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Corriente eléctrica

Generación de electricidad

Generación de electricidad

La generación de electricidad es el proceso de generar electricidad a partir de fuentes de energía primaria. La peculiaridad de la electricidad es que no es energía primaria, libremente presente en la naturaleza en cantidades significativas, y debe ser producida. La producción de electricidad ocurre, por regla general, con la ayuda de generadores en empresas industriales llamadas plantas de energía.

En la industria de la energía eléctrica, la generación de energía es el primer paso en la entrega de electricidad a los usuarios finales, otros pasos son la transmisión, distribución, almacenamiento y restauración de energía en las plantas de energía de almacenamiento por bombeo.

Historia de la generación de electricidad

El principio básico de la generación de energía fue descubierto en la década de 1820 y principios de 1830 por el científico británico Michael Faraday. Su método, que se usa hoy en día, es que en un circuito conductor cerrado cuando este circuito se mueve entre los polos de un imán, surge una corriente eléctrica.

Los generadores eléctricos instalados en centrales eléctricas generan centralmente energía eléctrica en forma de corriente alterna. Con la ayuda de transformadores de potencia, se aumenta el voltaje eléctrico de la corriente alterna generada, lo que permite que se transmita a través de cables con bajas pérdidas.  Lo que en una instalación de energía solar fotovoltaica haría un convertidor de corriente eléctrica.

En el lugar de consumo de energía eléctrica, el voltaje de corriente alterna se reduce mediante transformadores reductores y se transmite a los consumidores. La electrificación junto con el método Bessemer de fabricación de acero se convirtió en la base de la Segunda Revolución Industrial. Los principales inventos que hicieron que la electricidad fuera pública e indispensable fueron hechos por Thomas Alva Edison y Nikola Tesla.

La producción de electricidad en las centrales eléctricas comenzó en 1882 cuando una máquina de vapor en la estación de Pearl Street en Nueva York puso en marcha una dinamo que producía corriente continua para iluminar Pearl Street. La nueva tecnología se introdujo rápidamente en muchas ciudades de todo el mundo que rápidamente convirtió a los fanáticos de la iluminación en energía eléctrica. Poco después, las lámparas eléctricas comenzaron a usarse ampliamente en edificios públicos, en empresas y para el transporte público (tranvías y trenes). Desde entonces, la producción de energía eléctrica en el mundo ha aumentado constantemente.

Formas de generar electricidad

La principal forma de producir energía eléctrica es generarla mediante un generador eléctrico que esté en el mismo eje que la turbina, y convierta la energía cinética de la rotación de la turbina en electricidad. Dependiendo del tipo de agente de trabajo que hace girar la turbina, las centrales eléctricas se dividen en hidráulicas y térmicas (incluidas las nucleares).

  • Energía hidráulica o hidroelectricidad. Generar electricidad mediante la fuerza del agua.
  • Energía térmica. Generación de electricidad mediante la quema de combustibles fósiles.
  • Energía nuclear. Producción de electricidad mediante reacciones de fisión nuclear.

Existen otras formas de generar electricidad que tienen varias ventajas sobre las "tradicionales" (mencionados anteriormente), pero por diversas razones no están muy extendidos. Los principales tipos de energía alternativa son:

  • Energía eólica. Obtención de energía eléctrica a partir de la energía cinética del viento.
  • Energía solar. Generación de electricidad mediante el efecto fotovoltaico.
  • Energía geotérmica. Producción de electricidad a partir del calor en el interior de la Tierra.
  • Energía de hidrógeno. Obtención de energía a partir de la quema de hidrógeno.

Hidroelectricidad

Central hidroeléctrica - generación de electricidadLa energía hidroeléctrica es un sector de generación de energía renovable que utiliza la energía cinética de una corriente de agua para producir electricidad. Las empresas de producción de energía en esta área son las centrales hidroeléctricas, que se construyen en los ríos.

Durante la construcción de una central hidroeléctrica con la ayuda de presas en los ríos, se crea artificialmente una diferencia en los niveles de la superficie del agua. El agua, bajo la acción de la gravedad, se vierte desde la piscina superior hacia la inferior por conductos especiales de agua en los que se encuentran las turbinas de agua, cuyas cuchillas no se retuercen por el flujo de agua. La turbina hidráulica gira el rotor coaxial del generador.

Un tipo especial de central hidroeléctrica son las centrales de almacenamiento por bombeo. No pueden considerarse capacidades generadoras en su forma pura, ya que consumen casi tanta electricidad como la que producen, sin embargo, tales estaciones manejan de manera muy efectiva la descarga de la red en las horas pico.

También hay que señalar tales tipos alternativos de energía hidroeléctrica: tidal y onda de energía. En estos casos, la energía cinética natural de las mareas marinas y las olas del viento, respectivamente, se utiliza para producir energía eléctrica. La proliferación de estos tipos de energía eléctrica se ve obstaculizada por la necesidad de que coincidan muchos factores al diseñar una planta de energía: se necesita una costa en la que las mareas (y las olas del mar, respectivamente) sean lo suficientemente fuertes y estables.

Energía térmica

Las empresas de la industria de la energía térmica son las centrales térmicas, en las que la energía térmica de la combustión de combustibles fósiles se convierte en energía eléctrica. La generación de energía en instalaciones térmicas se considera una fuente de energía no renovable. Las centrales térmicas vienen en dos tipos principales:

Condensación, tecnología IES. Una planta de energía térmica de condensación, que está diseñada exclusivamente para la producción de electricidad. El calor que se obtiene al quemar el combustible calienta el agua en los generadores de vapor, y el vapor de agua sobrecalentado resultante se suministra a la turbina de vapor, en el mismo eje con el que hay un generador eléctrico. En una turbina, la energía interna del vapor se convierte mediante procesos termodinámicos en energía mecánica, que en un generador eléctrico genera una corriente eléctrica suministrada a la red eléctrica. El vapor de escape se descarga al condensador. Desde allí, el agua condensada se bombea de regreso al generador de vapor.

Cogeneración, tecnología CHP. Una planta de cogeneración es una planta de energía térmica en la que parte de la energía térmica se dirige para generar energía eléctrica, y parte se suministra para calentar las áreas residenciales circundantes. La generación combinada de calor y energía eléctrica en una planta de energía térmica aumenta significativamente la eficiencia del combustible en comparación con la generación de electricidad por separado en las plantas de energía condensada y el calor para calefacción, en las plantas de calderas domésticas

Los esquemas tecnológicos de IES y CHP son similares, ambos utilizan los mismos principios termodinámicos. La diferencia fundamental entre el CHPP y el IES es que parte del vapor generado en la caldera se destina a las necesidades de suministro de calor.

Generación de electricidad mediante energía nuclear

Generación de energía eléctrica - Energía nuclearEn la energía nuclear para la generación de energía y calor utilizando la energía nuclear. Las empresas de energía nuclear son centrales nucleares. El principio de generar electricidad en las centrales nucleares es el mismo que en las centrales térmicas. Solo en este caso, la energía térmica no se libera durante la quema de combustibles fósiles, sino como resultado de una reacción nuclear en un reactor nuclear.

El esquema para generar electricidad es parecido al de las centrales térmicas: un generador de vapor recibe calor del reactor y genera vapor, va a una turbina de vapor, etc. Debido a algunas características de diseño de las centrales nucleares, es rentable usarlas solo para generar electricidad.

Energía eólica

El uso de la energía eólica cinética para generar electricidad. Curiosamente, según la ley de Betz, la eficiencia de una turbina eólica no puede ser superior al 59,3%. La energía eólica se considera una energía renovable.

Energía solar fotovoltaica

La producción de energía eléctrica a partir de la energía de la radiación solar a través del efecto fotoeléctrico. Los paneles fotovoltaicos convierten la luz solar directamente en electricidad. A pesar de que la luz solar es gratuita y abundante, la producción a gran escala de electricidad en plantas de energía solar es más costosa que la producción de electricidad mediante generadores eléctricos. Esto se debe al alto costo de los paneles solares, que, sin embargo, está disminuyendo constantemente. Por otro lado, una de las ventajas de la energía solar es que es una fuente de energía renovable.

Las baterías solares con una eficiencia de conversión de casi el 30% están actualmente disponibles comercialmente. En sistemas experimentales, se ha demostrado más del 40% de eficiencia. Hasta hace poco, los dispositivos fotovoltaicos se usaban con mayor frecuencia en estaciones orbitales espaciales, en lugares escasamente poblados donde no hay acceso a una red eléctrica comercial, o como una fuente adicional de electricidad para hogares y empresas individuales.

Los recientes avances en eficiencia de producción y tecnología fotovoltaica, junto con subsidios debido a preocupaciones ambientales, han acelerado significativamente el despliegue de la energía solar fotovoltaica. Las desventajas de la energía eólica y las desventajas de la energía solar son la necesidad de crear capacidades de almacenamiento para el funcionamiento nocturno (para energía solar) o sin viento (para energía eólica).

Energía geotérmica par la generación de energía eléctrica

Energía geotérmicaLa energía geotérmica se basa en la producción industrial de energía, en particular electricidad, de aguas termales, aguas subterráneas térmicas. De hecho, las estaciones geotérmicas son centrales térmicas ordinarias, en las que se utilizan fuentes de calor subterráneas de las entrañas de la Tierra en lugar de una caldera o un reactor nuclear como fuente de calor para calentar vapor mediante las leyes de la termodinámica.

Las desventajas de la energía geotérmica son las limitaciones geográficas de su aplicación: desde un punto de vista termodinámico y económico es rentable construir estaciones geotérmicas solo en regiones de actividad tectónica, es decir, donde estas fuentes naturales de calor son las más asequibles.

Energía de hidrógeno

El uso de hidrógeno como combustible energético tiene grandes perspectivas: el hidrógeno tiene una eficiencia de combustión muy alta, su recurso es prácticamente ilimitado, lo que la convertiría en una fuente de energía renovable. La quema de hidrógeno es absolutamente respetuosa con el medio ambiente (el agua destilada es el producto de la combustión en una atmósfera de oxígeno).

Sin embargo, la energía del hidrógeno no puede satisfacer completamente las necesidades de la humanidad debido al alto costo de producir hidrógeno puro y los problemas técnicos de su transporte en grandes cantidades.

Electroquímica

La producción de energía electroquímica ocurre en el proceso de conversión directa de la energía de los enlaces químicos en electricidad, como en una batería. La generación de energía electroquímica es importante en aplicaciones portátiles y móviles. Actualmente, la mayor parte de la energía electroquímica proviene de las baterías. Las celdas primarias, como las baterías convencionales de zinc-carbono, actúan directamente como fuentes de energía, mientras que las celdas secundarias (baterías) se utilizan para almacenar electricidad y no para generarla. Sistemas electroquímicos abiertos conocidos como celdas de combustible., se puede utilizar para extraer energía de combustibles naturales o sintéticos.

En lugares donde hay mucha sal y agua dulce, es posible la creación de plantas de energía osmótica.

La economía de la generación de energía

La construcción de instalaciones de energía eléctrica es muy costosa, su período de recuperación es largo. La eficiencia económica de un método particular de generación de electricidad depende de muchos parámetros, principalmente de la demanda de electricidad y de la región. Los precios de venta de los productos no eléctricos también varían según la relación de estos parámetros.

La elección del tipo de planta de energía también se basa principalmente en la consideración de las necesidades locales de electricidad y las fluctuaciones en la demanda. Además, todas las redes eléctricas tienen diferentes cargas, pero las plantas de energía que están conectadas a la red y operan continuamente deben proporcionar la carga básica, el consumo mínimo diario. La carga básica solo puede ser proporcionada por grandes centrales térmicas y nucleares, cuya potencia puede regularse dentro de ciertos límites. En las centrales hidroeléctricas, la capacidad de controlar la energía es mucho menor.

Las plantas de energía térmica se construyen preferiblemente en áreas con una alta densidad de consumidores industriales. El impacto negativo de la contaminación del suelo por los desechos puede minimizarse, ya que las plantas de energía generalmente se encuentran lejos de las áreas residenciales. Esencial para una central térmica es el tipo de combustible quemado. Por lo general, el combustible más barato para las centrales térmicas es el carbón. Pero si el precio del gas natural cae por debajo de cierto límite, su uso para generar electricidad se vuelve más preferible que generar electricidad quemando carbón.

La principal ventaja de la energía nuclear es la gran capacidad de cada unidad de potencia con un tamaño relativamente pequeño y un alto respeto al medio ambiente, con un estricto cumplimiento de todas las normas de funcionamiento. Sin embargo, los peligros potenciales de la falla de una planta nuclear son muy altos.

Las centrales hidroeléctricas generalmente se construyen en áreas remotas y son extremadamente respetuosas con el medio ambiente, pero su capacidad varía mucho según la época del año, y no pueden regular la energía entregada a la red eléctrica en un amplio rango.

El costo de generar electricidad a partir de fuentes renovables (excluyendo la energía hidroeléctrica) recientemente ha disminuido significativamente. El costo de la electricidad producida a partir de la energía solar, la energía eólica, la energía de las mareas en muchos casos ya es comparable al costo de la electricidad producida en las centrales térmicas. Teniendo en cuenta los subsidios estatales, la construcción de centrales eléctricas que funcionan con fuentes renovables es económicamente factible. Sin embargo, el principal inconveniente de tales plantas de energía es la naturaleza inconsistente de su trabajo y la incapacidad de regular su capacidad.

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Referencias

Última revisión: 12 de septiembre de 2019