Generación de energía eléctrica
La generación de energía eléctrica se resume en transformar cualquier tipo de energía en una controlada que pueda ser utilizada para el consumo humano.
facultad de ingeniería · electricidad
mié. 05 de may. 2021
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El funcionamiento de la generación de energía eléctrica consiste, de forma resumida, en transformar – a través una tecnología concreta – una energía primaria (térmica, nuclear, hidráulica, eólica, solar, etc.) en energía eléctrica. Cada tecnología de generación tiene sus propias características técnico-tecnológicas y sus estructuras de costes asociadas.

A modo de ejemplo, hay tecnologías con costes fijos muy altos (parte fija del coste de operación y mantenimiento, amortización de la inversión, etc.) pero con costes variables muy bajos. Estas tecnologías son las más adecuadas para generar un número de horas al año muy elevado. Por el contrario, hay tecnologías con costes variables muy altos, pero con costes fijos muy bajos.

Estas tecnologías son las más adecuadas para generar durante un número reducido de horas al año (aquellas en las que la demanda es más elevada). Las restricciones medioambientales obligan a disponer de técnicas y tecnologías que permitan producir electricidad sin contaminar y que además doten de seguridad al suministro eléctrico que pudiera acaecer por efectos de inestabilidad geopolítica (mercado de combustibles fósiles) o por otros factores difícilmente controlables (catástrofes naturales).

Cada tecnología está asociada a un servicio concreto en la cobertura de la demanda de energía total. La forma más adecuada de cubrir todos los factores económicos, técnicos y medioambientales es el complemento y sincronización de todas ellas, lo cual implica la necesidad de todas dentro del sistema.

Tecnologías de generación de energía eléctrica

Centrales hidráulicas: estas centrales aprovechan la energía potencial de una masa de agua situada en el cauce de un río o retenida en un embalse, transformándola en energía eléctrica a través de un generador acoplado a una turbina. La complejidad de la maquinaria, las grandes obras anexas de embalses y presas provocan unos costes fijos muy elevados y, además, sus costes variables no son nulos.

Centrales nucleares

Esta tecnología se basa en la fisión (rotura) de los núcleos de uranio. El calor desprendido de la misma se utiliza para generar vapor, el cual se introduce en el interior de una turbina para producir electricidad. Económicamente hablando, sus costes variables son relativamente bajos y sus costes fijos son muy elevados. El incremento en las medidas y exigencias de seguridad, así como el aumento de las inversiones para alargar su vida útil, hacen que los costes fijos se hayan disparado significativamente respecto a los existentes anteriormente.

Centrales térmicas convencionales (carbón, gas natural y fuelóleo)

Esta tecnología se basa en la combustión de algún tipo de combustible fósil para generar vapor. Este se introduce en una turbina para producir electricidad. Los combustibles utilizados con diferencia son carbón, gas natural y fuelóleo. Este tipo de centrales (muy especialmente las de fuelóleo y carbón) tienen un gran impacto ambiental debido a la emisión de partículas a la atmósfera de gases contaminantes. Para minimizar en la medida de lo posible este efecto negativo, se están añadiendo a las centrales diversos componentes y sistemas que permiten reducir dichas emisiones (p. ej., desulfuradoras).

Centrales térmicas de ciclo combinado

En estas centrales, la energía térmica del gas natural es convertida en electricidad mediante un par de ciclos termodinámicos consecutivos, inicialmente una turbina de gas y posteriormente una turbina de vapor. Son de gran fiabilidad (las tasas de fallo más reducidas de todo el parque de generación) y muy flexibles. Normalmente su procedencia está asociada a países con poca estabilidad política (Argelia), lo que en algunos momentos provoca grandes problemas de suministro.

Cogeneración: son instalaciones en las que se produce de forma simultánea energía térmica útil (calor o frío) y electricidad.

Estas centrales tienen tamaños que varían desde unos pocos MW a grandes instalaciones (más de 50 MW). Esta tecnología disminuye la emisión de contaminantes debido a su elevado rendimiento (en torno al 80-90%), ya que se necesita menos combustible al producir simultáneamente electricidad y calor/frío que si se hiciera mediante procesos separados.

Generación eólica

Estas instalaciones generan electricidad a partir de la energía cinética del viento. Se tiene tendencia a agrupar varios aerogeneradores en un mismo emplazamiento, lo que da lugar a los denominados “parques eólicos”, que pueden superar los 100 MW. No requiere de energías primarias suministradas y no produce ninguna emisión contaminante y, desde mercados internacionales, favorecen el autoabastecimiento. Sin embargo, afectan al paisaje provocando un impacto visual y ofrecen una producción intermitente (dependen de las variables del viento).

Generación solar

La energía solar se aprovecha básicamente de dos maneras, por central fotovoltaica y por central solar térmica. La producción con estas instalaciones (que pueden superar los 50 MW) no provoca emisiones contaminantes. Sin embargo, tienen costes asociados de inversión muy elevados, siendo, por el momento, consideradas como tecnologías inmaduras.

Biomasa

Estas centrales tienen un funcionamiento similar a las térmicas convencionales, con la ventaja medioambiental de que el combustible utilizado es de origen orgánico. La “biomasa” se define por la Especificación Técnica Europea CEN/ TS 14588 como “todo material de origen biológico. Esto excluyendo aquellos que han sido englobados en formaciones geológicas, sufriendo un proceso de mineralización”. Efectivamente, estas instalaciones, por lo general, de pequeño tamaño (actualmente de 30-40 MW), utilizan materias orgánicas de origen vegetal o animal (“biomasa”). Son procedentes de residuos (agrícolas, forestales, de la madera o de transformación agropecuaria, etc.) o de cultivos energéticos.

Residuos

Similares a las de biomasa pero con residuos sólidos urbanos.

Energías del mar (undimotriz)

Los océanos y mares constituyen el colector solar de mayor tamaño y, por ende, el sistema de almacenamiento de energía con mayor superficie del mundo. Esto hace que se transformen en un enorme potencial energético que, a través de diferentes tecnologías, puede ayudar a satisfacer las necesidades energéticas actuales. El recurso energético existente en el mar se manifiesta de diferentes formas, como corrientes marinas, oleaje, mareas, gradientes térmicos. Además de diferencias de temperaturas y diferencias de salinidad, lo que da lugar a las distintas tecnologías con las que se consigue el aprovechamiento de la energía del mar.

Geotermia

La energía geotérmica es la existente en forma de calor. Se encuentra bajo la superficie de la tierra sólida y supone la fuente renovable más importante después del sol. Se trata de una de las fuentes más desconocidas y que, a diferencia del resto de energías renovables, su origen proviene directamente del calor del interior de la Tierra.

Características económicas de las tecnologías de generación

Las diferentes estructuras de coste y la capacidad de adaptación a las variaciones de la demanda con suficiente rapidez determinan el punto de vista económico de las distintas tecnologías. Debe primar la eficiencia, para que un mismo instante estén generando varias tecnologías diferentes. Atendiendo a las estructuras de costes de cada una, las tecnologías se pueden agrupar en: Desde el punto de vista económico:

  • Tecnologías de base (ciclos combinados, centrales nucleares y algunas de las centrales de carbón existentes), con costes variables relativamente bajos y costes fijos relativamente elevados.
  • Tecnologías de punta (turbinas de gas, centrales de fuelóleo), con costes variables altos y costes fijos bajos.

El profesional en la búsqueda de energía

La energía eléctrica ha jugado un papel base en el desarrollo de la humanidad a través de la historia. Sin embargo, en la actualidad se buscan nuevas y mejores metodologías que permitan construir el futuro sin dañar nuestro planeta y recursos naturales. Esto ha impulsado al profesional moderno a convertirse en especialista de diversas áreas que requieren de sus conocimientos y fuerza intelectual.

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