4.8 Producción y distribución de energía eléctrica
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La electricidad se genera en centrales que utilizan combustibles fósiles (petróleo, gas natural o carbón), energía nuclear, energía hidráulica, energía eólica, energía solar, energía geotérmica o la biomasa.
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| Imagen de elaboración propia |
La producción industrial utiliza una sola tecnología: un fluido (gas o líquido) hace girar una turbina conectada a un alternador.
Las centrales eléctricas se clasifican atendiendo a la fuente de energía primaria que utilizan. Las más importantes son: hidroeléctricas, térmicas, nucleares, eólicas y solares.
El rendimiento de una central eléctrica es la razón entre la energía eléctrica obtenida y la energía utilizada para obtener la electricidad. Se expresa en tanto por ciento:
Las centrales térmicas convencionales y las nucleares tienen un rendimiento de alrededor del 30%, las centrales hidroeléctricas del 85 %, las eólicas del 45 % y las térmicas de ciclo combinado llegan hasta el 55 %.
Centrales térmicas
El vapor de agua producido en una caldera, a gran presión, hace girar la turbina al expandirse. La energía primaria es no renovable y se obtiene de la combustión del carbón, el fuel o el gas natural. Las de carbón y las de fuel son muy contaminantes.
La potencia de una central térmica está entre 100 y 1500 MW. Actualmente, las centrales de ciclo combinado, que utilizan los gases de la combustión para mover una segunda turbina, aumentan la eficiencia de aprovechamiento del combustible hasta en un 20%. La incidencia medio ambiental de estas centrales se reduce, ya que utilizan gas natural y tienen mayor rendimiento.
Centrales nucleares
Una central nuclear es una central térmica cuya caldera es un reactor nuclear. El combustible es el uranio, que es una fuente no renovable. En el reactor se fisiona (se rompe) el combustible liberando una gran cantidad de energía y produciendo residuos radiactivos.
Los residuos radiactivos deben ser tratados y controlados durante mucho tiempo para minimizar su impacto medioambiental. El mayor peligro de una central nuclear es la fuga radiactiva. La potencia de una central nuclear está entre 500 y 2000 MW.
Actualmente en España existe la moratoria nuclear, es decir, la suspensión temporal del desarrollo de políticas de construcción y puesta en marcha de centrales nucleares.
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| Imagen de mepsyd, uso educativo |
Centrales hidroeléctricas
El agua almacenada en un embalse en su caída se hace pasar por la turbina que gira. En estas centrales la energía primaria es renovable y no produce emisiones a la atmósfera. No obstante, las grandes centrales requieren de un gran embalse que modifica los ecosistemas. La potencia típica de una central hidroeléctrica está entre 50 y 500 MW.
Actualmente se están construyendo minicentrales con potencias de unos 10 MW que suponen muy poca incidencia medioambiental.
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| Imagen de Gustavo Muleey, Creative commons |
Centrales solares
La radiación solar es la fuente de energía renovable que utilizan estas centrales.
Central solar térmica. La radiación solar calienta un fluido y produce vapor que mueve la turbina. La concentración de la radiación se produce mediante espejos (helióstatos) que se orientan automáticamente. Pueden ser de torre central o de cilindros parabólicos. La potencia de las primeras está entre 10 y 20 MW, mientras que las segundas tienen 50 MW.
Centrales de energía solar fotovoltaica. En estas centrales no hay turbina ni alternador: la corriente eléctrica se produce al incidir la radiación sobre una célula solar (celda) en la que se produce el efecto fotovoltaico. Las células se asocian en paneles solares y, dependiendo de su número, tenemos potencias desde algunos watios hasta 5 MW.
Centrales eólicas
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| Imagen de Lance cheungmedia. CC |
La fuente de energía es el viento, que es una fuente renovable. El viento hace girar una máquina eólica (molino) que se encuentra unida a un generador, formando un aerogenerador. Una central eólica (parque eólico) es un conjunto de aerogeneradores. La potencia depende del número de aerogeneradores y está entre 10 y 30 MW.
Actualmente se instalan aerogeneradores de 2 MW cada uno y se han empezado a utilizar de 4,5 MW. La incidencia medioambiental de los parques eólicos está relacionada con su impacto paisajístico y con la protección de las aves.
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Imagen de MarkusHagenlocher; |
Distribución de la energía eléctrica
La distribución de la energía eléctrica desde las centrales hasta los centros de consumo se realiza a través de la red de transporte.
En el transporte de la energía se deben producir las menores pérdidas. Para ello, como se realiza por conductores, debe reducirse la intensidad de la corriente para minimizar el efecto Joule. Esto se consigue aumentando el voltaje (recuerda que la potencia es el producto del voltaje por la intensidad).
A la salida de la central eléctrica se coloca una estación de transformación en la que la tensión de salida de la central (entre 6 y 20 kV) se eleva hasta entre 220 y 400 kV (alta tensión). Mediante una línea de transporte se aproxima a los centros de consumo, donde en subestaciones de transformación se reduce el voltaje para distribuir la energía a las industrias o las ciudades.
El aumento o disminución del voltaje se realiza con un transformador, que es un dispositivo que transfiere energía entre dos circuitos modificando el voltaje (ddp). En la transformación ideal no hay pérdidas y la potencia de entrada es igual a la de salida.
, es decir,
Las líneas de transporte de alta tensión están constituidas por los conductores (cables de Cu o Al) y los elementos de soporte (torres). Dependiendo del voltaje (media tensión), las torres pueden sustituirse por postes.
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| Imagen de artilanes, Creative commons |
Las líneas de transporte tienen incidencia en el medio ambiente, tanto por su impacto paisajístico (visual) como por los peligros de electrocución, choque de las aves o de los propios campos electromagnéticos que se generan.
Actualmente, la distribución de la energía eléctrica se realiza mediante corriente alterna, que permite la utilización de los transformadores para elevar y reducir el voltaje.
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| Imagen de k9mq, Creative commons |
Existen algunas líneas de transporte que utilizan la corriente continua, HVDC (High Voltaje Direct Current, Alta tensión en corriente continua), sobre todo donde deben construirse líneas muy largas (de más de 500 km) como en Brasil, Canadá o China y en las conducciones submarinas como las que deben unir España y Argelia o Italia y Argelia.
Las líneas HVDC permiten pensar en proyectos para producir energía eléctrica a partir de fuentes renovables en lugares remotos, por sus bajas pérdidas en el transporte. Se está impulsando el Plan Solar Mediterráneo, que consiste en producir electricidad en centrales solares termoeléctricas en el norte de Africa.