos de
capacidad instalada a nivel global, después de las energías hidroeléctrica y
eólica. En algunas regiones, el coste real de la producción fotovoltaica ya es
equivalente al precio de la electricidad procedente de fuentes de energía
convencionales, lo que se conoce como paridad de red
Los principales problemas de
este tipo de energía son la necesidad de extensiones grandes de territorio que
se sustraen de otros usos y su dependencia con las condiciones climatológicas.
Este último problema hace que sean necesarios sistemas de almacenamiento de
energía para que la potencia generada en un momento determinado, pueda usarse
cuando se solicite su consumo. Se están estudiando sistemas como el
almacenamiento cinético, bombeo de agua a presas elevadas y almacenamiento
químico, entre otros.
Referencias
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